CN114713851B - 一种3d打印薄壁件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种3D打印薄壁件的方法，包括以下步骤：S1，在3D打印薄壁件的外壁设计支撑结构；S2，通过软件对设计的薄壁件及支撑结构进行切片分层、并生成对应的数据；S3，通过打印设备进行打印；S4，去除薄壁件外侧的支撑结构，获得目标薄壁件；支撑结构上设有导热件，导热件与薄壁件相接，导热件可用以散发薄壁件打印过程中产生的热量，减少薄壁件变形；其方法简单，设计及打印操作方便，并且可对打印件进行导热、散热，有效防止因打印件内部应力过大而造成报废。

Description

一种3D打印薄壁件的方法

技术领域

本发明涉及薄壁打印加工领域，更具体的，涉及一种3D打印薄壁件的方法。

背景技术

激光选区融化是金属3D打印技术中的一种，激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术；通过专用软件对零件三维数模进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件；打印期间，由于薄壁件的散热本身就会差一些，致使零件内部内应力较大，若内应力大于零件本身强度就会使零件出现变形、裂纹等缺陷而报废。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种3D打印薄壁件的方法，其方法简单，设计及打印操作方便，并且可对打印件进行导热、散热，有效防止因打印件内部应力过大而造成报废。

为达此目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种3D打印薄壁件的方法，包括以下步骤：

S1，在3D打印薄壁件的外壁设计支撑结构；

S2，通过软件对设计的薄壁件及支撑结构进行切片分层、并生成对应的数据；

S3，通过打印设备进行打印；

S4，去除薄壁件外侧的支撑结构，获得目标薄壁件；

支撑结构上设有导热件，导热件与薄壁件相接，导热件可用以散发薄壁件打印过程中产生的热量，防止薄壁件变形。

在本发明较佳的技术方案中，支撑结构包括镂空支架，导热件固定在镂空支架上。

在本发明较佳的技术方案中，导热件的数量为2，两导热件分别与薄壁件的两侧相接。

在本发明较佳的技术方案中，导热件包括两条导热柱，导热柱与薄壁件之间通过多个肋板单胞进行支撑；导热柱及/或肋板单胞与镂空支架相接。

在本发明较佳的技术方案中，肋板单胞包括两条肋板，两肋板与薄壁件相接的一端相互靠拢，两肋板与导热柱相接的一端相互远离。

在本发明较佳的技术方案中，肋板的厚度大于薄壁件的厚度、小于导热柱的厚度。

在本发明较佳的技术方案中，薄壁件上部位置的镂空支架的密度大于薄壁件下部位置的镂空支架的密度。

本发明的有益效果为：

本发明提供的一种3D打印薄壁件的方法，其方法简单，设计及打印操作方便；支撑结构上设有导热件，导热件与薄壁件相接，一方面可加强对薄壁件的支撑，防止在刮刷铺粉的过程中造成薄壁件的偏移，避免导致打印出现偏差；另一方面则可对薄壁件进行导热，进行散热，有效防止因薄壁件内部应力过大而造成报废，提高打印成功率及产品质量。

附图说明

图1是本发明的具体实施例中提供的一种3D打印薄壁件的方法的支撑结构及薄壁件的配合示意图；

图2是本发明的具体实施例中提供的一种3D打印薄壁件的方法的支撑结构及薄壁件的配合立体结构示意图。

图中：

100、薄壁件；200、支撑结构；210、镂空支架；300、导热件；310、导热柱；320、肋板单胞；321、肋板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1、图2所示，本发明的具体实施例中公开了一种3D打印薄壁件的方法，包括以下步骤：

S1，在3D打印薄壁件100的外壁设计支撑结构200；

S2，通过软件对设计的薄壁件100及支撑结构200进行切片分层、并生成对应的数据；

S3，通过打印设备进行打印；

S4，去除薄壁件100外侧的支撑结构200，获得目标薄壁件；

支撑结构200上设有导热件300，导热件300与薄壁件100相接，导热件的下端与打印基板连接，导热件300可用以传递及散发薄壁件100打印过程中产生的热量，防止薄壁件100变形。

