CN114713850A - 选择性激光熔化制造工艺的支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，用于支撑所需制造的零件，零件包括件本体和承接块体，件本体的下端与承接块体的上端连接；承接块体的下表面的竖向截面为向下突出的圆弧形；支撑结构设置在基板的顶面上，支撑结构的顶面上具有供零件的承接块体插入的凹槽，凹槽的形状与承接块体的轮廓形状相同；当承接块体插入于凹槽中时，承接块体与凹槽的槽壁之间有间隙。本发明是一种在保证产品合格性的前提下，能够简化支撑结构去除工艺的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构。
Description
技术领域
本发明涉及选择性激光熔化制造工艺技术领域，特别是涉及一种选择性激光熔化制造工艺的支撑结构。
背景技术
设计支撑结构是选择性激光熔化金属增材制造工艺在进行产品制造时所无法避免的。产品必须通过支撑结构与基板相连接，由于产品与支撑结构是连接的，加工完成后需要再通过手工或线切割的方式分离出产品。不同的产品由于其结构特性需要设计不同的支撑结构，因此如何在保证产品合格性的前提下根据产品结构特性进一步优化支撑结构，简化支撑结构的去除工艺是本技术领域人员所需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明解决的技术问题在于提供一种在保证产品合格性的前提下，能够简化支撑结构的去除工艺的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，用于支撑所需制造的零件，所述零件包括件本体和承接块体，所述件本体的下端与所述承接块体的上端连接；所述承接块体的下表面的竖向截面为向下突出的圆弧形；所述支撑结构设置在基板的顶面上，所述支撑结构的顶面上具有供所述零件的承接块体插入的凹槽，所述凹槽的形状与所述承接块体的轮廓形状相同；当承接块体插入于所述凹槽中时，所述承接块体与所述凹槽的槽壁之间有间隙。
优选地，所述基板的顶面为平面；所述支撑结构的外侧面的竖向截面为等腰梯形，所述等腰梯形的任意一个的腰与所述基板的顶面之间的夹角的角度大于45°。
优选地，所述零件的承接块体为半球形结构，所述凹槽为半球形槽。
进一步地，所述支撑结构的外侧面为圆台形。
优选地，所述零件的承接块体为半圆柱结构，所述凹槽为半圆柱形槽。
优选地，所述间隙的值等于选择性激光熔化制造工艺中的熔池深度的值加上辅助值，所述辅助值的取值范围是0.03-0.1mm。
如上所述，本发明的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，具有以下有益效果：
在采用选择性激光熔化制造工艺加工的支撑结构和插入支撑结构凹槽的零件时，由于零件的承接块体的竖向截面为向下突出的圆弧形结构，凹槽的形状与所述承接块体的轮廓形状相同，所述承接块体与所述凹槽的槽壁之间有间隙，在零件进行制造的过程中，间隙中的金属粉末能够支撑零件，支撑结构并未与零件的承接块体烧结在一起；在零件进行制造完成后，施加一定的外力即可实现零件与支撑结构的分离；本发明是一种在保证产品合格性的前提下，能够简化支撑结构去除工艺的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构。
附图说明
图1显示为实施例1的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构中插入零件时的结构示意图。
图2显示为实施例1的零件的立体结构示意图。
图3显示为实施例1的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构的结构示意图。
图4显示为实施例1的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构中插入零件时的剖面结构示意图。。
图5显示为实施例2的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构中插入零件时的结构示意图。
图6显示为实施例2的零件的立体结构示意图。
图7显示为实施例2的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构的立体结构示意图。
附图标号说明
100 零件
110 件本体
120 承接块体
121 承接块体的下表面
122 第一柱结构端面
123 第二柱结构端面
200 支撑结构
210 凹槽
211 第一槽端面
212 第二槽端面
220 支撑结构的外侧面
300 基板
400 间隙
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构200，用于支撑所需制造的零件100，零件100包括件本体110和承接块体120，件本体110的下端与承接块体120的上端连接；承接块体的下表面121的竖向截面为向下突出的圆弧形；支撑结构200设置在基板300的顶面上，支撑结构200的顶面上具有供零件100的承接块体120插入的凹槽210，凹槽210的形状与承接块体120的轮廓形状相同；当承接块体120插入于凹槽210中时，承接块体120与凹槽210的槽壁之间有间隙400。
在采用选择性激光熔化制造工艺加工的支撑结构200和插入支撑结构200的凹槽210的零件100时，由于零件100的承接块体120的竖向截面为向下突出的圆弧形结构，凹槽210的形状与承接块体120的轮廓形状相同，承接块体120与凹槽210的槽壁之间有间隙400，在零件100打印成型时，间隙400中的金属粉末能够支撑零件100，支撑结构200并未与零件100的承接块体120烧结在一起；在零件100打印结束后，施加一定的外力即可实现零件100与支撑结构200的分离。由于零件100的承接块体120的竖向截面为向下突出的圆弧形结构，凹槽210的形状与承接块体120的轮廓形状相同，所以凹槽210的竖向截面也为向下突出的圆弧形结构，则圆弧形结构的凹槽210具有自支撑性。支撑结构200的凹槽210对零件100的支撑是一种无接触支撑方式。
