基于增材制造技术的加工方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于增材制造技术的加工方法和装置，其中加工方法包括：计算反向补偿曲线；根据产品的预设变形量，确定所述预设加工曲线和所述反向补偿曲线的交互区域；所述预设加工曲线包括位于所述交互区域内的第一部分曲线(S1)和位于所述交互区域之外的第二部分曲线(S2)，将所述第一部分曲线(S1)替换为所述反向补偿曲线的位于所述交互区域内的第三部分曲线(S3)，通过所述第三部分曲线(S3)和所述第二部分曲线(S2)建立新的加工曲线；按照所述新的加工曲线加工所述产品。本发明专利技术通过反向补偿曲线与预设加工曲线的差距来补偿产品在加工过程中所发生的变形，使最终得到的产品的实际外轮廓形状更加接近理想外轮廓形状，有效提高加工质量。提高加工质量。提高加工质量。

【技术实现步骤摘要】
基于增材制造技术的加工方法和装置


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种基于增材制造技术的加工方法和装置。

技术介绍

[0002]增材制造(Additive Manufacturing，简称AM)技术即3D打印技术，区别于传统的车铣刨磨等依赖多工序结合制造零件的“减材制造”加工方式，它基于离散
‑
叠加成形原理，利用CAD三维模型生成STL格式文件后导入相关3D打印机软件中，利用计算机控制打印材料逐层堆积，最终一次形成三维实体。
[0003]选区激光熔化技术(Selective Laser Melting，简称SLM)是增材制造技术的一种，采用粉末为成形材料，激光为能量源，在扫描振镜的控制下按照一定的路径快速照射粉末对零件截面逐层进行激光熔化，形成冶金熔覆层。SLM成形机在工作时，在基板上用刮刀铺一层金属粉末，然后用激光束，使其熔化、凝固，形成冶金熔覆层，然后将基板下降与单层沉积厚度相同的高度，在铺一层粉末进行激光扫描加工，重复这样的过程直至整个零件成形结束。
[0004]液压流道作为SLM工艺液压阀复杂内腔流道的基本单元，能够保证轮廓形状尺寸精度及内表面成形质量，是SLM工艺较为关注的环节。在无支撑成形流道制造过程中，由于翘曲变形、内应力等状况存在，流道往往会出现变形、顶部内表面异常粗糙等现象，其轮廓形状与初始设计偏差较大，降低复杂内腔流道的液流性能，影响液压阀液流清洁度效果及液流输送能力。
[0005]目前，关于利用SLM工艺成形复杂内腔流道的轮廓形状、表面质量控制的设计、工艺调控的内容较少，虽然相关技术中提到通过将流道设计为水滴孔或菱形孔形状以期降低轮廓形状变形，通过复合加工方式提升制件表面质量，以及采用采用异性截面提升保证内部无支撑打印，同时添加飞秒激光提高制件上面与侧面的成形表面质量，但是，异性截面流道改变了流道的初始设计模型，设计的流道轮廓形状在制造时发生变化，不能得到“所想即所得”零件模型，另外添加飞秒激光增加设备成本，不能从初始设计及工艺调控等方面解决问题。
[0006]需要说明的是，公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例提供一种基于增材制造技术的加工方法和装置，可以使成型后的流道外轮廓更加接近理想轮廓。
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于增材制造技术的加工方法，包括：
[0009]计算反向补偿曲线；
[0010]根据产品的预设变形量，确定预设加工曲线和反向补偿曲线的交互区域；
[0011]预设加工曲线包括位于交互区域内的第一部分曲线和位于交互区域之外的第二部分曲线，将第一部分曲线替换为反向补偿曲线的位于交互区域内的第三部分曲线，通过第三部分曲线和第二部分曲线建立新的加工曲线；和
[0012]按照新的加工曲线加工产品。
[0013]在一些实施例中，计算反向补偿曲线的操作包括：
[0014]对产品的变形进行预测；
[0015]根据预测结果计算产品在变形方向上的位移；
[0016]根据位移，建立产品在变形区域的函数模型；和
[0017]根据函数模型，获得产品的反向补偿曲线。
[0018]在一些实施例中，对产品的变形进行预测的操作包括：
[0019]对产品的受力情况进行分析；和
[0020]计算引起产品发生变形的力或力矩的大小。
[0021]在一些实施例中，根据预测结果计算产品在变形方向上的位移的操作包括：
[0022]根据计算所得的力或力矩的大小，分别计算产品在第一预设方向和第二预设方向上的位移大小，第一预设方向和第二预设方向相互垂直。
[0023]在一些实施例中，产品包括中心设有通孔的筒形件，产品通过3D打印机打印而成，对产品的变形进行预测的操作包括：
[0024]假设产品包括n层悬臂梁，各层悬臂梁发生变形后的偏差用对应层的悬臂梁的末端节点处的X方向位移和Y方向位移来表示；
[0025]对于沿X方向的长度为x的节点i(1≤i≤n)，沿Y方向位于节点i上方的悬臂梁的总厚度h(x)的计算公式为：
[0026][0027]其中，H
j
