CN212598869U - 用于增材制造零件的支撑机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于增材制造零件的支撑机构，其包括第一网格支撑件、实体支撑件和第二网格支撑件，所述第一网格支撑件与所述实体支撑件的上部连接，所述第二网格支撑件与所述实体支撑件的下部连接，形成夹层结构；所述支撑机构用于待增材制造的中空结构中，所述实体支撑件和所述中空结构的上部之间通过所述第一网格支撑件连接支撑，所述实体支撑件和所述中空结构的下部之间通过所述第二网格支撑件连接支撑。本实用新型不仅节省打印时间，还可以提高粉末利用率。同时内部对穿孔的设计，可进一步减小网格支撑的体积，从而减小打印时间及金属粉末的浪费，降低零件的成本。

Description

用于增材制造零件的支撑机构

技术领域

本实用新型涉及增材制造领域，特别涉及一种用于增材制造零件的支撑机构。

背景技术

增材制造技术，又称为3D打印，该技术以零件三维模型为基础，通过激光或电子束的逐层精细扫描金属或非金属粉末，逐层叠加成形出三维实体零件。这种技术体现了信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。不同于传统的成形技术，增材制造技术直接通过金属粉末实现三维零件的近净成形，具有非常高的成形自由度，且加工周期短，非常适合于复杂结构零件的小批量加工。

激光选区熔化技术，作为增材制造技术中的一种，成形精度高，尺寸精度可达到±0.1mm，可成形具有复杂结构特别是复杂内部结构的构件，具有较高的成形自由度，在航空、航天、模具、医疗、汽车等领域具有非常高的发展潜力。这种技术是一种逐层堆叠成形的加工技术，成形前，由专门的软件对零件及支撑结构进行粉层切片，然后将零件所有的截层信息发送到设备上，在软件控制系统的作用下，由高能激光束选择性地对粉末区域进行扫描烧结，从而实现三维零件的整体成形。

在成形前，需要对实体零件添加必要的支撑结构，以保证零件打印过程顺利进行，成形完成后再将支撑结构去除。支撑结构包括实体支撑及网格支撑，两种支撑的良好结合能实现零件的高效高质量成形。

图1为现有技术中典型中空结构的示意图。图2为现有技术中采用网格支撑结构的示意图。

如图1和图2所示，在航空领域，航空发动机的燃油喷嘴及IGB机匣等零件中都存在中空结构10。一般来说，对于这种中空结构10都会使用网格支撑结构，将零件的上下部分连接起来，以保证打印过程顺利进行。

传统的支撑添加方式为添加网格支撑，这种方式添加的支撑由一个个的细小金属网格11构成，金属网格占据较大的体积，需要浪费较长的时间来打印网格支撑，影响零件打印效率并增加成本。而且零件打印完成后，网格支撑内部金属粉末基本清理不出，这部分粉末将不能回收利用，加大零件的打印成本。较大的网格支撑面积不仅对打印时间和金属粉末有较大浪费，而且大面积网格支撑的去除过程也比较困难。同时由于中空结构下表面连接有较大面积的网格支撑，该处位置的支撑去除工作非常困难。传统的钳工去除网格支撑的方式，会对网格支撑面造成严重的破坏，影响零件的表面质量，严重情况下可能造成零件变形，影响产品合格率。

有鉴于此，本领域技术人员改进了增材制造中的支撑结构，以期克服上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统网格支撑体积大、费时费料且去除困难的缺陷，提供一种用于增材制造零件的支撑机构。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种用于增材制造零件的支撑机构，其特点在于，所述支撑机构包括第一网格支撑件、实体支撑件和第二网格支撑件，所述第一网格支撑件与所述实体支撑件的上部连接，所述第二网格支撑件与所述实体支撑件的下部连接，形成夹层结构；

所述支撑机构用于待增材制造的中空结构中，所述实体支撑件和所述中空结构的上部之间通过所述第一网格支撑件连接支撑，所述实体支撑件和所述中空结构的下部之间通过所述第二网格支撑件连接支撑。

