[发明专利]一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法及装置

说明书

一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法，用于降低支撑点与基板之间距离，以生成的各支撑区域为基础，向下建立与成型零件表面相关的随形基板，在随形基板上再生成新的支撑，以降低支撑高度。此随形基板随着成型面的高度、形状、厚度不断变化，可保证生成的支撑的成型质量。以及提供一种基于随形基板的金属增材制造支撑装置。本发明在成型零部件形状结构复杂、支撑区域较高时，一方面能继续利用锥形支撑，节省材料、减小去除难度；另一方面能有效的降低基板与成型底面接触的支撑高度，提高零部件的底面和结构的成型质量。

技术领域

本发明涉及一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法及装置。主要涉及利用选择性激光熔化系统在基板上铺粉固化成型结构形状复杂且尺寸较大的零部件，特别是需要添加支撑区域与基板平面垂直高度较大的零件，用于增加零件支撑的强度和稳定性，保证成型零件的底面和复杂结构的成型质量。本发明属于金属增材制造领域。

背景技术

金属增材制造通过分层计算，将三维实体离散成一定厚度的二维截面，通过激光束将粉末材料熔化层层堆积，形成任意复杂形状的成型零件。在金属增材制造过程中，粉末材料通过送粉机构送至成型仓，成型仓的工作台上装有固定基板作为加工平台，加工平台下降设定的铺粉高度，并随刮刀的水平移动，在加工平台上铺成一定厚度的粉末材料,以形成分层厚度。激光束在计算机的控制下对二维截面轮廓进行扫描烧结熔化固结，以此往复，将二维的实体轮廓层层堆积，完成三维实体模型制造。

在金属增材制造过程中，但为了便于成型零件和基板分离，通常在基板上生成一定高度的支撑结构以支撑零部件表面的成型。为减小支撑的去除难度，节省材料的利用量，同时确保零件的成型质量，目前金属增材制造中普遍选择顶部和底部直径一定的锥台形结构作为锥形支撑。但当设计的直径较小、支撑点与基板垂直距离较大时，锥形支撑会形成细长支撑杆，在成型过程中容易出现弯曲变形甚至折断，使得锥形支撑的强度和刚度不足。出现弯曲变形的支撑作用在零件上会引发底面结构错位、挂渣、塌陷甚至翘曲变形，使得零件的成型质量较差。

目前为保证细长支撑的强度和刚度，提高零件的成型质量。现有的技术方法如CN201710719159.2的中国发明专利公开了一种用于增材制造的组合支撑结构的设计方法，利用软件功能将同一支撑区域生成的支撑各偏置一定量，将实体支撑类型和网格支撑类型组合起来。上述的发明专利为增加细高支撑结构的稳定性，并没有降低基板与支撑点间的高度，而是将其部分转换为实体支撑增加整体的强度。这样不仅增加粉末材料的利用量，还加大了去处难度，并不能降低与零件接触的支撑高度和保证零件成型质量。

发明内容

为解决成型的零部件形状结构复杂，支撑区域与基板距离较大造成添加的较高锥形支撑，在成型时出现弯曲变形的问题。本发明提出一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法及装置，用于降低支撑点与基板之间距离，以生成的各支撑区域为基础，向下建立与成型零件表面相关的随形基板，在随形基板上再生成新的支撑，以降低支撑高度。此随形基板随着成型面的高度、形状、厚度不断变化，可保证生成的支撑的成型质量；在成型零部件形状结构复杂、支撑区域较高时，一方面能继续利用锥形支撑，节省材料、减小去除难度；另一方面能有效的降低基板与成型底面接触的支撑高度，提高零部件的底面和结构的成型质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于随形基板的金属增材制造支撑方法，包括以下步骤：

S1、将成型件的三维模型导入magics软件，根据零件的结构形状、尺寸大小，确定三维模型的摆放位置，进一步判断出需要添加随形成型基板的支撑区域，并将支撑区域按照不同复杂程度的结构形状进行划分成多个区域，为便于后续随形成型基板的设计调整；

S2、设计随形成型基板：利用三维设计软件，导入成型件的三维模型，将划分好的支撑区域，向成型时固定基板方向投影，以投影轮廓创建随形基板的基本形状，同时沿投影轮廓边缘向外补偿0.5-1mm，将最终成型的轮廓面拉伸成体，拉伸厚度为0.5-3mm；