一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件的制作方法

本发明涉及粉末床熔融增材制造，具体为一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件。

背景技术：

1、粉末床熔融是增材制造技术中一种应用广泛的制造技术，由激光或电子束作为热源，通过对计算机软件中三维片模型，以逐层叠加的方式将离散材料加工成型的技术。此技术能够直接成形处接近完全致密度的金属零件，相对传统的加工技术而言，材料的整体利用率高、周期短，能够成形自由设计制造复杂结构零件，因此该技术在航空航天、医疗等领域中拥有良好的市场前景与广阔的应用前景。

2、粉末床熔融技术作为增材制造中的重要技术，利用激光器发出的激光按照程序编辑的顺序熔化金属粉末，通过每一层铺粉后熔化层凝固且不断叠加，最终制造出成型零件。空腔结构的成形对于零件产品的轻量化具有重大意义，而增材制造技术特别适合与空腔结构的成形。目前存在以下问题：1)当前在基于增材制造技术的薄壁空腔结构的设计过程中，需要对薄壁空腔结构内部添加自支撑结构用于成形，且内部空腔过大，极易导致成形空腔表面由于应力原因导致产生表面凹凸现象从而影响到表面的成形精度；2)成形零件后，针对无空腔的小型零件可以在舱内清粉，但是面对复杂空腔结构，很难实现空腔内部清粉完全，而粉末未清理完全则有可能影响到后续热处理，除了多余粉末有可能影响真空热处理的真空泵外，还可能后续热处理时零件内部残余的粉末可能会结块从而影响零件性能与质量，因此，设计一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件是很有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，包括内部具有空腔的薄状零件主体，所述空腔为扁平状，所述空腔内设有支撑主体，所述支撑主体为由筋条形成的蜂窝结构与所述空腔最大横截面处形成的边界轨迹之间通过布尔运算后保留在所述边界轨迹内的筋条结构，所述筋条结构包括主筋条部和边界筋条部，所述主筋条部为由筋条围成的若干个六边形结构，所述边界筋条部为位于所述边界轨迹内且临近所述边界轨迹处的若干个开口筋条结构；

3、所述六边形结构与所述空腔内壁形成密闭的第一腔室，所述开口筋条结构与所述空腔内壁形成密闭的第二腔室；

4、所述若干个六边形结构和若干个开口筋条结构均至少开设一个连通孔，所述连通孔用于连通相邻的两个第一腔室或相邻的两个第二腔室或相邻的第一腔室和第二腔室；

5、所述薄状零件主体上沿着所述边界轨迹的位置处还开设有若干个间隔设置的排粉孔，所述若干个间隔设置的排粉孔均与临近相应排粉孔的所述第二腔室连通。

6、在进一步的实施例中，在所述空腔内位于所述边界轨迹最长直线距离的两点之间还设置有加强斜筋。

7、在进一步的实施例中，所述加强斜筋穿过第一腔室或第二腔室。

8、在进一步的实施例中，所述加强斜筋宽度为5-10mm。

9、在进一步的实施例中，所述筋条宽度为2-5mm。

10、在进一步的实施例中，所述连通孔直径为3-6mm。

11、在进一步的实施例中，所述排粉孔直径为3-6mm。

12、在进一步的实施例中，所述边界轨迹为多边形结构，相邻所述排粉孔间距30-50mm设置在所述薄状零件主体上与所述多边形结构每条边对应的位置处；

13、所述空腔在垂直所述最大横截面的最大距离为50mm，所述空腔在垂直所述最大横截面的最小距离为3mm；

14、当空腔在垂直所述最大横截面的距离小于3mm时，所述薄状零件主体上沿着所述多边形结构其中一条边对应的位置处不开设排粉孔；当空腔在垂直所述最大横截面的距离大于3mm，且当所述多边形结构其中一条边长度大于50mm时，所述薄状零件主体上与上述多边形结构其中一条边对应的位置处至少开设一个排粉孔。

15、在进一步的实施例中，所述薄状零件主体是以所述最大横截面为对称面的结构。

16、在进一步的实施例中，所述空腔内侧设有蒙皮。

17、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：通过对薄状零件主体的内部模型进行结构优化，有利于控制薄壁表面的变形，有利于薄壁空腔零件的高精度及有效成形，防止空腔表面由于应力原因导致产生表面凹凸现象从而影响到表面的成形精度；通过连通孔和排粉孔的设置，在粉末床熔融后可清理残留在空腔内部的粉末，可避免后续热处理带来残余粉末团聚或结块影响，保证零件成形质量及提高零件性能。

技术特征：

1.一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于，包括内部具有空腔的薄状零件主体(1)，所述空腔为扁平状，所述空腔内设有支撑主体(2)，所述支撑主体(2)为由筋条(6)形成的蜂窝结构与所述空腔最大横截面处形成的边界轨迹之间通过布尔运算后保留在所述边界轨迹内的筋条结构，所述筋条结构包括主筋条部和边界筋条部，所述主筋条部为由筋条(6)围成的若干个六边形结构，所述边界筋条部为位于所述边界轨迹内且临近所述边界轨迹处的若干个开口筋条结构；

2.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：在所述空腔内位于所述边界轨迹最长直线距离的两点之间还设置有加强斜筋(3)。

3.根据权利要求2所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述加强斜筋(3)穿过第一腔室或第二腔室。

4.根据权利要求2所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述加强斜筋(3)宽度为5-10mm。

5.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述筋条(6)宽度为2-5mm。

6.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述连通孔(4)直径为3-6mm。

7.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述排粉孔(5)直径为3-6mm。

8.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述边界轨迹为多边形结构，相邻所述排粉孔(5)间距30-50mm设置在所述薄状零件主体(1)上与所述多边形结构每条边对应的位置处；

9.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述薄状零件主体(1)是以所述最大横截面为对称面的结构。

10.根据权利要求1所述的一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，其特征在于：所述空腔内侧设有蒙皮(7)。

技术总结
本发明公开了一种具有用于激光粉末床熔融增材制造薄壁空腔内的支撑结构的薄壁件，属于粉末床熔融增材制造技术领域，包括内部具有空腔的薄状零件主体，空腔为扁平状，空腔内设有支撑主体，支撑主体为由筋条形成的蜂窝结构与空腔最大横截面处形成的边界轨迹之间通过布尔运算后保留在边界轨迹内的筋条结构，筋条结构包括主筋条部和边界筋条部，主筋条部为由筋条围成的若干个六边形结构，边界筋条部为位于边界轨迹内且临近边界轨迹处的若干个开口筋条结构；本发明有利于控制薄壁表面的变形和薄壁空腔零件的高精度及有效成形；在粉末床熔融后可清理残留在空腔内部的粉末，可避免后续热处理带来残余粉末团聚或结块影响，保证零件成形质量及提高零件性能。

技术研发人员：张峰,柏久阳,王国强,胡伟叶,王红娟,孙海赟,周鑫,金志
受保护的技术使用者：南京晨光集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/6