为第j(i≤j≤n)层悬臂梁的高度，R为产品的半径；
[0028]当产品成形到第j层时，假设已熔化层中产生的拉伸残余应力假定为材料的屈服应力σ
y
，承载拉伸残余应力σ
y
的悬臂梁的厚度为mt，m为熔池穿透深度与层厚的比值，t为每层悬臂梁的厚度；
[0029]节点i受到的轴向压力F
int
和向上弯曲的力矩M
int
的计算公式分别为：
[0030]F
int
＝σ
y
mtb
[0031][0032]其中，b为悬臂梁的宽度，轴向压力F
int
和力矩M
int
分别使悬臂梁在
‑
X方向和+Y方向发生变形。
[0033]在一些实施例中，根据预测结果计算产品在变形方向上的位移的操作包括：
[0034]计算节点i在X方向上的位移：
[0035]变截面的悬臂梁的轴向压缩变形量δ(x)的计算公式为：
[0036][0037]其中，变截面的面积A(x)＝b
×
(h(x)+t)，E为材料杨氏模量；
[0038]第j层悬臂梁对节点i造成的沿X方向的位移计算公式为：
[0039][0040]其中，x
i
为节点i的X坐标，在打印过程中，第i层及以上的成形层对节点i造成的沿X方向的位移计算公式为：
[0041][0042]在一些实施例中，根据预测结果计算产品在变形方向上的位移的操作包括：
[0043]计算节点i在Y方向上的位移：
[0044]根据“欧拉
‑
伯努利”梁的弯矩
‑
曲率关系，节点i在Y方向上的位移Δ(x)满足以下公式：
[0045][0046]节点i的弯曲截面为矩形，因此惯性矩的计算公式为：
[0047][0048]经计算，可得：
[0049][0050]进一步，通过求解节点i的Y坐标上Δ(x)值，计算节点i由于第j层沉积引起的竖向弯曲位移为：
[0051]v
ij
＝
△
(x
i
)
[0052]在打印过程中，第i层及以上的成形层对节点i造成的沿Y方向的弯曲位移计算公式为：
[0053][0054]在一些实施例中，按照新的加工曲线加工产品的操作包括：
[0055]按照新的加工曲线通过3D打印机打印产品，在打印产品的过程中，将按照第三部分曲线打印时的激光能量密度设置为小于按照第二部分曲线打印时的激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造技术的加工方法，其特征在于，包括：计算反向补偿曲线；根据产品(10)的预设变形量，确定所述预设加工曲线和所述反向补偿曲线的交互区域(20)；所述预设加工曲线包括位于所述交互区域(20)内的第一部分曲线(S1)和位于所述交互区域(20)之外的第二部分曲线(S2)，将所述第一部分曲线(S1)替换为所述反向补偿曲线的位于所述交互区域(20)内的第三部分曲线(S3)，通过所述第三部分曲线(S3)和所述第二部分曲线(S2)建立新的加工曲线；和按照所述新的加工曲线加工所述产品(10)。2.根据权利要求1所述的基于增材制造技术的加工方法，其特征在于，所述计算反向补偿曲线的操作包括：对所述产品(10)的变形进行预测；根据预测结果计算所述产品(10)在变形方向上的位移；根据所述位移，建立所述产品(10)在变形区域的函数模型；和根据所述函数模型，获得所述产品(10)的反向补偿曲线。3.根据权利要求2所述的基于增材制造技术的加工方法，其特征在于，对所述产品(10)的变形进行预测的操作包括：对所述产品(10)的受力情况进行分析；和计算引起所述产品(10)发生变形的力或力矩的大小。4.根据权利要求3所述的基于增材制造技术的加工方法，其特征在于，根据预测结果计算所述产品(10)在变形方向上的位移的操作包括：根据计算所得的力或力矩的大小，分别计算所述产品(10)在第一预设方向和第二预设方向上的位移大小，所述第一预设方向和所述第二预设方向相互垂直。5.根据权利要求2所述的基于增材制造技术的加工方法，其特征在于，所述产品(10)包括中心设有通孔的筒形件，所述产品(10)通过3D打印机打印而成，对所述产品(10)的变形进行预测的操作包括：假设所述产品(10)包括n层悬臂梁，各层所述悬臂梁发生变形后的偏差用对应层的所述悬臂梁的末端节点处的X方向位移和Y方向位移来表示；对于沿X方向的长度为x的节点i(1≤i≤n)，沿Y方向位于所述节点i上方的所述悬臂梁的总厚度h(x)的计算公式为：其中，H
j
为第j(i≤j≤n)层所述悬臂梁的高度，R为所述产品(10)的半径；当所述产品(10)成形到第j层时，假设已熔化层中产生的拉伸残余应力假定为材料的屈服应力σ
y
，承载拉伸残余应力σ
y
的所述悬臂梁的厚度为mt，m为熔池穿透深度与层厚的比值，t为每层所述悬臂梁的厚度；所述节点i受到的轴向压力F
int
和向上弯曲的力矩M
int
的计算公式分别为：F
int
＝σ
y
mtb
其中，b为所述悬臂梁的宽度，轴向压力F
int
和力矩M
int
分别使所述悬臂梁在
‑
X方向和+Y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：蹤雪梅，陈鹏飞，何冰，张超，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：