一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法，属于金属增材制造技术领域。通过电火花加工去除SLM成形零件支撑、提高悬垂面表面质量，工艺简单，节约了加工时间，降低了后处理成本。通过对3D打印成形金属零部件待加工部位进行反拷贝建模，并对反拷贝模型进行拆分优化设计，以获得电火花电极的结构尺寸，采用3D打印技术成形不锈钢电极并进行表面镀铜处理，最终对零件进行去支撑及表面处理等后处理加工。采用电加工的方式对3D打印零件进行去支撑以及表面处理，加工效率快，加工精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法


[0001]本专利技术属于金属增材制造
，具体涉及一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法。

技术介绍

[0002]增材制造(AM)技术是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法,可实现复杂几何形状零件的无模具、快速、近净成型。相比于传统的制造加工工艺，增材制造技术具有无模具、周期短、成本低等优点，可以直接将数字化模型制造为实体零件，故可以制造出任意复杂形状的零件，极大地促进了制造业的发展，近些年在航空航天、轨道交通、汽车、生物医学、军工等领域等到了较为广泛的应用。
[0003]以金属粉末为原材料、以激光为能量源的激光选区熔化成形技术(SLM)，具有精度高、材料利用率高、零件致密性好、零件力学性能优异等优点，广泛应用于中小型复杂构件精密净成形。然而，对于包含悬垂结构或管路结构的零件，在SLM成形过程中需要对其添加支撑结果，以免打印过程中出现粉末塌陷情况而导致零件不能成形。
[0004]现有针对激光选区熔化成形零件支撑结构的去除方法主要有机加工和电加工两种。采用通用刀具或电极无法针对形状复杂的悬垂或管路结构进行加工，单独采用传统制造方法设计刀具，工序复杂、成本高昂，因此，有必要针对激光选区熔化技术开发出方便、低廉的去支撑及后处理方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对以上问题，提出了一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法，通过反拷贝方法设计电火花电极，采用SLM技术成形不锈钢电极并表面镀铜处理，通过电火花加工去除SLM成形零件支撑、提高悬垂面表面质量，工艺简单，节约了加工时间，降低了后处理成本。
[0006]本专利技术的技术方案为：本专利技术用于去除激光选区熔化成形零件悬垂、管路结构的支撑以及提高表面精度，通过对3D打印成形金属零部件待加工部位进行反拷贝建模，并对反拷贝模型进行拆分优化设计，以获得电火花电极的结构尺寸，采用3D打印技术成形电火花电极并进行表面镀铜处理，最终对零件进行去支撑及表面处理等后处理加工，有效的提高了3D打印成形零件表面质量，节约加工时间，减少后处理工序，降低成本。
[0007]包括以下步骤：步骤一、运用计算机中的三维建模软件将待加工的零件特征表面输出二维图纸，保存为dwg格式并在CAD中打开，根据粗加工或精加工需求将特征面向内缩减0.5~1mm，获得电极加工面尺寸形状；步骤二、根据电极加工面图纸，在计算机三维建模软件进行拉伸操作，得到电极初始加工表面形状；步骤三、根据加工表面尺寸、形状，确定电极加工表面是否与要拆解，将待加工表
面分为两类，分别为：小表面或无法分割表面、大表面或回转表面；对于第一类小表面或无法分割表面，电极加工部分保持此前初始表面形状不变，对于第二类大表面或回转表面，电极加工部分根据初始加工表面尺寸形状进行拆解，得到关键部分形状，随后获得拆解后的电极加工表面形状；步骤四、设计电极加持端，电极后端加持端为圆柱形或方形，电极加工端与加持端之间平滑过渡，对于第三类侧面孔或槽，根据孔或槽的方向，加持端偏转相应方向，保证加持端竖直；步骤五、将设计好的电极三维模型保存为STL格式，保证过渡表面光滑平整；步骤六、采用SLM技术成形金属电火花电极，具体成形参数为：采用蛇形扫描策略，体扫描激光功率180W~220W，激光扫描速度900~1200mm/s，激光扫描间隙0.06~0.1mm，成形层厚0.02~0.04mm，层间旋转角65~70
°
，边缘扫描激光功率210~260W；步骤七、将打印完成的金属电极连带基板一同取出，采用电火花线切割的方式将电极从基板上切下，并对电极进行抛光；步骤八、对电极加工表面进行镀铜处理；步骤九、将加工好的电极装夹在电火花机床上对待加工零件进行去支撑和表面处理操作，机床定位精度0.02mm，重复定位精度0.015mm。
