一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法与流程

1.本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法。


背景技术：

2.增材制造技术的加工原理是基于离散堆积成型的思想，由cad模型直接驱动，把零件的三维数字模型进行离散化，然后按照数字积分的思路进行逐层加工，以快速完成任意复杂形状三维实体零件的制作加工方式。熔融沉积成型(fused deposition modeling,简称fdm)，是一种将各种热熔性的丝状材料加热熔化成形的方法，是增材制造技术的一种。在增材制造过程中，热熔性材料挤喷出喷嘴后，随即与前一个层面熔结在一起。一个层面沉积完成后，工作台按预定的增量下降一个层的厚度，再继续熔喷沉积，直至完成整个实体零件。
3.在实践中，某些零件需要以倾斜的状态打印出来，这样才能够满足性能要求。但是采用现有技术操作时，需要在待打印的零件的背部设计支撑部件，由于需要成型以后剥离，并且考虑成本因素，支撑部件与零件分别采用了a和b两种不同的材质。待打印成型以后，支撑部件和零件的材料不同会导致的二者的内生应力增加，从而使得零件与支撑部件的结合面的变形，当支撑部件被剥离后，零件的支撑面出现了凹凸不平和变形量过大的缺陷，而该缺陷会使得零件的成形精度较低，并且使得零件为弥补该缺陷的后期加工较为复杂，提升了零件的制造成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提出一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法，该增材制造方法能够在保证零件得到稳定支撑的情况下降低零件和支撑部件之间的应力，保证了支撑部件剥离后零件的支撑面较为平整，从而保证了零件的成形精度。
5.为实现上述技术效果，本实施例提供了一种改善零件支撑面缺陷的增材制造方法，包括：
6.s1：建立待成型的零件的模型；
7.s2：根据所述零件的形状确定支撑部件的模型形状；
8.s3：将所述支撑部件划分为第一支撑件和第二支撑件，所述第一支撑件与所述零件的所述支撑面直接接触，所述第二支撑件连接在所述第一支撑件的背离所述零件的侧壁上；
9.s4：根据所述零件的模型与所述支撑部件的模型形状生成增材制造路径，并且打印成型所述零件及所述支撑部件；
10.s5：将所述支撑部件从所述零件上剥离；其中：
11.打印所述第二支撑件的材料与打印所述零件的材料为第一材料，打印所述第一支撑件的材料为第二材料，所述第一材料和所述第二材料的热膨胀系数不相等。
12.在一些实施例中，所述第一支撑件包括止抵部和平面部，所述止抵部为间隔设置的多个，所述止抵部的一端止抵在所述零件上，另一端与所述平面部相连，所述平面部背离所述止抵部的一端与所述第二支撑件相连。
13.在一些可选的实施例中，每个所述止抵部的厚度等于打印所述零件过程中的打印片层的厚度。
14.在一些可选的实施例中，所述平面部朝向所述零件的侧面为第一平面，所述第一平面与所述零件的所述支撑面平行设置。
15.在一些可选的实施例中，所述第一平面与所述零件的所述支撑面之间的距离为0.5mm-1.5mm。
16.在一些可选的实施例中，所述平面部背离所述零件的侧面为第二平面，所述第二平面与所述零件的所述支撑面平行设置。
17.在一些可选的实施例中，所述第二平面与所述零件的所述支撑面之间的距离为3mm-5mm。
18.在一些可选的实施例中，在步骤s5之后还包括：s6：对所述零件的所述支撑面进行表面处理。
19.在一些可选的实施例中，所述表面处理包括清洁、去毛刺及打磨步骤。
20.在一些可选的实施例中，在步骤s6之后还包括：s7：对所述零件的所述支撑面进行平整度测试。
21.本实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法，打印过程中与零件一体成型的支撑部件分为与零件材料不同的第一支撑件和与零件材料相同的第二支撑件，在保证零件得到稳定支撑的情况下降低零件和支撑部件之间的应力，从而减小零件的支撑面的变形量，并且降低零件的支撑面出现较大表面瑕疵的可能，从而使得支撑部件剥离后零件的支撑面较为平整，提升了零件的成形精度。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
23.图1是本发明实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法的步骤示意图。
24.图2是本发明实施例的增材制造方法制造的零部件的结构示意图。
25.附图标记：
26.1、零件；11、支撑面；
27.2、支撑部件；21、第一支撑件；211、止抵部；212、平面部；22、第二支撑件。
