CN210755171U - 一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构包括块状支撑部、异形镂空支撑部和锥状镂空支撑部，所述块状支撑部顶端与其相接触的悬臂结构相配合，所述异形镂空支撑部的顶端与块状支撑部底端相连接，所述锥状镂空支撑部的顶端与异形镂空支撑部的底端相连接，所述异形镂空支撑部上设置有异形通过孔，所述锥状镂空支撑部上设置有支撑通过孔。本实用新型能够在继承强支撑及弱支撑各自优势的同时，避免强支撑及弱支撑各自的缺陷，优化了支撑结构内部的空间布局，减少了原材料的使用量及支撑结构所占用的成型时间。

Description

一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构

技术领域：

本实用新型涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构。

背景技术：

现有的金属增材制造技术中，在制造过程中会产生大量的热量，使零件整体形成一定的温度梯度，而在实际的制造过程中，待制造件的结构通常较为复杂，多为非规则件，故在高度不同、水平梯度不同及加工时段不同的情况下，不同的熔化凝固区域，会造成巨大的零件内部应力，不通过加设的辅助工序，所生产的零件会因变形而产生较大的形状及位置的偏差，无法正常使用。另一方面，在待制造件存在悬垂角度在43°以下及悬臂长度超过0.5mm的结构时，为了使待制造件顺利成型，必须要添加支撑结构，才能使物体在规定位置顺利成型，防止由于内部应力因素所造成的制造问题。

当下的市场对金属增材制造的应用方向定位为小批量、定制化复杂结构的产品生产，通常在经过位置优化后仍存在大量悬臂结构，为了解决这个问题，目前金属增材制造中广泛使用包括点支撑、线支撑、肋状支撑、锥支撑、树形支撑、块状支撑在内的多种支撑方式，根据支撑结构划分，可将其分为强支撑和弱支撑。强支撑具有易于固定零件、防止变形、传导热量、防止过度熔融、减少热应力、抵抗刮刀冲击等特点，但是也具有难以去除，后期的工作量巨大的问题，而弱支撑则具有容易去除、有利于提高表面质量等特点，但是也具有易锁定粉末、造成原材料浪费、成本增加的问题。

因此，本领域亟需一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构。

有鉴于此，提出本实用新型。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种有更好支撑能力的金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，以解决现有技术中的至少一项技术问题。

具体的，本实用新型提供了一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构包括块状支撑部、异形镂空支撑部和锥状镂空支撑部，所述块状支撑部顶端与其相接触的悬臂结构相配合，所述异形镂空支撑部的顶端与块状支撑部底端相连接，所述锥状镂空支撑部的顶端与异形镂空支撑部的底端相连接，所述异形镂空支撑部上设置有异形通过孔，所述锥状镂空支撑部上设置有支撑通过孔。

采用上述结构，能够加速整体构件的成型速度，在继承强支撑及弱支撑各自优势的同时，避免强支撑及弱支撑各自的缺陷，即具有良好支撑效果的同时，在制造件成件后期的修饰步骤中容易去除，且优化了支撑结构内部的空间布局，减少了原材料的使用量及支撑结构所占用的成型时间，减少了生产成本的同时，提高了增材打印的成品合格率，而所设置的块状支撑部、异形镂空支撑部和锥状镂空支撑部，能够保证在支撑结构垂直高度较高时，依然具体较强的抵抗刮刀反作用力的能力，降低制造打印过程风险。

优选的，所述块状支撑部的顶端设置有承力支撑网，所述承力支撑网由多个空心立方体构成。

进一步的，所述空心立方体的上部横截面积大于下部横截面积，所述各相邻承力支撑网间的间距为0.3-2mm。

进一步的，所述承力支撑网上端嵌入悬臂结构的实体内，所述承力支撑网下端嵌入锥状镂空支撑部的实体内，优选的，所述上端和下端的嵌入深度为0.03-0.3mm。

进一步的，所述块状支撑部底端与锥状镂空支撑部相连接，且所述块状支撑部底表面呈水平状态。

优选的，所述块状支撑部上还设置有散热孔，所述散热孔设置在块状支撑部内部，用于增材打印时为悬臂结构散热。

采用上述结构，能够有效减少悬臂结构在打印过程中的形变量，合理分散悬臂结构在打印时所产生的内部应力，并通过上述的承力支撑网及散热孔的设置，能够显著提高打印时悬臂结构的导热性能，同时上述的块状支撑部具有较高的机械强度，能够防止增材打印时支撑结构被破坏，而导致的悬臂结构表面质量显著下降，出现表面粗糙、挂渣、局部起翘、刮刀运动受阻、产品成型失败的现象，可有效提高所得成品悬臂结构的表面质量。

