一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法
【專利摘要】本發(fā)明一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，包括如下步驟：步驟一：建立金屬零件整體成形工藝模型；步驟二：整體成形工藝模型拆分；步驟三：確定每個懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板的固定結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸；步驟四：按照成形方向，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu)，成形完畢后，通過第一懸空結(jié)構(gòu)對應的固定結(jié)構(gòu)安裝固定第一支撐基板；然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)，在完成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時以第一支撐基板為基準實現(xiàn)了第一懸空結(jié)構(gòu)的成形；最后，按照同樣的方法依次完成后續(xù)部分的模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形得到整個金屬零件；步驟五：對成形的金屬零件進行熱處理后去除支撐基板、基材以及零件余量，獲得具有懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件。
【專利說明】
一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束増材制造方法
技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領域，具體為一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，增材制造技術(shù)(3D打印)作為制造業(yè)的一個新興技術(shù)領域，發(fā)展迅速，得到國家及各地方政府的大力扶持?；谠霾闹圃旒夹g(shù)本身離散+堆疊的制造原理，以及快速近凈自由成形的優(yōu)勢，使其備受航空航天，醫(yī)療，汽車和模具制造等領域技術(shù)人員和廣大科研學者的親睞。
[0003]眾所周知，大部分航空航天類金屬零件都具有復雜的外形表面和內(nèi)腔結(jié)構(gòu)以滿足飛行器輕量化的需求，這就對傳統(tǒng)制造技術(shù)提出了更高的要求，而傳統(tǒng)制造業(yè)也因此面臨著更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。高能束金屬增材制造技術(shù)的原理是先在計算機中生成零件的三維CAD實體模型，然后將模型按一定的厚度分層切片，把零件的三維形狀數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為一系列二維平面輪廓信息，隨后在數(shù)控系統(tǒng)控制下，用高能束熔覆的方法將金屬材料按照一定的填充路徑在一定的基材上逐點填滿給定的二維形狀，重復這一過程逐層堆積形成三維實體零件。相比于傳統(tǒng)制造技術(shù)，其在成形復雜結(jié)構(gòu)金屬零部件方面有著顯著優(yōu)勢，特別是需要大量去除材料的結(jié)構(gòu)件制造。然而，該技術(shù)也有其局限性。由于高能束金屬增材制造技術(shù)的原理決定了增材制造必須是后一層以前一層為基體進行熔覆，因此在成形傾斜度較大的懸空結(jié)構(gòu)時，會存在前一層對后一層支撐作用不足的問題，從而無法實現(xiàn)較大傾斜度結(jié)構(gòu)的成形。高能束金屬增材制造技術(shù)在大傾斜度懸空結(jié)構(gòu)成形中的局限將會大大降低該技術(shù)制造構(gòu)件的復雜度，從而限制其在復雜結(jié)構(gòu)件制造方面的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，使增材技術(shù)能夠用于成形擁有懸空結(jié)構(gòu)的復雜金屬構(gòu)件制造，并保證增材制造的尚效、尚性能。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]—種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，包括如下步驟:
[0007]步驟一:建立金屬零件整體成形工藝模型;根據(jù)具有懸空結(jié)構(gòu)金屬零件結(jié)構(gòu)，確定成形方向，并建立金屬零件的整體成形工藝模型；
