一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法技术

本申请涉及激光先进增材制造技术领域，公开了一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，首先确定零件的摆放方式，然后对零件中的薄壁结构部分添加工艺支撑，将薄壁结构部分的每一层分层切片的烧结形状部分闭合为三角形，接着将添加了工艺支撑的工艺模型导入magics软件中，并采用SLM工艺增材制造方法进行制造，最后对得到的零件进行后处理，得到产品。本申请能够有效解决薄壁隔板类零件增材制造易变形、应力大易断裂的难题，并且大大提高了增材制造薄壁结构组件的成功率。制造薄壁结构组件的成功率。制造薄壁结构组件的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法


[0001]本申请涉及激光先进增材制造
，具体涉及一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术（Additive Manufacturing，AM）又称3D打印，是融合了计算机图形处理、数字化信息和控制、激光技术和材料技术等而成的一种先进制造技术，设计零件的三维模型后，添加支撑，再分层切片为二维图形，通过激光束逐层熔化粉，层层堆叠，完成三维实体模型制造。
[0003]许多薄壁构件结构复杂，采用常规钣金、机加、焊接等工艺都无法实现零件加工，必须采用激光3D打印成形，但增材制造是一个热力不断循环的过程，薄壁件在激光增材制造过程中会出现热应力大、易变形、易开裂等难题，导致成形零件形状和质量不稳定。
[0004]若添加锥形、树形和网格支撑在薄片上控制零件变形，在后处理去支撑、打磨以及光滑时，支撑极难去除，打磨后零件易厚薄不均，产生裂纹和孔洞，造成零件报废。现有的技术方法如公开号为CN107876770A的专利技术专利公开了一种基于SLM工艺的带有薄壁结构的零件的增材制造方法，将薄壁结构部分的每一层分层切片的烧结形状形成半闭合形状或闭合形状，半闭合形状为U形、L形、N形、M形或Z形，闭合形状为D形、O形或矩形。该专利技术闭合形状可解决现有增材制造工艺方法打印铝合金或钛合金薄壁结构组件难成形、易变形、应力大易断裂的问题，但是，对于某些薄壁零件，采用半闭合形状对控制变形效果有限，全部闭合为O形、矩形、D形浪费材料，同时，该专利技术适用的范围十分有限，适用于薄壁结构部分的最大外包络的宽至少为薄壁结构部分的壁厚的10倍。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本申请提供了一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，本方法利用三角形稳定性原理，结构简单，可有效解决薄壁隔离类零件变形难题。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本申请的技术方案如下：一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，具体包括以下步骤：S1.确定零件的摆放方式，将零件生长方向确定为与各个薄壁隔板相平行；S2.对零件中的薄壁结构部分添加工艺支撑，将薄壁结构部分的每一层分层切片的烧结形状部分闭合为三角形；如V形薄壁零件，添加工艺支撑后变为三角形零件。零件在采用SLM逐层堆积成形时，将每一层的形状由易变形的薄壁V形、L形、X形、Y形、K形、Z形、N形等，转换为每一层都稳定的三角形，最后逐层堆积为稳定的三维零件。利用三角形稳定性原理，从而控制薄壁零件变形；S3.将步骤S2得到的工艺模型导入magics软件中，零件生长方向同步骤S1，采用SLM工艺增材制造方法进行制造；
S4.对步骤S3得到的零件进行后处理，并最终得到产品。
[0007]优选地，所述步骤S2中，添加的工艺支撑厚度小于等于薄壁隔板厚度。当零件热应力较大时，工艺支撑部分为强度较弱位置，变形主要集中在工艺支撑位置。
[0008]优选地，所述步骤S2中，可在添加的工艺支撑上打孔。本操作既可减少耗粉量，又可进一步降低工艺支撑强度，减小薄壁隔板部位变形量。
[0009]优选地，所述步骤S2中，可适当延长薄壁隔板长度，所述延长长度≤5mm。
[0010]优选地，所述步骤S2中，在工艺支撑与薄壁隔板相交的位置进行倒圆，倒圆半径小于等于工艺支撑厚度，并且不影响原有的薄壁隔板长度，从而避免尖角处应力集中。
[0011]优选地，所述工艺支撑可以直接从基板上生长，零件本体与基板通过网格支撑或锥形支撑等连接。工艺支撑直接从基板上生长不仅可以增加整个零件与基板的结合强度，避免零件从基板上拉开，同时还便于零件支撑去除。
