[发明专利]选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，具体涉及选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法。

背景技术

选区激光熔化金属增材制造与金属焊接具有相似的制造状态，即在制造过程中会产生大量的热量。当材料热导率小和/或零件形状不利于散热时会形成一定的温度梯度；并且由于不同高度、水平方向不同区域不同时熔化凝固。温度梯度和不同时熔化凝固这两个因素均会造成很大的内应力，如果不通过合理的方法改善，零件会产生扭曲变形，阻碍制造过程的继续。即使能完成制造，零件也会因变形而产生较大的形位偏差，影响使用。为了解决该问题，在生长零件的同时需要生长一些额外的结构，来改善上述状况，我们称之为支撑(support)。

目前较为常用的支撑形式有网格结构、树形结构以及实体结构等，可以将增材制造过程中产生的热量传导到基板，从而降低温度梯度；支撑具有一定的强度，可以抵抗零件的应力变形；并且支撑还能起到承载零件重量的作用，因为粉末松散且具有流动性无法承重。图1(a)～图1(c)为上述支撑结构的示意图，其中图1(a)为网格支撑，图1(b)为树形支撑，图1(c)为实体支撑。

上述支撑有一个共同特点，就是在零件的增材制造位置已经固定的情况下，支撑添加在零件与水平面夹角小于某一度数(通常为40°左右)的面上。横向上零件周围充满粉末，由于粉末属于非连续体，中间存在大量空隙，因此导热性较差，只有辅助散热的功能，而支撑则起到了散热的主要作用，它可以垂直向下传导零件在制造过程中产生的热量。图2(a)和图2(b)示出了设置上述一般支撑的示意图，其中，图2(a)为正视图，图2(b)为俯视图。利用激光205在基板201上生长零件208，在基板201与零件208之间设置一般支撑202，其中203为未烧结粉末，204为当前烧结层，206为已成型部分，207为未成型部分。如上所述，一般支撑202可以垂直向下传导零件在制造过程中产生的热量，然而，当内因(如材质、零件形状)和外因(后期机加工)共同决定而导致零件的摆放方位不利于垂直方向散热时，就会产生很大的温度梯度，再加上零件的不同高度、同一高度不同区域不同时凝固，就会产生很大的内应力，上面所述的一般支撑在导热和抵抗应力变形方面都会显得力所不及。此外，当零件水平方向上刚度不足且存在应力时，只能约束零件垂直方向上的变形的上述支撑对此也无能为力。一旦零件在制造过程中发生变形，会造成制造过程无法继续，造成时间和材料上的浪费。即使能够完成制造，也会因为变形而使零件产生形位偏差，影响零件的正常使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种新的支撑形式的制作方法，即随形支撑。当一般的支撑形式不能满足零件在增材制造过程中的散热要求，和/或零件水平方向刚度不足，一般的支撑形式无法起到约束作用时，本发明的随形支撑可以起到辅助散热作用并在水平方向起到物理约束作用，从而减小内应力，抵抗变形。

根据本发明的第一方面，提供一种选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，包括以下步骤：a.利用三维制图软件创建三维零件的模型；b.确定随形支撑的位置；c.根据步骤b确定的位置制作原始随形支撑模型；d.将所述原始随形支撑模型放置在步骤b所确定的位置；e.将所述原始随形支撑模型中与所述零件重叠的部分通过布尔运算减掉，得到中间随形支撑模型；f.通过修剪功能将所述中间随形支撑模型的多余的部分修剪掉，得到最终随形支撑模型。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述步骤b所确定的位置为通过理论分析得出的零件散热条件差和/或刚度不足的位置、或根据以前的制造结果确定的出现变形的位置。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述步骤c中制作的原始随形支撑模型为一个或多个，多个所述原始随形支撑模型的外形相同或不相同。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述步骤c中制作的原始随形支撑模型为板状。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述原始随形支撑模型的厚度范围为1mm～50mm。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述步骤e中，通过减运算的参数控制，使得所述中间随形支撑模型与所述零件之间为间隙配合状态。

根据本发明的选区激光熔化金属增材制造用的随形支撑模型的制作方法，所述间隙的范围为0～5mm。