根据本实用新型的一个实施例，所述实体支撑件包括一个倒三角形部件或多个倒三角形部件，多个所述倒三角形部件相互依次连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述倒三角形部件上开设有至少一个水平对穿孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述水平对穿孔为菱形、圆形或多边形。

根据本实用新型的一个实施例，所述倒三角形部件的倾斜角度为40°～90°，所述倾斜角度为所述倒三角形部件的侧壁与底面之间的夹角。

根据本实用新型的一个实施例，所述倒三角形部件的侧壁厚度为 0.5mm～2mm，所述倒三角形部件的下部厚度为1mm～5mm，所述倒三角形部件的下部平面宽度为1mm～5mm，所述倒三角形部件的上部厚度为0.1mm～1mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一网格支撑件的高度为 3mm～10mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一网格支撑件为金属网格支撑。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一网格支撑件采用第一网格套第二网格的设计方式，所述第一网格大于所述第二网格，所述第一网格的网格间距为2mm～6mm，所述第二网格的网格间距为0.4mm～1mm，所述第二网格的分割间距为4mm～10mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二网格支撑件的高度为2mm～6mm，所述第二网格支撑件的网格间距为0.4mm～1mm，所述第二网格支撑件的网格分割间距为4mm～10mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一网格支撑件的形状与所述中空结构的上部形状相互匹配，所述实体支撑件的上部为连接在一起的整个平面。

本实用新型的积极进步效果在于：

本实用新型用于增材制造零件的支撑机构具有如下诸多优势：

一、倒三角形实体支撑侧面为斜面，不需要添加支撑结构，成形时该区域只填充粉末，不进行烧结，成形后直接将粉末清理以回收利用，不仅节省打印时间，还可以提高粉末利用率。同时内部对穿孔的设计，可进一步减小网格支撑的体积，从而减小打印时间及金属粉末的浪费，降低零件的成本。

二、倒三角形实体支撑下表面为窄小平面，可显著减小零件中空结构下部的支撑面积，较小的支撑面积对于去支撑过程非常有利，可以显著降低该处位置网格支撑去除工作的工作强度及难度，缩短去支撑打磨工序的时间及打磨效率。倒三角形支撑上部与零件之间留有足够的间隙，便于网格支撑去除。

三、零件中空结构下部表面仅覆盖少量网格支撑，未添加网格支撑的区域能完整保留零件打印的原始良好状态，有效降低去支撑过程中的敲击等操作引起零件表面质量下降的风险，有利于提高产品质量及合格率。

四、倒三角形实体支撑上部为平面，平面厚度较小，方便实体支撑及实体支撑上部网格支撑的去除。

附图说明

本实用新型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的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为现有技术中典型中空结构的示意图。

图2为现有技术中采用网格支撑结构的示意图。

图3为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于一种中空结构的示意图。

图4为图3对应的主视图。

图5为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于另一种中空结构的示意图。

图6为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于又一种中空结构的示意图。

图7为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于再一种中空结构的示意图。

【附图标记】

实体结构 10

金属网格 11

第一网格支撑件 100

实体支撑件 200

第二网格支撑件 300

倒三角形部件 210

水平对穿孔 220

倾斜角度 α

侧壁厚度 d1

下部厚度 d2

下部平面宽度 d3

上部厚度 d4

多边形孔倾斜角度 β

第一网格支撑件的高度 h1

第二网格支撑件的高度 h2

具体实施方式

为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。

图3为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于一种中空结构的示意图。图4为图3对应的主视图。

实体结构10为一种中空结构，上下均为零件本体，上下本体之间高度大于 10mm，水平方向需添加网格支撑的面积大于100mm²，此类结构为中空结构。传统方式通常需添加大面积网格支撑，不仅增加打印及后处理成本，而且后处理去支撑过程困难，无法有效保证零件质量。针对此种中空结构，本实用新型提出一种从上至下“网格+实体+网格”的夹层支撑设计，如图3和图4所示。

