CN113021881A - 一种复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储介质 - Google Patents

一种复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

一种复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储介质，其中成型方法包括：将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型，且每个子模型之间为无间隙配合；将若干个子模型导入切片软件，且导入到切片软件的所有子模型形成的整体模型与待打印工件的STL模型完全相同；将切片软件进行切片得到切片信息，并根据切片信息进行选择性扫描以打印制件，每一层的若干个子模型进行单独扫描，且自内至外若干个子模型的功率呈递增趋势，本发明通过对自内至外若干个子模型采用单独打印，且功率不同，这样便可控制其温度聚集情况，从而在打印烧结过程中使待打印工件的内应力减小，进而使内部粉末温度不易聚集，粉末不会结块，利于后期清理。

Description

一种复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储 介质
技术领域
本发明涉及三维物体制造技术领域，特别是涉及一种复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储介质。
背景技术
增材制造技术的基本过程是：供粉缸上升一个层厚以将一定量粉末送至工作区域，成型缸下降一个层的厚度，铺粉机构将一层粉末材料平铺在成型缸的基板或已成型零件的上表面。当该层截面烧结完后，铺粉机构返回并向供粉缸移动以进行下一次铺粉，以进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造，实现3D打印。
复杂桁架结构制件常常应用于球形雷达结构以及其它精密器件中，而高精度、薄壁及异形复杂腔体类球形雷达是影响雷达战术指标的重要基础功能件，随着系统设计复杂化和模块化发展，使得基于CNC等传统减材制造技术难以满足产品的加工要求。而且传统加工方法制造的球形雷达所花费的成本高，制作过程复杂而繁琐，制作周期长等。
随着增材制造技术的飞速发展和广泛应用，也有一些人尝试采用增造技术制备复杂桁架结构制件，然而，其制备得到的产品中粉末由于易于结块，而不易清理出来，从而滞留于产品中，从而影响了球形雷达内部线路布局与信号传输，最终使得成品模型不能使用；而且还影响了产品质量使得制件打印成功率降低。因此，目前的成型技术大大影响了增造技术在制备复杂桁架结构制件的广泛应用。
发明内容
基于此，本发明提供了一种粉末易于清理，且提高制件打印质量的复杂桁架结构制件的成型方法、成型设备及可读存储介质。
为了实现上述目的，本发明提供了一种复杂桁架结构制件的成型方法，包括以下步骤：
步骤一、将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型，且每个子模型之间为无间隙配合；
步骤二、将若干个子模型导入切片软件，且导入到切片软件的所有子模型形成的整体模型与待打印工件的STL模型完全相同；
步骤三、将切片软件进行切片得到切片信息，并根据切片信息进行选择性扫描以打印制件，每一层的若干个子模型进行单独扫描，且自内至外若干个子模型的功率呈递增趋势。
作为本发明的进一步优选方案，将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型具体包括：
按照自内至外或自外至内的顺序，沿径向或轴向每隔预设距离在待打印工件的STL模型内确定一个分割点；
在每个分割点的位置形成一个经过该分割点的立体图形，所有分割点上形成的立体图形相同且呈平行设置。
作为本发明的进一步优选方案，所述立体图形为球体、长方体、正方体、三角体、圆锥体或圆柱体。
作为本发明的进一步优选方案，所述预设距离为30-50mm。
作为本发明的进一步优选方案，所述预设距离为40mm。
作为本发明的进一步优选方案，当子模型的数量为三个时，自外至内的三个子模型的功率依次为70W～80W、50W～60W、40W～50W。
作为本发明的进一步优选方案，当待打印工件打印完成后，控制成型设备冷却，且冷却温度为50°以下。
作为本发明的进一步优选方案，采用尼龙3300PA粉末材料为待打印工件的原材料。
