CN108145161A - 一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构 - Google Patents

一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构。该辅助支撑结构包括固定连接的网格支撑部分和实体支撑部分，即辅助支撑结构采用生长方向截面呈“网格+实体”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑；所述的网格支撑部分的下端支撑在实体支撑部分上，在薄壁结构的悬空端与实体支撑部分间形成支撑；所述的网格支撑部分采用薄片式或“山”字型结构形式；所述的实体支撑部分的上端支撑在网格支撑部分下端面，下端支撑在成形基板上；所述的实体支撑部分采用“山”字型或“Y”型结构形式。本发明可有效抑制倾斜薄壁开敞结构的翘曲变形及较大幅面薄壁开敞结构的飘曲变形，保证薄壁悬空、开敞结构型面精度。

Description

一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构
技术领域
本发明属于激光选区熔化增材制造技术领域，特别涉及一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构。
背景技术
激光选区熔化增材制造技术，基于合金粉末逐层熔化成形制造复杂零件，在钛合金、高温合金等难加工金属复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件整体制造方面具有独特优势。目前，激光选区熔化增材制造零件辅助支撑主要设计为整体实体类、整体网格类或成形幅面内截面呈“网格+实体”形式的复合式支撑等结构形式。整体实体类结构形式的辅助支撑残余应力较大，成形及支撑去除等后处理过程中易于引起层间拉裂或悬空部位变形等问题，且成形废重多、成形周期长，后续支撑去除工作量大。整体网格类结构形式的辅助支撑残余应力较小，支撑易于去除、去除工作量小，但由于温度梯度、冷却速率等较实体零件存在较大差异，各部位收缩不一致，容易引起较大高度较薄厚度网格支撑拉裂，影响型面成形精度，甚至可导致成形过程无法继续进行等严重问题。成形幅面内截面呈“网格+实体”形式的复合式辅助支撑可有效避免上述整体实体类、整体网格类辅助支撑存在的缺陷或问题，但仍存在实体部分去除难度及工作量较大等问题。
因此，针对薄壁悬空结构或不同类型薄壁开敞结构，采用现有辅助支撑设计技术仍存在加工量大、型面精度无法保证、支撑去除难度及工作量较大、较大幅面开敞结构瓢曲变形难以控制等难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，所述的薄壁结构为薄壁悬空结构或薄壁开敞结构厚度小于或等于5mm。
实现本发明目的的技术方案：一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，该辅助支撑结构设置在薄壁结构与成形基板间形成支撑，其包括固定连接的网格支撑部分和实体支撑部分，即辅助支撑结构采用生长方向截面呈“网格+实体”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑；所述的网格支撑部分的下端支撑在实体支撑部分上，在薄壁结构的悬空端与实体支撑部分间形成支撑；所述的网格支撑部分采用薄片式或“山”字型结构形式；所述的实体支撑部分的上端支撑在网格支撑部分下端面，下端支撑在成形基板上；所述的实体支撑部分采用“山”字型或“Y”型结构形式。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的薄壁结构为薄壁悬空结构或薄壁开敞结构，其厚度小于或等于5mm。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的网格支撑部分的高度为5mm～30mm，各网格的壁厚为0.05mm～0.25mm，薄壁结构的壁厚值越小，网格支撑部分的高度值越小。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的网格支撑部分采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为5～15mm，伸出的短边宽B1为5～10mm。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的实体支撑部分采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为5～20mm，伸出的短边宽B2为5～15mm。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的网格支撑部分采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为5～15mm，伸出的短边宽B1为5～10mm；所述的实体支撑部分采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为5～20mm，伸出的短边宽B2为5～15mm；上述L2、B2分别大于且等于L1、B1。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，当所述的薄壁结构为倾斜薄壁开敞结构或侧面为较大幅面的薄壁开敞结构，在背面或侧面添加若干个十字交叉筋式实体辅助支撑。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的十字交叉筋式实体辅助支撑的筋条宽度为2mm～5mm、高度为2mm～5mm或延伸至成形基板上，与竖直方向的夹角为小于或等于45度。
如上所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其所述的倾斜薄壁开敞结构与水平方向夹角大于或等于45度并且小于90度。
本发明的效果在于：
本发明针对薄壁悬空结构或薄壁开敞结构，采用生长方向截面呈“实体+网格”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑，针对倾斜薄壁开敞结构或侧面为较大幅面的薄壁开敞结构，采用背面或侧面设计添加十字交叉筋式实体辅助支撑，既可避免现有辅助支撑设计技术造成的加工量大、型面精度无法保证、支撑去除难度及工作量较大等问题，又可抑制大幅面开敞结构的瓢曲变形。
本发明所述的辅助支撑结构应用于激光选区熔化增材制造时，对具有薄壁悬空结构或不同类型薄壁开敞结构的零件进行支撑或强化，具有以下优点：(1)本发明针对薄壁悬空结构，设计生长方向截面呈“网格+实体”形式整体式辅助支撑，较现有辅助支撑设计技术，抑制型面变形保证尺寸精度的同时可大幅缩减支撑去除难度及工作量，支撑去除难度及工作量几乎减为零。(2)本发明针对倾斜薄壁开敞结构或侧面为较大幅面的薄壁开敞结构，设计加强型十字交叉筋式实体辅助支撑，可有效抑制倾斜薄壁开敞结构的翘曲变形及较大幅面薄壁开敞结构的飘曲变形，保证薄壁悬空、开敞结构型面精度。
