CN114713921B - 去支撑工装以及去支撑方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种去支撑方法以及去支撑工装。其中，所述去支撑方法用于零件的增材制造，所述零件包括本体部以及从本体部延伸的悬臂部，所述去支撑方法包括：S1.以零件的三维模型为基础，得到零件在第一平面的投影的二维图形，并提取出所述零件与支撑结构的交界部分的投影线；S2.将带有支撑结构与零件的中间件固定，对所述中间件进行线切割，线切割的路线与S1得到的所述投影线平行，切割位置位于所述零件与所述支撑结构的交界处朝所述支撑结构方向的第一距离的位置，得到切割件；S3.去除所述S2得到所述切割件与所述零件的尺寸余量，得到符合尺寸要求的零件。

Description

去支撑工装以及去支撑方法

技术领域

本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种增材制造零件的去支撑工装以及去支撑方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)是一种基于离散堆积原理，逐层熔化原材料而实现零件成形的制造技术。激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)被认为是最具潜力的增材制造(AM)技术之一，由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术，相对于其他AM技术而言，SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具有优势，可完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形。

使用SLM设备打印，尤其是复杂、悬臂等结构易变形零件，需要对初始模型添加支撑结构构成打印模型，在进行成形步骤时，支撑结构与零件同时成形，以保证成形过程中零件不产生变形。成形步骤结束后，需要将支撑结构去除。

如图1所示的零件1，其包括本体部101以及悬臂部102；因此在选区激光熔化成形工艺中需要对悬臂部102添加支撑结构，本体部101具有第一底面103、第二底面104；例如图2所示的，成形步骤完成后，得到包括零件1以及支撑结构201的中间件10，将中间件10从基板301割除后，需要对支撑结构201进行去支撑作业，以得到零件1。

现有技术中有采用设计去支撑工装的方法，并且采用钳工的加工方式进行去支撑作业。公开号为CN108213434A，公开日期为2018年06月29日，名称为“一种零件的去支撑工装的制作方法及去支撑工装”的中国发明专利申请，公开了一种随形工装，去支撑工装与零件的贴合度较高，通过对零件的贴合，增强零件本身的支撑刚度，以达到在去支撑打磨过程中防止变形的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去支撑方法，以高效精确地除去支撑结构，得到合格的增材制造零件。

本发明的目的还在于提供一种去支撑工装。

根据本发明一个方面的一种去支撑方法，用于零件的增材制造，所述零件包括本体部以及从本体部延伸的悬臂部，所述去支撑方法包括：S1.以零件的三维模型为基础，得到零件在第一平面的投影的二维图形，并提取出所述零件与支撑结构的交界部分的投影线；S2.将带有支撑结构与零件的中间件固定，对所述中间件进行线切割，线切割的路线与S1得到的所述投影线平行，切割位置位于所述零件与所述支撑结构的交界处朝所述支撑结构方向的第一距离的位置，得到切割件；S3.去除所述S2得到所述切割件与所述零件的尺寸余量，得到符合尺寸要求的零件。

在所述去支撑方法的一个或多个实施方式中，所述S1还包括，设置去支撑工装，所述去支撑工装包括基座以及防错板，所述基座用于固定所述中间件，所述防错板具有与所述投影线对应所述悬臂部的部分平行的轮廓线段，所述轮廓线段的位置位于所述悬臂部与所述支撑结构连接部交界处朝所述支撑结构方向的第二距离的位置，所述防错板设置于所述中间件在第一方向的一侧，与所述中间件在第一方向存在间隙，线切割的电极丝设置于所述中间件的另一侧，所述第一距离大于所述第二距离。

在所述去支撑方法的一个或多个实施方式中，所述S2还包括，在所述线切割的过程中，对所述防错板进行监测，若防错板存在放电现象，则停止线切割。

在所述去支撑方法的一个或多个实施方式中，停止线切割后，检查所述中间件的装配位置。

在所述去支撑方法的一个或多个实施方式中，所述悬臂部为薄壁件。

在所述去支撑方法的一个或多个实施方式中，在所述S3中，将位于所述切割位置与所述零件之间的未切割部分打磨处理，得到符合尺寸要求的零件。

根据本发明另一个方面的一种去支撑工装，用于线切割去除中间件的支撑结构，所述中间件包括零件与支撑结构，所述零件包括本体部以及从本体部延伸的悬臂部，所述去支撑工装包括：基座，用于固定具有零件与支撑结构的中间件；防错板，所述防错板包括轮廓线段，所述轮廓线段与悬臂部对应所述支撑结构的交界部分的曲线平行；所述线切割的切割位置位于与所述悬臂部与所述支撑结构交界处朝所述支撑结构方向的距离为第一距离的位置，所述轮廓线段的位置位于与所述悬臂部与所述支撑结构交界处朝所述支撑结构方向的距离为第二距离的位置，所述第一距离大于所述第二距离。