本实用新型公开了一种用于增材制造零件的支撑机构，其包括第一网格支撑件100、实体支撑件200和第二网格支撑件300，第一网格支撑件100与实体支撑件200的上部连接，第二网格支撑件300与实体支撑件200的下部连接，形成夹层结构。所述支撑机构主要用于待增材制造的中空结构中，实体支撑件 200和中空结构10的上部之间通过第一网格支撑件100连接支撑，实体支撑件 200和中空结构10的下部之间通过第二网格支撑件300连接支撑。

优选地，实体支撑件200包括一个倒三角形部件210或多个倒三角形部件 210，多个倒三角形部件210相互依次连接。在倒三角形部件210上开设有至少一个水平对穿孔220。此处水平对穿孔220可以优选为菱形、圆形或多边形。

根据上述结构描述，所述支撑机构可分为三个不同的结构，其中，实体支撑件200位于夹层结构的中间，竖直截面形状为倒三角形，倒三角形数量可以为1个或多个，根据需添加支撑位置的面积大小而定。在保证结构强度的前提下，对倒三角结构内部设计水平对穿孔220，水平对穿孔220的孔形可以为菱形、圆形或者其他形状，以减少实体支撑的体积，从而降低打印所需的时间并减少金属粉末的消耗。

同时，零件打印完成后，金属粉末可从中间孔中自然流出，方便粉末清理工作。实体支撑件200的下部为长且窄的平面，该平面与中空结构10的下部通过第二网格支撑件300相连接。实体支撑件200的上部为连接在一起的整个平面，这个平面可以作为网格支撑生长的基础，与中空结构10的上部通过第一网格支撑件100相连接。平面采用较小的厚度，方便实体支撑件200及实体支撑件200上部的第一网格支撑件300的去除。

进一步地，如图4所示，倒三角形部件210的倾斜角度α优选为40°～90°。倒三角形部件210的侧壁厚度d1优选为0.5mm～2mm，倒三角形部件210的下部厚度d2优选为1mm～5mm，倒三角形部件210的下部平面宽度d3优选为 1mm～5mm，倒三角形部件210的上部厚度d4优选为0.1mm～1mm。内部清粉孔的尺寸优选为，多边形孔倾斜角度β优选为40°～90°。

另外，第一网格支撑件100向上连接中空结构10上部，向下连接实体支撑件200的上部。第一网格支撑件100的高度h1优选为3mm～10mm。为了方便支撑去除，此处第一网格支撑件100优选地采用强度较弱的金属网格支撑。第一网格支撑100采用第一网格套第二网格的设计方式，所述第一网格大于所述第二网格，即大网格套小网格的设计方式。其中，所述第一网格(即大网格) 的网格间距优选为2mm～6mm，侧面可以设计清粉孔，方便粉末清理。所述第二网格(即小网格)的网格间距优选为0.4mm～1mm，对所述第二网格进行分割处理，其分割间距优选为4mm～10mm，且不设置轮廓墙，保证网格内部的粉末可以顺利排出。网格支撑内部残留的金属粉末越少，热处理后网格内部烧结的金属粉末越少，支撑去除的难度越低。这种大网格与小网格相结合的支撑方式，可提高网格支撑的强度和金属粉末清理的效率，同时可降低支撑去除的难度。

第二网格支撑件300作为实体支撑件200和中空结构10下部的连接支撑，第二网格支撑件300的高度h2优选为2mm～6mm。此处第二网格支撑件300优选地采用小网格结构，其网格间距优选为0.4mm～1mm。此处网格采用分割设计，其分割间距优选为4mm～10mm，不设置轮廓墙，以便粉末清理工作的进行。

图5为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于另一种中空结构的示意图。图6为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于又一种中空结构的示意图。图7为本实用新型用于增材制造零件的支撑机构用于再一种中空结构的示意图。

