[发明专利]一种薄壁悬臂骨架类结构及激光选区熔化成形方法

说明书

本发明提供了一种薄壁悬臂骨架类结构及激光选区熔化成形方法，包括如下步骤：建立骨架结构的三维模型；根据薄壁悬臂骨架类结构的结构特征，确定成形方向；对骨架悬垂区域适应性修改；添加防变形支撑和网格支撑；采用相应的激光选区熔化成形工艺参数及跳跃光栅式扫描方式对带有支撑的三维模型进行切片处理，在惰性气氛采用软刮刀、低速铺粉模式进行成形；对带基板骨架结构进行去应力热处理；线切割分离基板和骨架结构。采用本发明方法能快速成形出薄壁悬臂骨架类结构，大幅度提高制造薄壁悬臂骨架类的材料利用率、提高产品质量且缩短制造周期。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种薄壁悬臂骨架类结构及激光选区熔化成形方法。

背景技术

骨架类结构主要是用来包覆热机元件，一般为薄壁件，厚度范围为0.5-2mm，传统加工需采用棒料机械加工制造，存在材料利用率极低、加工周期长、变形大等问题，激光选区熔化成形技术可依据零件三维CAD模型，通过材料逐层堆积出产品原型或零部件，不受制于零件结构的限制，且制造周期短、材料利用率高，非常适用于薄壁悬臂骨架类结构的生产制造。

由于激光选区熔化成形采用高能激光束作为能量源，成形过程中较高的冷却速率会引起较大的热应力，导致骨架类结构发生变形，甚至开裂。

发明内容

本发明解决的技术问题是：一种薄壁悬臂骨架类结构及激光选区熔化成形方法，能够实现薄壁悬臂结构的高效率、高质量成形，解决了薄壁悬臂结构成形时容易发生变形开裂，尺寸精度较差的问题。

本发明提供的技术解决方案如下：

第一方面，

一种薄壁悬臂骨架类结构，包括：主体、悬臂和悬垂连接段；

所述主体为由横梁和竖梁组成的框架结构，框架结构中设置有多个镂空区域；

所述悬臂的上设置有多处悬垂连接段，悬臂和主体之间通过悬垂连接段连接；悬臂沿竖直方向设置。

优选地，所述主体和悬臂的材料均为钛合金。

优选地，镂空区域的形状为矩形。

优选地，悬垂连接段与水平面之间的夹角低于30°。

优选地，所述主体和悬臂的壁厚范围为0.5-2mm。

第二方面，

一种对第一方面所述的一种薄壁悬臂骨架类结构进行激光选区熔化成形的方法，包括如下步骤：

1)建立薄壁悬臂骨架类结构的三维模型；

2)根据薄壁悬臂骨架类结构的结构特征，选择悬臂与基板水平面呈45°以上角度的方向作为成形方向；

3)对横梁下端面进行修改，使横梁下端面与水平面之间的夹角大于或等于45°，进一步可以采用尖顶形镂空结构，实现悬垂区域的自支撑成形。得到薄壁悬臂骨架结构优化三维模型；

4)在所述悬垂连接段的下端面向下添加网格支撑，在所述框架结构中沿水平方向设置防变形支撑，获得添加有网格支撑及防变形支撑的三维模型；

5)将添加有网格支撑及防变形支撑的三维模型进行切片处理，设置激光选区熔化成形工艺参数，选用精度较高的小激光功率、大扫描间距、高扫描速度工艺参数和跳跃光栅式扫描策略，得到加工程序文件；

6)将加工程序文件导入设备，在处于惰性气氛中的钛合金基板上进行激光选区熔化成形，得到带有基板、网格支撑及防变形支撑的薄壁悬臂骨架类结构；

7)将带有基板、网格支撑及防变形支撑的薄壁悬臂骨架类结构，进行热处理；

8)分离基板及薄壁悬臂骨架类结构，去除步骤4)中添加的网格支撑和防变形支撑，得到薄壁悬臂骨架结构。