本实施例的无接触支撑方式，使得零件100能够通过简单的方式将支撑结构200去除，极大地简化了支撑结构200的去除工艺，面对批量产品可节约大量的时间和成本。
本实施例的无接触支撑方式，使零件100避免了额外的处理工序，如机加工，钳工等。对于产品清洁度要求严格的产品，如3D打印医疗器械等，有效降低了加工工艺带来的额外污染。
若对零件100的底面的表面质量和尺寸精度要求不高时，零件100与支撑结构200的分离后，零件100加工即可完成。若对零件100的底面的表面质量和尺寸精度有更高的要求时，则需要进一步的对零件100的表面进行处理。
基板300的顶面为平面；支撑结构的外侧面220的竖向截面为等腰梯形，等腰梯形的任意一个的腰与基板300的顶面之间的夹角的角度A大于45°。该结构既能够保证支撑结构200能顺利打印，也节约了支撑结构200使用的材料。本实施例中，等腰梯形的任意一个的腰与基板300的顶面之间的夹角的角度A为60度。
零件100的承接块体120为半球形结构，凹槽210为半球形槽。半球形槽的直径大于半球形结构的直径。半球形槽的圆心与半球形结构的圆心同心，这使得承接块体120的侧部与凹槽210之间的间隙400等于承接块体120的底部与凹槽210之间的间隙400。
为了便于加工，支撑结构的外侧面220为圆台形。
间隙400的值等于选择性激光熔化制造工艺中的熔池深度的值加上辅助值，辅助值的取值范围是0.03-0.1mm。间隙400的值太大，间隙400中的金属粉末太散，就起不到支撑的作用；间隙400的值太小，支撑结构与零件会连接在一起。选择性激光熔化制造工艺中的熔池深度的值根据实际激光打印参数确定。间隙400的值根据实际激光打印参数和产品底面结构特点来进行判断和试验测试，以最终确定最佳间隙400的值。本实施例中，选择性激光熔化制造工艺中的熔池深度为0.09mm。所以，间隙400的值的取值范围是0.12-0.19mm。本实施例中，辅助值为0.06mm。
本专利是针对利用选择性激光熔化制造工艺制造零件100。首先判断零件100的特点，若零件100的某一端面为圆弧形端面，且将该圆弧形端面作为打印底面时其他区域结构能被选择性激光熔化制造工艺成型时，就能够以无接触支撑方式来替代传统接触式支撑。无接触支撑方式的设计思路如下：
首先在设计软件中将零件100模型按预计打印方向摆放好，即圆弧形端面作为底面。然后通过软件设计匹配圆弧形端面的无接触的支撑结构200，无接触的支撑结构200与零件100的底面形状一致，并保持一定的间隙400；支撑结构200设计完成后，将支撑结构200和零件100一起转成增材制造计算机辅助设计软件的文件格式导入打印前处理软件中，导入过程中要维持支撑和产品的位置关系，确保按照无接触支撑的方式进行打印。
实施例2
如图5至图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，零件100的承接块体120为半圆柱结构，凹槽210为半圆柱形槽。半圆柱结构的底面为半圆形，半圆柱结构的第一柱结构端面122为平面，半圆柱结构的第二柱结构端面123为平面。凹槽210的底面为半圆形，凹槽210的第一槽端面211为平面，凹槽210的第二槽端面212为平面。半圆柱结构的底面与凹槽210的底面之间具有间隙400，第一柱结构端面122与第一槽端面211之间具有间隙400。第二柱结构端面123与第二槽端面212之间具有间隙400。
本发明是一种在保证产品合格性的前提下，能够简化支撑结构200的去除工艺的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构200。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.一种选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，用于支撑所需制造的零件(100)，其特征在于，所述零件(100)包括件本体(110)和承接块体(120)，所述件本体(110)的下端与所述承接块体(120)的上端连接；所述承接块体的下表面(121)的竖向截面为向下突出的圆弧形；所述支撑结构(200)设置在基板(300)的顶面上，所述支撑结构(200)的顶面上具有供所述零件(100)的承接块体(120)插入的凹槽(210)，所述凹槽(210)的形状与所述承接块体(120)的轮廓形状相同；当承接块体(120)插入于所述凹槽(210)中时，所述承接块体(120)与所述凹槽(210)的槽壁之间有间隙(400)。
2.根据权利要求1所述的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，其特征在于：所述基板(300)的顶面为平面；所述支撑结构的外侧面(220)的竖向截面为等腰梯形，所述等腰梯形的任意一个的腰与所述基板(300)的顶面之间的夹角的角度大于45°。
3.根据权利要求1所述的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，其特征在于：所述零件(100)的承接块体(120)为半球形结构，所述凹槽(210)为半球形槽。
4.根据权利要求3所述的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，其特征在于：所述支撑结构的外侧面(220)为圆台形结构。
5.根据权利要求1所述的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，其特征在于：所述零件(100)的承接块体(120)为半圆柱结构，所述凹槽(210)为半圆柱形槽。
6.根据权利要求1所述的选择性激光熔化制造工艺的支撑结构，其特征在于：所述间隙(400)的值等于选择性激光熔化制造工艺中的熔池深度的值加上辅助值，所述辅助值的取值范围是0.03-0.1mm。
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