CN116197409A - 用于3d打印零件的加工方法及3d打印零件 - Google Patents

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吴言
王聿栋
卢小强
胡楠
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Abstract

本发明涉及增材制造领域，涉及一种用于3D打印零件的加工方法，其包括如下步骤：提供待打印零件的三维模型；基于三维模型在零件的表面生成夹持结构的模型参数；根据三维模型和模型参数加工形成待加工件；待加工件包括：采用第一打印参数打印形成零件以及采用第二打印参数在零件的表面打印形成夹持结构；其中，第二打印参数的能量密度小于第一打印参数的能量密度；通过夹具固定夹持结构，并采用加工设备对零件进行加工。在本实施例的加工方法中，通过在零件表面成型夹持结构，并对夹持结构的打印参数进行调节，在保证零件强度的前提下，可以提高零件后续加工时的定位精度，从而提高零件的加工精度。

Description

用于3D打印零件的加工方法及3D打印零件
技术领域
本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种用于3D打印零件的加工方法及3D打印零件。
背景技术
随着技术的发展，目前制造领域已经逐步开始应用3D打印技术来制造零件，在利用3D打印技术制造结构复杂及精度要求高的零件时，需要对成型的零件进行进一步的机加工处理，以提高零件的表面质量或者尺寸精度。
在机加工过程中，需要对3D打印零件进行装夹定位，寻找合适的加工基准，但是采用3D打印制造而成的零件通常表面质量较差，在装夹定位过程中会影响零件的后续机加工精度，会导致整体零件的精度降低，严重时甚至会导致零件无法与其他零件配合使用，零件质量较差。
因此，有必要针对上述问题进行改进，以改变现状。
发明内容
本发明提供一种用于3D打印零件的加工方法及3D打印零件，用于解决现有3D打印零件在加工时由于表面质量较差，而导致装夹定位精度低，零件质量较差的问题。
本发明提出一种用于3D打印零件的加工方法，包括如下步骤：
提供待打印零件的三维模型；
基于所述三维模型在所述零件的表面生成夹持结构的模型参数；
根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件；所述待加工件包括：采用第一打印参数打印形成所述零件以及采用第二打印参数在所述零件的表面打印形成所述夹持结构；其中，所述第二打印参数的能量密度小于所述第一打印参数的能量密度；
通过夹具固定所述夹持结构，并采用加工设备对所述零件进行加工。
根据本发明的一个实施例，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述第二打印参数的能量密度为20-50J/mm^3。
根据本发明的一个实施例，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述夹持结构的平面度小于0.5mm。
根据本发明的一个实施例，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述第一打印参数的能量密度为60J/mm^3。
根据本发明的一个实施例，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述零件的拉伸强度大于800Mpa。
根据本发明的一个实施例，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述零件的平面度大于1mm。
根据本发明的一个实施例，所述待加工件的材料为TC4钛合金。
根据本发明的一个实施例，在所述通过夹具固定所述夹持结构，并采用加工设备对所述零件进行加工的步骤之后，所述加工方法还包括如下步骤：去除所述待加工件上的所述夹持结构。
本发明还提供了一种3D打印零件，采用如上述任意一项所述的加工方法加工而成。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
采用本实施例的加工方法制备零件时，设置夹持结构与零件配合，通过将第二打印参数的能量密度设置为低于第一打印参数的能量密度，可以减小夹持结构在打印过程中的形变，以提高夹持结构的成型精度，同时不会降低零件的整体强度，对成型的待加工件进行加工时，可以通过夹持结构对零件的加工进行定位，以提高零件的加工精度。
在本实施例的加工方法中，通过在零件表面成型夹持结构，并对夹持结构的打印参数进行调节，在保证零件强度的前提下，可以提高零件后续加工时的定位精度，从而提高零件的加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本发明的实施例中用于3D打印零件的加工方法的流程示意图；
图2是本发明的实施例中待加工件的结构示意图；
附图标记：
10、待加工件；100、零件；200、夹持结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1和图2所示，本发明实施例提供了一种用于3D打印零件100的加工方法，其包括如下步骤：
步骤S100、提供待打印零件100的三维模型；
步骤S200、基于三维模型在零件100的表面生成夹持结构200的模型参数；
步骤S300、根据三维模型和模型参数加工形成待加工件10；待加工件10包括：采用第一打印参数打印形成零件100以及采用第二打印参数在零件100的表面打印形成夹持结构200；其中，第二打印参数的能量密度小于第一打印参数的能量密度；
步骤S400、通过夹具固定夹持结构200，并采用加工设备对零件100进行加工。
采用本实施例的加工方法制备零件100时，设置夹持结构200与零件100配合，通过将第二打印参数的能量密度设置为低于第一打印参数的能量密度，可以减小夹持结构200在打印过程中的形变，以提高夹持结构200的成型精度，同时不会降低零件100的整体强度，对成型的待加工件10进行加工时，可以通过夹持结构200对零件100的加工进行定位，以提高零件100的加工精度。需要说明的是，本实施例的加工方法优选应用于激光3D打印作业中，以用于对金属零件进行3D打印制造。