上述的一种3D打印薄壁件的方法，其方法简单，设计及打印操作方便；支撑结构上设有导热件，导热件与薄壁件相接，一方面可加强对薄壁件的支撑，防止在刮刷铺粉的过程中造成薄壁件的偏移，避免导致打印出现偏差；另一方面则可对薄壁件进行导热，进行传递及散热，有效防止因薄壁件内部应力过大而造成报废，提高打印成功率及产品质量；导热件的下端与打印基板连接，可进一步加速热量传递至打印基板处，从而进行扩散，减少打印过程中的温度差从而减少打印过程中产生的应力并减少薄壁件的变形量；需要说明的是，软件是3D打印设备配套使用的，可直接使用。

进一步地，支撑结构200包括镂空支架210，导热件300固定在镂空支架210上，镂空支架的设置，既可对薄壁件进行稳固的支撑，也可减少支撑内部残留粉末，还可方便后续去除支撑，减少劳动量；需要说明的是，镂空支架为多孔点阵结构。

进一步地，导热件300的数量为2，两导热件300分别与薄壁件100的两侧相接；该结构设计，可通过两个导热件对薄壁件的两侧进行支撑，有效提高支撑稳固性；另一方面则可增大导热、散热面积，对薄壁件进一步的加速散热，减少内部应力。

进一步地，导热件与薄壁件最边缘处的2-5mm进行连接，减小薄壁件边缘处的热量累积，加速热量的传递；需要说明的是，连接重叠区域的大小主要从薄壁件整体的面积大小考虑，大面积的薄壁件必然需要较大连接重叠区域，从而提供稳固的支撑；较小的薄壁件，在满足支撑结构强度及导热效果下，采用较小的连接重叠区域，减少后续去除导热件的难度，方便操作。

进一步地，导热件300包括两条导热柱310，导热柱310与薄壁件100之间通过多个肋板单胞320进行支撑；肋板单胞的设置，可对导热柱进行架空，一方面可对薄壁件进行支撑，另一方面也可防止导热柱与薄壁件直接接触、方便后续的去除；导热柱310及/或肋板单胞320与镂空支架210相接，提供稳固的连接及支撑基础，以便初步的打印搭建。

进一步地，导热柱竖直的打印在打印基板上，并且，导热柱为上下横截面积无变化的形状，如带圆角矩形或圆柱形结构，防止横截面积的变化带来导热件的打印产生的温度差，进一步的防止薄壁件发生变形。

进一步地，肋板单胞320包括两条肋板321，两肋板321与薄壁件100相接的一端相互靠拢，两肋板321与导热柱310相接的一端相互远离，该结构设计可使肋板、导热柱、薄壁件之间维持架空状态，可维持导热散热功能，也可方便后续的去除。

进一步地，肋板321的厚度大于薄壁件100的厚度、小于导热柱310的厚度；既可以保证肋板将零件与导热柱之间的紧固连接，又可以减轻打印完成之后的去除工作。

进一步地，肋板的厚度是薄壁件壁厚的1倍-1.5倍；导热柱的厚度是肋板厚度的1.5倍-2倍；保证打印支撑的稳固性，确保可对薄壁件进行有效的支撑，防止肋板及导热柱自身轻易发生变形；其中，需根据薄壁件的面积及壁厚进行选择；比如，大面积及壁薄的薄壁件，需要进行更大范围的支撑，因此，肋板的厚度尽量选择靠近薄壁件的1.5倍壁厚，导热柱对应的选择肋板的2倍厚度，确保进行稳固的支撑；相应的，小面积的薄壁件及壁厚较大的，则需要选择小倍数的壁厚，在满足支撑调节的情况下，可方便后续的去除。

进一步地，肋板与水平面夹角大于50°，减少肋板角度过小为打印带来较大的横向应力，防止对薄壁件造成不良影响。

进一步地，镂空支架从薄壁件的外壁面向外延伸搭建20~50mm，保证提供足够的支撑；其中，多孔点阵结构的单胞高度为10~20mm，单胞结构的架骨直径或厚度大于0.6mm，并小于薄壁件的壁厚的1.5倍厚度；可保证镂空支架本身的去除性和对薄壁件变形控制的稳定性；进一步地，对于大面积的薄壁件，薄壁件底部向外延伸搭建的镂空之间厚度可大于顶部的厚度，可于底部进行稳固的支撑；也无需进行整体的镂空支架加厚，防止粉末残留，也便于后续的清理及结构去除。

