CN114309647A - 一种控制3d打印细高件变形的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种控制3D打印细高件变形的控制方法，属于3D打印技术领域。控制方法中通过特征结构的设计，在细高件的顶部设计锥体形特征结构；将工件的长轴方向与吹风方向平行或呈＜45°的夹角摆放；零件打印成形时，基板加热至150℃‑200℃，采用棋盘格的方式打印；成形结束，将特征结构去除；再进行热处理，热处理过程工件竖直摆放，采用两步热处理。3D打印细高件内部分布有随形水路，本发明可以明显降低细高件的变形程度，降低细高件的机加工余量，降低细高件工件机加工过程中水路破壁的风险。极小的变形量，可以保证细高件内部水路壁厚均匀，为注塑件的成品质量提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制3D打印细高件变形的控制方法，属于3D打印技术领域。
背景技术
3D打印技术作为一种先进的工业制造技术，其融合了计算机三维辅助设计、数控技术、激光加工、材料科学等多个学科的先进技术。与传统的模具制造技术相比，该技术正在不断的渗透，优化模具制造的生产关系，极大的促进了模具技术的灵活化、高效化、低碳环保化。3D打印技术的净成型特点，极大的缩短了模具的生产加工周期。同时，3D打印技术的随形水路设计，极大的提高了模具生产的效率与品质。3D打印过程中，成型零件温度梯度大，导致零件内部应力大，极易发生变形。特别是针对细高的工件，因工件本身具有细高的结构特征决定了工件抵抗应力变形的能力不足，打印过程极易发生变形，甚至是直接报废。正如中国专利，专利号CN 213593648 U中提到的为了防止变形，目前的主要方式是通过调节零件摆放的倾斜角度，调整零件摆放的密集程度，以及打印完成后在工作腔内延长冷却时间来防止零件变形；但这些方式也只能有部分作用，效果不明显。以CN 213593648 U专利中提到的通过3D打印的一种辅助的支撑结构，来实现降低工件打印应力的目的。这些降低打印应力的方式，都不能在实际操作中控制细高件的变形。这主要是因为，目前细高件变形的机理并没有理清，所以工件的变形无法得到根本的控制。目前针对细高件变形的唯一解决办法就是加大工件的设计余量，方便后续通过再加工予以纠正。但即使这样，还是无法解决根本性的问题，特别是针对内部设有随形冷却水路的细高件，变形将导致工件的水路壁厚不均匀甚至是破壁。所以，本技术领域亟需获得一种适合3D打印细高件的控制变形的方法。
发明内容
本发明的目的是为解决现有技术中3D打印细高件容易变形的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种控制3D打印细高件变形的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：打印前进行结构设计，根据最终细高件产品的结构特征，在细高件工件本体的顶部设计一特征结构；所述特征结构为一底面面积大于顶面面积的锥体形结构，锥体形结构的底面与细高件工件本体连为一体；锥体形结构的高度为50mm-80mm，锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的最大距离比工件本体的直径小0.5-2mm；锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的1/2-2/3；锥体形结构的顶面直径为底面直径的1/3-1/2；
步骤2：摆放零件；通过3D打印数据处理软件，将工件本体的长轴方向与3D打印机的吹风方向呈0-45°角度摆放；
步骤3：零件成形；通过3D打印设备，采用棋盘格扫描策略，在基板上完成成型，基板加热温度为150-200℃；
步骤4：割除特征结构部分；成形结束后，采用线切割将特征结构去除；
步骤5：进行热处理；将工件本体置于马弗炉中热处理，热处理采用Ar气氛保护。
优选地，所述步骤1中锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的2/3，以保证在结合面处形成应力集中的同时，最大限度的降低应力对工件本体的影响。
优选地，所述步骤1中的特征结构的高度为50-60mm，在保证降低变形的同时，缩短成形时间。
优选地，所述步骤2中工件本体的长轴与3D打印机的吹风方向的夹角越小越好。
优选地，所述步骤3中采用棋盘格扫描策略时，棋盘格的宽度为6mm-10mm，打印功率为180W-300W，扫描速度为700-900mm/s。
优选地，所述步骤5中进行热处理时，采用两步热处理，第一步热处理为850-1000℃，保温1h，然后炉冷至650℃-700℃，再取出空冷；第二步热处理为510-570℃，保温3h，再空冷。
优选地，所述步骤5中进行热处理时，工件须垂直于水平面摆放。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
3D打印细高件的内部分布有随形水路，本发明可以明显降低细高件的变形程度，降低细高件的机加工余量，降低细高件工件机加工过程中水路破壁的风险。另外，极小的变形量，可以保证细高件内部水路壁厚均匀，为注塑件的成品质量提供保障。
附图说明
图1为本发明一种控制3D打印细高件变形的控制方法的流程图。
图2为本发明一种控制3D打印细高件变形的控制方法中特征结构的示意图。
图3为本发明一种控制3D打印细高件变形的控制方法中热处理的曲线图。
附图标记：1.特征结构；2.底面；3.工件本体。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-3所示，本发明的目的是为解决目前3D打印制造细高模具过程中的变形问题。为达到解决变形问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种控制3D打印细高件变形的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：结构设计；根据细高件的结构特征，在工件的顶部设计特征结构1；3D打印细高件成形过程中，工件靠近基板端的温度较低，接近打印端面位置的温度较高，工件存在很大的温度梯度。靠近基板端的部分先发生马氏体相变，接近打印端面的位置因温度较高，不发生马氏体相变。随着继续成形，高温段不断向上平移，低温段不断发生马氏体相变，最终高温段的工件高度维持在一定的高度范围，该高度范围内的工件不发生相变。当成形结束时，激光能量输入停止，该段工件整体发生马氏体相变，此时释放出较大的应力。若该应力超出了工件本身抵抗变形的能力，工件将发生较大的变形。因此结合细高件变形的原因，可以通过在工件顶部加入特征结构的方式来抑制变形。
