CN112338203A - 粉末循环使用方法及其中随形粉末支撑结构及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了粉末循环使用方法及其中随形粉末支撑结构及设计方法。随形粉末支撑结构由周期分布的“平板+点阵”结构组成，平板结构用于支撑粉末，点阵结构用于支撑平板结构。随形粉末支撑结构与零件同时打印，每打印完一个“平板+点阵”周期即可将成形舱内的粉末回收，用于下一段的打印，粉末在打印过程中数次循环使用，可以大幅度减少一次打印需要的粉末用量。

Description

粉末循环使用方法及其中随形粉末支撑结构及设计方法
技术领域
本发明专利属于粉末床熔融增材制造技术领域，尤其涉及一种高粉末利用率的粉末床熔融成形方法。
背景技术
粉末床熔融技术可以实现金属和非金属材料复杂结构件的精密打印，广泛应用于航空、航天、汽车、医疗等行业。粉末床熔融技术每打印一层需要将粉末均匀的铺展在工作平台上，然后按照给定程序选区熔融，如此重复直至打印结束。这种逐层铺粉、打印的方式，使得粉末床熔融技术可以实现复杂结构件的精密打印。但是在打印高度高而截面积小的零件时，由于打印过程中粉末需要铺满整个工作台，打印一次所需要的粉末重量往往是零件本身重量的几十倍，导致单件产品打印成本高昂。
发明内容：
本发明所解决的技术问题：目前粉末床熔融增材制造技术粉末利用率低。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：一种粉末循环使用的方法，运用于粉末床熔融成形过程，在打印成型零件的成型舱内设有随形粉末支撑结构，随形粉末支撑结构包括一个或若干个支撑单元，所述粉末循环使用的方法包括以下步骤：
步骤01：第一个支撑单元与分段打印的零件同时打印，第一个支撑单元打印完成后暂停打印；
步骤02：收取成型舱中的粉末到供粉系统内，然后铺平粉末继续打印下一个支撑单元和零件的下一段；
步骤03：下一个支撑单元和零件的下一段打印完成后，暂停打印，重复步骤02，如此循环，直至零件打印结束。
本发明在粉末床熔融成形的非打印区域使用随形粉末支撑结构，可以实现粉末在零件打印过程中的循环重复使用，尤其针对截面积小而高度较高的零件，一次打印的粉末用量减少，以提高粉末的利用率。
上述粉末循环使用的方法中的随形粉末支撑结构，包括至少一个支撑单元，所述支撑单元包括相连的第一结构和第二结构，第一结构为平板结构，第二结构为点阵结构，第二结构支撑第一结构，第一结构，即平板结构支撑粉末。由于平板结构厚度较薄，第二结构为点阵结构，因此，打印成型支撑单元及随形粉末支撑结构的耗材少，利于粉末利用率的提高。其中，随形粉末支撑结构的平板结构和点阵结构沿打印沉积方向呈“点阵结构-平板结构”周期分布。
一种随形粉末支撑结构的设计方法，包括以下步骤：
步骤01：将需要打印的零件摆放在基板上，在成形舱内，除零件的其它区域为非打印区域；
步骤02：提取非打印区域，沿打印的沉积方向将非打印区域分割为N份，依次为1，……，N段；
步骤03：依此提取1，……，N-1段非打印区域，沿打印的沉积方向将每段非打印区域分为a、b两部分，a部分生成平板结构，b部分生成点阵结构，每1段非打印区域构成一个支撑单元，共计N-1个支撑单元；作为一种选择，平板结构与基板平行，厚度一般小于1mm；
步骤04：合并步骤03处理后的N-1个支撑单元，生成随形粉末支撑结构。
上述步骤02中提取的非打印区域的内轮廓与零件的外轮廓共形。由于本发明使用的随形粉末支撑结构具有一定的刚度，随形粉末支撑结构与零件外轮廓连接，可以起到保持零件外形尺寸的效果。
附图说明：
图1：粉末床熔融成型舱示意图；
图2：零件在基板上摆放示意图；
图3：成型舱中零件和非打印区域的示意图；
图4：非打印区域分割示意图；
图5：随形粉末支撑结构和零件的示意图；
图6：基板支撑粉末的示意图；
图7：第一支撑单元支撑粉末的示意图；
图8：第二支撑单元支撑粉末的示意图；图6至图8构成粉末循环使用的示意图；
