CN115921891B - 一种大悬垂平面带栅格超结构slm成形工艺方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法，通过分步打印，先在基板上成形下蒙皮和微结构单元，然后在另一块基板上成形四周高筋的内部支撑结构，对支撑结构线切割后机加保证其尺寸精度和平面度，将支撑结构置于下蒙皮和微结构单元所在的基板上，采用结构胶将四周高筋与基板粘接，将支撑结构薄壁平面部分作为上蒙皮(大悬垂平面)的基板进行上蒙皮的打印，采用混合制造实现大悬垂平面带栅格超结构精密成形。本发明解决了大悬垂平面带栅格超结构SLM成形，上蒙皮无法直接打印成形，传统支撑结构难以去除的问题，实现了大悬垂平面带栅格超结构SLM精密成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法及系统，属于3D打印技术领域。
背景技术
激光选区熔化成形技术通过控制高能量激光束选择性熔化粉末材料并逐层堆积成形，理论上能够直接成形高致密度高强度的零件，不受零件几何形状复杂程度影响。然而在实际加工过程中，粉末材料在激光作用下会形成液态熔池，因此在加工悬垂层时，熔池陷于粉层而导致悬垂下表面出现塌陷和粘粉现象。大悬垂平面结构一般通过以下方法，但都存在若干问题：
一、改变摆放方向，使大平面垂直于基板或者与基板成角度摆放：改变摆放方向对于厚度远小于长度与宽度的大平面结构，将会显著增加打印机时，刮刀铺粉过程中也容易与大平面薄壁相互剐蹭引起翘曲变形，或出现层间痕迹，影响零件成形质量与精度。
二、增加内部支撑结构：复杂构件的支撑添加，会增加支撑结构的粉末材料和打印时长，并给后处理去除增加难度和风险，降低打印效率和成功率。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法及系统，解决了大悬垂平面带栅格超结构SLM问题。
本发明的技术解决方案是：
一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法，所述大悬垂平面带栅格超结构包括：上蒙皮、微结构单元和下蒙皮；
该大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法包括：
大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮和微结构单元直接在I号基板上打印成形；
支撑结构在II号基板上打印成形，支撑结构的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；
将II号基板上打印的支撑结构用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
将倒扣的支撑结构与I号基板上的下蒙皮和微结构单元进行装配；
采用耐高温结构胶将支撑结构的四周高筋部位和I号基板粘接在一起；
将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮的打印；
用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求。
进一步的，该大悬垂平面带栅格超结构中，上蒙皮和下蒙皮之间为多个微结构单元，微结构单元的上下两端分别与上蒙皮和下蒙皮固定连接为一体。
进一步的，下蒙皮和微结构单元在I号基板上一体化打印成型。
进一步的，上蒙皮与下蒙皮平面度要求＜0.1mm/100mm。
进一步的，微结构单元为薄壁片状结构，壁厚0.4～1mm。
进一步的，支撑结构为薄板状结构，四周带有凸起的高筋。
进一步的，耐高温结构胶固化工艺具体为：用压板固定，在80℃加热固化4小时。
进一步的，本发明还提出一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺系统，包括：
I号基板打印模块：大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮和微结构单元直接在I号基板上打印成形；
II号基板打印模块：支撑结构在II号基板上打印成形，支撑结构的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；将II号基板上打印的支撑结构用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
装配模块：将倒扣的支撑结构与I号基板上的下蒙皮和微结构单元进行装配；
粘接模块：采用耐高温结构胶将支撑结构的四周高筋部位和I号基板粘接在一起；
上蒙皮打印模块：将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮的打印；
零件加工模块：用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明为大悬垂平面结构提供一种简单有效支撑方式，可以实现微结构单元的最佳成形方向，避免通过调整摆放方向增加打印机时和复杂支撑结构，降低了去除支撑结构的工艺风险。
(2)本发明机械加工后的支撑结构薄壁平面部分作为上蒙皮(大悬垂平面)的基板并作为零件的一部分保留下来，表面质量和尺寸精度均能够满足零件要求。
(3)本发明胶结部位设置在打印成形区域之外，能够耐受激光选区成形过程中的高温，并不会产生结构胶气化造成的成形舱污染，体现了混合制造方法的优势。
附图说明
图1是大悬垂平面结构示意图；
图2是下蒙皮和微结构单元示意图；
图3是支撑结构示意图；
图4是支撑结构与零件的胶结装配示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明提出一种大悬垂平面带栅格超结构SLM(激光选区熔化成形)成形工艺方法，通过分步打印，先在基板上成形下蒙皮和微结构单元，然后在另一块基板上成形四周高筋的内部支撑结构，对支撑结构线切割后机加保证其尺寸精度和平面度，将支撑结构置于下蒙皮和微结构单元所在的基板上，采用结构胶将四周高筋与基板粘接，将支撑结构薄壁平面部分作为上蒙皮(大悬垂平面)的基板进行上蒙皮的打印，采用混合制造实现大悬垂平面带栅格超结构精密成形。
本发明解决了大悬垂平面带栅格超结构SLM成形，上蒙皮无法直接打印成形，传统支撑结构难以去除的问题，实现了大悬垂平面带栅格超结构SLM精密成形。
本发明需要SLM加工的大悬垂平面带栅格超结构，如图1所示，包括上蒙皮1、微结构单元2和下蒙皮3；
该大悬垂平面带栅格超结构中，上蒙皮1和下蒙皮3之间为多个微结构单元2，微结构单元2的上下两端分别与上蒙皮1和下蒙皮3固定连接为一体。
上蒙皮1与下蒙皮3平面度要求＜0.1mm/100mm。
微结构单元2为薄壁片状结构，壁厚0.4～1mm。
如图3所示，支撑结构4为薄板状结构，四周带有凸起的高筋。
本发明大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法包括如下步骤：