[0008]步驟二:整體成形工藝模型拆分;根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的位置和數(shù)量，以懸空結(jié)構(gòu)下方作為分割界面，將整體成形工藝模型拆分為多個部分，拆分部分的數(shù)量比懸空結(jié)構(gòu)的數(shù)量多I;沿加工方向從下往上，每個分割界面上方部分的工藝模型包含一個懸空結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟三:采用與每個懸空結(jié)構(gòu)下表面保持平行的支撐基板作為每個懸空結(jié)構(gòu)成形的基準，根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)下方零件的結(jié)構(gòu)限制條件，確定每個懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板的固定結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸;每個懸空結(jié)構(gòu)對應的支撐基板固定在前一部分的工藝模型中；
[0010]步驟四:零件成形;按照成形方向，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu)，成形完畢后，通過第一懸空結(jié)構(gòu)對應的固定結(jié)構(gòu)安裝固定第一支撐基板;然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)，在完成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時以第一支撐基板為基準實現(xiàn)了第一懸空結(jié)構(gòu)的成形；最后，按照同樣的方法依次完成后續(xù)部分的模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形，最終成形完畢整個金屬零件；
[0011]步驟五:對成形的金屬零件進行熱處理后去除支撐基板、基材以及零件余量，獲得具有懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件。
[0012]優(yōu)選的，步驟一中，所述的懸空結(jié)構(gòu)為金屬零件中與加工方向的夾角大于30°的結(jié)構(gòu);確定加工方向時，保證金屬零件能夠整體成形的基礎上存在最小面積的懸空結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選的，步驟二中，在拆分金屬零件的整體工藝模型時，拆分獲得的各部分工藝模型具有同一空間基準。
[0014]優(yōu)選的，步驟三中，支撐基板的固定結(jié)構(gòu)采用在支撐基板位置下方工藝模型上設置的工藝凸臺，通過工藝凸臺用于支撐和定位支撐基板位置，再利用焊接的方式將支撐基板固定在理論設計位置上。
[0015]優(yōu)選的，步驟三中，支撐基板的固定結(jié)構(gòu)采用在支撐基板位置下方工藝模型中設置工裝，通過工裝用于支撐和定位支撐基板位置，再利用焊接的方式將支撐基板固定在理論設計位置上。
[0016]優(yōu)選的，所述的高能束采用激光束、電子束或電弧，增材制造過程同步送進的金屬材料采用金屬粉末或金屬絲。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0018]本發(fā)明利用外部輔助手段，在零件懸空結(jié)構(gòu)下部固定成形用的基板，解決了在增材制造過程中因零件處于懸空狀態(tài)而無法成形的難題，拓寬了增材制造技術(shù)在制造復雜金屬構(gòu)件方面的應用范圍。為增材制造技術(shù)可用于制造帶有懸空結(jié)構(gòu)的復雜金屬結(jié)構(gòu)件提供了一種技術(shù)手段。采用本發(fā)明增材制造的具有懸空結(jié)構(gòu)的零件，具有加工余量小，加工效率高等優(yōu)勢，零件性能接近鍛件水平。實現(xiàn)了懸空結(jié)構(gòu)的高效、高性能增材制造。
[0019]本發(fā)明是基于增材制造技術(shù)，所以具有制造過程柔性化程度高優(yōu)點，也適用于不同材料，不同尺寸和不同形狀的復雜金屬構(gòu)件的制造。根據(jù)增材制造技術(shù)原理，由于零件懸空部位的不同，包括位置不同，結(jié)構(gòu)不同，尺寸不同等因素，我們可以根據(jù)零件實際懸空結(jié)構(gòu)，在不同部位設置輔助設施，用于固定不同形狀和角度的基板，使其不受零件材質(zhì)，尺寸和結(jié)構(gòu)的影響。
