用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法与相关技术

本技术公开了一种支撑结构设计方法，尤其是公开了一种用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，属于选择性激光熔化成型工艺设计技术领域。提供一种能保证加工过程的正常进

行，有效提高加工质量的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法。所述的支撑结构设计方法包括复杂零件成型参数获取，复杂零件成型过程中成型零件摆放角度的确定，易去除强力支撑结构设置，打印模型导入以及零件打印成型几个步骤。

权利要求书

1.一种用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：所述的支撑结构设计方法包括复杂零件极限成型尺寸参数获取，复杂零件成型过程中成型零件摆放角度的确定，易去除强力支撑结构设置，打印模型导入以及零件打印成型几个步骤。

2.根据权利要求1所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：在获取复杂零件成型参数时，获取的参数包括该成型工艺下打印件所涉及到的悬垂角度、孔洞、壁厚、尖角以及圆柱的极限成型尺寸、支撑强度大小和去除难易程度。

3.根据权利要求1所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：在确定复杂零件成型过程中成型零件的摆放角度时，按下述规则执行，

避免打印过程中出现较大悬垂面，对于重要加工面应置于顶部，对于薄壁及圆孔应在竖直方向成型。

4.根据权利要求1所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：在设置易去除强力支撑结构时，以确定摆放角度的复杂零件为基准，满足以下条件，

在不同厚度、不同截面、不同加工需求位置设置相应强度支撑，确保加工精度，同时应可以顺利去除。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：打印模型导入以及零件打印成型包括试打印检测和零件的批量打印两个工步，批量打印

在试打印零件经检测满足要求后再进行，

其中，试打印按下述步骤进行，将零件及支撑的stl.模型导入打印机进行加工，然后在热处理炉中去应力退火，再完成线切割、去支撑完成所述的试打印工作。

6.根据权利要求5所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：试打印完成后的零件的检测是按下述步骤进行，

利用三维扫描仪、三坐标测量机等工具提取实际打印件的三维模型，将其与原模型对比，得出尺寸偏差对比云图，根据此结果衡量尺寸是否满足需求，若未合格，应在变形较大位置增强支撑强度，再次进行打印。

7.根据权利要求5所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：保护环境下的批量打印是按下述步骤进行的，

在选区激光熔化(SLM)成形过程中，活性粉末采用氩气环境保护，非活性粉末采用氮气环境保护；热处理时，易氧化材料应在真空环境或惰性气体保护环境下退火；线切割后应在酒精或丙酮介质条件下，用超声波振动仪清洗零件表面；然后用钳子夹掉零件表面支撑。

8.根据权利要求1或2所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：复杂零件成型参数的获取是通过预实验获得的，在进行预实验时用于极限成型尺寸验证的结构特征应能覆盖最大和最小极限成型尺寸，其悬垂角度为30～45°、孔洞为壁厚为0.1～1mm、圆柱为特征类型也仅包含当次打印件所具有的特征类型。

9.根据权利要求4所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：设置的易去除强力支撑结构至少应包括支撑面整体分布的块支撑，所述块支撑的顶部为锯齿状，中间为薄片镂空结构，支撑X/Y间距为0.5～1.5mm、齿顶宽为0.1～0.5mm；该易去除强力支撑结构还应与粉末材料、刮刀类型相关，当打印模具钢时可选用钢刮刀，支撑类型为栅格状；当打印钛合金时可选用毛刷刮刀，支撑类型为点状，更易去除。

10.根据权利要求3所述的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，其特征在于：在确定

复杂零件成型过程中成型零件的摆放角度时，单道扫面线通常不超过80mm，摆放的具体角度依据表面质量、加工时间、细节以及支撑结构确定。

技术说明书

用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法

技术领域

本技术涉及一种支撑结构设计方法，尤其是涉及一种用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，属于选择性激光熔化成型工艺设计技术领域。

背景技术

3D打印技术是一种从三维数模概念设计到三维实体柔性制造一体化的高新技术，它以离散/堆积增材制造的成形思想为基础，综合利用高能束热源、计算机、数模、数控、冶金和新材料等多学科交叉融合的一项高新的先进制造技术。随着增材制造技术发展的不断推动，该技术在各个领域的应用也不断扩大。

自德国Fraunhofer激光研究所于1995年提出选区激光熔化(SLM)技术以来，该技术已发展成为增材制造技术的重要分支。利用激光选择性扫描特定区域金属粉末使其快速熔化，之后在成型表面铺薄层金属粉，重复上述操作，层层堆积形成最终成型件。选区激光熔化技术成型金属零件无需工装模具与刀具，与传统的金属成形方法(高速切削、粉末压制、铸造、压力加工)相比具有精度高、加工周期短、成型件性能稳定、可加工复杂结构件等独特优势，尤其是具有个性化需求或复杂内腔结构的零件，在航空、航天、医疗、汽车、设计开发等方向均有良好的应用前景。

目前，随着3D打印的快速发展，人们设计思路逐步提高，结构技术已经从“为了制造而设计”而转变为“为了功能而设计”，兼具承载与功能特性的多功能结构显得越来越重要。正是这种设计自由度的极大提高使充分实现结构设计层面上轻量化成为可能，但这类轻量化零件通常含有悬垂平面、内流道、孔洞、细小特征部位等复杂多变的结构，特别是悬垂结构没有铸型和模具支撑约束，成型过程中容易挂渣、塌陷，发生严重变形甚至打印失败。这时就需要进行良好的支撑设计以约束零件变形，但是，支撑强度又不能太高，避免无法去除或去除难度过大。除此之外，SLM工艺加工成本较高，如果没有一套科学有效的加工体系，势必造成不必要的人力、物力浪费。因此，需要合理的支撑结构以提供加工过程进行及加工质量的保证，提高一次合格率或减少加工次数。

技术内容

本技术所要解决的技术问题是：提供一种能保证加工过程的正常进行，有效提高加工质量的用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法。

为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于复杂零件SLM成型的支撑结构设计方法，所述的支撑结构设计方法包括复杂零件成型参数获取，复杂零件成型过程中成型零件摆放角度的确定，易去除强力支撑结构设置，打印模型导入以及零件打印成型几个步骤。

进一步的是，在获取复杂零件成型参数时，获取的参数包括该成型工艺下打印件所涉及到的悬垂角度、孔洞、壁厚、尖角以及圆柱的极限成型尺寸、支撑强度大小和去除难易程度。

上述方案的优选方式是，在确定复杂零件成型过程中成型零件的摆放角度时，按下述规则执行，

避免打印过程中出现较大悬垂面，对于重要加工面应置于顶部，对于薄壁及圆孔应在竖直方向成型。

进一步的是，在设置易去除强力支撑结构时，以确定摆放角度的复杂零件为基准，满足以下条件，