CN110523981A - 多性能复合结构的3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印领域，具体涉及了一种多性能复合结构的3D打印方法，将工件模型切割成多个不同性能要求的子模型，再将多个子模型按照其在工件模型中的相对位置重组成组合模型，并根据各个子模型的性能要求设置3D打印成型工艺参数，最终通过3D打印机将组合模型一体打印成型，该3D打印方法利用3D打印分层沉积、且熔池横向尺寸和穿透深度可达数十微米的特点，实现不同工艺参数设置的相邻的两个子模型有效结合，最终实现组合模型的一体化成型，从而能够解决传统多性能复合结构制造方法工序多、生产周期长、制造成本高的问题。

Description

多性能复合结构的3D打印方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种多性能复合结构的3D打印方法。
背景技术
在诸多领域中都存在一整体零件的不同部位应用在不同工况环境中的情形，而应用环境差异对零件部位提出不同的性能要求。这类多性能复合结构零件通过传统制造方式要么很难成型，要么需要通过在设计时将其拆分为多个组件后再通过粘结或镶嵌方式组合成型。这种组合成型方式不仅存在工序多、生产周期长、制造成本高的问题，而且还可能导致整个零件性能不稳定。
3D打印技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。这种制造方式打破了传统设计中零件结构形式的限制，可以实现各种复杂结构零件的制造。但是由于3D打印技术的限制，目前对于一个零件整体模型通常只能通过一种工艺参数成型，也就导致整个成型零件的性能一致，没能解决多性能复合结构的一体化制造问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种多性能复合结构的3D打印方法，以解决现有技术只能应用单一的工艺参数进行工件的3D打印的问题。
基于此，本发明提供了一种多性能复合结构的3D打印方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据待制造工件的不同部位的性能要求，在三维模型软件中将工件模型切割成多个不同性能要求的子模型；
步骤S2、在三维模型软件中将多个所述子模型按照其在所述工件模型中的相对位置拼接成组合模型；
步骤S3、根据所述组合模型中的所述子模型的性能要求对应设置所述子模型的3D打印成型工艺参数；
步骤S4、采用3D打印机将所述组合模型一体打印成型。
作为优选的，还包括步骤S5、对所述组合模型进行后处理。
作为优选的，所述步骤S1还包括：选择所述工件模型的性能要求变化的位置进行切割以形成多个所述子模型，所述子模型上的切口呈平面形、曲面形或多齿形。
作为优选的，所述步骤S2还包括：
所述组合模型中相邻的两个所述子模型的边界重合，重合深度小于或等于0.05mm；或者，所述组合模型中相邻的两个所述子模型的边界相间隔，间隔距离小于或等于0.05mm。
作为优选的，所述3D打印成型工艺参数包括烧结功率、扫描速度和扫描层厚。
作为优选的，所述步骤S3还包括：采用切片软件对所述组合模型进行分层切片处理。
作为优选的，所述一体打印成型包括选择性激光熔融、选择性激光烧结、直接金属粉末烧结、熔融堆积技术、电子束熔融或激光近净成形中的任一种3D打印成型方法。
作为优选的，所述后处理包括线切割、热处理、表面喷砂或机械精加工。
本发明的多性能复合结构的3D打印方法，将工件模型切割成多个不同性能要求的子模型，再将多个子模型按照其在工件模型中的相对位置重组成组合模型，并根据各个子模型的性能要求设置3D打印成型工艺参数，最终通过3D打印机将组合模型一体打印成型，该3D打印方法利用3D打印分层沉积、且熔池横向尺寸和穿透深度可达数十微米的特点，实现不同工艺参数设置的相邻的两个子模型有效结合，最终实现组合模型的一体化成型，从而能够解决传统多性能复合结构制造方法工序多、生产周期长、制造成本高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的多性能复合结构的3D打印方法的步骤示意图；
图2是本发明实施例1的工件模型的示意图；
图3是本发明实施例1的组合模型的示意图；
图4是本发明实施例2的工件模型的示意图；
图5是本发明实施例2的组合模型的示意图。
其中，1、工件模型；2、第一子模型；3、第二子模型；4、组合模型；5、间隙。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
结合图1至图5所示，示意性地显示了本发明的多性能复合结构的3D打印方法，包括以下步骤：
步骤S1、根据待制造工件的不同部位的性能要求，在三维模型软件中将工件模型切割成多个不同性能要求的子模型，具体地，选择工件模型的性能要求变化的位置进行切割以形成多个子模型，子模型上的切口呈平面形、曲面形或多齿形。
步骤S2、在三维模型软件中将多个子模型按照其在工件模型中的相对位置拼接成组合模型。其中，组合模型中相邻的两个子模型的边界重合，重合深度小于或等于0.05mm；或者，组合模型中相邻的两个子模型的边界相间隔，间隔距离小于或等于0.05mm，以利用3D打印分层沉积、且熔池横向尺寸和穿透深度可达数十微米的特点，实现相邻的两个子模型有效结合，最终实现一体化成型。
步骤S3、采用EOS RP-Tools切片软件对组合模型进行分层切片处理，根据组合模型中的子模型的性能要求对应设置子模型的3D打印成型工艺参数，3D打印成型工艺参数包括烧结功率、扫描速度和扫描层厚。
步骤S4、采用3D打印机将组合模型一体打印成型，一体打印成型包括选择性激光熔融(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、直接金属粉末烧结(DMLS)、熔融堆积技术(FDM)、电子束熔融(EBM)、激光近净成形(LENS)中的任一种3D打印成型方法。
