CN212976720U - 一种防止激光3d打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，支撑墙结构包括底部支撑墙和侧面支撑墙，所述底部支撑墙的面积覆盖整个类蜂窝结构的底面，与类蜂窝结构的底面形状一致；所述侧面支撑墙位于类蜂窝结构的侧壁，用于提供侧面的支撑。本实用新型通过对激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁设计添加支撑墙结构并优化，形成激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁专用支撑墙结构，从而保证类蜂窝结构底部及两侧壁开口处具有优异的结构强度，保证了类蜂窝结构激光3D打印后的成形精度及质量。
Description
技术领域
本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构。
背景技术
类蜂窝结构属于某型号装备用零件，其具有独特的设计结构与材料属性，被用于特殊功能使用。其尺寸较大(长宽高各方向尺寸可达300mm)，重量可重达15Kg，长度方向呈现弧面形貌，内部结构为蜂窝多边形单胞阵列结构，多边形各处拐角处设计有三角支撑结构。类蜂窝结构所用材料为Ti6Al4V(TC4)，TC4合金属于(α+β)型钛合金，比强度大，具有良好的综合力学机械性能。
传统减材加工方法(如机加工、线切割、电火花等)无法有效成形类蜂窝结构，而激光3D打印基于层层增材的成形方式，基于完全熔化/固化的加工机理，层层堆叠形成三维零件。首先利用计算机辅助软件构建所需零件的三维实体模型，并经专门的分层切片软件对三维模型进行分层，得到一系列超薄二维截面；然后自动铺粉装置将粉末均匀地铺展在成形缸的基板上，利用高能激光依据待成形件的该二维截面信息选着性地熔化/固化粉末材料，接着成形缸下降一个层厚的距离，供粉缸上升同样层厚的距离，再次均匀铺粉，激光再次逐道逐层扫描，最终层层叠加成形任意构型的高性能零件。因此激光3D打印可灵活自由地实现此复杂薄壁类蜂窝结构的高精度“净成形”。
现有技术中存在的问题和缺陷如下：
类蜂窝结构的材料为TC4钛合金，激光3D打印过程中，因为钛合金的熔融温度和残余应力会很高，而其热导率较低，且类蜂窝结构为渐变厚度零件，壁厚不均匀会导致成形过程中温度场的不一致，因此可能不同区域中产生应力，进而导致零件翘曲变形。同时类蜂窝结构在进行激光第一道及第一层扫描时，由于与基板存在温度差，第一层打印有可能面临应力集中，零件翘曲变形的风险，这些风险在类蜂窝结构的开口两侧壁处表现更为严重。良好的设计优化支撑对于防止激光3D打印类蜂窝结构变形及开裂，保证其成形尺寸与精度至关重要。
目前3D打印工艺常用的支撑结构分为薄壁支撑和实体支撑两大类，其中薄壁支撑包括点支撑、线支撑、块状支撑和网状支撑等，这一类支撑结构对于零件悬垂面的覆盖较完整，但是强度较低，容易受热应力影响而断裂，造成成型失败，而且后续支撑结构的去除时间较长。精细结构添加了薄壁支撑后，去除很困难。其中实体支撑主要有锥形支撑和加厚度的块状支撑，这类支撑结构强度较大，但不适用于类蜂窝结构的两侧壁。
因此需要重新设计针对激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁专用防变形支撑，保证打印过程良好，保证成形大尺寸大重量类蜂窝结构的成形精度。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，通过对激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁设计添加支撑墙结构并优化，形成激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁专用支撑墙结构，从而保证类蜂窝结构底部及两侧壁开口处具有优异的结构强度，保证了类蜂窝结构激光3D打印后的成形精度及质量。
为此，本实用新型采用了以下技术方案：
一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，支撑墙结构包括底部支撑墙和侧面支撑墙，所述底部支撑墙的面积覆盖整个类蜂窝结构的底面，与类蜂窝结构的底面形状一致；所述侧面支撑墙位于类蜂窝结构的侧壁，用于提供侧面的支撑。
优选地，所述底部支撑墙的厚度为0.3mm-0.5mm，底部支撑墙内设有形状剪裁，所述形状剪裁依据类蜂窝结构底面形状进行裁剪。
优选地，所述底部支撑墙的厚度为0.4mm。
优选地，所述侧面支撑墙包括加厚面和加强筋，所述加厚面沿着类蜂窝结构的侧壁分布，形状与类蜂窝结构一致，厚度与类蜂窝结构接近处多边形单胞厚度一致；所述加强筋沿着加厚面呈网状分布。
优选地，所述加厚面从上至下沿类蜂窝结构的三角支撑结构之间均匀分布着菱形孔，底部为半菱形孔。
优选地，菱形孔的2个顶点的连线竖直向上，菱形孔的边长尺寸为3-6mm，相邻两菱形间距为4mm，菱形孔距离类蜂窝结构的三角支撑结构的距离为4-6mm。
优选地，菱形孔的边长尺寸为3.5mm，菱形孔距离类蜂窝结构的三角支撑结构的距离为6mm。
优选地，所述加强筋的截面为矩形，加强筋的宽度为2-5mm，厚度为2-4mm，同方向加强筋相互平行，相邻两加强筋的间距为35-50mm。
优选地，所述加强筋的宽度为4mm，厚度为3mm，相邻两加强筋的间距为40mm。
优选地，所述加强筋与水平面之间的夹角为45°-135°，底部设有一条与加厚面角重合的加强筋；支撑加厚面四角的加强筋与加厚面的四角重合。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)通过对激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁设计添加支撑墙结构并优化，形成激光3D打印类蜂窝结构底部及两侧壁专用支撑墙结构，从而保证类蜂窝结构底部及两侧壁开口处具有优异的结构强度，有效释放成形件底部及其余部位的热应力，阻断类蜂窝结构底部及两侧开口薄壁处的变形及裂纹的萌生，从而保证类蜂窝结构激光3D打印后的成形精度及质量。