图9：粉末循环使用方法及其中随形粉末支撑结构设计方法的总流程图。
图中符号说明：
1—成型舱；
2—基板；21—基板外轮廓；
3—零件；31—零件外轮廓；
4—非打印区域；41—第1段非打印区域；42—第2段非打印区域；43—第3段非打印区域；44—非打印区域内轮廓；
5—随形粉末支撑结构；
6—粉末；
7—沉积方向。
具体实施方式：
下面结合图1～9对本发明做进一步说明：
步骤01：将需要打印的零件3摆放在基板2上。优选的，零件3摆放在基板2的中心位置，如图2所示。
步骤02：生成非打印区域4。非打印区域4为成形舱1内除零件3以外需要粉末覆盖的区域，如图3所示。
步骤03：分割非打印区域4。垂直于零件3的沉积方向7分割非打印区域4，将非打印区域4分割为3段，优选的从第1段41、第2段42、第3段43，体积逐渐减小，如图4所示。
步骤04：生成随形粉末支撑结构5。依此提取非打印区域第1段41和第2段42，垂直于零件沉积方向7将每段分为a、b两部分，a部分高度1mm以内，生成平板结构，b部分生成点阵结构。合并处理后的第1、2段非打印区域，生成随形粉末支撑结构5。
步骤05：生成打印程序。采用步骤04生成的随形粉末支撑结构5代替步骤02的非打印区域4，如图5所示，然后对零件和随形粉末支撑结构切片，生成打印程序。
步骤06：打印程序导入设备中，开始打印，第1段41打印完成后，暂停打印。
步骤07：回收粉末，开始下一段打印。将成形舱中的粉末6回收到供粉系统内，然后重新铺粉，继续第2段42打印，打印完成后，暂停打印。
步骤08：循环步骤07，直至零件完成打印，如图6至图8所示。
因为粉末6可以在打印过程中循环使用，打印整个零件3只需要准备可以完成第1段打印的粉末，大幅度减少了粉末用量。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种粉末循环使用的方法，运用于粉末床熔融成形过程，其特征在于：在打印成型零件的成型舱(1)内设有随形粉末支撑结构(5)，随形粉末支撑结构包括一个或若干个支撑单元，所述粉末循环使用的方法包括以下步骤：
步骤01：第一个支撑单元与分段打印的零件(3)同时打印，第一个支撑单元打印完成后暂停打印；
步骤02：收取成型舱(1)中的粉末到供粉系统内，然后铺平粉末继续打印下一个支撑单元和零件的下一段；
步骤03：下一个支撑单元和零件的下一段打印完成后，暂停打印，重复步骤02，如此循环，直至零件打印结束。
2.一种随形粉末支撑结构，包括至少一个支撑单元，所述支撑单元包括相连的第一结构和第二结构，其特征在于：第一结构为平板结构，第二结构为点阵结构，第二结构支撑第一结构。
3.根据权利要求2所述随形粉末支撑结构，其特征在于：平板结构与成型舱的基板(2)平行。
4.根据权利要求2或3所述随形粉末支撑结构，其特征在于：所有支撑单元沿打印的沉积方向(7)叠加。
5.一种随形粉末支撑结构的设计方法，包括以下步骤：
步骤01：将需要打印的零件(3)摆放在基板(2)上，在成形舱内(1)，除零件的其它区域为非打印区域(4)；
其特征在于：步骤02：提取非打印区域(4)，沿打印的沉积方向(7)将非打印区域分割为N份，依次为1，……，N段；
步骤03：依此提取1，……，N-1段非打印区域，沿打印的沉积方向(7)将每段非打印区域分为第一部分和第二部分，第一部分生成平板结构，第二部分生成点阵结构，每1段非打印区域构成一个支撑单元，共计N-1个支撑单元；
步骤04：合并步骤03处理后的N-1个支撑单元，生成随形粉末支撑结构(5)。
6.根据权利要求5所述随形粉末支撑结构的设计方法，其特征在于：步骤02中，N段非打印区域的体积，沿打印的沉积方向(7)逐渐减小。
7.根据权利要求5所述随形粉末支撑结构的设计方法，其特征在于：步骤02中提取的非打印区域的内轮廓与零件的外轮廓(31)共形。
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