在所述去支撑工装的一个或多个实施方式中，所述第一距离为0.2-0.5mm，所述第二距离为0.01-0.2mm。

在所述去支撑工装的一个或多个实施方式中，所述基座包括第一部以及第二部，所述第一部用于与固定所述零件的本体部，所述第二部设置有安装座，用于固定安装所述防错板。

在所述去支撑工装的一个或多个实施方式中，所述第一部通过螺纹紧固件以固定所述本体部，所述安装座包括安装槽，用于与所述防错板插接固定。

本发明的有益效果包括但不限于以下之一或组合：

1.通过将三维模型转换为二维图线确定线切割的切割路线，相比于直接进行二维的路线规划，能够较好的保证切割过程中不伤及零件；

2.使用线切割去支撑，去支撑精度高，一致性好，大幅降低人为因素影响；

3.线切割去支撑较传统钳工去支撑效率高，且因线切割为无应力加工，去支撑过程中对零件作用力小，能够有效的防止薄壁零件变形；

4.线切割去支撑后零件表面支撑残余均匀，方便后续零件表面抛光打磨；

5.去支撑工装具有针对线切割过程的防错切装置，能够及时提醒操作人员切割有误，减少零件报废率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为一实施例的零件的结构示意图。

图2为图1所示的零件与支撑结构形成中间件的结构示意图。

图3为一实施例的零件的原始模型与优化后模型的结构示意图。

图4为一实施例的去支撑方法提取投影线的示意图。

图5为一实施例的去支撑工装与中间件的结构示意图。

图6为一实施例的去支撑方法的流程示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

参考图6所示的，在一些实施例中，对图2所示的零件1与支撑结构201的中间件10，去除支撑结构201的方法可以是先将支撑结构201与基板301割除得到独立的中间件10，在去除支撑结构201。去除支撑结构201的去支撑方法可以包括：

S1.零件的三维模型为基础，得到零件在第一平面的投影的二维图形，并提取出所述零件与支撑结构的交界部分的投影线；

在一些实施例中，S1具体的操作步骤可以是，首先，如图3所示的，在三维建模软件，例如UG中将零件1的三维模型打开，并将优化后的模型投影到XY平面中，如图3所示；之后，在模型视图中新建一张关联零件1的三维模型的二维图纸，并将模型按照XY平面进行投影，得到XY平面内的投影曲线；之后，将二维图纸另存为DWG格式，并使用AutoCAD二维软件将DWG格式文件打开；之后，在AutoCAD二维软件中将除剖切外其他多余的曲线全部删除，只保留最终需要切割的曲线，完成对零件1与支撑结构201的交界部分的投影线的提取，提取得到的投影线4如图4所示，并将该投影线4导入到线切割设备中，作为线切割的切割路线。

S2.将带有支撑结构与零件的中间件固定，对所述中间件进行线切割，线切割的路线与S1得到的所述投影线平行，切割位置位于所述悬臂部与所述支撑结构连接部交界处朝所述支撑结构方向的第一距离的位置，得到切割件；

具体的固定方法可以是采用如图5所示的结构，将中间件10固定于去支撑工装2，可以理解到图5所示的结构仅是为了清楚的示意去支撑工装2与中间件10的具体结构以及位置关系，实际进行线切割过程中，由于线切割应是垂直地切割，因此实际的位置为图5所示结构翻转90°，即去支撑工装2的面200为底面，即电火花线切割的电极在坐标系的Z轴方向垂直于中间件10，两者在Z轴方向的间隙可以参照一般电火花线切割的参数为0.1-0.2mm。电极的位置即为切割位置，切割位置位于零件1与支撑结构201的交界处朝支撑结构方向201的0.2mm-0.5mm的位置，如图5所示的，以线401为基准线，在Y轴方向的第一距离D1所示的。如此可以避免电火花切割对零件1的烧蚀，避免零件报废。在另外，将去支撑工装2固定于电火花线切割设备的方法可以是通过夹具夹紧等方式实现，此处不再赘述。

