本實(shí)用新型屬于增材制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

增材制造(俗稱3D打印)是一種新型的材料加工技術(shù)，其加工柔性大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速成形，增材制造技術(shù)按照工藝手段及設(shè)備原理的不同分為多種具體技術(shù)手段，諸如:激光選區(qū)熔化、激光立體成形、FDM沉積成形、三維印刷等，可加工材料涵蓋了多種非金屬及金屬材料，采用各種增材制造工藝手段所成形的產(chǎn)品已應(yīng)用于裝備制造、民用醫(yī)療、建筑設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，特別是激光選區(qū)熔化技術(shù)所成形的金屬工件，已經(jīng)在航空航天領(lǐng)域上得到廣泛應(yīng)用。在絕大部分增材制造的加工技術(shù)中，多數(shù)待加工工件因存在懸空結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接成形，需要添加一定量的支撐作為工件的成形基礎(chǔ)，支撐已成為絕大部分增材制造技術(shù)中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)要素。

傳統(tǒng)支撐結(jié)構(gòu)一般為實(shí)體網(wǎng)格狀，這一類型支撐在加工過(guò)程中，需要從成形基材面整體大面積向上生長(zhǎng)，才能保證支撐底部的牢固性，由于與工件的連接區(qū)域過(guò)大，導(dǎo)致該類支撐后期難以去除干凈，影響工件表面質(zhì)量，另外實(shí)體網(wǎng)格狀支撐因體積龐大，會(huì)導(dǎo)致材料大幅度的浪費(fèi)和整個(gè)加工時(shí)間的延長(zhǎng)，特別是在激光選區(qū)熔化技術(shù)加工過(guò)程中，材料和加工時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的成本會(huì)急劇上升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有支撐結(jié)構(gòu)體積大、使用成本較高、與工件的連接區(qū)域較大、且影響工件表面質(zhì)量的問(wèn)題。

本實(shí)用新型樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)所采用的技術(shù)方案是，包括柱狀的支撐主干，沿支撐主干圓周均勻分布有若干個(gè)柱狀的一級(jí)分支，沿每個(gè)一級(jí)分支的圓周均勻分布有若干個(gè)柱狀的二級(jí)分支；支撐主干與每個(gè)一級(jí)分支的連接處均設(shè)置有主結(jié)點(diǎn)，每個(gè)一級(jí)分支與二級(jí)分支的連接處均設(shè)置有次級(jí)結(jié)點(diǎn)。

本實(shí)用新型的特征還在于，

一級(jí)分支與支撐主干的數(shù)量比為3-10:1，二級(jí)分支與一級(jí)分支的數(shù)量比為2-6:1。

支撐主干、一級(jí)分支和二級(jí)分支的橫截面均為圓形，且其橫截面內(nèi)徑比為4:3:2。

一級(jí)分支與支撐主干的夾角均為45°，二級(jí)分支與支撐主干軸向的夾角均為45°。

主結(jié)點(diǎn)到支撐主干底部的軸向距離與主結(jié)點(diǎn)到支撐主干頂部的軸向距離比為2:0.7-1.5；次級(jí)結(jié)點(diǎn)到主結(jié)點(diǎn)的距離與主結(jié)點(diǎn)到支撐主干底部的軸向距離比為1:1.5-3。

支撐主干、一級(jí)分支和二級(jí)分支的端部還分別設(shè)置有與其相匹配的半球狀的圓角結(jié)構(gòu)，且其圓角結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑比例為4:3:2。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)利用激光選區(qū)熔化技術(shù)直接成形，與基材及工件作為區(qū)域性的連接，與工件連結(jié)部位采用點(diǎn)接觸，工件加工成形后，采用手工或機(jī)械方式均易于去除并且對(duì)零件表面質(zhì)量影響小，可最大限度的節(jié)約材料，控制生產(chǎn)成本，支撐結(jié)構(gòu)體積小，有很好的使用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型在實(shí)施例1中的使用狀態(tài)圖；