S1：大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮3和微结构单元2直接在I号基板上打印成形；下蒙皮3和微结构单元2在I号基板上一体化打印成型，如图2所示。
S2：支撑结构4在II号基板上打印成形，支撑结构4的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；
S3：将II号基板上打印的支撑结构4用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
S4：将倒扣的支撑结构4与I号基板上的下蒙皮3和微结构单元2进行装配；
S5：采用耐高温结构胶将支撑结构4的四周高筋部位和I号基板粘接在一起，如图4所示；
耐高温结构胶固化工艺具体为：用压板固定，在80℃加热固化4小时。
S6：将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构4的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮1的打印；
S7：用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求。
进一步的，本发明还提出一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺系统，包括：
I号基板打印模块：大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮和微结构单元直接在I号基板上打印成形；
II号基板打印模块：支撑结构在II号基板上打印成形，支撑结构的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；将II号基板上打印的支撑结构用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
装配模块：将倒扣的支撑结构与I号基板上的下蒙皮和微结构单元进行装配；
粘接模块：采用耐高温结构胶将支撑结构的四周高筋部位和I号基板粘接在一起；
上蒙皮打印模块：将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮的打印；
零件加工模块：用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求。
本发明工艺方法为大悬垂平面结构提供一种简单有效支撑方式，可以实现微结构单元的最佳成形方向，避免通过调整摆放方向增加打印机时和复杂支撑结构，降低了去除支撑结构的工艺风险。
本发明将机械加工后的支撑结构薄壁平面部分作为上蒙皮(大悬垂平面)的基板并作为零件的一部分保留下来，表面质量和尺寸精度均能够满足零件要求。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (5)
1.一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法，其特征在于：所述大悬垂平面带栅格超结构包括：上蒙皮(1)、微结构单元(2)和下蒙皮(3)；
该大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法包括：
大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮(3)和微结构单元(2)直接在I号基板上打印成形；
支撑结构(4)在II号基板上打印成形，支撑结构(4)的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；
将II号基板上打印的支撑结构(4)用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
将倒扣的支撑结构(4)与I号基板上的下蒙皮(3)和微结构单元(2)进行装配；
采用耐高温结构胶将支撑结构(4)的四周高筋部位和I号基板粘接在一起；
将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构(4)的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮(1)的打印；
用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求；
该大悬垂平面带栅格超结构中，上蒙皮(1)和下蒙皮(3)之间为多个微结构单元(2)，微结构单元(2)的上下两端分别与上蒙皮(1)和下蒙皮(3)固定连接为一体；
下蒙皮(3)和微结构单元(2)在I号基板上一体化打印成型；
微结构单元(2)为薄壁片状结构，壁厚0.4～1mm；
支撑结构(4)为薄板状结构，四周带有凸起的高筋。
2.根据权利要求1所述的一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法，其特征在于：上蒙皮(1)与下蒙皮(3)平面度要求＜0.1mm/100mm。
3.根据权利要求1所述的一种大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法，其特征在于：耐高温结构胶固化工艺具体为：用压板固定，在80℃加热固化4小时。
4.一种根据权利要求1所述大悬垂平面带栅格超结构SLM成形工艺方法实现的SLM成形工艺系统，其特征在于包括：
I号基板打印模块：大悬垂平面带栅格超结构的下蒙皮和微结构单元直接在I号基板上打印成形；
II号基板打印模块：支撑结构在II号基板上打印成形，支撑结构的四周高筋部位的高度的余量等于I号基板的高度余量；将II号基板上打印的支撑结构用线切割取下，通过机械加工以控制平面度和尺寸精度；
装配模块：将倒扣的支撑结构与I号基板上的下蒙皮和微结构单元进行装配；
粘接模块：采用耐高温结构胶将支撑结构的四周高筋部位和I号基板粘接在一起；
上蒙皮打印模块：将胶结后的装配体重新置于成形舱，将支撑结构的薄壁平面部分作为上蒙皮的基板，进行上蒙皮的打印；
零件加工模块：用线切割首先将零件与支撑结构组合体从基板上切下来，然后再切除支撑结构四边高筋部位，实现零件与支撑结构分离，对零件高度方向余量进行机械加工，满足最终零件平面精度要求；
所述大悬垂平面带栅格超结构包括：上蒙皮(1)、微结构单元(2)和下蒙皮(3)；上蒙皮(1)和下蒙皮(3)之间为多个微结构单元(2)，微结构单元(2)的上下两端分别与上蒙皮(1)和下蒙皮(3)固定连接为一体；
下蒙皮(3)和微结构单元(2)在I号基板上一体化打印成型；
微结构单元(2)为薄壁片状结构，壁厚0.4～1mm；
支撑结构(4)为薄板状结构，四周带有凸起的高筋。
5.根据权利要求4所述的SLM成形工艺系统，其特征在于：上蒙皮(1)与下蒙皮(3)平面度要求＜0.1mm/100mm。
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