CN113942231A - 一种用于增材制造的支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于增材制造的支撑结构，涉及增材制造技术领域，以解决采用网格状支撑结构或实体支撑块支撑时，生产成本较高且支撑结构后期去除不方便的问题。所述用于增材制造的支撑结构包括支撑杆和分别位于支撑杆上下两侧的上支撑爪和下支撑爪，上支撑爪和下支撑爪均包括至少两个分爪，上支撑爪的分爪朝支撑杆的上侧倾斜设置，下支撑爪的分爪朝支撑杆的下侧倾斜设置，支撑杆设置有至少两个，至少两个支撑杆上均设置有上支撑爪和下支撑爪，且相邻两个支撑杆之间连接有连接件。本发明提供的用于增材制造的支撑结构用于对增材制造的零件进行支撑。

Description

一种用于增材制造的支撑结构

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种用于增材制造的支撑结构。

背景技术

增材制造(俗称3D打印)是一种新型的材料加工技术，其融合了计算机辅助设计和材料加工与成型技术，以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术，已经在航空航天领域上得到广泛应用。在绝大部分增材制造的加工技术中，多数待加工工件因存在悬空结构，无法直接成形，需要添加一定量的支撑作为工件的成形基础，支撑已成为绝大部分增材制造技术中不可或缺的一项技术要素。

现有的支撑结构为网格状或者为实体支撑块，采用这种支撑结构支撑时，由于其体积较大以及与零件表面的接触面积较大，导致其生产成本较高、支撑结构后期去除不方便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于增材制造的支撑结构，用于降低生产成本，使支撑结构的去除更加方便。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于增材制造的支撑结构，包括支撑杆和分别位于支撑杆上下两侧的上支撑爪和下支撑爪，上支撑爪和下支撑爪均包括至少两个分爪，上支撑爪的分爪朝支撑杆的上侧倾斜设置，下支撑爪的分爪朝支撑杆的下侧倾斜设置，支撑杆设置有至少两个，至少两个支撑杆上均设置有上支撑爪和下支撑爪，且相邻两个支撑杆之间连接有连接件。

与现有技术相比，本发明提供的支撑结构中，上支撑爪用于与打印零件的表面相接触，以对打印零件的悬空结构进行支撑，支撑杆用于连接上支撑爪和下支撑爪，并作为支撑主干进行支撑，下支撑爪用于与打印零件底面或其他部件接触，以对支撑杆、上支撑爪和打印零件的悬空结构进行支撑，增加支撑结构的稳定性，使得通过具有上支撑爪、支撑杆和下支撑爪的支撑结构，能够对增材制造的零件进行支撑，保证零件能够顺利成形。上支撑爪上设置至少两个分爪，通过分爪与打印零件接触可以增加接触点的个数，进而增加支撑结构对打印零件的支撑受力点个数，将打印零件对支撑结构的压力分解到多个位置，通过多个位置的同时支撑，提高支撑的稳定性，同时，当采用多个分爪进行支撑时，每个分爪与打印零件的接触面积可以减小，使得上支撑爪去除时，能够通过分离接触面积较小的分爪来实现上支撑爪的去除，而去除接触面积较小的分爪时，去除操作简单方便；同理，通过分离下支撑杆上的分爪来去除下支撑杆时，去除操作简单方便，另外，下支撑杆通过多个分爪进行支撑时，可以增加支撑受力点的个数，将支撑结构的整体应力分解到多个分爪位置，提高支撑的稳定性。

其中，通过至少两个支撑杆进行支撑时，可以增加支撑的稳定性，使得零件的打印成形更加稳定；相邻两个支撑杆之间采用连接件相连时，能够将多个支撑杆连接在一起，增加支撑结构的整体稳定性，同时，在打印过程中，支撑结构随着零件一起打印，而通过连接件将多个支撑杆相连时，支撑结构打印过程中，多个支撑杆可以通过连接件连为一个整体，使得支撑结构能够作为整体进行打印，从而增加支撑结构打印过程中的强度，使得支撑结构的打印更加稳定方便，另外，当去除支撑结构时，通过连接件将多个支撑杆相连，使得支撑结构能够作为一个整体进行去除，使得支撑结构去除时更加方便且使去除后的支撑结构在进行收纳和清理等操作时更加方便。

