CN110732668B - 用于slm成型的高强度易去除组合支撑 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度易去除组合支撑，尤其是公开了一种用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，属于选择性激光熔化成型工艺结构设计制造技术领域。提供一种拆除方便，能有效的提高成型质量的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑。所述的高强度易去除组合支撑至少包括与SLM成型零件一体成型的薄壁块支撑，所述的薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑片连接。

Description

用于SLM成型的高强度易去除组合支撑
技术领域
本发明涉及一种高强度易去除组合支撑，尤其是涉及一种用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，属于选择性激光熔化成型工艺结构设计制造技术领域。
背景技术
激光选区熔化Selective Laser Melting，简称SLM是一种以激光为能量源熔化金属粉末的增材制造技术。它是利用专用三维软件对模型进行切片分层以获取截面信息，再将该信息数据输入打印设备，通过材料层层堆积的方式来最终成型实体零件。这种方法无需工装夹具和模具，几乎不受零件复杂程度的约束，且成形精度高，所需周期短，零件质量性能稳定，在航空航天、生物医疗、汽车制造、工业生产等领域均有广泛的应用前景。
但选区激光熔化成型由于没有夹具或模具的保护，当激光在粉末床烧结时，若当前层大于上一层截面面积，也就是说有悬垂面的出现，外延部分在熔化之后应力得不到释放而残余在工件内部，待大于材料本身的强度极限时就会发生塌陷、变形甚至开裂。因此，成型时需要在悬垂、厚大等关键位置添加支撑结构以提高零件抵抗应力变形的稳定性，保证加工过程顺利进行。而支撑位置的选择、支撑强度的设置以及支撑结构的搭配都对打印质量和去支撑的效率有着十分重要的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种拆除方便，能有效的提高成型质量的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑。
为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，所述的高强度易去除组合支撑至少包括与SLM成型零件一体成型的薄壁块支撑，所述的薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑片连接。
进一步的是，所述薄壁块支撑的中部呈薄片状的网格镂空结构。
上述方案的优选方式是，位于顶部锯齿形支撑点与底部锯齿形支撑片或底部矩形支撑点之间的所述网格镂空结构整体上呈田字型排布。
进一步的是，所述的锯齿形支撑点按下述参数设置，
X/Y的间距为0.5～1.5mm、齿顶宽为0.1～0.5mm、齿深为2～5个层厚、切割距离为4～8倍X/Y间距。
上述方案的优选方式是，所述网格镂空结构的镂空梁宽为0.4～1mm。
进一步的是，所述的高强度易去除组合支撑还包括与SLM成型零件一体成型的实体锥支撑，所述的实体锥支撑布置在SLM成型过程中大应力变化区域。
上述方案的优选方式是，所述实体锥支撑与支撑面接触的顶部的直径小于基板或工件接触的下表面的直径。
进一步的是，所述实体锥支撑与支撑面接触的顶部直径为0.6～3mm，所述实体锥支撑与基板或工件接触的底部直径比顶部直径大0.4～2mm。
本发明的有益效果是：本申请通过在进行SLM成型前先利用专用三维软件在对模型进行切片分层获取截面信息的同时，根据工件外延部分的应力分布情况设置与零件一体成型的薄壁块支撑，并将所述的薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑片连接。这样，在零部件的SLM成型过程中，由于外延部分在熔化时有本申请设置的薄壁块支撑的存在，从而可以保证该外延部分的熔化成型质量，同时，由于薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑点连接，这样在支撑拆除时也十分的方便，达到减少打印后去除支撑耗费时间，提高工作效率的目的。
附图说明
图1为本发明用于SLM成型的高强度易去除组合支撑的支撑零件上的结构示意图；
图2为本发明用于SLM成型的高强度易去除组合支撑支撑在A、B梁之间的效果图。
图中标记为：薄壁块支撑1、被支撑零件2、锯齿形支撑点3、矩形支撑点4、网格镂空结构5、实体锥支撑6。
具体实施方式
如图1、图2所示是本发明提供的一种拆除方便，能有效的提高成型质量的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑。所述的高强度易去除组合支撑至少包括与SLM成型零件一体成型的薄壁块支撑1，所述的薄壁块支撑1与被支撑零件2的支撑面之通过锯齿形支撑点3连接，所述的薄壁块支撑1与底部基础面之间通过矩形支撑点4连接。本申请通过在进行SLM成型前先利用专用三维软件在对模型进行切片分层获取截面信息的同时，获取工件外延部分在熔化之后的应力分布、集中的情况设置与零件一体成型的薄壁块支撑，并将所述的薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑点连接。这样，在零部件的SLM成型过程中，由于外延部分在熔化时有本申请设置的薄壁块支撑的存在，从而可以保证该外延部分的熔化成型质量，同时，由于薄壁块支撑与被支撑零件的支撑面之通过锯齿形支撑点连接，所述的薄壁块支撑与底部基础面之间通过矩形支撑点连接，这样在支撑拆除时也十分的方便，达到减少打印后去除支撑耗费时间，提高工作效率的目的。
上述实施方式中，为了减轻支撑部分结构的重量，同时最大限度的提高易拆除性，本申请将所述薄壁块支撑1的中部设置成呈薄片状的网格镂空结构5。当然，为了提高支撑的强度，位于顶部锯齿形支撑点与底部锯齿形支撑点或底部矩形支撑点4之间的所述网格镂空结构5整体上呈田字型排布。具体来说，为了便于拆除和提高强度，所述的锯齿形支撑点3按下述参数设置，X/Y的间距为0.5～1.5mm、齿顶宽为0.1～0.5mm、齿深为2～5个层厚、切割距离为4～8倍X/Y间距。所述网格镂空结构5的镂空梁宽为0.4～1mm。
进一步的，为了提高零件悬出的最远端的支撑效果，同时又简化支架的整体，本申请所述的高强度易去除组合支撑还包括与SLM成型零件一体成型的实体锥支撑6，所述的实体锥支撑6布置在SLM成型过程中应力变化明显的区域。所述实体锥支撑6与支撑面接触的顶部的直径小于基板或工件接触的下表面的直径。所述实体锥支撑6与支撑面接触的顶部直径为0.6～3mm，所述实体锥支撑与基板或工件接触的底部直径比顶部直径大0.4～2mm。这样，将与零件连接的部分设置得较小，从而可以提高其易拆除性，而实体锥支撑6的结构又可以提高支架的整体支撑能力，保证支撑效果。
综上所述，采用本申请提供的上述支架来支撑SLM成型过程中的零件的悬垂部分还具有以下优点，
本发明设计的块状薄壁支撑加实体锥状支撑组合结构，较传统整体式块状支撑具有强度高，稳定性强的特点。锥支撑的添加使块支撑在高应力区域的分布密度和齿顶宽度等参数可适当降低，这使得在兼顾高强度的同时又赋予了该支撑结构易去除的优点。本发明的组合结构有利于提高工件成型精度、降低后处理时间及成本，有良好的使用价值。
实施例一
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例结构示意图如图1所示，该结构有两个悬臂梁，虽结构简单，但特征明显，其中底下的梁长50mm、梁高8mm，上面的梁长20mm、梁高5mm，宽度均为15mm，悬垂面距离都过大，必须在悬垂面下表面设置支撑面添加支撑结构，防止打印时出现变形、坍塌等状况。这里，我们不对工件的摆放方向做具体讨论，只根据结构特征做支撑部分的设计。基于此，支撑结构的添加过程如下：
在Magics软件支撑设置界面，首先给图1的A梁底面设置支撑，由于A梁长宽比>3，比值较大，厚度为8mm，属于厚大部位，在打印时如果支撑参数设置不当极易引起翘曲变形。块支撑上部和零件接触部位为锯齿状，既可起到拉拽零件的作用，又易去除；中间为薄片镂空状，厚度基本等于激光光斑直径，在薄片中间设置适当大小的孔洞，节省材料；底部因为和基板直接接触，要增强和基板的连接作用，故不添加齿。而块支撑的X/Y方向间距越大，支撑越稀疏，越易于去除，但强度会变低，常用的范围在0.5～1.5mm；齿顶宽的长度越大，对零件的拉拽作用就越强，但在去除时越容易在工件表面留下断齿，影响表面质量，常用的范围在0.1～0.5mm；切割间距大，“田”字形网格就大，虽能加强区域内的支撑强度，但去除时会增加难度，常用的范围在4～8倍X/Y间距；锥支撑能够很好的抵抗小区域的大应力变形，但去除难度大于块支撑，直径过大时手工去除还会伤及零件表面，顶部直径常用的范围在0.6～3mm，底部直径一般比顶部直径大0.4～2mm。因此，鉴于A梁的实际情况，要是只添加块支撑抑制长边两端翘曲变形，则势必要将强度增加的很大，这样会非常难去除，而为了避免这种情况发生，需要在平面易变形位置添加锥支撑如图2所示。
另外，给图1的B梁设计支撑时，因为长宽比较小，厚度也比较薄，较A梁应在支撑参数上给予适当的弱化，添加完支撑工件的效果图如图1所示。