[0020]本發(fā)明也可實現(xiàn)零件懸空結(jié)構(gòu)的高性能修復和再制造。零件在生產(chǎn)或者使用當中會出現(xiàn)損傷現(xiàn)象，對于損傷部位為懸空結(jié)構(gòu)的金屬零件，可采用此方法實現(xiàn)零件懸空結(jié)構(gòu)的高性能修復和再制造。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實例I中所述的金屬結(jié)構(gòu)件模型示意圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實例I中所述的零件工藝模型示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實例I中零件拆分示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實例I中支撐基板固定方式示意圖。
[0025]圖5a?圖5e為本發(fā)明實例I中零件分段成形步驟示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實例I中所述的最終金屬結(jié)構(gòu)件示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明實例2中支撐基板固定方式原理圖。
[0028]圖8為本發(fā)明實例2中所述的金屬結(jié)構(gòu)件模型示意圖。
[0029]圖9為本發(fā)明實例2中所述的零件工藝模型示意圖。
[0030]圖10為本發(fā)明實例2中所述的零件拆分示意圖。
[0031]圖1la?圖lie為本發(fā)明實例2中零件分段成形步驟示意圖。
[0032]圖中:I零件懸空結(jié)構(gòu)，2基材，3工藝凸臺，4激光器，5激光束，6送粉噴嘴，7支撐基板，8工裝。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0034]本發(fā)明是用于解決復雜金屬構(gòu)件懸空結(jié)構(gòu)難以采用送料式高能束增材制造技術(shù)成形的問題。隨著增材制造技術(shù)的發(fā)展，其應用范圍也在不斷地擴大，從最初的航空航天領域，逐步延伸到汽車，模具制造，醫(yī)療等領域，能夠制造的產(chǎn)品也在不斷得到豐富。但是對于那些擁有復雜結(jié)構(gòu)的零件，尤其是在航空航天領域，為了能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器輕量化的需求，零件產(chǎn)品往往擁有相對復雜的結(jié)構(gòu)。高能束金屬增材制造技術(shù)必須是后一層以前一層為基體進行熔覆，因此在成形傾斜度較大的懸空結(jié)構(gòu)時，前一層的支撐作用不夠，導致難以實現(xiàn)此類結(jié)構(gòu)的成形。本發(fā)明為高能束增材制造技術(shù)用于制造擁有懸空結(jié)構(gòu)的復雜金屬構(gòu)件提供了一種制造思路和解決方案。
[0035]由于增材制造方法有很多，我們不能一一詳細說明，本實例中僅以同步送粉激光增材制造技術(shù)為代表，選用的基板固定方式是在零件上建立支撐凸臺，闡述高能束增材制造技術(shù)加懸空固定基板的方法來制造擁有懸空結(jié)構(gòu)的復雜構(gòu)件。其他同步送料增材制造技術(shù)與同步送料激光增材制造技術(shù)基本原理類似，這里不再贅述。由于擁有懸空結(jié)構(gòu)的復雜構(gòu)件很多，且形狀各異，在實例中采用的是具有典型代表性的零件，本發(fā)明同樣適用于其他形狀且具有懸空結(jié)構(gòu)的零部件，在這里我們不再對零件的形狀和結(jié)構(gòu)作詳細贅述。
[0036]本發(fā)明一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一:建立整體成形工藝模型。根據(jù)具有懸空結(jié)構(gòu)金屬零件特點，選取最佳的零件成形方向，并建立零件的整體成形工藝模型；
[0038]步驟二:整體成形工藝模型拆分。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的位置，將整體成形工藝模型進行拆分。一般以懸空結(jié)構(gòu)下方作為分割界面，則分割界面上方的工藝模型包含了懸空結(jié)構(gòu)。
[0039]步驟三:確定懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板固定方式、形狀和尺寸。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)下方零件的結(jié)構(gòu)限制條件，設計支撐基板的固定方式，進而設計出支撐基板的形狀和尺寸。通常支撐基板固定在零件懸空結(jié)構(gòu)的下方，并與將成形的零件懸空結(jié)構(gòu)保持平行；
[0040]步驟四:制定工藝流程。根據(jù)步驟二和三的設計，確定分段成形+支撐基板固定的交替工藝方法，并制定總體工藝流程；
[0041]步驟五:成形路徑規(guī)劃。利用剖分軟件或直接編程方法分別針對拆分后的工藝模型進行處理，獲得各部分工藝模型的成形路徑運行代碼；