优选的，所述异形镂空支撑部为圆台形，进一步的，所述异形镂空支撑部上端的横截面积大于异形镂空支撑部下端的横截面积。

优选的，所述异形镂空支撑部侧壁为异形支撑壁，所述异形通过孔设置在异形支撑壁上，所述异形支撑壁为斜面，所述异形支撑壁与垂直平面所构成夹角为异形支撑倾斜角，所述异形支撑倾斜角的角度为0-45°。

优选的，所述异形镂空支撑部的底端平面与锥状镂空支撑部的顶端平面相配合。

优选的，所述异形通过孔为水滴状，所述异形通过孔包括弧部及角部，所述角部设置在弧部上方。

进一步的，所述弧部与角部相连接，所述角部的正视图为正直角三角形，所述弧部的正视图为以角部正直角三角形斜边为直径的半圆。

进一步的，所述异形通过孔呈阵列排布在所述异形镂空支撑部上，即所述异形通过孔相邻两列之间的距离一致，且相邻两行之间的距离一致。

采用上述结构，能够在保证支撑结构的支持效果的同时显著降低支撑结构的体积及耗材，减少由于支撑结构所造成的刮刀阻力，提高抵抗刮刀反作用力的能力，防止由于支撑强度相对与打印件的强度较低，所导致的刮刀运动至支撑结构上时支撑结构被破坏的情况，上述所采用的异形通过孔能够与异形镂空支撑部相配合，相对于现有的通过孔，能够为异形镂空支撑部提供更高的机械强度，提供本实用新型的支撑效果及支撑强度。

优选的，所述锥状镂空支撑部的长度和直径比为1:1-7:1。

进一步的，所述支撑通过孔的正视图为V形，优选的，所述V形的夹角角度为85-95°，更优选的，所述夹角角度为90°，所述支撑通过孔设置有多个，所述支撑通过孔贯通锥状镂空支撑部，采用上述结构，所述支撑通过孔为自支撑结构，不需要额外支撑力。

进一步的，所述支撑通过孔呈阵列排布在锥状镂空支撑部上，所述支撑通过孔相邻两列之间的距离一致，且相邻两行之间的距离一致。

优选的，所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构还包括固定支撑部，所述固定支撑部设置在块状支撑部、异形镂空支撑部及锥状镂空支撑部连接处，更优选的，所述固定支撑部还设置在锥状镂空支撑部底端。

进一步的，所述固定支撑部内不设置有散热孔、异形通过孔及支撑通过孔，进一步的，所述固定支撑部的厚度为边1-2mm。

进一步的，所述固定支撑部与块状支撑部、异形镂空支撑部及锥状镂空支撑部一体成型。

采用上述结构，能够有效提高金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的机械强度，防止由于多段式镂空设置所造成的支撑结构强度低的情况，显著提高增材打印的工作效率及工作质量。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型能够加速整体构件的成型速度，在继承强支撑及弱支撑各自优势的同时，避免强支撑及弱支撑各自的缺陷，优化了支撑结构内部的空间布局，减少了原材料的使用量及支撑结构所占用的成型时间，提高了增材打印的成品合格率，而所设置的块状支撑部、异形镂空支撑部和锥状镂空支撑部，能够保证在支撑结构垂直高度较高时，依然具体较强的抵抗刮刀反作用力的能力，降低制造打印过程风险；

2.本实用新型能够有效减少悬臂结构在打印过程中的形变量，合理分散悬臂结构在打印时所产生的内部应力，并通过上述的承力支撑网及散热孔的设置，能够显著提高打印时悬臂结构的导热性能；

3.本实用新型能够在保证支撑结构的支持效果的同时显著降低支撑结构的体积及耗材，减少由于支撑结构所造成的刮刀阻力，提高抵抗刮刀反作用力的能力，所采用的异形通过孔能够与异形镂空支撑部相配合，相对于现有的通过孔，能够为异形镂空支撑部提供更高的机械强度，提供本实用新型的支撑效果及支撑强度；

4.本实用新型能够有效提高金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的机械强度，防止由于多段式镂空设置所造成的支撑结构强度低的情况，显著提高增材打印的工作效率及工作质量。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的正视图；

图2为本实用新型一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的立体图；

图3为本实用新型一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构正视图的局部放大图；

图4为本实用新型一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的剖视图。

附图标记说明：

通过上述附图标记说明，结合本实用新型的实施例，可以更加清楚的理解和说明本实用新型的技术方案。

1、块状支撑部；11、承力支撑网；12、散热孔；2、异形镂空支撑部；21、异形通过孔；211、弧部；212、角部；22、异形支撑壁；3、锥状镂空支撑部；31、支撑通过孔；4、固定支撑部。