本发明还提供了一种复杂桁架结构制件的成型设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
本发明又提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
本发明的复杂桁架结构制件的成型方法，成型设备及可读存储介质，其中成型方法通过包括以下步骤：步骤一、将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型，且每个子模型之间为无间隙配合；步骤二、将若干个子模型导入切片软件，且导入到切片软件的所有子模型形成的整体模型与待打印工件的STL模型完全相同；步骤三、将切片软件进行切片得到切片信息，并根据切片信息进行选择性扫描以打印制件，每一层的若干个子模型进行单独扫描，且自内至外若干个子模型的功率呈递增趋势，使得本发明由于对若干个子模型进行单独烧结打印，减少了单次烧结桁架结构表面积；而且通过对自内至外若干个子模型采用不同的功率扫描，这样便可控制其温度聚集情况，从而在打印烧结过程中使得待打印工件的内应力减小，进而使内部粉末温度不易聚集，粉末不会结块，利于后期清理，即提高了打印质量和打印成功率。
附图说明
图1为本发明复杂桁架结构制件的成型方法提供的方法流程图；
图2为本发明提供的一种划分之前待打印制件的STL模型；
图3为图2的单个单元结构示意图；
图4为本发明待打印制件的STL模型划分后的剖面图；
图5为本发明提供的另一种待打印制件的STL模型划分后的剖面图。
附图中标记：
1、第一子模型，2、第二子模型，3、第三子模型。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本申请一实施方式提供了一实施例的复杂桁架结构制件的成型方法，包括如下步骤：
步骤一、将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型，且每个子模型之间为无间隙配合；该步骤中，对于划分方式不做具体限制，优选，划分的各个子模型在沿径向或轴向方向的距离相近，具体可由设计人员根据扫描路径规划确定。所述子模型的个数根据待打印工件的STL模型的尺寸以及预设距离值具体确定，例如可为2个，3个，4个，5个等，在此不做限制。
所述预设距离为30-50mm，优选地，所述预设距离为40mm，这样可利于均衡能量分布。
步骤二、将若干个子模型导入切片软件，且导入到切片软件的所有子模型形成的整体模型与待打印工件的STL模型完全相同；
步骤三、将切片软件进行切片得到切片信息，并根据切片信息进行选择性扫描以打印制件，每一层的若干个子模型进行单独扫描，且自内至外若干个子模型的功率呈递增趋势。
在一具体实施方式中，将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型具体包括：
按照自内至外或自外至内的顺序，沿径向或轴向每隔预设距离在待打印工件的STL模型内确定一个分割点；在此需说明的是，此处的自内至外或自外至内中的外是指待打印工件的STL模型的外表面上的任一点，优选距离待打印工件的STL模型的中心点最近的点，而内是指待打印工件的STL模型的中心点。
在每个分割点的位置形成一个经过该分割点的立体图形，所有分割点上形成的立体图形相同且呈平行设置。所述立体图形可为不规则图形，也可以为规则图形，例如其优选为球体、长方体、正方体、三角体、圆锥体或圆柱体。
进一步优选地，当待打印工件的STL模型为规则图形时，上述立体图形选用待打印工件的STL模型相同的图形，例如，当待打印工件的STL模型为球形时，各个子模型的图形也为球形；而当待打印工件的STL模型为正方体时，各个子模型的图形也为正方体……。
如图2-图4所示，图2通过采用该方式划分得到三个子模型，其分别是第一子模型1、第二子模型2和第三子模型3，该实施中待打印制件的STL模型为球体，球体径向距离为112mm，也就是球体直径的距离，该实施例采用的是自外至内的顺序，且沿径向每隔45mm确定一个分割点，再在每个分割点位置形成一个经过该分割点的球体，所有分割点上形成的球体相同且呈平行设置（如图4所示），由此得到的第一子模型1的径向距离为45mm，第二子模型2的径向距离为45mm，第三子模型3的径向距离为22mm，当然，如果剩余距离太小，则可以通过重新调整预设距离而使得各个子模型的径向距离相差不是很大，例如，当球体径向距离为100mm时，如果按照之前的预设距离为45mm进行划分，则最后一个子模型的径向距离为10mm，这样可能会使得子模型的烧结面积相差很大，不利用同步扫描，因此，优选地，可调整预设距离为40mm，这样得到的三个子模型的径向距离分别为35mm、35mm和30mm。