进一步地，薄壁件100上部位置的镂空支架210的密度大于薄壁件100下部位置的镂空支架210的密度；薄壁件固定住之后，此时需要添加镂空支架将裸露在外面的部分进行全方位的包裹，因此时的支撑并不是打印在薄壁件的下部外表面处，上部的镂空支架并不需要很密，通过与薄壁件之间的连接，形成支撑的外力可防止薄壁件因打印存在的内应力而发生变形；并且，上部的镂空支架因是较稀疏支撑，可减少支撑内粉末残留，同时减少后续去除难度。

根据实际的待打印的薄壁件的尺寸进行相应的参数设计，以达到满足要求的支撑、导热、散热效果，防止薄壁件的损坏或变形，保证打印质量，如：

实施例1：若薄壁件的长为100mm，高为50mm，厚为2mm；薄壁件底部直接与基板连接，取镂空支架延伸厚度为20mm，单胞高度为15mm，单胞结构架骨直径选择1mm，传热肋板厚度选择厚度为零件的1倍为2mm，肋板与水平面的角度可设置为50度，导热柱厚度选择为4mm厚，导热件在薄壁件边缘3mm处进行连接；充分满足导热传热作用。

实施例2：若薄壁件长为100mm，高为100mm，厚度为2mm；相对于实施例1来说，高度为实施例1原来的两倍，长度跟实施例1是一样的，厚度也是一样，横向的变形量即与实施例1一样大；单胞的高度与单胞结构架骨直径选择与实施1一样单胞高度为15mm，单胞结构架骨直径依然选择1mm；此零件的高度相对于实施例1来说变高，纵向变形的不确定性会增大，所以增加镂空延伸支架的厚度为30mm，使得的镂空支架的稳定性更强对于薄壁件的支撑更强；传热肋板的厚度依然选择为2mm，肋板与会平面的角度为50度，导热柱的厚度为4mm厚，导热件在薄壁件边缘3mm处进行连接；可充分发挥导热作用，使热量传递至基板处，减少零件内部的热量累积。

实施例3：若薄壁零件长为100mm，高为50mm，厚度为1mm；相对于实施例1来说厚度减小，因薄壁件的厚度减小，整体的变形量就会变大，此时需选择单胞高度10mm，从而增加镂空支架的密度，使得镂空支架单胞对于薄壁件的控制区域更小，更有效的控制薄壁件的变形；单胞结构的架骨直径选择0.8mm，因单胞架骨的密度增大，减小架骨的直径可使结构后序去除的过程中减少对薄壁零件的损伤，最大程度保证薄壁零件的完整性；导热件在薄壁件最边缘处2mm处进行连接，肋板厚度选择1.5mm与水平面的夹角为60度，充分的减少散热件上的肋板本身的打印对薄壁件的影响；导热柱选择3mm的厚度，导热柱是直接与基板连接，本身的打印并不会对薄壁件的打印造成影响，选择一个较厚的厚度也是充分的使1mm左右的薄壁件的热量传递至基板。

本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种3D打印薄壁件的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1，在3D打印薄壁件的外壁设计支撑结构；

S2，通过软件对设计的薄壁件及支撑结构进行切片分层、并生成对应的数据；

S3，通过打印设备进行打印；

S4，去除薄壁件外侧的支撑结构，获得目标薄壁件；

支撑结构上设有导热件，导热件与薄壁件最边缘处的2-5mm位置相接，导热件用以散发薄壁件打印过程中产生的热量，防止薄壁件变形；

支撑结构包括镂空支架，镂空支架为多孔点阵结构，导热件固定在镂空支架上；镂空支架从薄壁件的外壁面向外延伸搭建20~50mm，多孔点阵结构的单胞高度为10~20mm，单胞结构的架骨直径或厚度大于0.6mm，并小于薄壁件的壁厚的1.5倍；

导热件的数量为2，两导热件分别与薄壁件的两侧相接；

导热件包括两条导热柱，导热柱与薄壁件之间通过多个肋板单胞进行支撑；肋板单胞包括两条肋板，两肋板与薄壁件相接的一端相互靠拢，两肋板与导热柱相接的一端相互远离；肋板的厚度是薄壁件壁厚的1倍-1.5倍；导热柱的厚度是肋板厚度的1.5倍-2倍；肋板与水平面夹角大于50°；

导热柱及/或肋板单胞与镂空支架相接。