具体实施方式
28.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.下面参考图1描述本发明实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法的具体步骤。
33.本实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法的步骤如下：
34.s1：建立待成型的零件1的模型；
35.s2：根据零件1的形状确定支撑部件2的模型形状；
36.s3：将支撑部件2划分为第一支撑件21和第二支撑件22，第一支撑件21与零件1直接接触，第二支撑件22连接在第一支撑件21的背离零件1的侧壁上；
37.s4：根据零件1的模型与支撑部件2的模型形状生成增材制造路径，并且打印成型零件1及支撑部件2；
38.s5：将支撑部件2从零件1上剥离；其中：
39.打印第二支撑件22的材料与打印零件1的材料为第一材料，打印第一支撑件21的材料为第二材料，第一材料和第二材料的热膨胀系数不相等。
40.首先需要说明的是，在打印特定几何形状或使用特定摆放角度打印时，与支撑部件2接触的零件1的支撑面11容易出现变形以及表面瑕疵等问题。这种变形和瑕疵的存在经过多次实验和分析，认为造成这种缺陷的原因为两种材料(零件1和支撑部件2)拥有不同的热膨胀系数，然后致使零件1和支撑部件2之间的体积误差随着整体打印量的增大而累积。
41.可以理解的是，本实施例的增材制造方法，打印过程中与零件1一体成型的支撑部件2分为与零件1材料不同的第一支撑件21和与零件1材料相同的第二支撑件22，第一支撑件21与零件1的支撑面11直接接触，这样确保了在打印完成后支撑部件2能够较为容易的从零件1上剥离下来。第二支撑件22能够减少因支支撑部件2和零件1材质不同产生的变形。具体来说，当支撑部件2的整体材料与零件1材料不相同时，零件1和支撑部件2之间的体积误差随着整体打印量的增大而累加。而本实施例中，支撑部件2的一部分与零件1材料不同，而另一部分与零件1材料不同，这样就会降低由于两种材料的热膨胀系数不相同导致零件1和支撑部件2的体积误差，降低零件1和支撑部件2之间的内应力，从而减小零件1的支撑面11的变形量，并且降低零件1的支撑面11出现较大表面瑕疵的可能。
42.本实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法，打印过程中与零件1一体成型的支撑部件2分为与零件1材料不同的第一支撑件21和与零件1材料相同的第二支撑件22，在保证零件1得到稳定支撑的情况下降低零件1和支撑部件2之间的应力，从而减小零件1的支撑面11的变形量，并且降低零件1的支撑面11出现较大表面瑕疵的可能，从而使得支撑部
件2剥离后零件1的支撑面11较为平整，提升了零件1的成形精度。
43.在一些实施例中，第一支撑件21包括止抵部211和平面部212，止抵部211为间隔设置的多个，止抵部211的一端止抵在零件1上，另一端与平面部212相连，平面部212背离止抵部211的一端与第二支撑件22相连。可以理解的是，第一支撑件21与零件1的支撑面11之间的接触面积越大，越不利于后续工艺中支撑部件2的剥离，并且会提升零件1的支撑面11的变形及出现瑕疵的可能。在本实施例中，第一支撑件21通过多个间隔设置的止抵部211与零件1相连，能够在保证第一支撑件21能够稳定支撑零件1的前提下，减小第一支撑件21与零件1的接触面积，从而既方便了打印完成后将支撑部件2从零件1上剥离，又提升了零件1的支撑面11的表面质量，确保了整个零件1的成形精度。
44.在一些可选的实施例中，每个止抵部211的厚度等于打印零件1过程中的打印片层厚度。由此，可以方便地形成支撑零件1的止抵部211，从而提升了打印效率。
45.在一些可选的实施例中，平面部212朝向零件1的侧面为第一平面，第一平面与零件1的支撑面11平行设置。可以理解的是，第一平面与零件1的支撑面11平行设置能够较好地保证多个止抵部211对零件1的稳定支撑，从而保证了零件1的成型。
46.在一些可选的实施例中，第一平面与零件1的支撑面11之间的距离为0.5mm-1.5mm。可以理解的是，第一平面与零件1的支撑面11等于止抵部211的长度，止抵部211的长度过大或者过小都会降低整个支撑部件2对零件1的支撑作用。而在本实施例中，将止抵部211的长度控制在0.5mm-1.5mm之间能够较好保证支撑部件2对零件1的支撑作用。
47.这里需要补充说明的是，在本发明的其他实施例中，如果零件1的支撑面11是弧面，那么平面部212朝向零件1的侧面就为与支撑面11形状相似的弧面。也就是说，在本发明的其他实施例中，平面部212朝向零件1的侧面形成为与零件1的支撑面11形状相似的平面或者弧面。