附图说明
图1为生长方向截面呈“实体+网格”型辅助支撑结构示意图；
图2为网格支撑部分及实体支撑部分结构形式示意图；
图3为十字交叉筋式实体辅助支撑结构形式示意图。
图中：1为薄壁悬空结构，2为网格支撑部分，3为实体支撑部分；4为十字交叉筋式实体辅助支撑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其设置在薄壁结构1与成形基板间形成支撑，其包括固定连接的网格支撑部分2和实体支撑部分3，即辅助支撑结构采用生长方向截面呈“网格+实体”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑。
所述的网格支撑部分2的下端支撑在实体支撑部分3上，在薄壁结构1的悬空端与实体支撑部分3间形成支撑；所述的网格支撑部分2采用薄片式或“山”字型结构形式；所述的实体支撑部分3的上端支撑在网格支撑部分2下端面，下端支撑在成形基板上；所述的实体支撑部分3采用“山”字型或“Y”型结构形式。
本发明应用的薄壁结构为薄壁悬空结构或薄壁开敞结构，其厚度小于或等于5mm。
如图2所示，所述的网格支撑部分2的高度为5mm～30mm，各网格的壁厚为0.05mm～0.25mm，薄壁结构1的壁厚值越小，网格支撑部分2的高度值越小。所述的网格支撑部分2采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为5～15mm，伸出的短边宽B1为5～10mm。
如图2所示，所述的实体支撑部分3采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为5～20mm，伸出的短边宽B2为5～15mm。上述L2、B2分别大于且等于L1、B1。
如图3所示，当所述的薄壁结构1为倾斜薄壁开敞结构或侧面为较大幅面的薄壁开敞结构，在背面或侧面添加若干个十字交叉筋式实体辅助支撑4。
所述的十字交叉筋式实体辅助支撑4的筋条宽度为2mm～5mm、高度为2mm～5mm，与竖直方向的夹角为小于或等于45度。
所述的倾斜薄壁开敞结构与水平方向夹角大于或等于45度并且小于90度。
实施例2
如图1所示，本发明所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其设置在薄壁结构1与成形基板间形成支撑，其包括固定连接的网格支撑部分2和实体支撑部分3，即辅助支撑结构采用生长方向截面呈“网格+实体”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑。
所述的网格支撑部分2的下端支撑在实体支撑部分3上，在薄壁结构1的悬空端与实体支撑部分3间形成支撑；所述的网格支撑部分2采用薄片式或“山”字型结构形式；所述的实体支撑部分3的上端支撑在网格支撑部分2下端面，下端支撑在成形基板上；所述的实体支撑部分3采用“山”字型或“Y”型结构形式。
本发明应用的薄壁结构为薄壁悬空结构或薄壁开敞结构，其厚度小于或等于5mm。
如图2所示，所述的网格支撑部分2的高度为5mm～30mm，各网格的壁厚为0.05mm～0.25mm，薄壁结构1的壁厚值越小，网格支撑部分2的高度值越小。所述的网格支撑部分2采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为10mm，伸出的短边宽B1为5mm。
如图2所示，所述的实体支撑部分(3)采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为12mm，伸出的短边宽B2为8mm。上述L2、B2分别大于且等于L1、B1。
最后应当说明，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而不受上述具体实施例的限制，其其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：该辅助支撑结构设置在薄壁结构(1)与成形基板间形成支撑，其包括固定连接的网格支撑部分(2)和实体支撑部分(3)，即辅助支撑结构采用生长方向截面呈“网格+实体”形式且实体部分与网格部分相固连的整体式辅助支撑；
所述的网格支撑部分(2)的下端支撑在实体支撑部分(3)上，在薄壁结构(1)的悬空端与实体支撑部分(3)间形成支撑；所述的网格支撑部分(2)采用薄片式或“山”字型结构形式；
所述的实体支撑部分(3)的上端支撑在网格支撑部分(2)下端面，下端支撑在成形基板上；所述的实体支撑部分(3)采用“山”字型或“Y”型结构形式。
2.根据权利要求1所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的薄壁结构为薄壁悬空结构或薄壁开敞结构，其厚度小于或等于5mm。
3.根据权利要求1所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的网格支撑部分(2)的高度为5mm～30mm，各网格的壁厚为0.05mm～0.25mm，薄壁结构(1)的壁厚值越小，网格支撑部分(2)的高度值越小。
4.根据权利要求3所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的网格支撑部分(2)采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为5～15mm，伸出的短边宽B1为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的实体支撑部分(3)采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为5～20mm，伸出的短边宽B2为5～15mm。
6.根据权利要求1所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的网格支撑部分(2)采用“山”字型结构形式，伸出的短边L1为5～15mm，伸出的短边宽B1为5～10mm；所述的实体支撑部分(3)采用“山”字型或“Y”型结构形式，伸出的短边长L2为5～20mm，伸出的短边宽B2为5～15mm；上述L2、B2分别大于且等于L1、B1。
7.根据权利要求1所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：当所述的薄壁结构(1)为倾斜薄壁开敞结构或侧面为较大幅面的薄壁开敞结构，在背面或侧面添加若干个十字交叉筋式实体辅助支撑(4)。
8.根据权利要求7所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的十字交叉筋式实体辅助支撑(4)的筋条宽度为2mm～5mm、高度为2mm～5mm或延伸至成形基板上，与竖直方向的夹角为小于或等于45度。
9.根据权利要求7所述的一种抑制薄壁结构变形的辅助支撑结构，其特征在于：所述的倾斜薄壁开敞结构与水平方向夹角大于或等于45度并且小于90度。
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