一种大尺寸零部件的3d打印制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种大尺寸零部件的3D打印制造方法，包括以下步骤：a.将待制造的大尺寸零部件的模型切割成在预定尺寸范围内的多个子零件模型；b.基于所述多个子零件模型，通过增材制造完成各子零件的加工成型；c.将各子零件接合固定在一起成型为大尺寸零部件。本发明既能通过有效加工尺寸不足的3D打印设备制造大尺寸零部件，又能保证经过切割拼接后的大尺寸零部件的性能及整体尺寸精度，为诸多领域的大尺寸零部件样件或成品的制造提供快速、有效的解决方案。
【专利说明】一种大尺寸零部件的3D打印制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大尺寸零部件的加工【技术领域】，具体为一种大尺寸零部件的3D打印 制造方法。
【背景技术】
[0002] 在诸多领域都存在尺寸较大的零部件，传统制造方式为通过大型加工设备制造或 在设计时将其拆分为多个组件，及工艺均为减材制造，其基体材料主要为塑料、金属等，传 统通过减材制造方法加工而成的大尺寸零部件受到大型设备的限制，或者限制了设计师在 前期对零部件的自由设计。而增材制造的方式打破了传统设计中零部件结构形式的限制， 可以满足任意外形及尺寸的加工需求，不过由于3D打印技术的限制，目前无法制造满足各 种大尺寸零部件直接成型要求的设备，这也限制了各领域中大尺寸零部件的制造。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明提供一种大尺寸零部件3D打印制造方法，其既能通过有效 加工尺寸不足的3D打印设备制造大尺寸零部件，又能保证经过切割拼接后的大尺寸零部 件的性能及整体尺寸精度，为诸多领域的大尺寸零部件样件或成品的制造提供快速、有效 的解决方案。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] -种大尺寸零部件的3D打印制造方法，包括以下步骤：
[0006] a.将待制造的大尺寸零部件的模型切割成在预定尺寸范围内的多个子零件模 型；
[0007] b.基于所述多个子零件模型，通过增材制造完成各子零件的加工成型；
[0008] c.将各子零件接合固定在一起成型为大尺寸零部件。
[0009] 根据优选的实施例，本发明的技术方案还可以采用以下一些技术特征：
[0010] 步骤a中，选择模型上平整的结构位置进行切割，切割成多齿状切口。
[0011] 优选地，所述齿状切口为燕尾槽、矩形槽、三角槽形状的切口。
[0012] 步骤b中，在加工之前，对应于子零件模型的切口位置设定待加工的各子零件接 口的3D打印加工余量，为接口边缘位置预留设定的加工及拼接间隙。优选地，设定加工余 量时，去除子零件模型的切口边缘位置上符合预定形状和尺寸的部位，如0. 4_以下的尖 端。
[0013] 步骤b的加工成型包括铺粉、烧结、层片融合的循环过程，在加工之前，使用与待 加工材料同种材料的样件进行加工测试，基于差值反馈的方法设定加工子零件的激光光斑 补偿值和/或材料收缩率补偿值，以确定3D打印加工参数，其中，
[0014] (1)激光光斑补偿值通过η组激光成型的内、外轮廓数据进行如下计算优化：
【权利要求】
1. 一种大尺寸零部件的3D打印制造方法，其特征在于，包括以下步骤： a. 将待制造的大尺寸零部件的模型切割成在预定尺寸范围内的多个子零件模型； b. 基于所述多个子零件模型，通过增材制造完成各子零件的加工成型； c. 将各子零件接合固定在一起成型为大尺寸零部件。
2. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤a中，选择模型上平整的 结构位置进行切割，切割成多齿形的切口，优选地，所述齿状切口为燕尾槽、矩形槽或三角 槽形状的切口。
3. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤b中，在加工之前，对应于 子零件模型的切口位置设定待加工的各子零件接口的3D打印加工余量，为接口边缘位置 预留设定的加工及拼接间隙，优选地，设定加工余量时，去除子零件模型的切口边缘位置上 符合预定形状和尺寸的部位，如〇. 4mm以下的尖端。
4. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤b的加工成型包括铺粉、烧 结、层片融合的循环过程，在加工之前，使用与待加工材料同种材料的样件进行加工测试， 基于差值反馈的方法设定加工子零件的激光光斑补偿值和/或材料收缩率补偿值，以确定 3D打印加工参数，其中 ： (1) 激光光斑补偿值通过η组激光成型的内、外轮廓数据进行如下计算优化：
其中，S1为外轮廓尺寸，δ 2为内轮廓尺寸，△ δ补偿波动值，为补偿波动值均值， ε为预设光斑补偿值，ε'为优化光斑补偿值，基于多组内外轮廓的差值，求均值后反馈回 预设光斑补偿值ε，对其进行调整，得到更适合当前加工状态下的光斑补偿值ε' ； (2) 材料收缩率补偿值通过η组加工测量值与理论值进行如下计算优化：
其中，1为理论尺寸，1'为实际尺寸，Ar为实际加工时的补偿值偏差，冗为偏差均值， r加工预设收缩率补偿值，r'为实际收缩率补偿值，通过进行偏差值Ar的求解，求均值后 反馈回预设收缩率补偿值r，对其进行调整，得到优化的收缩率补偿值r'。
5. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤b的加工成型包括铺粉、 烧结、层片融合的循环过程，加工时，将对应同一切口的不同子零件接口成型部位设置在预 定水平范围内和预定高度范围内；优选的，预定水平范围和预定高度范围为：XY方向距离 为2mm?30mm内，Z方向上高度差O?20mm内；优选的，对应同一切口的不同子零件接口 部位在3D打印的同一层材料加工成型。
6. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤b的加工成型包括铺粉、 烧结、层片融合的循环过程，步骤b中，加工时，在对粉末材料烧结融化处理前对材料实施 使其获得设定预热温度的预热，优选的，塑料粉末材料预热到其熔点以下3?8°C，金属粉 末材料预热到其熔点以下80?KKTC。
7. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，每一层铺设于加工平台上的 材料粉末的厚度为〇. Olmm?〇. 12mm ;优选的，所述材料粉末的颗粒直径在20?120 μ m左 右。
8. 如权利要求1所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤c中，在各子零件接合之 前，对各子零件接口处进行打磨，降低其粗糙度，并减少尺寸以至少抵消一部分因接口固化 时产生的尺寸变化。
9. 如权利要求1至8任一项所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤c中，将含有 环氧树脂、EP固化剂、无水酒精按重量份0. 5?1. 5 :0. 5?1. 5 :1?2比例、优选1 :1 :1? 2比例的配置的固化喷涂溶液，喷涂到各子零件接口位置后，将接口对应相接合，并通过预 定的不高于l〇〇°C的低温加热以固化所述喷涂溶液，所述低温优选为60至90°C，更优选为 75。。。
10. 如权利要求1至8任一项所述的3D打印制造方法，其特征在于，步骤b中，所述加 工成型是采用熔融堆积技术（FDM)、电子束熔融（EBM)、激光近净成形（LENS)、选择性激光 烧结（SLS)、直接金属粉末烧结（DMLS)、三维印刷（3DP)中的任一种增材制造方法。
【文档编号】B22F3/00GK104226988SQ201410422928
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】蔡志祥, 侯若洪, 王浩, 刘长勇, 南威 申请人:深圳光韵达光电科技股份有限公司