[發(fā)明專利]一種增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件防變形裝置及其使用方法

有效

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• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109570501B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方學(xué)偉;張麗娟;祿娟;李超龍;趙紀(jì)元;盧秉恒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件防變形裝置及其使用方法，該裝置根據(jù)增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件隨著高度的變化其橫截面尺寸不斷變化，且薄壁回轉(zhuǎn)件體積偏大的特點，支撐架本身的尺寸也在不斷變化，即豎直方向為固定的螺桿作為豎向支撐架，橫向的支撐環(huán)隨著薄壁回轉(zhuǎn)件尺寸的變化，其外徑不斷變化；其中豎向中心位置的支撐環(huán)外徑最大，向上或向下，支撐環(huán)的外徑逐漸縮小，支撐環(huán)的外壁始終與回轉(zhuǎn)件的內(nèi)壁接觸，起到支撐作用；本裝置可將其尺寸穩(wěn)定控制在加工毛坯范圍內(nèi)，提高了打印成品率，本裝置均為組裝件，可整體拆卸，亦可進(jìn)行拆解，分部進(jìn)行拆除，便于循環(huán)利用。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于增材成型(3D打印)領(lǐng)域，具體涉及一種增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件防變形裝置及其使用方法。

【背景技術(shù)】

增材制造是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀材料或者絲材，通過逐層堆疊累積的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

目前，所有金屬增材制造過程中，為了保證第N+1層與第N層連接牢固，需要一定熱輸入將第N層部分熔化以形成冶金連接，但隨著打印過程進(jìn)行，熱積累逐漸增加，且散熱速率隨熱源距離基板距離增加而降低，這就造成熱積累隨打印過程而逐漸嚴(yán)重，而這種現(xiàn)象在電弧增材制造過程中更加明顯，因為電弧增材制造需要更大的熱量輸入以形成熔池。

當(dāng)熱積累至一定程度，會在制件上產(chǎn)生較大的溫度梯度，因而冷熱不均勻形成熱應(yīng)力，隨著打印過程的繼續(xù)，應(yīng)力分布隨著熱場變化而逐漸變化，這將導(dǎo)致制件發(fā)生變形，從而導(dǎo)致制件的尺寸偏差過大甚至報廢。

金屬熔絲增材制造領(lǐng)域針對熱積累問題的主要解決方案有兩種，一類是基板冷卻，該方案對小型結(jié)構(gòu)件效果良好，但當(dāng)結(jié)構(gòu)件尺寸較大時，該方案目前效果較差；另一類是空程等待，即在打印過程中加入等待時間，利用冷卻氣體將制件降溫，但此種方法將降低打印效率，延長制備周期，同時尚不能保證在冷卻過程中的均勻性。比如直徑為1m，壁厚為10mm的空心球體，增材打印成型后變形量在2mm-10mm，兩種方案均難以保證打印過程穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件防變形裝置及其使用方法，該裝置通過設(shè)計橫截面尺寸隨豎向高度改變而變化的支撐件，能夠提高打印的成品率，降低廢品率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種增材制造薄壁回轉(zhuǎn)件防變形裝置，包括安裝底座(1)，安裝底座(1)包括底座(5)和螺桿(6)；螺桿(6)與底座(5)垂直，且固定安裝在底座(5)的中心；底座(5)上固定安裝有基板(2)，基板(2)與底座(5)為同一中心；螺桿(6)通過螺紋連接有n個支撐環(huán)(4)，n為≥3的奇數(shù)；每一個支撐環(huán)(4)的外側(cè)壁與回轉(zhuǎn)件(14)的內(nèi)壁接觸，其中第層的支撐環(huán)(14)為外徑最大的支撐環(huán)(4)，第層的支撐環(huán)(4)下方的支撐環(huán)(4)的外徑層層減小，第層的支撐環(huán)(4)的上方的支撐環(huán)(4)的外徑層層減小；從第層的支撐環(huán)(4)開始，第層的支撐環(huán)(4)下方的兩兩支撐環(huán)(4)之間設(shè)置有支撐座(3)，底部的支撐座(3)和底座(5)固定連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

優(yōu)選的，支撐座(3)包括上支撐板(21)和下支撐板(26)，兩個支撐板通過中間的套筒(22)與邊部的若干個連接桿(23)固定連接；套筒(22)套裝在螺桿(6)的外部。

優(yōu)選的，底座(5)的中心部位設(shè)置有向上凸出的圓形凸臺(15)，圓形凸臺(15)與底座(5)的中心相同；圓形凸臺(15)的直徑與下支撐板(26)的直徑相同；基板(2)套裝在圓形凸臺(15)的外側(cè)，且圓形凸臺(15)的側(cè)壁與基板(2)內(nèi)圓的側(cè)壁接觸。

優(yōu)選的，支撐環(huán)(4)包括芯軸(7)和芯軸(7)外的葉輪(8)，葉輪(8)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，芯軸(7)的中心開設(shè)有第三螺紋通孔(25)，第三螺紋通孔(25)和螺桿(6)螺紋配合；芯軸(7)和葉輪(8)通過M個連接柱(24)固定連接，M為≥2的自然數(shù)。