[發明專利]基于3D打印技術獲得金屬零件性能的方法

有效

• 申請號: 201410331638.3
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104149340A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 尚曉峰;尚進
• 申請（專利權）人: 吉林市旭峰激光科技有限責任公司
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所(普通合伙) 21229
• 代理人: 屈芳

技術領域

本發明屬于大型金屬或非金屬材料結構零件的承載測試領域，尤其涉及一種尤其涉及一種由3D打印技術加工制造的縮小比例的非金屬零件性能獲得相應的原尺寸金屬零件的性能的方法。

背景技術

3D打印，也叫快速成形技術、增材制造技術,原理是將計算機設計出的三維模型分解成若干層平面切片,然后由3D打印機把打印材料按切片圖形逐層疊加,最終堆積成完整的物體。與傳統制造業的“減材制造技術”不同，3D打印遵從的是加法原則，可以直接將計算機中的設計轉化為模型，直接制造零件或產品，不再需要傳統的刀具、夾具和機床。

3D打印耗材包括：塑料、橡膠、金屬、粉末、尼龍、薄膜、樹脂、石蠟、石膏、尼龍絲、鈦合金、陶瓷等不同材料。現在制約3D打印技術發展的關鍵不在技術本身，而是材料,最難的是在工業級別的運用，而大型金屬結構件更是難中之難。

雖然從長遠看，這項技術應用范圍之廣將超乎想象,最終將給人們的生產和生活方式帶來顛覆式的改變,甚至引發第三次工業革命。但是由于受制于材料、成本、打印速度、制造精度等多方面因素，這項技術并不能完全取代傳統的減材制造法加工大型金屬結構件。

而大型的金屬或者非金屬結構件，進行測試性能時，采用單純的有限元分析的結果往往會與實際情況產生很大的誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于為了解決目前無法通過3D打印技術制造的非金屬零件獲得相應金屬零件性能的問題，或者大型非金屬零件性能測試困難，提出了一種基于零件縮比有限元分析，通過縮小比例的3D打印非金屬零件性能獲得相應金屬零件或者大型非金屬零件性能的方法。

本發明是這樣實現的，一種基于3D打印技術獲得金屬零件性能的方法，該方法包括如下的步驟：

一種基于3D打印技術獲得金屬零件性能的方法，其特征在于，該方法包括如下的步驟：

1)設計出所需金屬結構零件三維實體模型；

2)將上述模型按照3D打印機所能接受的尺寸按比例縮小，然后采用光敏樹脂材料，基于3D打印技術加工制造出對應的光敏樹脂非金屬縮小尺寸的零件；

3)通過常規實驗測試打印的光敏樹脂非金屬零件的基本物理機械性能；

4)按照金屬零件在實際工作中的工況搭建縮微的試驗平臺，從零逐漸增加載荷，在試驗平臺上對光敏樹脂非金屬零件進行加載試驗，采用電阻應變片法測試不同載荷條件下樹脂零件的變形分布以及變形量變化情況；

5)將步驟3)中測量的光敏樹脂非金屬零件的基本物理機械性能以及基本物理機械性能種類與步驟4)中的不同載荷條件作為基本輸入值，采用有限元分析軟件進行樹脂零件受力模擬分析；將模擬的變量分析結果與步驟4)中實測結果進行對照，符合度大于90％進行下一步，否則返回到5)調整基本物理機械性能種類及載荷條件，再次進行模擬分析，直到理論和試驗符合度達到要求。

6)將步驟5)中調整好的載荷條件、基本物理機械性能種類和1)中的金屬材料基本物理機械性能作為輸入參數，采用有限元分析軟件進行金屬零件受力模擬分析，從零開始增加載荷力的大小，模擬分析出金屬零件的強度，即可推演出相應金屬結構零件的零件在實際工況下不會變形過大而失效能夠承受得住相應的載荷。

進一步地，步驟3)中所述基本物理機械性能包括：抗拉強度、彈性模量、布氏硬度、泊松比、屈服強度、切線模量和密度。

進一步地，步驟4)或5)中所述的載荷條件指的是施加載荷力的大小、力的方向、力的作用點和力的分布情況。

進一步地，步驟6)中載荷條件指的是施加載荷力方向、力的作用點和力的分布情況。

本發明與現有技術相比，有益效果在于：本發明通過測試縮小尺寸的3D打印非金屬零件基本物理機械性能參數，采用有限元分析方法計算其承受載荷的狀態，推演出具有原尺寸的金屬零件的承受載荷的狀態。在較低的成本和較少的時間內，通過3D打印技術加工制造出的非金屬縮小尺寸的零件，能夠快速推演出相應金屬結構零件的承載能力。從而有效縮短產品零件設計制造周期、提高設計成功率。

目前絕大多數的模擬結果都沒有實測結果的驗證，因為其驗證過程耗時間耗經費,有些甚至沒法通過實驗驗證(特別是航空、航天、核、地層等領域)，而本發明通過實測縮小的模型間接分析能夠通過一個正確的模擬分析結果來推演一個同等條件下的另一個分析結果從而對模擬的結果進行了一個矯正，使得結果更加精確符合實測的結果。

具體實施方式