[发明专利]尺寸余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质

说明书

本发明涉及用于悬空结构零件的激光选区熔化成形的尺寸余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质，其中，上述余量确定方法包括对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式d=n×h×cosθ来确定，其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。上述余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质具有提升了悬空结构零件激光选区熔化成形工艺的效率，同时也保证了零件尺寸的合格率以及表面质量等优点。

技术领域

本发明属于增材制造领域，尤其涉及一种用于悬空结构零件的激光选区熔化成形的余量确定方法、成形方法、成形装置及可读存储介质。

背景技术

增材制造（Additive Manufacturing，AM）是一种基于离散堆积原理，逐层熔化原材料而实现零件成形的制造技术。激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）被认为是最具潜力的增材制造（AM）技术之一，由于采用细微聚焦光斑的激光束作为成形能量源、高速高精度扫描振镜作为加工光束控制单元及采用更薄的层厚控制技术，相对于其他AM技术而言，SLM技术在获得高致密和高精度成形件方面更具有优势，可完成复杂型腔、型面、薄壁、变截面零件的直接成形。

就理论上而言，SLM技术可以成形任意复杂结构的零件，但是受到加工工艺、材料、几何特征和技术原理等约束，在成形一些与水平面夹角（倾斜角）小于45°的结构，即悬空结构时，必须在悬空结构下表面添加支撑才能打印成功，如不添加支撑，悬空结构下表面全是粉末材料，激光扫描后，材料熔化所形成的金属液体在重力和毛细力共同作用下，易渗入粉末颗粒之间的间隙产生渣滓，该区域熔化后的材料结合力较弱，在下一层铺粉后，刮刀的作用力较大，破坏该区域材料，导致成形失败。成形结束后，这些辅助成形的支撑结构需要去除。支撑通常与零件实体表面相连接，去除支撑后，零件下表面有较多凹凸不平的缺陷，导致其表面粗糙度高、质量差，必须进行打磨处理。例如公开号为CN109079143A，公开日期为2018年12月25日，名称为“去除选区激光熔化成形零件内腔表面裂纹的方法”的中国发明专利申请，公开了采用磨粒流工艺消除零件内腔开口裂纹的工艺。

但是，将这些凹凸不平的缺陷打磨去除后，又易引起零件尺寸超差，最终导致零件报废。SLM成形预旋喷嘴、燃油喷嘴、涡轮叶片等航空发动机零件时均涉及该问题，所以在模型设计阶段需要根据零件结构特征和SLM工艺特点预留一定尺寸余量，以保证打磨处理后零件尺寸满足设计要求。在悬空结构零件模型处理阶段，若盲目添加尺寸余量，余量值过大时会造成打磨去除量大，增加人工成本，余量值过小时，会造成打磨后零件尺寸超差。

现有技术中，针对每种悬空结构零件，确定尺寸余量的方法是采用试错法。对需要成形的悬空结构零件进行激光选区熔化成形，然后执行去除支撑的步骤，在去除支撑的步骤中，根据去除的零件本体的材料厚度得到需要成形的悬空结构零件的尺寸余量。但是，由于SLM工艺特点，与水平面夹角小于45°的悬空结构均需要添加支撑，悬空面倾斜角度不同，需添加的尺寸余量也不同，因此，待成形新的悬空结构零件时，前期试错积累的尺寸余量可能会出现不适用的情况，又需要针对新的悬空结构零件重新进行试错，将极大地影响零件的加工效率。

因此，本领域需要一种高效的激光选区熔化零件悬空结构的尺寸余量确定方法，以提高悬空结构零件的激光选区熔化成形工艺的效率。

发明内容

本发明的目的是提供高效的激光选区熔化零件悬空结构的尺寸余量确定方法，以提高悬空结构零件的激光选区熔化成形工艺的效率。

本发明提供一种尺寸余量确定方法，用于悬空结构零件激光选区熔化成形，所述确定方法包括：对于不同倾斜角度的悬空结构，悬空结构零件激光选区熔化成形的尺寸余量以尺寸余量公式来确定：d=n×h×cosθ，其中，d为尺寸余量，h为激光选区熔化成形的铺粉层厚度，θ为所述悬空结构零件的倾斜角度，n为工艺常量。