[0042]步驟六:零件成形。按照已制定分段成形+支撐基板固定的交替工藝流程，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu)，成形完畢后，安裝固定支撐基板，然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)，在完成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時實現(xiàn)了懸空結(jié)構(gòu)的成形。以此類推，依次完成后續(xù)模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形，并成形完畢整個零件；
[0043]步驟七:對成形件進行熱處理。為了調(diào)控成形件組織和性能以及消除零件中殘余應力，需對成形件進行熱處理；
[0044]步驟八:去除支撐基板，基材以及零件余量。采用機械加工或其他減材加工方法去除支撐基板，基材以及少量零件余量，獲得具有懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件。
[0045]其中，高能束包括有激光束，電子束，電弧等熱源，增材制造過程同步送進的金屬材料包含有金屬粉末，金屬絲等。
[0046]步驟一中，這里定義當零件的某一結(jié)構(gòu)與豎直方向的夾角大于30°時，則稱該結(jié)構(gòu)為懸空結(jié)構(gòu)。根據(jù)零件的實際結(jié)構(gòu)特點，選取零件的成形方向時，應在保證零件能夠整體成形的基礎上盡可能減少零件中的懸空結(jié)構(gòu)。建立零件整體工藝模型的時候要留有適當?shù)募庸び嗔俊?br>[0047]步驟二中，在拆分金屬零件的整體工藝模型時，拆分獲得的各部分工藝模型必須具有同一空間基準，以確保成形的各部分之間不出現(xiàn)錯位和偏轉(zhuǎn)。
[0048]步驟三中，根據(jù)零件的懸空結(jié)構(gòu)的限制條件確定支撐基板的固定方式，設計基板的形狀和尺寸?；宓墓潭ǚ绞健⑿螤钤O計、尺寸大小是在保證能夠成形零件的基礎上，本著最便捷，最節(jié)約材料，最經(jīng)濟的原則選取。比如可以在基板位置下方工藝模型上設計工藝凸臺用于支撐和定位基板位置，再利用焊接的方式將其固定在理論設計位置上。也可以利用工裝夾具將基板安裝在設計位置，懸空結(jié)構(gòu)成形完畢后，拆除工裝夾具。
[0049]在根據(jù)零件的懸空結(jié)構(gòu)的限制條件設計基板的形狀和尺寸時，因不同零件具有的懸空結(jié)構(gòu)不同，所以所選基板的形狀和尺寸也不盡相同，在保證零件能夠成形的基礎上，基板的形狀與尺寸應盡可能便于固定，成本更低，成形效果更好。
[0050]步驟五中，成形路徑的規(guī)劃應該確保零件在成形過程中均勻平整、形狀尺寸符合設計要求、具有良好的冶金質(zhì)量。
[0051]如圖1所示，為帶有兩層零件懸空結(jié)構(gòu)I的復雜構(gòu)件。本實例中我們將會采用圖1所示零件詳細的闡述本發(fā)明的實施過程，而本發(fā)明也同樣適用于采用高能束增材制造技術(shù)用于生產(chǎn)其他不同形狀、帶有懸空結(jié)構(gòu)的零件。而基板的固定方式也不僅僅局限于本實例中選用的在零件上建立工藝凸臺。
[0052]在采用高能束增材制造技術(shù)生產(chǎn)相應的零件時，通常我們會做一些準備工作。以本案例為例，首先我們會利用三維設計軟件將零件支撐凸臺結(jié)構(gòu)添加到零件工藝模型中，然后會對零件模型進行相應的處理，如增加余量，切分等等，并準備好生產(chǎn)過程中所需要的基板數(shù)目等細節(jié)性工作，下面以圖1所示零件為例，采用兩種固定基板的方式詳細闡述本發(fā)明的實施，具體的操作過程如下。
[0053]實例I
[0054]采用工藝凸臺加焊接的方式固定基板，具體步驟如下:
[0055]步驟一:建立整體成形工藝模型。零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，根據(jù)具有懸空結(jié)構(gòu)金屬零件特點，選取最佳的零件成形方向，并建立零件的整體成形工藝模型，整體工藝模型中應包含基材的位置及尺寸，如圖2所示；
[0056]步驟二:整體成形工藝模型拆分。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的位置，將整體成形工藝模型進行拆分。一般以懸空結(jié)構(gòu)下方作為分割界面，則分割界面上方的工藝模型包含了懸空結(jié)構(gòu)，如圖3所示；