圖4是本實(shí)用新型在實(shí)施例2中的使用狀態(tài)圖。

圖中，1.支撐主干，2.一級(jí)分支，3.二級(jí)分支，4.主結(jié)點(diǎn)，5.次級(jí)結(jié)點(diǎn)，6.圓角結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)用新型樹(shù)枝狀3D打印支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括柱狀的支撐主干1，沿支撐主干1圓周均勻分布有若干個(gè)柱狀的一級(jí)分支2，沿每個(gè)一級(jí)分支2的圓周均勻分布有若干個(gè)柱狀的二級(jí)分支3；支撐主干1與每個(gè)一級(jí)分支2的連接處均設(shè)置有主結(jié)點(diǎn)4，每個(gè)一級(jí)分支2與二級(jí)分支3的連接處均設(shè)置有次級(jí)結(jié)點(diǎn)5。

一級(jí)分支2與支撐主干1的數(shù)量比為3-10:1，二級(jí)分支3與一級(jí)分支2的數(shù)量比為2-6:1。

為了便于后期使用工具將工件與本實(shí)用新型分離，支撐主干1、一級(jí)分支2和二級(jí)分支3的橫截面均為圓形，且其橫截面內(nèi)徑比為4:3:2。

一級(jí)分支2與支撐主干1的夾角均為45°，二級(jí)分支3與支撐主干1軸向的夾角均為45°，該角度可保證加工過(guò)程中一級(jí)分支2和二級(jí)分支3均能直接成形。

主結(jié)點(diǎn)4到支撐主干1底部的軸向距離與主結(jié)點(diǎn)4到支撐主干1頂部的軸向距離比為2:0.7-1.5；次級(jí)結(jié)點(diǎn)5到主結(jié)點(diǎn)4的距離與主結(jié)點(diǎn)4到支撐主干1底部的軸向距離比為1:1.5-3。

如圖2所示，支撐主干1、一級(jí)分支2和二級(jí)分支3的端部還分別設(shè)置有與其相匹配的半球狀的圓角結(jié)構(gòu)6，且其圓角結(jié)構(gòu)6的內(nèi)徑比例為4:3:2。若工件表面相對(duì)基材為平面，為了加強(qiáng)支撐效果，增大支撐連接面，采用如圖1所示的支撐結(jié)構(gòu)；其余工況下，添加的圓角結(jié)構(gòu)6可使在去除本實(shí)用新型時(shí)工具更易于切入支撐結(jié)構(gòu)與工件連接的區(qū)域。

實(shí)施例1

以圖3所示的連接工件為例，說(shuō)明對(duì)平面懸空特征類工件的使用過(guò)程。

步驟1，將采用激光選區(qū)熔化加工方式加工的工件三維模型通過(guò)商業(yè)建模軟件導(dǎo)出STL格式文件，再將STL格式文件導(dǎo)入商用前處理軟件中。

步驟2，設(shè)計(jì)樹(shù)枝狀支撐結(jié)構(gòu)

根據(jù)工件設(shè)計(jì)樹(shù)枝狀支撐的樹(shù)枝數(shù)量及尺寸，確定支撐主干1數(shù)量為1，取一級(jí)分枝2與支撐主干1數(shù)量比為9:1，故一級(jí)分枝2數(shù)量為9，二級(jí)分枝3與一級(jí)分枝2數(shù)量比為5:1，故二級(jí)分枝3數(shù)量為45，支撐主干1直徑2mm，按照比例，一級(jí)分枝2直徑1.5mm，二級(jí)分枝3直徑1mm，三者截面尺寸之比為4:3:2。

因被支撐面相對(duì)基材是平面，平面類懸空在3D打印成形過(guò)程中屬于難成形特征，為加強(qiáng)支撐效果，采用不添加圓角結(jié)構(gòu)6的支撐結(jié)構(gòu)，保證支撐樹(shù)枝結(jié)構(gòu)與工件有最大的連接面。因工件懸空面距支撐主干1底部的基材距離為15mm，則主結(jié)點(diǎn)4距支撐主干1底部軸向距離與主結(jié)點(diǎn)4距支撐主干1頂部軸向距離之比取2:1，故主結(jié)點(diǎn)4距支撐主干1的底部軸向距離為10mm；次級(jí)結(jié)點(diǎn)5距主結(jié)點(diǎn)4的距離設(shè)計(jì)為5mm。