图5通过采用自外至内，沿轴向方向将待打印制件的STL模型也划分得到三个子模型，其分别是第一子模型1、第二子模型2和第三子模型3，该实施中待打印制件的STL模型为长方体，第一子模型1、第二子模型2和第二子模型2也均为长方体。
在一具体实施方式中，当子模型的数量为三个时，自外至内的三个子模型的功率依次为70W～80W、50W～60W、40W～50W。进一步优选地，第一子模型1的功率为80W，第二子模型2的功率为60W，第三子模型3的功率为50W。
具体实施中，所述子模型除了功率存在不同外，其余的烧结参数基本一致，例如，扫描速度为7.6m/s～15.2m/s，扫描间距0.1mm～0.3mm，粉层厚度0.06mm～0.3mm。 优选地，扫描速度为15.2m/s，扫描间距0.3mm，粉层厚度0.12mm。当然，其具体烧结参数可根据需要具体选择，在此不做限制。
当待打印工件打印完成后，可通过冷却，清粉，喷砂后处理得到最终成品模型。进一步优选地，冷却温度为50°以下，这样可使得粉末更易脱落。
作为本发明的进一步优选方案，采用尼龙3300PA粉末材料为待打印工件的原材料，因为尼龙3300PA材料在制作球形雷达结构过程中，体现出吸水少，耐腐蚀，韧性好，尺寸稳定的特性，同时还减轻了球形雷达结构质量。在此需说明的是，尼龙3300PA材料仅是本发明提到的一种优选材料，但根据打打印制件的不同材质，本发明还可以选用其它材料，因此，本发明对打印的原材料不做任何限制。
本发明可以根据实际需要打印不同形状的复杂桁架结构制件，尤其在电子电器与航空航天球形雷达应用上具备相当大的优势。此打印方式使用粉末作为支撑结构，不需要单独在设计支撑结构，从而对桁架结构的复杂程度没有约束性更具有多样性。
本发明还提供了一种复杂桁架结构制件的成型设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
本发明又提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型，且每个子模型之间为无间隙配合；
步骤二、将若干个子模型导入切片软件，且导入到切片软件的所有子模型形成的整体模型与待打印工件的STL模型完全相同；
步骤三、将切片软件进行切片得到切片信息，并根据切片信息进行选择性扫描以打印制件，每一层的若干个子模型进行单独扫描，且自内至外若干个子模型的功率呈递增趋势。
2.如权利要求1所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，将待打印工件的STL模型自内至外或自外至内划分为若干个子模型具体包括：
按照自内至外或自外至内的顺序，沿径向或轴向每隔预设距离在待打印工件的STL模型内确定一个分割点；
在每个分割点的位置形成一个经过该分割点的立体图形，所有分割点上形成的立体图形相同且呈平行设置。
3.如权利要求2所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，所述立体图形为球体、长方体、正方体、三角体、圆锥体或圆柱体。
4.如权利要求3所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，所述预设距离为30-50mm。
5.如权利要求4所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，所述预设距离为40mm。
6.如权利要求1至5任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，当子模型的数量为三个时，自外至内的三个子模型的功率依次为70W～80W、50W～60W、40W～50W。
7.如权利要求1至5任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，当待打印工件打印完成后，控制成型设备冷却，且冷却温度为50°以下。
8.如权利要求1至5任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法，其特征在于，采用尼龙3300PA粉末材料为待打印工件的原材料。
9.一种复杂桁架结构制件的成型设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述的复杂桁架结构制件的成型方法的步骤。
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