(2)消除了应力集中，解决了激光3D打印某型号装备屏蔽超声波载体用类蜂窝钛合金结构件的变形及开裂问题，保证打印过程良好。
附图说明
图1是本实用新型所提供的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构的结构组成示意图。
图2是本实用新型所提供的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构的立体结构示意图。
图3是类蜂窝结构的结构示意图。
附图标记说明：1、底部支撑墙；2、侧面支撑墙；3、形状剪裁；4、加厚面；5、加强筋；6、菱形孔；7、三角形支撑；8、多边形单胞；9、开口区域；10、底部区域。
具体实施方式
下面结合具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
如图1和图2所示，本实用新型公开了一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，支撑墙结构包括底部支撑墙1和侧面支撑墙2，所述底部支撑墙1的面积覆盖整个类蜂窝结构的底面，与类蜂窝结构的底面形状一致；所述侧面支撑墙2位于类蜂窝结构的侧壁，用于提供侧面的支撑。
其中，底部支撑墙1的厚度为0.3mm-0.5mm，优选为0.4mm，面积覆盖整个类蜂窝结构底面；底部支撑墙1内设有形状剪裁3，所述形状剪裁3依据类蜂窝结构底面形状进行裁剪。
类蜂窝结构如图3所示，包括三角形支撑7、多边形单胞8、开口区域9、底部区域10；三角形支撑7位于多边形单胞8的六个顶点的内侧，类蜂窝结构的两侧分布有开口区域9，底部区域10位于底端。
所述侧面支撑墙2包括加厚面4和加强筋5，所述加厚面4沿着类蜂窝结构的侧壁分布，形状与类蜂窝结构一致，厚度与类蜂窝结构接近处多边形单胞8的厚度一致；所述加强筋5沿着加厚面4呈网状分布。
所述加厚面4从上至下沿类蜂窝结构的三角形支撑结构之间均匀分布着菱形孔6，底部为半菱形孔。
其中，菱形孔6的2个顶点的连线竖直向上，菱形孔6的边长尺寸为3-6mm，优选为3.5mm，相邻两菱形间距为4mm，菱形孔6距离类蜂窝结构的三角形支撑结构的距离为4-6mm，优选为6mm。
加强筋5沿着支撑加厚面生长，单个加强筋5的截面为矩形，整体加强筋呈网状分布；加强筋5的宽度为2-5mm，优选为4mm，厚度为2-4mm，优选为3mm，同方向加强筋5相互平行，相邻两加强筋的间距为35-50mm，优选为40mm。
其中，加强筋5与水平面之间的夹角为45°-135°，底部设有一条与加厚面4角重合的加强筋；支撑加厚面4四角的加强筋5与加厚面4的四角重合。
最后得到防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，参数均为优选的方案。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：支撑墙结构包括底部支撑墙(1)和侧面支撑墙(2)，所述底部支撑墙(1)的面积覆盖整个类蜂窝结构的底面，与类蜂窝结构的底面形状一致；所述侧面支撑墙(2)位于类蜂窝结构的侧壁，用于提供侧面的支撑。
2.根据权利要求1所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述底部支撑墙(1)的厚度为0.3mm-0.5mm，底部支撑墙(1)内设有形状剪裁(3)，所述形状剪裁(3)依据类蜂窝结构底面形状进行裁剪。
3.根据权利要求2所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述底部支撑墙(1)的厚度为0.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述侧面支撑墙(2)包括加厚面(4)和加强筋(5)，所述加厚面(4)沿着类蜂窝结构的侧壁分布，形状与类蜂窝结构一致，厚度与类蜂窝结构接近处多边形单胞厚度一致；所述加强筋(5)沿着加厚面(4)呈网状分布。
5.根据权利要求4所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述加厚面(4)从上至下沿类蜂窝结构的三角支撑结构之间均匀分布着菱形孔(6)，底部为半菱形孔。
6.根据权利要求5所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：菱形孔(6)的2个顶点的连线竖直向上，菱形孔(6)的边长尺寸为3-6mm，相邻两菱形间距为4mm，菱形孔(6)距离类蜂窝结构的三角支撑结构的距离为4-6mm。
7.根据权利要求6所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：菱形孔(6)的边长尺寸为3.5mm，菱形孔(6)距离类蜂窝结构的三角支撑结构的距离为6mm。
8.根据权利要求4所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述加强筋(5)的截面为矩形，加强筋(5)的宽度为2-5mm，厚度为2-4mm，同方向加强筋(5)相互平行，相邻两加强筋的间距为35-50mm。
9.根据权利要求8所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述加强筋(5)的宽度为4mm，厚度为3mm，相邻两加强筋的间距为40mm。
10.根据权利要求8或9所述的一种防止激光3D打印类蜂窝结构变形的支撑墙结构，其特征在于：所述加强筋(5)与水平面之间的夹角为45°-135°，底部设有一条与加厚面(4)角重合的加强筋；支撑加厚面(4)四角的加强筋(5)与加厚面(4)的四角重合。
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