[发明专利]选区激光熔化金属增材制造用的支撑跳板及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，具体涉及选区激光熔化金属增材制造用的支撑跳板及其制作方法。

背景技术

选区激光熔化金属增材制造与金属焊接具有相似的制造状态，即在制造过程中会产生大量的热量。当材料热导率小和/或零件形状不利于散热时会形成一定的温度梯度；并且由于高度不同、水平方向不同，从而区域不同时熔化凝固。温度梯度和不同时熔化凝固这两个因素均会造成很大的内应力，如果不通过合理的方法改善，零件会产生扭曲变形，阻碍制造过程的继续。即使能完成制造，零件也会因变形而产生较大的形位偏差，影响使用。为了解决该问题，在生长零件的同时需要生长一些额外的结构，来改善上述状况，我们称之为支撑(support)。

选区激光熔化金属增材制造中，在零件模型前期处理时，需要在综合考虑成形时间、耗粉量以及成形精度的前提下，明确零件的摆放形式，明确零件摆放形式后才能进行支撑的设计和添加。优秀的摆放形式会获得最佳的成形效率(包括成形时间和耗粉量)和成形质量，摆放形式也会对支撑的添加产生很大的影响。当摆放形式确定后就需要考虑支撑添加的问题，图1示出了需要添加支撑的几种零件结构的示意图，其中101表示零件、102表示基板。支撑添加需要考虑的方面很多，但基本都会遵循以下几个规则，即零件出现以下结构的时候需要考虑添加支撑。

1)悬臂梁结构，如图1中103所示的结构，当悬臂长度超过某一长度时(通常为1mm)，需要添加支撑；

2)斜面结构，如图1中104所示的结构，当朝下的面与水平面夹角小于某一角度时(通常为40°)，需要添加支撑；

3)水平孔结构，如图1中105所示的结构，当水平孔的等效孔径大于某一数值时(通常为8mm)，需要添加支撑。

其实，上述三种结构都可以转化为悬臂梁结构来理解。当出现这些结构时，需要添加支撑，来保证零件的可成形性以及成形质量。添加支撑的话，一般会选用网格结构支撑。图2为网格结构支撑的示意图，其中101表示零件，201表示所添加的网格结构支撑。

在上述情况下，采用网格结构支撑进行支撑添加适用于大多数情况，但是在实际生产过程中发现，特定情况下直接进行上述支撑添加存在一定的问题。例如，当悬臂梁距基板高度较大、且悬臂梁自身截面积较大时，支撑会很高且截面很大。这种情况一方面会造成支撑自身的耗粉量大，有时支撑的耗粉量甚至会超过零件本身的耗粉量；另一方面由于支撑属于非稳定结构，当截面太大高度太高时，结构的强度和刚度都降低，散热条件也会变差，容易被铺粉装置刮坏，进而导致打印过程无法继续。

为了解决上述问题，很多人会考虑在网格结构支撑的下方添加一定高度的实体块，让网格结构支撑从实体块上生长从而降低支撑的高度。但是，这种方法虽然能够解决支撑容易被铺粉装置刮坏的问题，但无法解决耗粉量的问题，甚至会因为实体块的存在而增加成形时间。因此，急需新的方法来解决上述问题。

发明内容

针对上述问题，发明人设计了一种网格结构支撑的辅助结构，该辅助结构的外形与跳水比赛用的跳板相似，由直板和斜板构成，在选区激光熔化金属增材制造过程中，该辅助结构用来作为支撑生长的基础，通过降低支撑的高度来辅助支撑生长，减小出问题的几率，并有降低耗粉量的作用，我们将这种辅助结构命名为支撑跳板。

本发明提供一种选区激光熔化金属增材制造用的支撑跳板及其制作方法，目的是改善或解决选区激光熔化金属增材制造中，当存在截面和高度均较大的网格结构支撑时，耗粉严重以及支撑容易被铺粉装置刮坏导致打印过程无法继续的问题。

本发明提供了一种选区激光熔化金属增材制造用的支撑跳板的制作方法，包括以下步骤：a.确定三维零件的摆放形式；b.确定需要添加支撑跳板的区域；c.进行支撑跳板的设计；d.确定支撑跳板的数量；e.修剪轮廓得到可成形的支撑跳板。

其中，优选根据成形时间、耗粉量以及成形精度确定零件的摆放形式。

其中，优选当支撑的平均高度h≥30mm、单个支撑生成面投影面积s≥400mm²、且任何一个方向的尺寸a≮10mm时，添加支撑跳板。

另外，本发明提供一种选区激光熔化金属增材制造用的支撑跳板，包括：竖直向上的直板和从该直板向斜上方倾斜的斜板。

其中，优选支撑跳板的板厚T的范围为2mm～5mm，斜板夹角α的范围为40°～45°，斜板的投影长度为4～6倍的板厚T，斜板的上端面不与零件接触。

其中，优选各支撑跳板横向保持一定的间隙，在纵向上各支撑跳板的斜板略重叠。