[发明专利]用于增材制造的组合支撑结构的设计方法

说明书

本发明涉及一种用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，包括以下步骤：a.创建三维零件的模型；b.确定零件模型的摆放形式与位置；c.创建具有预定的偏置量的第一类型的支撑结构，使得所述第一类型的支撑结构与所述零件之间存在一定的空间；d.创建与所述偏置量等高的第二类型的支撑结构，并设置在所述空间中。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体地涉及一种用于增材制造的组合支撑结构的设计方法。

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；并且由于不同高度、水平方向不同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。因此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)。

目前较为常用的支撑形式有网格结构、树形结构以及实体结构等，可以将增材制造过程中产生的热量传导到基板，从而降低温度梯度；支撑具有一定的强度，可以抵抗零件的应力变形；并且支撑还能起到承载零件重量的作用。图1(a)～图1(c)为上述支撑结构的示意图，其中图1(a)为网格支撑，图1(b)为树形支撑，图1(c)为实体支撑。图中的标号101表示零件，102表示网格支撑，103表示树形支撑，104表示实体支撑。

但是，很多时候会发现一种支撑形式无法满足制造的要求，或者说需要不同的支撑形式组合使用，才能达到最好的效果。例如，当零件应力较大，网格支撑不足以拉住硬件的变形时，需要同时采用网格支撑和实体支撑互相配合的策略，其中网格支撑主要保证表面质量，实体支撑主要保证零件不发生应力变形。

不过还有一些比较尴尬的情况，就是存在一些细而高的网格支撑。因为细而高的网格支撑的强度和刚度都不足，并且一直会和刮刀有或轻或重的摩擦，所以细而高的支撑是制造不出来的。改善这种缺陷通常的做法有两种：

1)扩大支撑的面积，来增加其强度和刚度；

2)将细而高的网格支撑转变为实体支撑。

但是，第一种方法增加耗粉量，并且很难判断修改后是否可行；第二种方法，增加制造时间，同时给后处理带来了很大麻烦，因为实体支撑只能通过机加工方式去除。因此，需要寻找另外的解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，将实体支撑类型进行一定量的偏置，在相同的位置再生成与实体支撑偏置量等高的网格支撑，从而得到下部实体上部网格的组合支撑结构。这种支撑结构一方面可以降低细而高网格支撑的高度，提高其刚度而增加稳定性，另一方面，可以在尽量不增加制造时间的情况下，方便后期的支撑去除。

根据本发明的第一方面，提供一种用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，包括以下步骤：a.创建三维零件的模型；b.确定零件模型的摆放形式与位置；c.创建具有预定的偏置量的第一类型的支撑结构，使得所述第一类型的支撑结构与所述零件之间存在一定的空间；d.创建与所述偏置量等高的第二类型的支撑结构，并设置在所述空间中。

根据本发明的用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，所述第一类型的支撑结构为实体支撑，所述第二类型的支撑结构为网格支撑。

根据本发明的用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，所述第一类型的支撑结构为网格支撑，所述第二类型的支撑结构为实体支撑。