[发明专利]一种舰船艉轴架电弧熔丝3D打印制造方法及其产品

说明书

本发明属于舰船艉轴架制备工艺相关技术领域，并公开了一种舰船艉轴架电弧熔丝3D打印制造方法，包括：(i)对艉轴架建立对应的三维模型，并将其划分为对应为艉轴毂、横臂和支撑臂的3个分区；(ii)针对不同分区，基于不同的原理来规划设计打印路径，并获得每一层均为圆环形状的艉轴毂打印路径以及每一层均为矩形形状的横臂打印路径和支撑臂打印路径；(iii)依照所获得的不同制造路径，采用电弧熔丝3D打印制造工艺进行相应的成型加工。本发明还公开了相应的舰船艉轴架产品。通过本发明，解决了传统艉轴架制造过程模具造型困难、成形件性能差的问题，为艉轴架的制造提供了新的方法和思路。

技术领域

本发明属于舰船艉轴架制备工艺相关技术领域，更具体地，涉及一种舰船艉轴架电弧熔丝3D打印制造方法及其产品。

背景技术

艉轴架是大型舰船的重要结构件，主要用来支撑高速旋转的螺旋推进器，保证舰船能正常稳定地工作。艉轴架在舰船行进过程中受到螺旋桨重力、螺旋桨旋转力等多种不平衡力的相互作用，因此要求艉轴架必须具有足够的强度和刚度。

然而，艉轴架具备形状复杂，尺寸较大，整体浇注困难等特点。在传统制造时，通常采取先将艉轴架的三个部分分别铸造出来，再进行拼焊的方式。研究表明，这类现有技术往往具备以下的缺陷或问题：首先，由于艉轴架壁厚较大，铸造时容易出现缩孔、缩松等缺陷；其次，在拼焊时，焊接热影响区粗晶区的晶粒容易长大，并直接影响构件的整体性能；最后，整个成型工艺还存在造型困难、成本高等问题。相应地，本领域亟需做出进一步的研究和改进，以便满足现代化舰船艉轴架的更高质量及效率要求。

发明内容

针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本发明提供了一种舰船艉轴架电弧熔丝3D打印制造方法，其中通过紧密结合艉轴架自身的复杂构造特点及特定成型需求，不仅对其引入了电弧熔丝制造成形的工艺，而且还进一步针对其不同的组成部件采用重新分区及不同的切片分层路径规划设计，相应不仅可显著提高舰船艉轴架各组件的尺寸成形精度，同时有效避免了构件内部缺陷的产生，打印件成形控制良好，并且可起到防止熔池坍塌、电弧不稳等技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种舰船艉轴架电弧熔丝3D打印制造方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(i)艉轴架三维模型的建立及分区

针对作为待加工对象的舰船艉轴架，建立对应的三维模型，并对此三维模型执行针对性的分区处置，其中将整个艉轴毂部分单独划分为第一区域，将连接在该艉轴架上的横臂单独划分为第二区域，同时将连接在该艉轴架上的支撑臂单独划分为第三区域；

(ii)不同分区的特定路径规划设计

对于艉轴毂分区而言，由于其呈现竖直薄壁圆柱体结构，将其采用与该竖直薄壁圆柱体的轴线始终保持垂直且高度逐渐提升的平面切片获得对应的内外轮廓，然后将外轮廓逐渐偏置直至内轮廓，由此得到每一层均为圆环形状的打印路径；

对于横臂分区而言，由于其呈现高度方向上截面形状不断变化的特征，将其进一步分割为多个各自处于同一平面内的多个子区域，并对各个子区域进行切片获得对应的轮廓，然后从各轮廓的边缘逐渐偏置直到轮廓内部被填充完整，由此得到每一层均为矩形形状的打印路径；

对于支撑臂分区而言，由于其呈现整体不处于同一平面内的特征，将其进一步分割为多个各自处于同一平面内的多个子区域，并对各个子区域进行切片获得对应的轮廓，然后从各轮廓的边缘逐渐偏置直到轮廓内部被填充完整，由此同样得到每一层均为矩形形状的打印路径；

(iii)基于电弧熔丝3D打印的最终制造成型

依照步骤(ii)所完成的艉轴毂、横臂及支撑臂的打印路径，采用电弧熔丝增材3D打印工艺进行相应的组合加工，进而获得所需的舰船艉轴架产品。