[发明专利]同步打印砂型支撑辅助增材制造金属零件的方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，提出一种同步打印砂型支撑辅助增材制造金属零件的方法，其步骤为：在基板上，以基板的垂直方向为打印方向，逐层同步打印等高的金属零件和金属支撑，并逐层成型与金属零件等高的砂型，直至打印出完整的金属零件与金属支撑，并成型出完整砂型件，成型后的砂型件和间隔设置在砂型件之间的金属支撑构成支撑结构，所述支撑结构与所述的金属零件内壁贴合。本发明防止了送粉/送丝打印阶段因无结构支撑导致熔池倒塌，从而导致打印失败的缺陷，同时，本发明避免了多余的机械加工，减少复杂结构金属零件的成型成本，满足了市场需求。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体而言提出增材制造中送材打印复杂金属零件的方法。

背景技术

3D打印现已用于铸造领域中，常用的技术有：熔融沉积快速成型技术 (FDM)、光固化成型技术(SLA)、选择性激光烧结技术(SLS)、无模铸型制造技术(PCM)、基于3D打印的直接壳型铸造技术(DSPC)、3D喷墨打印技术(3DP)。并且，3D打印技术在金属铸造领域中的应用目前主要集中在熔模铸造、砂型铸造、修补缺陷等方面。

砂型铸造对设计精度和表面质量要求较高，3D打印结合砂型铸造，所得到的产品精度远高于传统铸模方式。在此，3D打印相对于机械加工相比，成型复杂，成型周期减少，节约铸模成本。砂型铸造的增材制造现一般使用SLS，3DP 技术。对此国内外有相关专家学者对增材制造与砂型打印的结合进行了一系列的研究。

Snelling等人(Snelling D,Li Q,Meisel N,et al.Lightweight metalcellular structures fabricated via 3D printing of sand cast molds[J],Adv.Eng.Mater., 2015(17):923-932.)研究了3D打印结合砂模铸造制造轻质蜂窝结构金属材料，成型出具有高比强度，冲击吸收能力，隔热隔音性能的材料；

张磊等人(张磊，武永亮，刘涛，等.3D打印砂芯(型)在铁路铸钢件中的应用研究[J].特种铸造及有色合金，2017，37(10):1071-1074.)采用3D喷墨打印技术和选择性激光烧结技术打印出铁路铸钢件砂样，并使用砂模铸造，得出3DP 工艺铸件表面较SLS工艺铸件表面粗糙，但打印速度快且成本较低；

赵开发等人(赵开发，基于SLS覆膜锆砂砂型的钛合金快速铸造工艺研究 [J].钛工业进展，2016，33(3)：43-44)利用SLS技术直接成形砂型砂芯，此方法制造出的砂型和型芯制造周期短、成型灵活性强、成型稳定性强，并可以提升大型铸件的形状复杂性。

耿佩等人(耿佩.浅析3D打印技术在铸造成形中的应用[J].中国铸造装备与技术，2016(1)：8-9.)利用3D打印技术制作拨叉原型，进行砂型铸造造型并进行浇铸，脱模后得到拨叉零件实体。相比传统的砂型铸造的方法，铸件表面质量良好，成本也得到降低。

但同时，激光熔化沉积技术(送粉打印)因激光器光斑直径较大，存在打印精度不够，成型热应力较大，导致成型复杂件能力较差的问题。且电弧增材制造技术(送丝打印)在电弧大热量的作用下熔池同样因没有支撑作用而发生塌陷。

以上研究均只针对了先3D打印砂型成形再进行砂模铸造等方面，但是没有真正在增材制造方面提高激光熔化沉积(送粉打印)和电弧增材制造技术(送丝打印)的复杂零件的成型能力，因此这个问题亟待解决。

发明内容

本发明目的在于提供一种同步打印砂型支撑辅助增材制造金属零件的方法，旨在通过手动成型砂型，送粉/送丝打印金属零件和支撑结构，打印结束后使用溶解剂溶解砂型，并机械加工去除支撑，最终达到送粉/送丝打印复杂结构金属零件的目的。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。