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1及图2所示，本实用新型提供了一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构包括块状支撑部1、异形镂空支撑部 2和锥状镂空支撑部3，所述块状支撑部1顶端与其相接触的悬臂结构相配合，所述异形镂空支撑部2的顶端与块状支撑部1底端相连接，所述锥状镂空支撑部3的顶端与异形镂空支撑部2的底端相连接，所述异形镂空支撑部2上设置有异形通过孔21，所述锥状镂空支撑部3上设置有支撑通过孔31。

采用上述结构，能够加速整体构件的成型速度，在继承强支撑及弱支撑各自优势的同时，避免强支撑及弱支撑各自的缺陷，即具有良好支撑效果的同时，在制造件成件后期的修饰步骤中容易去除，且优化了支撑结构内部的空间布局，减少了原材料的使用量及支撑结构所占用的成型时间，减少了生产成本的同时，提高了增材打印的成品合格率，而所设置的块状支撑部1、异形镂空支撑部2和锥状镂空支撑部3，能够保证在支撑结构垂直高度较高时，依然具体较强的抵抗刮刀反作用力的能力，降低制造打印过程风险。

如图2及图4所示，所述块状支撑部1的顶端设置有承力支撑网11，所述承力支撑网11由多个空心立方体构成，所述空心立方体的的上部横截面积大于下部横截面积，所述各相邻承力支撑网11间的间距为0.3-2mm，所述承力支撑网11上端嵌入悬臂结构的实体内，所述承力支撑网11下端嵌入锥状镂空支撑部3的实体内，在本发明的一个优选实施方式中，所述上端和下端的嵌入深度为0.03-0.3mm，所述块状支撑部1底端与锥状镂空支撑部3相连接，且所述块状支撑部1底表面呈水平状态。所述块状支撑部1上还设置有散热孔12，所述散热孔12设置在块状支撑部1内部，用于增材打印时为悬臂结构散热，在实际使用中，所述块状支撑部沿X轴、Y轴方向分布的网格与设备铺粉的方向呈45°或135°夹角离散分布，所述设备铺粉方向设定，能更有效的保证成型成功率。

采用上述结构，能够减少悬臂结构在打印过程中的形变量，合理分散悬臂结构在打印时所产生的内部应力，并通过上述的承力支撑网11及散热孔12的设置，能够显著提高打印时悬臂结构的导热性能，同时上述的块状支撑部1具有较高的机械强度，能够防止增材打印时支撑结构被破坏，而导致悬臂结构表面质量显著下降，出现表面粗糙、挂渣、局部起翘、刮刀运动受阻、产品成型失败的现象，可有效提高所得成品悬臂结构的表面质量。

如图2及图3所示，所述异形镂空支撑部2为圆台形，在本发明的一个优选实施方式中的，所述异形镂空支撑部2上端的横截面积大于异形镂空支撑部2下端的横截面积，所述异形镂空支撑部2侧壁为异形支撑壁22，所述异形支撑壁22为斜面，所述异形支撑壁22与垂直平面所构成夹角为异形支撑倾斜角，所述异形支撑倾斜角的角度为0-45°。所述异形镂空支撑部2的底端平面与锥状镂空支撑部3的顶端平面相配合。所述异形通过孔21为水滴状，所述异形通过孔21包括弧部211及角部212，所述角部212设置在弧部211上方，所述弧部211与角部212相连接，所述角部212的正视图为正直角三角形，所述弧部211 的正视图为以角部212正直角三角形斜边为直径的半圆，所述异形通过孔21呈阵列排布在所述异形镂空支撑部2上，即所述异形通过孔21相邻两列之间的距离一致，且相邻两行之间的距离一致。

采用上述结构，能够在保证支撑结构的支持效果的同时显著降低支撑结构的体积及耗材，减少由于支撑结构所造成的刮刀阻力，提高抵抗刮刀反作用力的能力，防止由于支撑强度相对与打印件的强度较低，所导致的刮刀运动至支撑结构上时支撑结构被破坏的情况，上述所采用的异形通过孔21能够与异形镂空支撑部2相配合，相对于现有的通过孔，能够为异形镂空支撑部2提供更高的机械强度，提供本实用新型的支撑效果及支撑强度。