基于上述结构，支撑杆可以倾斜设置以支撑不同位置和不同倾斜角度的打印零件，使得支撑结构可以适用于多种形状的打印零件和更加复杂的成形环境，而通过连接件连接形成的整体支撑结构中，多个支撑杆可以平行设置，亦可以分别具有不同的倾斜角度，连接件将多个不同倾斜角度的支撑杆相连，形成一个具有多种倾斜角度支撑杆的整体支撑结构，使得该支撑结构能够适用于多种形状的打印零件和更加复杂的成形环境，增加支撑结构的适用范围。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪和下支撑爪的至少两个分爪均沿支撑杆的周向均匀分布。如此设置，通过多个分爪进行支撑，提高支撑的稳定性。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪和/或下支撑爪的分爪与支撑杆之间的夹角θ为135°<θ<180°。如此设置，防止分爪高度较小时其长度较长而增加成本。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，连接件为与支撑杆一体成型的板状结构。如此设置，便于提高连接件与支撑杆连接的稳定性。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，板状结构上设置有用于减轻自身重量的孔或槽。如此设置，减轻板状结构自身重量，降低成本。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪的至少两个分爪高度相等，以对打印零件的水平表面进行支撑。如此设置，通过上支撑爪能够对悬空零件的水平表面进行支撑。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪的至少两个分爪中，至少一个分爪的高度与其余分爪的高度不同，以对打印零件的倾斜表面进行支撑。如此设置，通过上支撑爪能够对悬空零件的倾斜表面进行支撑。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪和/或下支撑爪的分爪端面为便于支撑结构去除的弧形面。如此设置，便于进一步减小分爪与打印零件之间的接触面积，使得支撑结构的去除更加方便。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，支撑杆为竖杆或斜杆。如此设置，便于支撑杆支撑不同形状的打印零件。

可选的，在上述用于增材制造的支撑结构中，上支撑爪和下支撑爪上均设置有三个分爪。如此设置，能够进一步增加上支撑爪和下支撑爪的稳定性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中支撑结构的示意图；

图2为本发明实施例中支撑杆、上支撑爪和下支撑爪的示意图；

图3为本发明实施例中支撑结构的侧视图；

图4为本发明实施例中工字件和支撑结构的示意图；

图5为本发明实施例中工字件和支撑结构的侧视图。

附图标记：

1-支撑杆，2-上支撑爪，3-下支撑爪，4-连接件，5-通孔，6-工字件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图3，本发明实施例提供的用于增材制造的支撑结构包括支撑杆1和分别位于支撑杆1上下两侧的上支撑爪2和下支撑爪3，上支撑爪2和下支撑爪3均包括至少两个分爪，上支撑爪2的分爪朝支撑杆1的上侧倾斜设置，下支撑爪3的分爪朝支撑杆1的下侧倾斜设置，支撑杆1设置有至少两个，至少两个支撑杆1上均设置有上支撑爪2和下支撑爪3，且相邻两个支撑杆1之间连接有连接件4，其中，本实施例优选勾爪为斜杆状，上支撑爪2和下支撑爪3上的多个勾爪优选为外扩式勾爪，即多个勾爪一端与支撑杆1连接，另一端朝多个勾爪相背离的方向偏移。

具体实施时：增材制造过程中，支撑结构与需要打印的零件一起打印，打印时，支撑结构的整体结构按照打印设备设定的打印路径进行打印，例如当打印路径为由下至上依次分层打印时，支撑结构中多个下支撑爪3、支撑杆1、连接件4和上支撑爪2的整体结构同时由下至上依次打印，在形成打印零件的同时打印出支撑结构，并通过支撑结构进行支撑，使得进一步打印零件时，零件中的悬空部分可以在支撑结构的支撑下进行打印，以使零件能够顺利成形。

通过上述用于增材制造的支撑结构的结构和具体实施过程可知，上支撑爪2用于与打印零件的表面相接触，以对打印零件的悬空结构进行支撑，支撑杆1用于连接上支撑爪2和下支撑爪3，并作为支撑主干进行支撑，下支撑爪3用于与打印零件底面或其他部件接触，以对支撑杆1、上支撑爪2和打印零件的悬空结构进行支撑，增加支撑结构的稳定性，使得通过具有上支撑爪2、支撑杆1和下支撑爪3的支撑结构，能够对增材制造的零件进行支撑，保证零件能够顺利成形。上支撑爪2上设置至少两个分爪，通过分爪与打印零件接触可以增加接触点的个数，进而增加支撑结构对打印零件的支撑受力点个数，将打印零件对支撑结构的压力分解到多个位置，通过多个位置的同时支撑，提高支撑的稳定性，同时，当采用多个分爪进行支撑时，每个分爪与打印零件的接触面积可以减小，使得上支撑爪2去除时，能够通过分离接触面积较小的分爪来实现上支撑爪2的去除，而去除接触面积较小的分爪时，去除操作简单方便；同理，通过分离下支撑杆1上的分爪来去除下支撑杆1时，去除操作简单方便，另外，下支撑杆1通过多个分爪进行支撑时，可以增加支撑受力点的个数，将支撑结构的整体应力分解到多个分爪位置，提高支撑的稳定性。