如图5至图7所示，本实用新型用于增材制造零件的支撑机构中，中空结构10可以为各种形式，如框型中空结构、圆柱体型中空结构、或内壁面弧形、不规则形状的中空结构，各类结构均可以采用本实用新型所述支撑机构进行增材制造。通过第一网格支撑件100的形状与中空结构10的上部形状相互匹配，实体支撑件200的上部为连接在一起的整个平面，使得中空结构10的上部有足够的支撑力，第三网格支撑件300与中空结构10的连接面尽量小，从而金属粉末清理。这种结构设计可以有效地减少打印时间和金属粉末的浪费，同时提高零件局部结构的成形质量及零件合格率。

综上所述，本实用新型用于增材制造零件的支撑机构具有如下诸多优势：

一、倒三角形实体支撑侧面为斜面，不需要添加支撑结构，成形时该区域只填充粉末，不进行烧结，成形后直接将粉末清理以回收利用，不仅节省打印时间，还可以提高粉末利用率。同时内部对穿孔的设计，可进一步减小网格支撑的体积，从而减小打印时间及金属粉末的浪费，降低零件的成本。

二、倒三角形实体支撑下表面为窄小平面，可显著减小零件中空结构下部的支撑面积，较小的支撑面积对于去支撑过程非常有利，可以显著降低该处位置网格支撑去除工作的工作强度及难度，缩短去支撑打磨工序的时间及打磨效率。倒三角形支撑上部与零件之间留有足够的间隙，便于网格支撑去除。

三、零件中空结构下部表面仅覆盖少量网格支撑，未添加网格支撑的区域能完整保留零件打印的原始良好状态，有效降低去支撑过程中的敲击等操作引起零件表面质量下降的风险，有利于提高产品质量及合格率。

四、倒三角形实体支撑上部为平面，平面厚度较小，方便实体支撑及实体支撑上部网格支撑的去除。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述支撑机构包括第一网格支撑件、实体支撑件和第二网格支撑件，所述第一网格支撑件与所述实体支撑件的上部连接，所述第二网格支撑件与所述实体支撑件的下部连接，形成夹层结构；

所述支撑机构用于待增材制造的中空结构中，所述实体支撑件和所述中空结构的上部之间通过所述第一网格支撑件连接支撑，所述实体支撑件和所述中空结构的下部之间通过所述第二网格支撑件连接支撑。

2.如权利要求1所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述实体支撑件包括一个倒三角形部件或多个倒三角形部件，多个所述倒三角形部件相互依次连接。

3.如权利要求2所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述倒三角形部件上开设有至少一个水平对穿孔。

4.如权利要求3所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述水平对穿孔为圆形或多边形。

5.如权利要求2所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述倒三角形部件的倾斜角度为40°～90°，所述倾斜角度为所述倒三角形部件的侧壁与底面之间的夹角。

6.如权利要求2所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述倒三角形部件的侧壁厚度为0.5mm～2mm，所述倒三角形部件的下部厚度为1mm～5mm，所述倒三角形部件的下部平面宽度为1mm～5mm，所述倒三角形部件的上部厚度为0.1mm～1mm。

7.如权利要求1所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述第一网格支撑件的高度为3mm～10mm。

8.如权利要求7所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述第一网格支撑件为金属网格支撑。

9.如权利要求8所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述第一网格支撑件采用第一网格套第二网格的设计方式，所述第一网格大于所述第二网格，所述第一网格的网格间距为2mm～6mm，所述第二网格的网格间距为0.4mm～1mm，所述第二网格的分割间距为4mm～10mm。

10.如权利要求1所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述第二网格支撑件的高度为2mm～6mm，所述第二网格支撑件的网格间距为0.4mm～1mm，所述第二网格支撑件的网格分割间距为4mm～10mm。

11.如权利要求1所述的用于增材制造零件的支撑机构，其特征在于，所述第一网格支撑件的形状与所述中空结构的上部形状相互匹配，所述实体支撑件的上部为连接在一起的整个平面。

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