如图2及图4所示，所述锥状镂空支撑部3的长度和直接比为1:1-7:1，所述支撑通过孔31的正视图为V字形，所述V形的夹角角度为85-95°，在本实用新型一个优选的实施方式中，所述夹角角度为90°，所述支撑通过孔31设置有多个，所述支撑通过孔31贯通锥状镂空支撑部3，所述支撑通过孔31呈阵列排布在锥状镂空支撑部3上，所述支撑通过孔31相邻两列之间的距离一致，且相邻两行之间的距离一致。采用上述结构，所述支撑通过孔31为自支撑结构，不需要额外支撑力。所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构还包括固定支撑部4，所述固定支撑部4设置在块状支撑部1、异形镂空支撑部2及锥状镂空支撑部3连接处，在本实用新型的一个优选的实施方式中，所述固定支撑部4还设置在锥状镂空支撑部3底端，所述固定支撑部4内不设置有散热孔12、异形通过孔21及支撑通过孔31，进一步，所述固定支撑部4的厚度为边1-2mm，所述固定支撑部4与块状支撑部1、异形镂空支撑部2及锥状镂空支撑部3一体成型。

采用上述结构，能够有效提高金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的机械强度，防止由于多段式镂空设置所造成的支撑结构强度低的情况，显著提高增材打印的工作效率及工作质量。

综上所述，本实用新型能够在继承强支撑及弱支撑各自优势的同时，避免强支撑及弱支撑各自的缺陷，优化了支撑结构内部的空间布局，减少了原材料的使用量及支撑结构所占用的成型时间，提高了增材打印的成品合格率，而所设置的块状支撑部1、异形镂空支撑部2 和锥状镂空支撑部3，能够保证在支撑结构垂直高度较高时，依然具体较强的抵抗刮刀反作用力的能力，降低制造打印过程风险；本实用新型能够有效减少悬臂结构在打印过程中的形变量，合理分散悬臂结构在打印时所产生的内部应力，并通过上述的承力支撑网11及散热孔12的设置，能够显著提高打印时悬臂结构的导热性能；本实用新型能够在保证支撑结构的支持效果的同时显著降低支撑结构的体积及耗材，减少由于支撑结构所造成的刮刀阻力，提高抵抗刮刀反作用力的能力，所采用的异形通过孔21能够与异形镂空支撑部2相配合，相对于现有的通过孔，能够为异形镂空支撑部2提供更高的机械强度，提供本实用新型的支撑效果及支撑强度；本实用新型能够有效提高金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构的机械强度，防止由于多段式镂空设置所造成的支撑结构强度低的情况，显著提高增材打印的工作效率及工作质量。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构包括块状支撑部(1)、异形镂空支撑部(2)和锥状镂空支撑部(3)，所述异形镂空支撑部(2)的顶端与块状支撑部(1)底端相连接，所述锥状镂空支撑部(3)的顶端与异形镂空支撑部(2)的底端相连接，所述异形镂空支撑部(2)上设置有异形通过孔(21)，所述锥状镂空支撑部(3)上设置有支撑通过孔(31)。

2.根据权利要求1所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述块状支撑部(1)顶端设置有承力支撑网(11)，所述承力支撑网(11)由多个空心立方体构成。

3.根据权利要求1所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述块状支撑部(1)上还设置有散热孔(12)，所述散热孔(12)设置在块状支撑部(1)内部。

4.根据权利要求1所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述异形镂空支撑部(2)侧壁为异形支撑壁(22)，所述异形通过孔(21)设置在异形支撑壁(22)上。

5.根据权利要求4所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述异形通过孔(21)为水滴状，所述异形通过孔(21)包括弧部(211)及角部(212)，所述角部(212)设置在弧部(211)上方。

6.根据权利要求5所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述弧部(211)与角部(212)相连接，所述角部(212)的正视图为正直角三角形，所述弧部(211)的正视图为以角部(212)正直角三角形斜边为直径的半圆。

7.根据权利要求1所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述锥状镂空支撑部(3)的长度和直径比为1:1-7:1。

8.根据权利要求1所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述支撑通过孔(31)的正视图为V形，所述支撑通过孔(31)设置有多个，所述支撑通过孔(31)贯通锥状镂空支撑部(3)。

9.根据权利要求1-8任一种所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构还包括固定支撑部(4)，所述固定支撑部(4)设置在块状支撑部(1)、异形镂空支撑部(2)及锥状镂空支撑部(3)连接处。

10.根据权利要求9所述金属增材制造悬臂结构用多段式镂空支撑结构，其特征在于：所述固定支撑部(4)与块状支撑部(1)、异形镂空支撑部(2)及锥状镂空支撑部(3)一体成型。

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