一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法，包括：绘制环状零件；以环状零件的开口方向为建造方向，在环状零件的内环绘制与内环相匹配的支撑结构，支撑结构的外壁与环状零件的内壁之间具有间隙；导入选区激光熔化成形设备，并同时逐层完成环状零件和支撑结构的打印，通过线切割将环状零件与基板分离；在完成环状零件和支撑结构的打印后，对环状零件进行热处理，以用于消除残余应力；环状零件为圆筒状；支撑结构包括：外环与内环，外环与内环同心，且外环的内圈与内环的外圈之间均匀间隔设有加强肋。本申请可以有效的控制打印过程中由残余应力引发的工件结构变形，且打印完成后极易去除支撑结构，使零件与支撑结构直接分离。离。离。

【技术实现步骤摘要】
一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法和装置


[0001]本申请涉及激光选区增材制造
，特别是涉及一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法和装置。

技术介绍

[0002]选区激光熔化成形技术(SLM)是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。这种技术面向航空航天、武器制造、汽车、模具以及生物医疗等领域，可解决传统制造难以实现或者无法实现的复杂结构加工制造难题。SLM技术可以直接制造结构复杂的工件，且周期短、效率高、材料利用率高，特别适用于制造个性化和复杂结构零件。故对于传统制造不能或难以加工成型的工件，趋向于选择增材制造的方式进行加工。
[0003]在SLM过程中，打印一些大型环形结构件时，产生了很大的内应力，在内应力作用下极易导致工件往内收缩变形，为了防止工件变形，现有技术主要有两种处理方式：
[0004]1、模拟预变形处理：打印之前对其进行预处理，通过模拟软件预算其变形量，根据模拟分析得出的数据对工件三维图纸进行修改，预留变形余量，打印完成后得到与原设计图纸相近的工件。该方法的缺点在于：由于SLM过程是一个极为复杂的热量转化过程，要模拟出打印过程中零件的变形量，需要大量的材料参数以及数据库作为支撑，现有的模拟软件难以达到精确模拟的目标；预留变形量需要对图纸进行修改，由于残余应力引发的工件变形不是一个规则的过程，各处需要预留的变形量不统一，且SLM成形工件一般都是较为复杂的构件，修改图纸对于设计人员来说工作复杂、工作量大。
[0005]2、强支撑固定处理：设计支撑结构，对工件进行支撑加固处理。该方法的缺点在于：由于需要设计的支撑强度很高，因此支撑与零件结合处非常牢固，需根据整体零件设计工装、夹具，且支撑在工件内部，人工或者设备都较难触及，在不损坏工件的前提下，支撑去除是一个较为棘手的问题。

