CN111496251A - 一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3d打印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法，其是将辐射源安装在能自由旋转的支架上，辐射源在成型平面上方的半球形轨迹区域上移动，且辐射源的轴线在半球区域任意位置均指向成型平面中心；打印非悬梁臂结构时，辐射源移动至成型区中心正上方，使其轴线与成型平面垂直，进行常规打印；打印悬梁臂结构时，将辐射源移动至悬梁臂伸展方向，辐射源仰角的调整以高能束流穿过扫描路线且与已成型实体搭接为原则，根据扫描路线与辐射源的相对位置，动态调整焦距实现离焦量调整，最终使熔池匙孔斜向已成型区域，依托其对熔池进行支撑，而达到实现无支撑金属选区熔化直接成型的目的；本发明方法简单、高效，适于工业化生产和市场推广应用。

Description

一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法
技术领域
本发明涉及一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法，属于选区熔融技术邻域。
背景技术
现有的粉末床选区熔融金属直接成型3D打印技术，是以高能束流(激光束、离子束、电子束等)在均匀的金属粉末床上根据模型切片数据有选择地进行扫描，使金属粉末熔凝成需要的切片形状，一层层熔融沉积成为三维实体的技术。此类技术成型精度高，且拥有直接成型复杂结构/复杂内腔金属零件的能力。
然而，现有技术所用辐射源输出方向均与成型粉末床平面垂直（图1），扫描过程中金属粉末瞬间熔化形成微熔池，匙孔垂直向下，此一特征造成需要打印悬梁臂结构时导致结构塌陷，现有技术需要在三维模型工艺设计时增加支撑件以防止塌陷。零件成型后需要额外工序去除支撑物，不仅影响零件表面质量，对于内腔结构中的支撑物更是无法去除，这样的问题限制选区熔融成型3D打印技术的应用。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法。
本发明方法是将辐射源安装在能自由旋转的支架上，辐射源在成型平面上方的半球形轨迹区域上移动，且辐射源的轴线在半球区域任意位置均指向成型平面中心；打印非悬梁臂结构时，辐射源移动至成型区中心正上方，使其轴线与成型平面垂直，进行常规打印；打印悬梁臂结构时，将辐射源移动至悬梁臂伸展方向，辐射源仰角的调整以高能束流穿过扫描路线且与已成型实体搭接为原则，根据扫描路线与辐射源的相对位置，动态调整焦距实现离焦量调整，最终使熔池匙孔斜向已成型区域，依托其对熔池进行支撑，而达到实现无支撑金属选区熔化直接成型的目的。
如图1、2所示，传统的金属选区熔化3D打印方法中是将辐射源固定在成型区上方并垂直于成型平面的方式，扫描过程中金属粉末瞬间熔化形成微熔池，匙孔垂直向下，该方式造成打印悬梁臂结构时结构容易塌陷；本发明将辐射源安装在能自由旋转的支架上，辐射源可以在成型平面上方的半球形轨迹区域上移动，根据所打印零件悬梁臂特征伸展方向控制辐射源移动，使高能束流穿过扫描路线且与已成型实体进行搭接，利用已成型实体对熔池进行支撑，实现无需支撑直接成型；因为无需额外提供支撑物，避免了后期去除支撑物的工序，简化了打印工艺，提高了工作效率，本发明方法简单、高效，适于工业化生产和市场推广应用。
附图说明
图1为传统金属选区熔融成型3D打印工艺示意图；
图2为传统金属选区熔化成型打印悬梁臂结构时熔池塌陷的示意图；
图3为本发明方法打印方式结构示意图；
图4为本发明方法打印悬梁臂时的熔池示意图；
图中：1-成型缸；2-成型平面；3-制件；4-辐射源；5-高能束流；6-扫描路线；7-A轴旋臂；8-C轴旋臂。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图3所示，本无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法是将辐射源安装在能自由旋转的支架上，辐射源在成型平面上方的半球形轨迹区域上移动，且辐射源的轴线在半球区域任意位置均指向成型平面中心；打印非悬梁臂结构时，辐射源移动至成型区中心正上方，使其轴线与成型平面垂直，进行常规打印；打印悬梁臂结构时，将辐射源移动至悬梁臂伸展方向，辐射源仰角的调整以高能束流穿过扫描路线且与已成型实体搭接为原则，根据扫描路线与辐射源的相对位置，动态调整焦距实现离焦量调整，最终使熔池匙孔斜向已成型区域，依托其对熔池进行支撑，而达到实现无支撑金属选区熔化直接成型的目的；
本实施例中将辐射源4安装于旋转支架的A轴旋臂7正中，旋转支架的C轴旋臂8可绕成型缸1的成型平面2中心Z轴旋向做360度旋转，旋转支架A轴旋臂可绕成型平面中心在成型平面上方做180度旋转，根据工艺所需方向及仰角，利用旋转支架将辐射源定位于成型平面上方半圆轨迹上任意位置，辐射源的轴线在半球区域任意位置均指向成型平面中心；本发明中的支架结构不局限于图中所示结构，其他只要能实现辐射源在半球形区域中任意点定位的支架结构都适用于本发明方法，在此不做例举；
本方法在打印常规结构特征时，利用旋转支架将辐射源定位于成型平面中心上方，进行常规金属选区熔化成型工艺动作，打印出制件3；当需要打印悬梁臂结构时，根据悬梁臂伸展方向控制辐射源方位及仰角，使高能束流5穿过扫描路线6同时与已成型部位进行搭接，利用已成型部位对熔池进行支撑，避免造成熔池塌陷；高能束流扫描过程需通过动态调焦控制每一扫描点焦距，以满足烧结动作离焦量需求。

Claims (1)

1.一种无需支撑的金属选区熔融直接成型3D打印方法，其特征在于：将辐射源安装在能自由旋转的支架上，辐射源在成型平面上方的半球形轨迹区域上移动，且辐射源的轴线在半球区域任意位置均指向成型平面中心；打印非悬梁臂结构时，辐射源移动至成型区中心正上方，使其轴线与成型平面垂直，进行常规打印；打印悬梁臂结构时，将辐射源移动至悬梁臂伸展方向，辐射源仰角的调整以高能束流穿过扫描路线且与已成型实体搭接为原则，根据扫描路线与辐射源的相对位置，动态调整焦距实现离焦量调整，最终使熔池匙孔斜向已成型区域，依托其对熔池进行支撑，而达到实现无支撑金属选区熔化直接成型的目的。
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