[0012]优选地，所述工艺支撑部位采用与零件本体不同的工艺参数进行增材制造成形。采用不同的加工工艺参数，如增加焊速或减小激光功率，能够降低工艺支撑部位的强度，保证零件不变形。
[0013]优选地，所述带有薄壁结构的零件的材料为铝合金或钛合金。
[0014]优选地，所述步骤S4中，后处理包括工艺支撑的去除和表面处理工序。
[0015]本申请的有益效果：（1）本申请设计结构简单、可靠并且便于操作，利用三角形稳定性原理可有效控制零件变形，可取代锥形支撑、块状支撑、提交支撑等，节省原材料。添加的工艺支撑强度弱于零件实体，通过线切割、剪切即可去除，零件表面未添加支撑，表面质量大幅提升，能够有效解决薄壁隔板类零件增材制造易变形、应力大易断裂的难题。
[0016]（2）本申请所采用的工艺支撑设计优化方法能够降低增材制造成本并且提高打印速度，实现薄壁结构组件的轻量化，以及不规则几何形状铝合金或钛合金薄壁结构组件的打印，为增材制造铝合金或钛合金薄壁结构组件提供一种切实可靠的工艺支撑设计方法，有效提高增材制造铝合金或钛合金薄壁结构组件的成功率。
[0017]（3）本申请中，添加的工艺支撑厚度小于等于薄壁隔板厚度，因此当零件热应力较大时，工艺支撑部分为强度较弱位置，变形主要集中在工艺支撑位置。
[0018]（4）本申请通过在工艺支撑部分进行打孔，在增材制造成形时，既可以减少耗粉量，又可以进一步降低工艺支撑的强度，从而减小薄壁隔板部位的变形量。
[0019]（5）本申请中，工艺支撑直接从基板上生长，零件本体与基板通过网格支撑或锥形支撑等连接，因此增加整个零件与基板的结合强度，能够避免零件从基板上被拉开，同时便于零件支撑去除。
[0020]（6）本申请中，在零件成形加工时，工艺支撑部位的加工工艺参数与零件本体的加工工艺参数不同，例如可采用增加焊速或减小激光功率的手段，采用不同的加工工艺参数降低了工艺支撑部位的强度，保证零件不变形。
附图说明
[0021]本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：图1为实施例1零件的三维数模示意图；
图2为实施例1零件成形的二维切片示意图；图3为实施例1零件加工艺支撑后的工艺数模示意图；图4为实施例1零件添加工艺支撑后的成形的二维切片示意图；图5为实施例2零件的三维数模示意图；图6为实施例2零件成形的二维切片示意图；图7为实施例2零件加工艺支撑后的工艺数模示意图；图8为实施例2零件添加工艺支撑后的成形的二维切片示意图。
[0022]图中：101、工艺支撑；102、孔；103、倒圆；104、工艺支撑延长线。
具体实施方式
[0023]下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本申请专利技术目的的技术方案，需要说明的是，本申请要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
[0024]实施例1本实施例涉及的薄壁隔板类零件三维数模如图1所示，材料为铝合金，成形方法为SLM增材制造。经分析，零件尺寸为220
×
200
×
80mm，薄壁隔板厚度为1mm，薄壁隔板长度约为100mm，属于V形零件，薄壁结构成型过程中易变形、卡刀，导致零件难以成形。
[0025]采用本申请的一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1.确定零件的摆放方式，将零件生长方向确定为与各个薄壁隔板相平行；S2.对零件中的薄壁结构部分添加工艺支撑（101），将薄壁结构部分的每一层分层切片的烧结形状部分闭合为三角形；S3.将步骤S2得到的工艺模型导入magics软件中，零件生长方向同步骤S1，采用SLM工艺增材制造方法进行制造；S4.对步骤S3得到的零件进行后处理，并最终得到产品。2.根据权利要求1所述的一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，其特征在于：所述工艺支撑（101）厚度小于等于薄壁隔板厚度。3.根据权利要求1所述的一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，在工艺支撑（101）上打孔（102）。4.根据权利要求1所述的一种薄壁隔板类零件增材制造变形控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，适当延长薄壁隔板长度，延长长度≤5mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐世文，李飞，黄丹，唐启超，林波，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：