S3.去除所述S2得到所述切割件与所述零件的尺寸余量，得到符合尺寸要求的零件。

承上可知，由于在S2中，线切割位置与零件1的位置之间保留有0.2mm-0.5mm的切割余量，因此得到的切割件与零件1之间还具有尺寸余量，需要去除尺寸余量得到符合尺寸要求的零件1。具体而言，可以使用锉刀和打磨工具对零件102面进行打磨抛光，配合计量工具确保打磨后的零件尺寸精度符合设计值要求，可以理解到，此处的尺寸余量大约为0.2mm-0.5mm，因此需要除去的尺寸余量很小，与现有技术中采用钳工手段去除整个支撑结构201的方案相比是明显不同的，例如由于尺寸余量较小，去除以上所述的尺寸余量，可以近似地看作无应力加工，不会产生如现有技术手段采用钳工手段产生的较大的应力。

综上所述，采用以上实施例的去支撑方法，相对于钳工去除支撑结构201的方法而言，去支撑效率高，且因线切割为无应力加工，去支撑过程中对零件作用力小，能够有效的防止薄壁零件变形，尤其是对于图2所示的零件1而言，悬臂部102为薄壁结构，对去支撑结构201时的应力敏感，无应力加工可以防止悬臂部102被破坏，提高零件1的合格率。另外，以上介绍的方法，去支撑精度高，一致性好，大幅降低人为因素影响，线切割去支撑后零件表面支撑残余均匀，方便后续零件表面抛光打磨。相比于传统的电火花线切割而言，通过将三维模型转换为二维图线确定线切割的切割路线，相比于直接进行二维的路线规划，能够较好的保证切割过程中不伤及零件。其原理在于，对于薄壁、悬空等易变形零件的增材制造时，为保证增材制造后的零件尺寸精度能够满足设计值要求，在进行增材制造工艺前，需对模型进行局部调整优化，以适应增材制造的工艺参数，如图3所示的，优化后的模型的外轮廓将变为不规则的浮动曲面，发明人在完成本发明的过程中发现，在使用线切割去支撑时，按照传统线切割编程方法(可以理解到，线切割一般只能导入二维模型)，在二维CAD软件中，按照设计图纸建模时的曲线进行路径绘制，而模型是为按照工艺要求进行微调优化后的，实际的支撑切割路径与原先建模时的曲线差异较大，切割时精度无法保证，存在极大过切或漏切现象，给后续打磨工序带来极大困难，且极难保证打磨后的尺寸一致性，导致采用传统的二维作图直接导入作为线切割的切割路线的方法，很难满足要求。

在一些实施例中，参考图5所示的，还可以对线切割的过程设置去支撑工装2，包括基座21以及防错板22，基座21用于固定中间件10，防错板22具有与投影线4对应悬臂部102的部分平行的轮廓线段221，轮廓线段221的位置位于悬臂部102与支撑结构201连接部交界处朝支撑结构201方向的第二距离的位置，与上述第一距离D1类似的，如图5在Z轴方向的第二距离D2所示的，第二距离D2小于第一距离D1，D2一般为0.01mm-0.2mm。防错板22设置于中间件10在第一方向的一侧，与中间件10在第一方向存在间隙，线切割的电极设置于中间件10的另一侧，即如图5所示的，防错板22设置于中间件10的Z轴方向的正方向侧，线切割的电极设置于中间件10的Z轴方向的负方向侧。防错板22的作用在于，能够及时提醒操作人员切割有误，减少零件报废率。其原理在于，由于第二距离小于第一距离，在线切割的过程中，可以对防错板22进行监测，若监测到防错板22存在放电现象，则表明此时切割的平面已距离零件实体较近，需要立即停止切割，以防止线切割对零件1烧蚀等问题而导致零件1不合格。此时一般可以检查中间件10的装配位置是否出现偏差，若确实为装配位置的原因，则重新对装配面进行调整。

承上所述，参考图5所示的，去支撑工装2可以包括基座21以及防错板22，基座21用于固定具有零件1与支撑结构201的中间件10；防错板22包括轮廓线段221，轮廓线段221与悬臂部102对应与支撑结构201的交界部分的曲线平行，即图4所示的投影线4平行，定义线切割的切割位置位于与悬臂部102与支撑结构201交界处朝支撑结构201方向的距离为第一距离的位置，则轮廓线段221的位置位于与悬臂部102与支撑结构201交界处朝支撑结构201方向的距离为第二距离的位置，所述第一距离大于所述第二距离。