其中，通过至少两个支撑杆1进行支撑时，可以增加支撑的稳定性，使得零件的打印成形更加稳定；相邻两个支撑杆1之间采用连接件4相连时，能够将多个支撑杆1连接在一起，增加支撑结构的整体稳定性，同时，在打印过程中，支撑结构随着零件一起打印，而通过连接件4将多个支撑杆1相连时，支撑结构打印过程中，多个支撑杆1可以通过连接件4连为一个整体，使得支撑结构能够作为整体进行打印，从而增加支撑结构打印过程中的强度，使得支撑结构的打印更加稳定方便，另外，当去除支撑结构时，通过连接件4将多个支撑杆1相连，使得支撑结构能够作为一个整体进行去除，使得支撑结构去除时更加方便且使去除后的支撑结构在进行收纳和清理等操作时更加方便。

基于上述结构，支撑杆1可以倾斜设置以支撑不同位置和不同倾斜角度的打印零件，使得支撑结构可以适用于多种形状的打印零件和更加复杂的成形环境，而通过连接件4连接形成的整体支撑结构中，多个支撑杆1可以平行设置，亦可以分别具有不同的倾斜角度，连接件4将多个不同倾斜角度的支撑杆1相连，形成一个具有多种倾斜角度支撑杆1的整体支撑结构，使得该支撑结构能够适用于多种形状的打印零件和更加复杂的成形环境，增加支撑结构的适用范围。

需要说明的是，本实施例中支撑结构的分布可以根据打印零件对支撑结构的应力大小和应力分布进行调整，即支撑结构中，支撑杆的数量、相邻支撑杆之间的距离以及支撑杆的位置均可以根据打印零件对支撑结构的应力大小和应力分布进行调整，打印零件对支撑结构的应力包括自身重量对支撑结构的压力、因成形温度产生的内应力作用，导致自身变形后对支撑结构的压力、以及因成形温度产生的内应力作用，导致自身变形后对支撑结构的张力；根据打印零件对支撑结构的应力大小和应力分布来调整支撑结构的分布时，可以优化支撑结构的支撑密度，提高支撑结构的支撑强度。

作为一种可能的实现方式，上支撑爪2和下支撑爪3的至少两个分爪均沿支撑杆1的周向均匀分布，即至少两个分爪中，相邻两个分爪之间的角度相等，采用这种结构，能够将打印零件对上支撑爪2的压力均匀的分解到多个分爪上，提高上支撑爪2对打印零件的支撑稳定性，同时能够将支撑结构和打印零件整体应力均匀分解到下支撑爪3的多个分爪上，提高下支撑爪3对支撑结构和打印零件整体的支撑稳定性。

在一些实施例中，上支撑爪2和/或下支撑爪3的分爪与支撑杆1之间的夹角θ为135°<θ<180°，分爪与支撑杆1之间的夹角θ是指分爪与支撑杆1相连的位置上，分爪与支撑杆1上靠近中段部分的夹角，当夹角θ不超过135度时，分爪朝支撑杆1的中段方向偏移，当满足高度要求时，需要增加其自身的长度，会导致成本增加，当夹角θ大于或等于180度时，分爪会朝支撑杆1的端部方向偏移，导致支撑不稳定、分爪去除不方便且会增加分爪长度而增加成本，当夹角θ为135°<θ<180°，支撑结构即具有良好的稳定性，又能够降低成本。

为了使支撑结构更加稳定，本实施优选连接件4为与支撑杆1一体成型的板状结构，板状结构可以将支撑杆1完全包覆，亦可以将支撑杆1部分包覆，采用板状结构的连接件4将相邻两个支撑杆1连接时，连接件4与支撑杆1之间的连接更加稳定、支撑结构的整体更加稳定以及支撑结构成形时多个支撑杆1之间的连接更加稳定，从而便于支撑结构的成形和打印零件的成形，本实施例优选板状结构将支撑杆1完全包覆，以增强支撑的稳定性。

在一种可选方式中，板状结构上设置有用于减轻自身重量的孔或槽，通过设置孔或槽来减小板状结构的体积，减轻板状结构的整体重量，使得通过板状结构连接以增加稳定性的前提下，可以降低板状结构的成本，本实施例优选板状结构上设置有通孔5，通孔5位于板状结构的中心位置，使得板状结构为环形件，且环形件上相对的两侧与相连两个支撑杆1相连，以使板状结构既可以增加支撑结构的整体稳定性，又具有较低的成本。