Claims (5)

1.一种用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，其特征在于：所述的高强度易去除组合支撑至少包括与SLM成型零件一体成型的薄壁块支撑（1），所述的薄壁块支撑（1）与被支撑零件（2）的支撑面通过锯齿形支撑点（3）连接，所述的薄壁块支撑（1）与底部基础面之间通过矩形支撑片（4）连接，
所述薄壁块支撑（1）的中部呈薄片状的网格镂空结构（5），
位于顶部锯齿形支撑点与底部锯齿形支撑点或底部矩形支撑片（4）之间的所述网格镂空结构（5）整体上呈田字型排布，
所述的高强度易去除组合支撑还包括与SLM成型零件一体成型的实体锥支撑（6），所述的实体锥支撑（6）布置在SLM成型过程中大应力变化区域。
2.根据权利要求1所述的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，其特征在于：所述的锯齿形支撑点（3）按下述参数设置，
X/Y方向的间距为0.5～1.5mm、齿顶宽为0.1～0.5mm、齿深为2～5个层厚、切割距离为4～8倍X/Y方向的间距。
3.根据权利要求2所述的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，其特征在于：所述网格镂空结构（5）的镂空梁宽为0.4～1mm。
4.根据权利要求1或2所述的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，其特征在于：所述实体锥支撑（6）与支撑面接触的顶部的直径小于基板或工件接触的下表面的直径。
5.根据权利要求4所述的用于SLM成型的高强度易去除组合支撑，其特征在于：所述实体锥支撑（6）与支撑面接触的顶部直径为0.6～3mm，所述实体锥支撑与基板或工件接触的底部直径比顶部直径大0.4～2mm。
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