在本实施例的加工方法中，通过在零件100表面成型夹持结构200，并对夹持结构200的打印参数进行调节，在保证零件100强度的前提下，可以提高零件100后续加工时的定位精度，从而提高零件100的加工精度。
需要说明的是，在现有的3D打印加工中，可以通过提高打印时的能量密度来提高打印物体的强度，但是随着能量密度的提高，打印物体容易出现翘边、变形等问题，影响打印物体的表面精度，在后续机加工时，夹具与精度低下的表面接触之后，不仅会降低两者之间的接触面积而影响夹持的稳定性，同时还无法保证机加工的精度；而降低能量密度则会导致打印物体的整体强度。
基于此，本申请的加工方法通过在零件100的表面增设夹持结构200，并采用降低夹持结构200的能量密度的方式来提高夹持结构200的表面精度，即通过降低打印时的能量密度来改善热量聚集产生的热变形、翘曲等现象；同时对零件100采用原能量密度来保证零件100的强度需求，这样设置，在打印成型待加工件10之后，可以通过夹具对夹持结构200进行夹持，由于夹持结构200的表面精度较高，所以可以有效改善待加工件10在夹具上的定位精度，以便改善待加工件10在后续机加工时的精度，同时由于零件100采用高能量密度制备而成，可以保证零件100的整体强度。
具体地，在步骤S300中，第二打印参数的能量密度为20-50J/mm^3；夹持结构200的平面度小于0.5mm。
在本实施例中，通过将夹持结构200的第二打印参数的能量密度定义在20-50J/mm^3，在保证夹持结构200满足基本强度需求的前提下，可以使得成型的夹持结构200具有较好尺寸精度。当夹持结构200的打印能量密度小于20J/mm^3时，容易导致夹持结构200的强度下降，当夹持结构200的能量密度大于50J/mm^3时，虽然可以提高夹持结构200的强度，但反而会导致夹持结构200的表面精度下降。
通过采用20-50J/mm^3的能量密度对夹持结构200进行加工，可以使夹持结构200的平面度小于0.5mm，以改善现有3D打印零件的表面精度，从而提高待加工件10的后续加工精度。
具体地，在步骤S300中，第一打印参数的能量密度为60J/mm^3；零件100的拉伸强度大于800Mpa；零件100的平面度大于1mm。
在本实施例中，零件100的第一打印参数的能量密度大于夹持结构200的打印能量密度，通过采用60J/mm^3的能量密度打印零件100，可以提高零件100的整体强度，以使零件100的拉伸强度能够达到800Mpa，虽然由于零件100打印时的能量密度大于夹持结构200打印时能量密度而导致零件100的平面度大于夹持结构200的平面度，但是后续还需要对零件100表面进行机加工，以使零件100最终能够满足加工需求，所以在打印形成零件100时优先考虑零件100的强度需求，而夹持结构200优先考虑平面度的需求。
在一实施例中，待加工件10的材料为TC4钛合金。
进一步地，本加工方法在步骤S400之后，还包括如下步骤：去除待加工件10上的夹持结构200。
当然，在本实施例中，在去除夹持结构200时，零件100已经完成了表面的机加工，此时可以通过夹具对零件100的进行夹持固定，之后再将夹持结构200去除后，可以对零件100和夹持结构200的连接处再进行进一步加工，由此即可完成零件100的加工。
本发明还提供了一种3D打印零件100，其采用上述任意一项实施例中的加工方法加工而成。
可以理解地是，本实施例的零件100通过采用上述加工方法制备而成，采用本实施例的加工方法制备零件100时，设置夹持结构200与零件100配合，通过将第二打印参数的能量密度设置为低于第一打印参数的能量密度，可以减小夹持结构200在打印过程中的形变，以提高夹持结构200的成型精度，同时不会降低零件100的整体强度，对成型的待加工件10进行加工时，可以通过夹持结构200对零件100的加工进行定位，以提高零件100的加工精度。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供待打印零件的三维模型；
基于所述三维模型在所述零件的表面生成夹持结构的模型参数；
根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件；所述待加工件包括：采用第一打印参数打印形成所述零件以及采用第二打印参数在所述零件的表面打印形成所述夹持结构；其中，所述第二打印参数的能量密度小于所述第一打印参数的能量密度；
通过夹具固定所述夹持结构，并采用加工设备对所述零件进行加工。
2.根据权利要求1所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述第二打印参数的能量密度为20-50J/mm^3。
3.根据权利要求2所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述夹持结构的平面度小于0.5mm。
4.根据权利要求2所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述第一打印参数的能量密度为60J/mm^3。
5.根据权利要求4所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述零件的拉伸强度大于800Mpa。
6.根据权利要求4所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述根据所述三维模型和所述模型参数加工形成待加工件步骤中，所述零件的平面度大于1mm。
7.根据权利要求1所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，所述待加工件的材料为TC4钛合金。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的用于3D打印零件的加工方法，其特征在于，在所述通过夹具固定所述夹持结构，并采用加工设备对所述零件进行加工的步骤之后，所述加工方法还包括如下步骤：去除所述待加工件上的所述夹持结构。
9.一种3D打印零件，其特征在于，采用如权利要求1-8任意一项所述的加工方法加工而成。
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