【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光选区熔化增材制造，尤其涉及一种激光选区熔化成形大型环形薄壁件控形支撑设计方法。
技术介绍
1、激光选区熔化技术(selective laser melting，slm)是一种新兴的增材制造技术，近年来备受关注。其独特的优势使其成为备受航空航天等高要求领域青睐的增材制造工艺。slm技术通过搭载高能激光的设备，将金属粉末完全熔化，然后逐层堆叠以制造金属零件，省略了多个传统制造步骤，缩短了生产周期，提高了材料的利用率。
2、在制造领域，一些具有大尺寸的薄壁件往往难以通过传统加工方法精确制造。因此，增材制造技术特别是激光选区熔化技术，因其出色的成形自由度而备受制造业的追捧，在制造大型环形薄壁件方面成为一种明显的趋势。
3、然而，大型环形薄壁件在slm成形过程中容易发生变形，如何有效地设计支撑结构，以确保在制造过程中的稳定性和最终质量是目前的主要挑战。现有技术中，工程师和操作员需要手动设计支撑结构，以防止薄壁结构在制造过程中发生变形或坍塌。这需要难度较高的专业知识和经验，并且可能导致支撑结构的不均匀分布，造成制造缺陷或材料浪费。
4、因此，有必要设计一种支撑结构设计方法，在保证产品控形质量的同时，有效减少材料浪费并提高制造效率。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，用以解决现有大型环形薄壁件增材制造中变形难以控制、形面精度差、支撑材料浪费中至少一个问题。
2、一
3、步骤一，计算大型环形薄壁件的最小支撑体积，最小支撑体积为维持大型环形薄壁件不塌陷的支撑体积的最小值；
4、步骤二，根据计算得到的最小支撑体积确定第一级支撑结构的支撑体积，第一级支撑结构的支撑体积大于大型环形薄壁件的最小支撑体积；
5、步骤三，对大型环形薄壁件及其第一级支撑结构进行slm增材制造形变模拟仿真，获得形变模拟仿真结果；
6、步骤四，根据形变仿真模拟结果判断是否需要增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件；
7、步骤五，重复步骤四，直至形变仿真结果符合控形目标要求。
8、进一步的，所述步骤一中，最小支撑体积v满足：
9、v＝a×d×t×h；
10、式中，a为系数，取值为0.2-2.5；
11、d为大型环形薄壁件的平均直径；
12、t为大型环形薄壁件的综合壁厚；
13、h为大型环形薄壁件顶面到底面的高度。
14、进一步的，所述步骤四中，当需要增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件，第二级支撑件形成第二级支撑结构；对大型环形薄壁件及其第一级支撑结构、第二级支撑结构进行slm增材制造形变模拟仿真。
15、进一步的，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最终确定支撑结构的组成：形变＞±0.5mm，增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件；形变≤±0.5mm，不增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件。
16、进一步的，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最终确定支撑结构的组成：形变＞±1mm，增加第一级支撑结构的支撑体积；±0.5mm<形变≤1mm，增加第二级支撑件。
17、进一步的，所述步骤五中，控形目标为形变在±0.5mm范围内。
18、进一步的，在大型环形薄壁件内形面或外形面上设置均匀分布的第一级支撑件，形成第一级支撑结构；第一级支撑件的高度与大型环形薄壁件的高度相同。
19、进一步的，所述第一级支撑件为轴向肋板、交叉网格、点阵中的一种或多种。
20、进一步的，所述第二级支撑件为悬挑肋板、交叉网格、点阵中的一种或多种。
21、另一方面，本专利技术实施例提供了一种slm成形大型环形薄壁件支撑结构，所述支撑结构由上述设计方法设计得到。
22、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
23、1、提高成品质量。slm增材制造的成品质量对于许多应用至关重要。通过形变模拟仿真，本专利技术的方法可以更好地预测和控制形变，减少了因不正确支撑或材料紧缩引起的制造缺陷。结果是更高质量的成品，降低了废品率，节省了时间和资源。
24、2、最小化材料浪费。通过在早期计算大型环形薄壁件的最小支撑体积，确保支撑结构的最小体积，减少了材料浪费。这有助于降低制造成本，同时支持可持续性生产。
25、3、自适应支撑。本专利技术引入了自适应支撑结构，根据形变仿真结果调整支撑密度和位置。支撑结构的精确定位和控制有助于维持大型环形薄壁件的形面精度，确保最终产品满足精确的设计要求。同时使支撑结构能够根据实际需求进行调整，从而在最小化材料浪费的同时确保大型环形薄壁件的稳定性。
26、4、简化制造过程。传统的支撑结构设计可能需要专业知识和繁琐的手动操作，这可能导致制造过程的复杂性和耗时。本专利技术的方法通过自动化支撑的计算和调整，简化了整个制造过程，减少了人为错误的风险，并提高了生产效率。
27、5、提高制造灵活性：由于本专利技术适用于各种类型的大型环形薄壁件，包括不同形状和尺寸的筒形薄壁件，制造商可以更容易地应对不同项目的需求，增加了制造灵活性。
28、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤一中，最小支撑体积V满足：
3.根据权利要求1所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，当需要增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件，第二级支撑件形成第二级支撑结构；对大型环形薄壁件及其第一级支撑结构、第二级支撑结构进行SLM增材制造形变模拟仿真。
4.根据权利要求1所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最终确定支撑结构的组成：形变＞±0.5mm，增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件；形变≤±0.5mm，不增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件。
5.根据权利要求4所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最终确定支撑结构的组成：形变＞±1mm，增加第一级支撑结构的支撑体积；±0.5mm<
6.根据权利要求1所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤五中，控形目标为形变在±0.5mm范围内。
7.根据权利要求1所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，在大型环形薄壁件内形面或外形面上设置均匀分布的第一级支撑件，形成第一级支撑结构；第一级支撑件的高度与大型环形薄壁件的高度相同。
8.根据权利要求7所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述第一级支撑件为轴向肋板、交叉网格、点阵中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述SLM成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述第二级支撑件为悬挑肋板、交叉网格、点阵中的一种或多种。
10.一种SLM成形大型环形薄壁件支撑结构，其特征在于，所述支撑结构由权利要求1-9的设计方法设计得到。
...【技术特征摘要】
1.一种slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤一中，最小支撑体积v满足：
3.根据权利要求1所述slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，当需要增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件，第二级支撑件形成第二级支撑结构；对大型环形薄壁件及其第一级支撑结构、第二级支撑结构进行slm增材制造形变模拟仿真。
4.根据权利要求1所述slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最终确定支撑结构的组成：形变＞±0.5mm，增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件；形变≤±0.5mm，不增加第一级支撑结构的支撑体积或增加第二级支撑件。
5.根据权利要求4所述slm成形大型环形薄壁件控形支撑结构设计方法，其特征在于，所述步骤四中，根据形变仿真模拟结果判断，最...
【专利技术属性】
技术研发人员：张钰琪，王志敏，李鹏，齐海，何智，苏江舟，车磊，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。