步骤S5、对组合模型进行后处理，后处理包括线切割、热处理、表面喷砂或机械精加工。
需要注意的是，3D打印是逐层进行打印的，当子模型的切口呈平面形、曲面形或多齿形时(尤其是平面形的切口与3D打印的分层倾斜设置时)，这意味着3D打印机在打印某一层材料时，会多次改变3D打印成型工艺参数，而在现有技术中，3D打印机在打印某一层材料时是不会改变其3D打印成型工艺参数的。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
请参阅图1至图3，该实施例提供了一种多性能复合结构的3D打印方法，包括以下步骤：
步骤S1、如图2所示，为三维模型软件中待制造的工件的工件模型1，该工件的下端部分要求硬度更高，上端部分硬度要求略低。依据工件硬度性能要求，将工件模型1分割成如图2所示的第一子模型2和第二子模型3。
步骤S2、如图3所示，在三维模型软件中，将分割的第一子模型2和第二子模型3按照二者在工件模型1中的相对位置拼接成一个组合模型4，其中，第一子模型2和第二子模型3的边界相间隔，即第一子模型2和第二子模型3之间具有间隙5，第一子模型2和第二子模型3之间的距离为0.02mm。
步骤S3、采用EOS RP-Tools切片软件对组合模型4进行分层切片处理，并通过EOSPRINT参数设置软件将第一子模型2的3D打印成型工艺参数设置为成型硬度高的参数，即：激光功率280W，扫描速度800mm/s，层厚为30μm。再通过EOSPRINT参数设置软件将第二子模型3的3D打印成型工艺参数设置为成型硬度低的参数，即：激光功率200W，扫描速度1200mm/s，层厚为30μm。
步骤S4、基于步骤S3中的3D打印成型工艺参数设置，采用3D打印机通过选择性激光熔融(SLM)的3D打印成型方法将组合模型4一体打印成型。
步骤S5、对步骤S4中一体打印成型的组合模型4进行线切割、热处理、表面喷砂及机械精加工处理。
实施例2
请参阅图1、图4与图5，该实施例提供了一种多性能复合结构的3D打印方法，其与实施例1的区别在于：
步骤S1、如图4，为三维模型软件中待制造的工件的工件模型1，该工件左端部分要求致密严实，右端部分要求多孔疏松。根据工件的气密性能要求，将工件模型1分割成如图4的第一子模型2和第二子模型3。
步骤S2、如图5，在三维模型软件中，将分割的第一子模型2和第二子模型3按照二者在工件模型1中的相对位置拼接成一个组合模型4，其中，第一子模型2和第二子模型3的边界相间隔，即第一子模型2和第二子模型3之间具有间隙5，第一子模型2和第二子模型3之间的距离为0.01mm。
步骤S3、采用EOS RP-Tools切片软件对组合模型4进行分层切片处理，并通过EOSPRINT参数设置软件将第一子模型2的3D打印成型工艺参数设置为成型致密的参数，即：激光功率280W，扫描速度1000mm/s，层厚为20μm。再通过EOSPRINT参数设置软件将第二子模型3的3D打印成型工艺参数设置为成型疏松的参数，即：激光功率180W，扫描速度1200mm/s，层厚为40μm。
综上所述，本发明的多性能复合结构的3D打印方法，将工件模型1切割成多个不同性能要求的子模型，再将多个子模型按照其在工件模型1中的相对位置重组成组合模型4，并根据各个子模型的性能要求设置3D打印成型工艺参数，最终通过3D打印机将组合模型4一体打印成型，该3D打印方法利用3D打印分层沉积、且熔池横向尺寸和穿透深度可达数十微米的特点，实现不同工艺参数设置的相邻的两个子模型有效结合，最终实现组合模型4的一体化成型，从而能够解决传统多性能复合结构制造方法工序多、生产周期长、制造成本高的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、根据待制造工件的不同部位的性能要求，在三维模型软件中将工件模型切割成多个不同性能要求的子模型；
步骤S2、在三维模型软件中将多个所述子模型按照其在所述工件模型中的相对位置拼接成组合模型；
步骤S3、根据所述组合模型中的所述子模型的性能要求对应设置所述子模型的3D打印成型工艺参数；
步骤S4、采用3D打印机将所述组合模型一体打印成型。
2.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，还包括步骤S5、对所述组合模型进行后处理。
3.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：选择所述工件模型的性能要求变化的位置进行切割以形成多个所述子模型，所述子模型上的切口呈平面形、曲面形或多齿形。
4.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
所述组合模型中相邻的两个所述子模型的边界重合，重合深度小于或等于0.05mm；或者，所述组合模型中相邻的两个所述子模型的边界相间隔，间隔距离小于或等于0.05mm。
5.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述3D打印成型工艺参数包括烧结功率、扫描速度和扫描层厚。
6.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：采用切片软件对所述组合模型进行分层切片处理。
7.根据权利要求1所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述一体打印成型包括选择性激光熔融、选择性激光烧结、直接金属粉末烧结、熔融堆积技术、电子束熔融或激光近净成形中的任一种3D打印成型方法。
8.根据权利要求2所述的多性能复合结构的3D打印方法，其特征在于，所述后处理包括线切割、热处理、表面喷砂或机械精加工。
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