作为一种可能的实现方式，本实施例中上支撑爪2的至少两个分爪高度相等，以对打印零件的水平表面进行支撑，打印零件的水平表面是指打印零件上与水平面平行的表面，如图4和图5所示，本实施例中的打印零件以工字件6为例，工字件6包括悬空的水平上面板，支撑结构设置于工字件6的上下两个平面之间，在工字件6的增材制造过程中，支撑结构通过支撑工字件6的上面板，使得工字件6的上面板能够顺利成形，工字件6的两侧均可以设置支撑结构进行支撑，此时，支撑结构中上支撑爪2包含三个分爪，三个分爪高度相等，形成一个水平的支撑平面用以支撑工字件6的上面板，另外，下支撑爪3的至少两个分爪的高度也相等，以使支撑更加稳定。

作为另一种可能的实现方式，本实施例的上支撑爪2的至少两个分爪中，至少一个分爪的高度与其余分爪的高度不同，以对打印零件的倾斜表面进行支撑，当打印零件中的悬空结构为倾斜状态时，需要支撑结构对倾斜的表面进行支撑，当上支撑爪2的多个分爪中，至少一个分爪的高度与其余分爪的高度不同时，能够形成支撑斜面，此时，可以根据打印零件表面的倾斜度，调整分爪的高度以支撑打印零件的倾斜表面，使得过上支撑爪2能够对悬空零件的倾斜表面进行支撑，上支撑爪2的多个分爪共同配合以形成一个支撑斜面，多个分爪调整自身高度以使其端部均与打印零件的表面接触。

为了使支撑结构的去除更加方便，本实施例优选上支撑爪2和/或下支撑爪3的分爪端面为便于支撑结构去除的弧形面，当分爪端面为弧形面时，分爪与零件表面接触的面积可以减小，分爪端面与零件表面之间的空间可以增大，使得从分爪外侧使用工具伸向分爪与零件表面接触位置时更加方便，从而使支撑结构的去除更加方便，同时，采用高度渐变的弧形面时，分爪不易变形，能够增加分爪支撑的稳定性。

作为一种可能的实现方式，本实施例中的支撑杆1为竖杆或斜杆，当支撑杆1为竖杆时，可以最大程度的承受竖直方向的压力，提高支撑的稳定性，但增材制造过程中，有些零件由于形状和尺寸等因素限制，导致竖杆无法对零件的悬空结构进行支撑，此时可以采用斜杆来进行位置避让，通过斜向支撑的方式来对零件的悬空结构进行支撑，使得支撑结构能够支撑不同形状的打印零件，增加支撑结构的适用范围。

在一些实施例中，上支撑爪2和下支撑爪3上均设置有三个分爪，通过三个分爪进行支撑时，三个分爪的端部可以形成一个支撑平面，优化分爪的结构，同时利用三角形的稳定性，可以使上支撑爪2和下支撑爪3更加稳定，从而进一步增加支撑结构的稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于增材制造的支撑结构，其特征在于，包括支撑杆和分别位于所述支撑杆上下两侧的上支撑爪和下支撑爪，所述上支撑爪和所述下支撑爪均包括至少两个分爪，所述上支撑爪的分爪朝所述支撑杆的上侧倾斜设置，所述下支撑爪的分爪朝所述支撑杆的下侧倾斜设置，所述支撑杆设置有至少两个，至少两个所述支撑杆上均设置有所述上支撑爪和所述下支撑爪，且相邻两个所述支撑杆之间连接有连接件。

2.根据权利要求1所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪和所述下支撑爪的至少两个分爪均沿所述支撑杆的周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪和/或所述下支撑爪的分爪与所述支撑杆之间的夹角θ为135°<θ<180°。

4.根据权利要求1所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述连接件为与所述支撑杆一体成型的板状结构。

5.根据权利要求4所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述板状结构上设置有用于减轻自身重量的孔或槽。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪的至少两个分爪高度相等，以对打印零件的水平表面进行支撑。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪的至少两个分爪中，至少一个分爪的高度与其余分爪的高度不同，以对打印零件的倾斜表面进行支撑。

8.根据权利要求1至5任一项所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪和/或所述下支撑爪的分爪端面为便于支撑结构去除的弧形面。

9.根据权利要求1至5任一项所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述支撑杆为竖杆或斜杆。

10.根据权利要求1至5任一项所述的用于增材制造的支撑结构，其特征在于，所述上支撑爪和所述下支撑爪上均设置有三个分爪。

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