步驟3、支撐件和工件的一體成形

將設(shè)計(jì)好的樹(shù)枝狀支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)出STL格式文件，再導(dǎo)入至商用前處理軟件中，樹(shù)枝狀支撐數(shù)據(jù)添加至商用前處理軟件的模型庫(kù)中。確定工件擺放位置后，選擇工件支撐添加方案，再利用商業(yè)模型剖分軟件進(jìn)行剖分，形成切片文件，導(dǎo)入激光成形設(shè)備前處理軟件中，待激光選區(qū)熔化成形設(shè)備準(zhǔn)備就緒，將支撐結(jié)構(gòu)與工件一次成形。

實(shí)施例2

以圖4所示的托架工件為例，說(shuō)明對(duì)傾斜面懸空特征類工件的使用過(guò)程。

步驟1，將采用激光選區(qū)熔化加工方式加工的工件三維模型通過(guò)商業(yè)建模軟件導(dǎo)出STL格式文件，再將STL格式文件導(dǎo)入商用前處理軟件中。

步驟2，設(shè)計(jì)樹(shù)枝狀支撐結(jié)構(gòu)

根據(jù)工件設(shè)計(jì)樹(shù)枝狀支撐的樹(shù)枝數(shù)量及尺寸，確定支撐主干1數(shù)量為1，取一級(jí)分枝2與支撐主干1量比為6:1，故一級(jí)分枝2數(shù)量為6，二級(jí)分枝3與一級(jí)分枝2數(shù)量比為3:1，故二級(jí)分枝3數(shù)量為18，支撐主干1直徑2mm，按照比例，一級(jí)分枝2直徑1.5mm，二級(jí)分枝3直徑1mm，三者截面尺寸之比為4:3:2。

因工件懸空面相對(duì)基材為斜面，為便于后期斜面上支撐的整體去除，支撐主干1、一級(jí)分枝2、二級(jí)分枝3與所支撐結(jié)構(gòu)的接合處均采用圓角結(jié)構(gòu)6連接，圓角結(jié)構(gòu)尺寸為：支撐主干1為0.5mm，一級(jí)分枝2為0.4mm，二級(jí)分枝3為0.3mm；因工件懸空面為斜面，與支撐主干1底部距離為變化值，故各分支添加位置的不同，結(jié)合支撐主干1總長(zhǎng)度按照比例確定好主結(jié)點(diǎn)4、次級(jí)結(jié)點(diǎn)5的位置。

步驟3、支撐件和工件的一體成形

將設(shè)計(jì)好的樹(shù)枝狀支撐結(jié)構(gòu)導(dǎo)出STL格式文件，再導(dǎo)入至商用前處理軟件中，樹(shù)枝狀支撐數(shù)據(jù)添加至商用前處理軟件的模型庫(kù)中。確定工件擺放位置后，選擇工件支撐添加方案，再利用商業(yè)模型剖分軟件進(jìn)行剖分，形成切片文件，導(dǎo)入激光成形設(shè)備前處理軟件中，待激光選區(qū)熔化成形設(shè)備準(zhǔn)備就緒，將支撐結(jié)構(gòu)與工件一次成形。

本實(shí)用新型通過(guò)利用激光選區(qū)熔化技術(shù)直接成形，與基材及工件作為區(qū)域性的連接，與工件連結(jié)部位采用點(diǎn)接觸，工件加工成形后，采用手工或機(jī)械方式均易于去除并且對(duì)零件表面質(zhì)量影響小，可最大限度的節(jié)約材料，控制生產(chǎn)成本，支撐結(jié)構(gòu)體積小，有很好的使用價(jià)值。