48.在一些可选的实施例中，平面部212背离零件1的侧面为第二平面，第二平面与零件1的支撑面11平行设置。可以理解的是，平面部212的背离零件1的侧面为第二平面，一方面保证了平面部212和第二支撑件22之间是面接触，保证了第一支撑件21的稳定性，从而确保了第一支撑件21对零件1的稳定支撑，另一方面，平面部212背离零件1的侧面形成为平面方便整个支撑部件2的打印路径规划，从而方便零件1和支撑部件2的一体成型打印。
49.在一些可选的实施例中，第二平面与零件1的支撑面11之间的距离为3mm-5mm。可以理解的是，第二平面与零件1的支撑面11之间的距离约等于第一支撑件21的厚度，第一支撑件21的厚度过小会降低支撑部件2对零件1的支撑，但第一支撑件21的厚度过大又会提升第一支撑件21对零件1产生的不良影响，在本实施例中第二平面与零件1的支撑面11之间的距离为3mm-5mm，既能确保支撑部件2对零件1的支撑作用，保证零件1能够稳定成型，又能控制第一支撑件21对零件1的不良影响，降低零件1和支撑部件2之间的内应力，从而减小零件1的支撑面11的变形量。
50.当然，在本发明的实施例中，第一支撑件21的厚度可以根据零件1形状、材料及打印精度等多种参数综合选择，并不限于本实施例的取值范围。
51.在一些可选的实施例中，在步骤s5之后还包括：s6：对零件1的支撑面11进行表面处理。由此，可以较好地保证零件1制造完成后支撑面11较为平整，且瑕疵较少。
52.在一些可选的实施例中，表面处理包括清洁、去毛刺及打磨步骤。当然，表面处理
的具体步骤可以根据实际需要进行调整，并不限于本实施例的清洁、去毛刺及打磨等步骤。
53.在一些可选的实施例中，在步骤s6之后还包括：s7：对零件1的支撑面11进行平整度测试。由此，测试合格的零件1即为良品，可以进行使用，而测试不合格的则为废品，不可以使用。
54.这里需要补充说明的是，在本发明的其他实施例中，零件1的支撑面11的测试可以根据实际选择，并不限于本实施例的平整度测试。
55.实施例：
56.如图2所示，本实施例的待成型的零件1为力学性能测试片，该力学性能测试片为呈哑铃形的片状结构，该力学性能测试片在45度倾斜的状态下打印成型，打印时力学性能测试片的底部同时形成支撑部件2。
57.具体制造过程如下：
58.第一步，建立待成型的零件1的模型，零件1设定以45度角的倾斜状态打印成型，并且设定零件1制作所采用的材质为第一材料；
59.第二步，初步设计支撑部件2，在零件1的底部设计支撑部件2，该支撑部件2设计为三角形，零件1的支撑面11与支撑部件2相接触，零件1作为模型结构，辅助支撑一体打印成型的支撑部件2作为打印零件1过程中的支撑结构；
60.第三步，深化设计的支撑部件2，该支撑部件2分为两部分，其中与零件1接触的部位为第一支撑件21，第一支撑件21包括与零件1的支撑面11形成为多点接触的止抵部211，设定第一支撑件21的材质为第二材料，第一支撑件21的背离零件1的一端设计为第二支撑件22，该第二支撑件22的材质为第一材料，且为直角三角形设计，零件1、第一支撑件21和第二支撑件22在材质上形成第一材料-第二材料-第一材料的夹心状态，第一支撑件21的厚度为零件1厚度的一半；
61.第四步，设定第一支撑件21还包括与零件1的支撑面11的距离为1mm的第一侧面，保证第一支撑件21和第二支撑件22之间的连接关系是紧密粘接；
62.第五步，根据零件1的模型与支撑部件2的模型形状生成增材制造路径，并且采用增材制造设备加工成型；
63.第六步，成型后可采用手工或者机械处理分离零件1与支撑部件2，去除支撑部件2后初步清理并磨光零件1；
64.第七步，加工完成的零件1，进行表面测试和力学性能测试，测试合格作为成型可用的零件1。
65.本实施例的改善零件支撑面缺陷的增材制造方法流程具有一下优点：
66.第一，本实施例通过支撑部件2材料的结构重构，并根据缺陷产生的原因进行材料选择，减小因两种材料的热膨胀系数不一致产生内生应力，减少支撑部件2与零件1材料间的应力变形，从而降低零件1的翘曲变形，提升了零件1的表面质量及成形精度；
67.第二，本实施例通过打印过程中的参数控制，尽量避免支撑部件2对于零件1的表面产生影响，从而改进光洁度和接触点，从而使得打印出来的零件1表面光洁，减少后续机加工带来的影响。
68.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或
示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
69.以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。