技术实现思路

[0006]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法和装置，可以有效的控制打印过程中由残余应力引发的工件结构变形，且打印完成后极易去除支撑结构，使零件与支撑结构直接分离。
[0007]一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法，包括：
[0008]绘制环状零件；
[0009]以所述环状零件的开口方向为建造方向，在所述环状零件的内环绘制与所述内环相匹配的支撑结构，所述支撑结构的外壁与所述环状零件的内壁之间具有间隙；
[0010]导入选区激光熔化成形设备，并同时逐层完成所述环状零件和所述支撑结构的打印，通过线切割将所述环状零件与基板分离。
[0011]在其中一个实施例中，在完成所述环状零件和所述支撑结构的打印后，对所述环状零件进行热处理，以用于消除残余应力。
[0012]在其中一个实施例中，所述热处理的过程包括：以10
‑
12℃/min的速率加热至800
‑
1000℃保温2
‑
4小时，随炉冷却至100
‑
200℃取出零件；
[0013]或，以10
‑
12℃/min的速率加热至1000
‑
1200℃保温4
‑
8小时，以20℃/min的速率降温至600
‑
800℃保温3
‑
5小时，随炉冷却至100
‑
200℃取出零件。
[0014]在其中一个实施例中，所述环状零件为圆筒状；
[0015]所述支撑结构包括：外环与内环，所述外环与所述内环同心，且所述外环的内圈与所述内环的外圈之间均匀间隔设有加强肋。
[0016]在其中一个实施例中，所述环状零件为圆筒状、棱筒状或锥筒状结构。
[0017]在其中一个实施例中，所述间隙的宽度为0.1mm至0.5mm。
[0018]在其中一个实施例中，所述环状零件和所述支撑结构的材质为钛合金或镍基高温合金。
[0019]一种选区激光熔化成形装置，包括：
[0020]基板、铺粉单元和打印单元；
[0021]所述基板水平设置，所述铺粉单元固定设在所述基板的一侧并沿所述基板的表面多次往返铺粉，所述打印单元采用选区激光熔化成形环状零件的设计方法完成环状零件的设计和打印。
[0022]在其中一个实施例中，还包括：加热单元；
[0023]所述加热单元用于对零件进行热处理，所述热处理的过程包括：以10
‑
12℃/min的速率加热至800
‑
1000℃保温2
‑
4小时，随炉冷却至100
‑
200℃取出零件；或，以10
‑
12℃/min的速率加热至1000
‑
1200℃保温4
‑
8小时，以20℃/min的速率降温至600
‑
800℃保温3
‑
5小时，随炉冷却至100
‑
200℃取出零件。
[0024]在其中一个实施例中，还包括：切割单元；
[0025]所述切割单元用于：以基板为水平面，使用线切割丝从环状零件的任意一侧沿基板平面水平切割，直至环状零件从基板脱落。
[0026]上述选区激光熔化成形环状零件的设计方法和装置，针对大型环状结构零件打印时残余应力引发工件变形的问题，设计了一种非接触式的支撑构思，环状零件与支撑结构之间具有间隙，在打印时间隙中由粉末填充，因此能够有效的控制打印过程中由残余应力引发的工件结构变形，且打印完成后极易去除支撑结构，使零件与支撑结构直接分离，在不损伤零件的前提下得到变形量极小的零件。本方案结构设计简单，但实用性非常强，针对选区激光熔化成形过程中易发生残余应力变形甚至开裂的零件，上述非接触式支撑结构设计还可以固定工件，并增加零件导热效率，减小残余应力，抑制零件变形。
附图说明
[0027]图1为一个实施例中环状零件与支撑结构的示意图；
[0028]图2为一个实施例中支撑结构取出的示意图；
[0029]图3为一个实施例中选区激光熔化成形环状零件的设计方法的示意图；
[0030]图4为一个实施例中选区激光熔化成形环状零件的残余应力的示意图；
[0031]图5为一个实施例中选区激光熔化成形的铺粉方向示意图；
[0032]图6为一个实施例中选区激光熔化成形的建造方向示意图。
[0033]附图编号：
[0034]环状零件1，支撑结构2，间隙3，基板4。
具体实施方式
[0035]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0036]需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选区激光熔化成形环状零件的设计方法，其特征在于，包括：绘制环状零件；以所述环状零件的开口方向为建造方向，在所述环状零件的内环绘制与所述内环相匹配的支撑结构，所述支撑结构的外壁与所述环状零件的内壁之间具有间隙；导入选区激光熔化成形设备，并同时逐层完成所述环状零件和所述支撑结构的打印，通过线切割将所述环状零件与基板分离。2.根据权利要求1所述的选区激光熔化成形环状零件的设计方法，其特征在于，在完成所述环状零件和所述支撑结构的打印后，对所述环状零件进行热处理，以用于消除残余应力。3.根据权利要求2所述的选区激光熔化成形环状零件的设计方法，其特征在于，所述热处理的过程包括：以10
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12℃/min的速率加热至800
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1000℃保温2
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4小时，随炉冷却至100
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200℃取出零件；或，以10
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12℃/min的速率加热至1000
‑
1200℃保温4
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8小时，以20℃/min的速率降温至600
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800℃保温3
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5小时，随炉冷却至100
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200℃取出零件。4.根据权利要求1至3任一项所述的选区激光熔化成形环状零件的设计方法，其特征在于，所述环状零件为圆筒状；所述支撑结构包括：外环与内环，所述外环与所述内环同心，且所述外环的内圈与所述内环的外圈之间均匀间隔设有加强肋。5.根据权利要求1至3任一项所述的选区激光熔化成形环状零件的设计方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杜，颜铁林，曹玄扬，严雷鸣，宰雄飞，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：