[0057]步驟三:確定懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板固定方式、基板的形狀和尺寸。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)下方零件的結(jié)構(gòu)限制條件，設計支撐基板的形狀和尺寸，進一步設計用于安放支撐基板的工藝凸臺，采用的固定方式確定為:如圖4所示，支撐基板放置在工藝凸臺上，將支撐基板和周圍結(jié)構(gòu)沿縫隙焊接固定在一起，其中焊接方法也包括填料熔覆焊接方法。焊接固定后的支撐基板上表面應在零件懸空結(jié)構(gòu)的下方，并與將成形的零件懸空結(jié)構(gòu)保持平行，且周邊結(jié)構(gòu)不影響后續(xù)結(jié)構(gòu)的成形；
[0058]步驟四:零件成形。如圖5a_5e所示，利用剖分軟件分別針對拆分后的工藝模型進行處理，獲得各部分工藝模型的成形路徑運行代碼，按照已制定分段成形加支撐基板固定的交替工藝流程，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu)和工藝凸臺，如圖5a所示；成形完畢后，采用步驟三所述放置基板和焊接的方式安裝固定支撐基板，如圖5b所示;然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)和相應的工藝凸臺，在完成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時實現(xiàn)了懸空結(jié)構(gòu)的成形，如圖5c所示。以此類推，依次完成后續(xù)模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形，并成形完畢整個零件，如圖5d和5e所示；
[0059]步驟七:對成形件進行熱處理。為了調(diào)控成形件組織和性能以及消除零件中殘余應力，需對成形件進行熱處理；
[0060]步驟八:機械加工。采用機械加工的方法去除基材、支撐基板、工藝凸臺以及零件余量，獲得具有懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件，如圖6所示。
[0061]實例2
[0062]如圖8所示零件的小傾角主體結(jié)構(gòu)上有較大傾角的懸空結(jié)構(gòu)，采用工裝裝夾方式固定基板，具體步驟如下:
[0063]步驟一:建立整體成形工藝模型。零件結(jié)構(gòu)如圖8所示，根據(jù)具有懸空結(jié)構(gòu)金屬零件特點，選取最佳的零件成形方向，并建立零件的整體成形工藝模型，整體工藝模型中應包含基材的位置及尺寸，如圖9所示；
[0064]步驟二:整體成形工藝模型拆分。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的位置，將整體成形工藝模型進行拆分。一般以懸空結(jié)構(gòu)下方作為分割界面，則分割界面上方的工藝模型包含了懸空結(jié)構(gòu)，如圖1O所示；
[0065]步驟三:確定懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板固定方式、形狀和尺寸。根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)下方零件的結(jié)構(gòu)限制條件，設計支撐基板的形狀和尺寸，進一步設計其安放形式，采用的固定方式確定為:將支撐基板裝夾在工裝之上，并將支撐基板和工裝組合體裝夾定位在懸空結(jié)構(gòu)下方預設位置，也可將支撐基板和周圍結(jié)構(gòu)沿縫隙焊接或填料熔覆連接在一起，如圖7所示。固定后的支撐基板上表面應在零件懸空結(jié)構(gòu)的下方，并與將成形的零件懸空結(jié)構(gòu)保持平行，且周邊結(jié)構(gòu)不影響后續(xù)結(jié)構(gòu)的成形；
[0066]步驟四:零件成形。如圖1la到圖lie所示，利用剖分軟件分別針對拆分后的工藝模型進行處理，獲得各部分工藝模型的成形路徑運行代碼，按照已制定分段成形+支撐基板固定的交替工藝流程，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu);成形完畢后，按圖1 Ib所示位置放置工裝8，然后再將支撐基板7裝夾在工裝8之上，并安裝在理論設置位置，也可將基板與周圍結(jié)構(gòu)沿縫隙焊接在一起，如圖1 Ic所示;然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)，如圖1 Id所示;在完成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時實現(xiàn)了懸空結(jié)構(gòu)的成形，并拆除工裝，如圖1le所示。以此類推，可以根據(jù)零件的實際情況依次完成后續(xù)模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形;直至成形完畢整個零件；
[0067]步驟七:對成形件進行熱處理。為了調(diào)控成形件組織和性能以及消除零件中殘余應力，需對成形件進行熱處理；