特征结构1为一锥体形结构，锥体形结构的底面2与工件本体3接触。高度为：H＝50mm-80mm；与工件本体3接触的底面2中，底面2外周边缘线上任意两点之间的最大距离比工件本体3半径小0.5-3mm；锥体形结构的底面2外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的1/2-2/3。锥体形结构的顶面半径为底面半径的1/3-1/2。
步骤2：零件摆放；通过3D打印数据处理软件，将工件的长轴方向与设备的吹风方向呈0-45°角度摆放。
步骤3：零件成形；通过3D打印设备，采用棋盘格扫描策略，在基板上完成成型，基板加热温度为150-200℃；
步骤4：割除特殊结构；成形结束，采用线切割将特征结构去除；
步骤5：热处理过程；将工件置于马弗炉中热处理，热处理采用Ar气氛保护。
上述步骤1中，锥体形结构的底面2外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的2/3，以保证在结合面处形成应力集中的同时，最大限度的降低应力对工件本体3的影响。
上述步骤1中，特征结构1的高度为50-60mm，在保证降低变形的同时，缩短成形时间。
上述步骤2中，工件的长轴应与设备的吹风方向夹角越小越好，最好为0°。
上述步骤3中，棋盘格的宽度为6mm-10mm，打印功率为180W-300W，扫描速度为700-900mm/s。
上述步骤5中，采用两步热处理，第一步热处理为850-1000℃，保温1h，炉冷至650℃-700℃，取出空冷；第二步热处理为510-570℃，保温3h，空冷。
上述步骤5中，热处理过程中，工件必须竖直摆放。
实施例1
以一种汽车连接器模芯模具为例，工件特征为总高H＝280mm，截面为弓形，弦＝50mm，弓高＝18mm，采用Corrax粉末打印成形。
步骤1：特征结构设计；
特征结构的截面仍为弓形，总高H＝70mm，底面弦＝46mm，底面弓高＝17mm，顶面弦＝25mm，顶面弓高＝8mm。
步骤2：零件摆放；
将工件的弦平行于吹风方向摆放。
步骤3：零件打印；
基板加热至150℃，采用棋盘格的打印方式，其中棋盘宽度＝6mm，打印功率为230W，速度为780mm/s。
步骤4：特征结构割除；
成形结束，采用线切割将特征结构去除
步骤5：热处理；
将工件进行两步热处理，工件摆放方式为竖直摆放。
第一步，置于马弗炉中热处理，900℃，保温30min，炉冷至700℃取出空冷；
第二步，530℃，保温3h，空冷。热处理采用Ar气氛保护。
经测试，模芯的变形量为0.4mm，相比采用常规3D打印方式加热处理，
模芯的变形量缩小了0.9mm。
实施例2
以一种化妆品眉笔包装后模芯模具为例，工件特征为总高H＝220mm，截面为圆形，直径＝12mm，采用Corrax粉末打印成形。
步骤1：特征结构设计；
特征结构的截面仍为圆形，总高H＝60mm，底面直径＝11mm，顶面直径＝8mm，
步骤2：零件摆放；
工件截面为圆形，正常摆放
步骤3：零件打印；
基板加热至180℃，采用棋盘格的打印方式，其中棋盘宽度＝6mm，打印功率为280W，速度为850mm/s。
步骤4：特征结构割除；
成形结束，采用线切割将特征结构去除
步骤5：热处理；
将工件进行两步热处理，工件摆放方式为竖直摆放。
第一步，置于马弗炉中热处理，950℃，保温30min，炉冷至700℃取出空冷；
第二步，550℃，保温3h，空冷。热处理采用Ar气氛保护。
经测试，模芯的变形量为0.3mm，相比采用常规3D打印方式加热处理，模芯的变形量缩小了1.0mm。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：打印前进行结构设计，根据最终细高件产品的结构特征，在细高件工件本体的顶部设计一特征结构；所述特征结构为一底面面积大于顶面面积的锥体形结构，锥体形结构的底面与细高件工件本体连为一体；锥体形结构的高度为50mm-80mm，锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的最大距离比工件本体的直径小0.5-2mm；锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的1/2-2/3；锥体形结构的顶面直径为底面直径的1/3-1/2；
步骤2：摆放零件；通过3D打印数据处理软件，将工件本体的长轴方向与3D打印机的吹风方向呈0-45°角度摆放；
步骤3：零件成形；通过3D打印设备，采用棋盘格扫描策略，在基板上完成成型，基板加热温度为150-200℃；
步骤4：割除特征结构部分；成形结束后，采用线切割将特征结构去除；
步骤5：进行热处理；将工件本体置于马弗炉中热处理，热处理采用Ar气氛保护。
2.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤1中锥体形结构的底面外周边缘线上任意两点之间的距离中最小距离为最大距离的2/3，以保证在结合面处形成应力集中的同时，最大限度的降低应力对工件本体的影响。
3.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤1中的特征结构的高度为50-60mm，在保证降低变形的同时，缩短成形时间。
4.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤2中工件本体的长轴与3D打印机的吹风方向的夹角越小越好。
5.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤3中采用棋盘格扫描策略时，棋盘格的宽度为6mm-10mm，打印功率为180W-300W，扫描速度为700-900mm/s。
6.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤5中进行热处理时，采用两步热处理，第一步热处理为850-1000℃，保温1h，然后炉冷至650℃-700℃，再取出空冷；第二步热处理为510-570℃，保温3h，再空冷。
7.如权利要求1所述的一种控制3D打印细高件变形的控制方法，其特征在于，所述步骤5中进行热处理时，工件须垂直于水平面摆放。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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