[0008]与现有技术中的金属激光增材制造后处理技术相比，本专利技术具有如下优点：一、本专利技术相较于现有的金属3D打印零部件后处理方法，通过将零件待加工表面进行反拷贝，完成对电火花电极的快速设计制造，采用电加工的方式对3D打印零件进行去支撑以及表面处理，加工效率快，加工精度高；二、本专利技术采用SLM技术成形电火花电极，极大程度减少了电极设计加工等复杂的工序，工艺简单，操作方便，生产周期短，节约了电极制造成本，尤其适合产品设计研发和小批量生产；三、本专利技术无需特别的电火花机床，设计的电火花电机可以在常用的电火花机床上使用，无需其他的装夹方式，进一步的缩小了加工成本。
附图说明
[0009]图1为本专利技术工作流程图；图2为本专利技术中零件特征表面输出二维图纸；图3为本专利技术中电极加工表面初始形状；图4为本专利技术中进行拆解后的电极加工表面形状；图5为本专利技术中增加夹持端后的最终电火花电极形状；图2中：1、侧面圆柱孔，2、顶端圆环形凹槽，3、顶端方形凹槽，4、顶端圆柱孔，5、顶端大圆柱凹槽，6、侧面方形孔；图3中：1a~6a为待加工部位1~6对应的电极加工表面初始形状；图4中：2b、3b、5b、6b为电极加工表面初始形状2a、3a、5a、6a进行拆解后的电极加工表面形状，1b、4b无需拆解与1a、4a相同；图5中：1c~6c为1b~6b电极加工表面增加夹持端后的最终电火花电极形状，1c、侧面圆柱孔加工电极，2c、顶端圆环形凹槽加工电极，3c、顶端方形凹槽加工电极，4c、顶端圆
柱孔加工电极，5c、顶端大圆柱凹槽加工电极，6c、侧面方形孔加工电极。
具体实施方式
[0010]为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
[0011]实施例采用316L不锈钢，本专利技术电极材料可以选用其他导电金属材料。
[0012]实施例，一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法，包括以下步骤：步骤一、如图2所示，运用计算机中的三维建模软件将待加工的零件特征表面输出二维图纸，保存为dwg格式并在CAD中打开，对零件进行精加工，将特征面向内缩减0.5mm，获得电极加工面尺寸形状；步骤二、如图3所示，根据电极加工面图纸，在计算机三维建模软件进行拉伸操作，得到电极初始加工表面形状；步骤三、根据加工表面尺寸、形状，确定电极加工表面是否与要拆解，将待加工表面分为两类，分别为：小表面或无法分割表面（图2中1、4）、大表面或回转表面（图2中2、3、5、6）。对于第一类小表面或无法分割表面，电极加工部分保持此前初始表面形状不变，对于第二类大表面或回转表面，电极加工部分根据初始加工表面尺寸形状进行拆解，得到关键部分形状，随后得到拆解后的电极加工表面形状，如图4所示；步骤四、设计电极加持端，如图5所示，电极后端加持端为圆柱形或矩形，电极加工端与加持端之间平滑过渡，对于侧面孔或槽，根据孔或槽的方向，加持端偏转相应方向，保证加持端竖直；步骤五、将设计好的电极三维模型保存为STL格式，保证过渡表面光滑平整；步骤六、采用SLM技术成形不锈钢电火花电极，具体成形参数为：采用蛇形扫描策略，体扫描激光功率200W，激光扫描速度1000mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法，其特征在于，通过对3D打印成形金属零部件待加工部位进行反拷贝建模，并对反拷贝模型进行拆分优化设计，以获得电火花电极的结构尺寸，采用3D打印技术成形不锈钢电极并进行表面镀铜处理，最终对零件进行去支撑及表面处理等后处理加工。2.根据权利要求1所述的一种3D打印反拷贝电极及增材零件放电加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、运用计算机中的三维建模软件将待加工的零件特征表面输出二维图纸，保存为dwg格式并在CAD中打开，根据粗加工或精加工需求将特征面向内缩减0.5~1mm，获得电极加工面尺寸形状；步骤二、根据电极加工面图纸，在计算机三维建模软件进行拉伸操作，得到电极初始加工表面形状；步骤三、根据加工表面尺寸、形状，确定电极加工表面是否与要拆解，将待加工表面分为两类，分别为：小表面或无法分割表面、大表面或回转表面；对于第一类小表面或无法分割表面，电极加工部分保持此前初始表面形状不变，对于第二类大表面或回转表面，电极加工部分根据初始加工表面尺寸形状进行拆解，得到关键部分形状，随后获得拆解后的电极加工表面形状；步骤四、设计电极加持端，电极后端加持端为圆柱形或方形，电极加工端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱明波，谢沛东，沈理达，赵孟，刘志东，谢德巧，夏思伟，吕非，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：