进一步地，参考图5所示，在一些实施例中，基座21包括第一部211以及第二部212，第一部211用于与固定零件1的本体部101，第二部212设置有安装座2120，用于固定安装防错板22，具体而言，第一部211可以通过螺纹紧固件701以固定本体部101，安装座2120包括安装槽2121，用于与防错板22插接固定。如此设置可以使得去支撑工装2与中间件10的固定效果稳定可靠，并且易于操作人员进行固定以及拆卸的操作。

综上所述，以上实施例介绍的去支撑工装以及去支撑方法的有益效果包括：

1.通过将三维模型转换为二维图线确定线切割的切割路线，相比于直接进行二维的路线规划，能够较好的保证切割过程中不伤及零件；

2.使用线切割去支撑，去支撑精度高，一致性好，大幅降低人为因素影响；

3.线切割去支撑较传统钳工去支撑效率高，且因线切割为无应力加工，去支撑过程中对零件作用力小，能够有效的防止薄壁零件变形；

4.线切割去支撑后零件表面支撑残余均匀，方便后续零件表面抛光打磨；

5.去支撑工装具有针对线切割过程的防错切装置，能够及时提醒操作人员切割有误，减少零件报废率。

本发明虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种去支撑方法，其特征在于，用于零件的增材制造，所述零件包括本体部以及从本体部延伸的悬臂部，所述去支撑方法包括：

S1.以零件的三维模型为基础，得到零件在第一平面的投影的二维图形，并提取出所述零件与支撑结构的交界部分的投影线；

S2.将带有支撑结构与零件的中间件固定，对所述中间件进行线切割，线切割的路线与S1得到的所述投影线平行，切割位置位于所述零件与所述支撑结构的交界处朝所述支撑结构方向的第一距离的位置，得到切割件；

S3.去除所述S2得到所述切割件与所述零件的尺寸余量，得到符合尺寸要求的零件；

其中，所述S1还包括，设置去支撑工装，所述去支撑工装包括基座以及防错板，所述基座用于固定所述中间件，所述防错板具有与所述投影线对应所述悬臂部的部分平行的轮廓线段，所述轮廓线段的位置位于所述悬臂部与所述支撑结构连接部交界处朝所述支撑结构方向的第二距离的位置，所述防错板设置于所述中间件在第一方向的一侧，与所述中间件在第一方向存在间隙，线切割的电极丝设置于所述中间件的另一侧，所述第一距离大于所述第二距离。

2.如权利要求1所述的去支撑方法，其特征在于，所述S2还包括，在所述线切割的过程中，对所述防错板进行监测，若防错板存在放电现象，则停止线切割。

3.如权利要求2所述的去支撑方法，其特征在于，停止线切割后，检查所述中间件的装配位置。

4.如权利要求1所述的去支撑方法，其特征在于，所述悬臂部为薄壁件。

5.如权利要求1所述的去支撑方法，其特征在于，在所述S3中，将位于所述切割位置与所述零件之间的未切割部分打磨处理，得到符合尺寸要求的零件。

6.一种去支撑工装，用于线切割去除中间件的支撑结构，所述中间件包括零件与支撑结构，所述零件包括本体部以及从本体部延伸的悬臂部，其特征在于，所述去支撑工装包括：

基座，用于固定具有零件与支撑结构的中间件；

防错板，所述防错板包括轮廓线段，所述轮廓线段与悬臂部对应所述支撑结构的交界部分的曲线平行；所述线切割的切割位置位于与所述悬臂部与所述支撑结构交界处朝所述支撑结构方向的距离为第一距离的位置，所述轮廓线段的位置位于与所述悬臂部与所述支撑结构交界处朝所述支撑结构方向的距离为第二距离的位置，所述第一距离大于所述第二距离。

7.如权利要求6所述的去支撑工装，其特征在于，所述第一距离为0.2-0.5mm，所述第二距离为0.01-0.2mm。

8.如权利要求7所述的去支撑工装，其特征在于，所述基座包括第一部以及第二部，所述第一部用于与固定所述零件的本体部，所述第二部设置有安装座，用于固定安装所述防错板。

9.如权利要求8所述的去支撑工装，其特征在于，所述第一部通过螺纹紧固件以固定所述本体部，所述安装座包括安装槽，用于与所述防错板插接固定。