CN103894611B - 一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，属于快速成形技术领域。该方法首先根据预制零部件的形状、材料、使用性能要求等，确定所需金属导向杆的数量、材料、结构、尺寸、排布方式，并将导向杆按照预订几何排布方式固定于成形平台上；然后将预制零部件的三维模型进行分层处理，获得离散化的二维层片信息，根据二维层片信息规划喷头的打印路径；喷头按照打印路径进行逐层打印成形，并将导向杆逐渐“埋覆”在成形件中。在预制零部件的喷射沉积三维打印成形过程中，采用导热性能良好的金属导向杆不仅可以提高喷射沉积层熔融金属的固化速度，金属导向杆也起到强化、支撑和预留管道的作用。该方法适用于大型金属零部件的直接喷射沉积成形。

Description

一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法
技术领域
本发明属于快速成形领域，适用于大型金属零部件的直接喷射沉积成形。
背景技术
三维打印成形技术（Three Dimensional Printing）是采用微喷射原理，喷嘴喷射出液态微滴，液滴按一定路径逐层堆积成形零件，简称3DP。逐层堆积的过程中即打印过程，首先在计算机生成实体的三维模型，然后根据工艺要求，将该三维实体CAD模型在Z轴向将其离散成一定厚度的二维层片。然后在层片信息中区分实体和支撑材料信息，并产生喷射控制命令。最后三维打印机就可以根据系统所给的程序和材料组分信息，在工作平台上喷射给定的层厚，即喷射一个一定厚度的层面，经过逐层堆砌后，最终得到三维实体模型。现有成型技术在采用大喷头进行大尺寸金属零部件的高速喷射沉积成形过程中，存在冷却时间过长、层与层之间结合性能差、成形件变形大、成形效率低、难以在成形件内部预留管道等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法。该方法适用于大型金属件的成形，能够显著提高金属件喷射沉积成形的效率。同时，由于柔性导向杆采用导热性能良好的金属杆，不仅可以提高喷射沉积层熔融金属的固化速度，金属导向杆也起到强化、支撑和预留管道的作用。
一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，该方法适用于大型金属零部件的直接喷射沉积成形，具体实施步骤为：（1）首先根据预制零部件的形状、材料、使用性能要求等，确定所需金属导向杆的数量、材料、结构、尺寸、排布方式，并将导向杆按照预订排布方式固定于成形平台上；（2）然后将预制零部件的三维模型进行分层处理，获得离散化的二维层片信息，根据二维层片信息及导向杆布局规划喷头的打印路径；（3）喷头按照打印路径进行逐层打印成形，并将导向杆逐渐“埋覆”在成形件中，与成形件融合成实体。
进一步地，所述的金属导向杆根据预制零部件的结构及形状进行选择，然后在成形平台上进行排布。
进一步地，所述金属导向杆的材料由预制零部件的材料、使用性能要求所决定，同一零部件不同部位可以采用不同材料的金属导向杆，能够实现零部件与导向杆间的最优结合。
进一步地，根据预制零部件的结构要求与使用性能要求，金属导向杆可以是实心，也可以是空心。当需要预留管道时，采用空心管。
进一步地，所述金属导向杆可以根据预制零部件的结构及使用性能要求在不同位置灵活设计截面形状、直径、高度等，在需要加强处，选用大直径金属导向杆。
进一步地，可以在成形件不同部位进行不同种类金属材料的喷射沉积成形，满足成形件不同部位的特殊要求以及具有材料结构梯度零部件的三维打印成形。
附图说明
图1、2是基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法的实施例。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施过程进行详细说明。
本发明一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，参考附图1，金属导向杆（2）可以是不同结构、尺寸的实心或空心金属杆，金属导向杆（2）所用材料根据预喷射沉积金属层材料来确定。
本发明方法具体实施步骤如下。
1、预制零部件分析：包括零部件的形状、材料、使用性能要求等。
2、导向杆选择和布局：根据预成形零部件的整体形状、材料使用性能要求，选择金属导向杆（2）。根据零件大小，确定导向杆（2）的数量；根据零件材料，确定导向杆（2）金属材料；根据零件外廓形状，确定导向（2）长短与直径；根据零件是否预留管道，选择空心或者实心的导向杆（2）；并且得到金属导向杆（2）的位置，导向杆的选择和布局如图所示。
3、建立预制件三维模型：利用三维建模软件建立预制零部件的三维模型。
4、模型离散化：根据工艺要求，把三维模型在Z轴方向按一定厚度进行分层处理，得到一系列二维层片信息。
5、规划成形路径：分析每层的二维层片信息以及导向杆（2）在该层所处的位置，规划喷头的喷射路径，并形成路径控制命令。
6、零件喷射沉积成形：熔融金属喷头按照规划后的成形路径进行逐层喷射沉积，熔融金属逐层叠加，并于金属导向杆（2）形成融合，最终得到复合的成形件实体。
以上所述仅为本发明的基本步骤而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，该方法适用于大型金属零部件的直接喷射沉积成形，具体实施步骤为：首先根据预制零部件的形状、材料、使用性能要求，确定所需金属导向杆(2)的数量、材料、结构、尺寸、排布方式，并将金属导向杆(2)按照预定排布方式固定于成形平台(1)上；然后将预制零部件的三维模型进行分层处理，获得离散化的二维层片信息，根据二维层片信息及金属导向杆布局规划喷头的打印路径；喷头按照打印路径进行逐层打印成形，并将金属导向杆(2)逐渐“埋覆”在成形件中，与成形件融合成实体。
2.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，所述的金属导向杆(2)根据预制零部件的结构及形状进行选择，然后在成形平台(1)上进行排布。
3.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，所述金属导向杆(2)的材料由预制零部件的材料、使用性能要求所决定，同一零部件不同部位采用不同材料的金属导向杆(2)，能够实现零部件与金属导向杆(2)间的最优结合。
4.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，根据预制零部件的结构要求与使用性能要求，金属导向杆(2)是实心的。
5.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，金属导向杆(2)是空心的，当需要预留管道时，采用空心管。
6.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，所述金属导向杆(2)根据预制零部件的结构及使用性能要求在不同位置灵活设计截面形状、直径、高度，在需要加强处，选用大直径金属导向杆(2)。
7.如权利要求1所述的一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法，其特征在于，在成形件不同部位进行不同种类金属材料的喷射沉积成形，满足成形件不同部位的特殊要求以及具有材料结构梯度零部件的三维打印成形。
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