[0068]步驟八:機械加工。采用機械加工的方法去除基材、支撐基板以及零件余量，獲得具有懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件，如圖8所示。
[0069]以上就是采用增材制造技術(shù)加懸空固定基板制造帶有懸空結(jié)構(gòu)的金屬零件的過程。以上過程只是選取具有典型代表性的零件結(jié)構(gòu)進行本發(fā)明的闡述。因為金屬結(jié)構(gòu)件的形狀各異，但是本發(fā)明的思想并不受金屬構(gòu)件的形狀限制，可以應用于增材制造技術(shù)生產(chǎn)具有其他懸空結(jié)構(gòu)的零件。
[0070]本發(fā)明為高能束增材制造技術(shù)用于生產(chǎn)帶有懸空結(jié)構(gòu)的復雜結(jié)構(gòu)件提供了一種新的思路和可行的實施方案，拓寬了增材制造技術(shù)在航空航天復雜形狀、高性能結(jié)構(gòu)件制造領域的應用范圍，提高了增材制造技術(shù)的適應性。加上增材制造技術(shù)較傳統(tǒng)工藝技術(shù)所具有的優(yōu)勢，堅信本發(fā)明在以后的工業(yè)工程中有很大的應用前途和潛力。
【主權(quán)項】
1.一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟一:建立金屬零件整體成形工藝模型;根據(jù)具有懸空結(jié)構(gòu)金屬零件結(jié)構(gòu)，確定成形方向，并建立金屬零件的整體成形工藝模型；步驟二:整體成形工藝模型拆分;根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)的位置和數(shù)量，以懸空結(jié)構(gòu)下方作為分 割界面，將整體成形工藝模型拆分為多個部分，拆分部分的數(shù)量比懸空結(jié)構(gòu)的數(shù)量多1;沿 加工方向從下往上，每個分割界面上方部分的工藝模型包含一個懸空結(jié)構(gòu)；步驟三:采用與每個懸空結(jié)構(gòu)下表面保持平行的支撐基板作為每個懸空結(jié)構(gòu)成形的基 準，根據(jù)懸空結(jié)構(gòu)下方零件的結(jié)構(gòu)限制條件，確定每個懸空結(jié)構(gòu)成形的支撐基板的固定結(jié) 構(gòu)、形狀和尺寸;每個懸空結(jié)構(gòu)對應的支撐基板固定在前一部分的工藝模型中；步驟四:零件成形;按照成形方向，首先成形第一部分模型結(jié)構(gòu)，成形完畢后，通過第一 懸空結(jié)構(gòu)對應的固定結(jié)構(gòu)安裝固定第一支撐基板;然后繼續(xù)成形第二部分模型結(jié)構(gòu)，在完 成第二部分模型結(jié)構(gòu)成形的同時以第一支撐基板為基準實現(xiàn)了第一懸空結(jié)構(gòu)的成形；最 后，按照同樣的方法依次完成后續(xù)部分的模型結(jié)構(gòu)和懸空結(jié)構(gòu)的成形，最終成形完畢整個 金屬零件；步驟五:對成形的金屬零件進行熱處理后去除支撐基板、基材以及零件余量，獲得具有 懸空結(jié)構(gòu)的全金屬增材制造構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于， 步驟一中，所述的懸空結(jié)構(gòu)為金屬零件中與加工方向的夾角大于30°的結(jié)構(gòu);確定加工方向 時，保證金屬零件能夠整體成形的基礎上存在最小面積的懸空結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于， 步驟二中，在拆分金屬零件的整體工藝模型時，拆分獲得的各部分工藝模型具有同一空間 基準。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于， 步驟三中，支撐基板的固定結(jié)構(gòu)采用在支撐基板位置下方工藝模型上設置的工藝凸臺，通 過工藝凸臺用于支撐和定位支撐基板位置，再利用焊接的方式將支撐基板固定在理論設計 位置上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于， 步驟三中，支撐基板的固定結(jié)構(gòu)采用在支撐基板位置下方工藝模型中設置工裝，通過工裝 用于支撐和定位支撐基板位置，再利用焊接的方式將支撐基板固定在理論設計位置上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬零件懸空結(jié)構(gòu)的高能束增材制造方法，其特征在于， 所述的高能束采用激光束、電子束或電弧，增材制造過程同步送進的金屬材料采用金屬粉 末或金屬絲。
【文檔編號】B22F3/105GK106041075SQ201610460533
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】譚華, 王強, 林鑫, 陳靜, 黃衛(wèi)東
【申請人】西北工業(yè)大學