[发明专利]用于SLM成形的易去除支撑结构及其制备方法与应用

说明书

本发明属于激光选区熔化相关技术领域，其公开了一种用于SLM成形的易去除支撑结构及其制备方法与应用，所述支撑结构包括支撑块体及所述支撑结构使用时、形成在成形件与所述支撑块体之间的粉末隔层，所述粉末隔层是由金属粉末铺设而成的，其用于将所述成形件与所述支撑块体隔离；所述支撑结构是在所述成形件的制备过程中形成的。本发明的支撑结构与成形件一起制备，无需任何其他多余设计，在加工过程中很容易实现与生成，减少了成本；支撑结构简单，在实际使用过程中只需要适当调节打印工艺即可，可以简化复杂结构支撑部分的设计流程，节约成本。

技术领域

本发明属于激光选区熔化相关技术领域，更具体地，涉及一种用于SLM成形的易去除支撑结构及其制备方法与应用。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)，也称为3D打印技术，通过将三维物体划分为二维平面，进行层与层的成形，融合了材料、计算机和机械等多学科知识，特别是离散材料逐层堆积的制造过程可以实现材料制备与结构成形的一体化，是制造复杂高性能零件的有效途径。其中激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术采用激光束作为移动热源，通过选择性地扫描特定区域的金属粉末使其快速熔化凝固，接着将金属粉末薄层铺在成形表面，继续重复上诉步骤，层层熔化堆积形成最终成形件。由于其无需工装模具与夹具，激光选区熔化成形金属材料几乎不受零件复杂程度的约束，且成形精度高、加工周期短、成形件力学性能优异，在航空航天、汽车制造、生物医疗、工业生产等领域都有广阔的应用前景。

随着科学技术的发展，现在的零件越来越趋向复杂化以及多功能化，内部结构通常含有悬垂平面、内流道、孔洞以及薄壁部位等复杂多变结构。虽然SLM技术理论上能成形任意复杂形状，但当激光在粉末床熔化成形时，若当前层大于上一层截面面积，即有悬垂面出现时，外延部分由于没有铸型和模具支撑约束，成形过程中容易掉渣、塌陷，发生严重变形甚至导致成形失败。这时就需要良好的支撑设计来约束零件的变形，保证成形过程稳定。

SLM支撑结构一方面需要保证成形过程中不发生变形塌陷，另一方面强度不能太高，避免无法去除或去除难度过大。目前用于SLM打印的支撑多为多孔以及网状支撑结构，在成形结束后还需通过机加工除去支撑和表面打磨方法保证成形面。并且在一些微小内流道及孔洞结构处的支撑难以去除，容易损坏成形件。因此，需要设计一种SLM成形的易去除支撑结构，在保证打印质量的基础上提高去支撑的效率以及精度。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于SLM成形的易去除支撑结构及其制备方法与应用，其利用金属粉末作为支撑隔层，将成形零件与支撑块体分隔开，被粉末层部分包围的金属块体作为支撑体，在打印结束后可以直接去除支撑结构，无需机加工以及表面处理，保证了支撑结构不会对成形件质量产生影响，可以实现SLM成形支撑结构的快速去除，以解决现有SLM成形过程中支撑去除困难以及支撑面精度差的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于SLM成形的易去除支撑结构，所述支撑结构包括支撑块体及所述支撑结构使用时、形成在成形件与所述支撑块体之间的粉末隔层，所述粉末隔层是由金属粉末铺设而成的，其用于将所述成形件与所述支撑块体隔离；所述支撑结构是在所述成形件的制备过程中形成的。

进一步地，所述粉末隔层的厚度为0.08mm～0.4mm。

进一步地，所述金属粉末的粒径为15μm～53μm。

进一步地，所述金属粉末的球形度大于0.8。

进一步地，所述金属粉末的流动性大于10s/50g。

进一步地，所述金属粉末的松装密度大于其致密材料的55％以上，振实密度大于其致密材料的62％以上。

进一步地，所述金属粉末中含有卷入性气体的空心粉的比例小于等于1％。

进一步地，所述支撑块体与所述成形件所采用的成形工艺相同。