一种减小增材制造残余应力的基板制备方法技术

本发明专利技术提供了一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种减小增材制造残余应力的基板制备方法


[0001]本专利技术涉及高能束增材制造
，特别涉及一种减小增材制造残余应力的基板制备方法
。

技术介绍

[0002]增材制造技术，也称为
3D
打印技术，诞生于上世纪
80
年代，是一种以
CAE 3D
数字化模型为基础，将材料采用逐层堆积的方法直接成型三维实体零件的新型制造技术，是一种精确的材料成型方法，特别适用于薄壁类和复杂型零件的制造，具有广泛的应用前景
。
但是随着增材制造技术的进一步发展，研究表明在增材制造过程中，增材制造构件会发生开裂和变形严重等缺陷，极大影响了增材制造构件的质量，造成上述不可修复缺陷的重要因素之一就是增材制造过程中产生的严重残余应力
。
[0003]增材制造过程中产生的严重残余应力主要源于累积的不均匀温度场和不可避免的基板机械约束
。
目前，原位调控增材制造过程中的残余应力已经研究多年，包括增材制造工艺参数调整
、
基板预热
、
原位热处理和构件后处理等技术，都能取得一定的成效；但是均具有一定的局限性，如工艺参数调整和基本预热等工艺调控残余应力成都有限，热处理和后处理等均为全局加工或增加产品生产周期
。
[0004]增材制造构件的热损失是加剧不均匀温度场的重要原因，其中最主要的损失源是打印体与非打印体间的热传导，降低增材制造构件的热损失，保持构件的均匀温度场是调控残余应力的重要方向，为此，提出一种减小增材制造残余应力的基板制备方法
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例希望提供一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择
。
[0006]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，包括：
[0007]S1、
根据增材制造构件与基板
B
的连接几何形状
N
，确定基板
B
的弱机械约束的形状
P
；
[0008]S2、
制作基板
B
，基板
B
分为上
、
中
、
下三层，分别标记为
B
上
、B
中和
B
下，其中
B
上是基板
B
与增材制造构件的连接层；
B
中是基板
B
的隔热层；
B
下是基板
B
的支持层；
[0009]S3、
根据形状
P
，在基板
B
上制备增材制造构件的支撑结构
M
，支撑结构
M
为镶嵌于基板
B
的结构；
[0010]S4、
将基板
B
放置在增材制造工作台上，放置要求为
B
上层为增材制造构件的制造开始层，
B
下层是基板
B
的支撑层
。
[0011]在一些实施例中，在所述
S1
中，所述几何形状
N
是指增材制造构件在基板
B
打印第一层时，基板
B
表面形成的二维形状，所述形状
P
的平面面积应不小于所述几何形状
N
的平面面积，所述形状
P
的平面形状可以与所述几何形状
N
相同，也可以不相同
。
[0012]在一些实施例中，在所述
S2
中，
B
上为金属层，其厚度在保证正常打印的前提下尽可能的小，在厚度上，
B
中
≧B
上
。
[0013]在一些实施例中，在所述
S2
中，
B
中层为隔热层，由一种或多种隔热材料组成，其导热系数要求不大于
0.25W/(m
·
k)。
[0014]在一些实施例中，在所述
S2
中，
B
下为基板
B
的支持层，
B
下为非必要结构，是否使用
B
下层，应根据实际情况而定
。
[0015]在一些实施例中，在所述
S2
中，基板
B
可为一个整体，可为
B
上
、B
中和
B
下三个单独个体层的结合，
B
上
、B
中和
B
下三个单独个体层之间的材质
、
厚度
、
导热性能和力学性能等机械
、
物理和力学性能参数可以不同，当基板
B
由
B
上
、B
中和
B
下三个单独个体层结合而成时，采用紧固件进行固定和定位
。
[0016]在一些实施例中，在所述
S3
中，嵌于基板
B
的增材制造构件支撑结构
M
是从基板
B
中切割分离出来的结构，且支撑结构
M
与基板
B
之间为间隙配合
。
[0017]在一些实施例中，在所述
S3
中，所述支撑结构
M
在基板
B
的深度
(
即厚度方向
)
上可选为三种情况：
[0018]一
、
深度与
B
上层厚度一致；
[0019]二
、
深度与
B
上
+B
中层厚度一致；
[0020]三
、
深度与
B
上
+B
中
+B
下层厚度一致
。
[0021]在一些实施例中，在所述
S3
中，所述支撑结构
M
的三维形状可为上宽下窄的梯形或其他不易偏位的形状，若在同一块基板
B
上同时拥有多个支撑结构
M
时，相邻的支撑结构
M
之间的距离应不小于
3mm。
[0022]在一些实施例中，在所述
S4
中，所述基板
B
在放置时，要求
B
上层与增材制造构件接触
。
[0023]本专利技术实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]一
、
本专利技术通过设计低机械约束力和低导热的基板方式从残余应力的源头上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，其特征在于，包括：
S1、
根据增材制造构件
(5)
与基板
B
的连接几何形状
N
，确定基板
B
的弱机械约束的形状
P
；
S2、
制作基板
B
，基板
B
分为上
、
中
、
下三层，分别标记为
B
上
、B
中和
B
下，其中
B
上是基板
B
与增材制造构件
(5)
的连接层；
B
中是基板
B
的隔热层；
B
下是基板
B
的支持层；
S3、
根据形状
P
，在基板
B
上制备增材制造构件
(5)
的支撑结构
M(4)
，支撑结构
M(4)
为镶嵌于基板
B
的结构；
S4、
将基板
B
放置在增材制造工作台上，放置要求为
B
上层为增材制造构件
(5)
的制造开始层，
B
下层是基板
B
的支撑层
。2.
根据权利要求1所述的一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，其特征在于：在所述
S1
中，所述几何形状
N
是指增材制造构件
(5)
在基板
B
打印第一层时，基板
B
表面形成的二维形状，所述形状
P
的平面面积应不小于所述几何形状
N
的平面面积，所述形状
P
的平面形状可以与所述几何形状
N
相同，也可以不相同
。3.
根据权利要求1所述的一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，其特征在于：在所述
S2
中，
B
上为金属层，其厚度在保证正常打印的前提下尽可能的小，在厚度上，
B
中
≧B
上
。4.
根据权利要求1所述的一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，其特征在于：在所述
S2
中，
B
中层为隔热层，由一种或多种隔热材料组成，其导热系数要求不大于
0.25W/(m
·
k)。5.
根据权利要求1所述的一种减小增材制造残余应力的基板制备方法，其特征在于：在所述
S2
中，

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞尧，张书彦，王飞，郭水，李相伟，侯晓东，李荣锋，张鹏，
申请(专利权)人：东莞材料基因高等理工研究院，
类型：发明
国别省市：