[實用新型]激光選區熔化成形多層薄壁件、支撐件以及成形中間體

有效

• 申請號: 201922233298.1
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN211304779U
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 雷力明;侯慧鵬;李雅莉;張渝;李繼保
• 申請（專利權）人: 中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y80/00;B33Y40/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 喻學兵

本實用新型涉及一種激光選區熔化成形多層薄壁件、支撐件以及成形中間體。其中，所述多層薄壁件包括徑向相鄰的至少兩薄壁，每一所述薄壁的壁厚范圍為0.5mm?2mm，相鄰的兩薄壁之間限定徑向環形空間，所述支撐件包括支撐環體，位于所述徑向環形空間，所述支撐環體的整周地填充所述徑向環形空間，與形成所述徑向環形空間的兩薄壁在徑向的間隙為0.2mm?1mm，非接觸地支撐所述兩薄壁。上述支撐件以及成形中間體具有使得成形的零件表面質量好、合格率高等優點。

技術領域

本實用新型涉及增材制造領域，尤其涉及一種激光選區熔化成形多層薄壁件、支撐件以及成形中間體。

背景技術

增材制造(Additive Manufacturing)技術被預測為可能引發“第三次工業革命”的關鍵技術之一，相比于傳統加工工藝，具有材料利用率高、設計自由度高、成形精度高、表面質量好等多重優勢。根據原材料的送進形式不同，增材制造可分為基于粉末床和材料同步送進兩種形式，其中粉末床式增材制造的典型代表之一是激光選區熔化(selectivelaser melting)技術。其主要技術原理為：將待加工的零件三維數字模型進行逐層分割，輸入到成形設備中；將基板固定在成形平臺上，并進行調平，利用鋪粉機構(通常為刮板或粉輥)進行單層鋪粉，利用一束或多束激光/電子束，對鋪放好的單層粉末進行選區熔化，實現由點到線，由線到面的成形過程；待一層成形完后成形平臺下降一定高度，進行下一層鋪粉及選區熔化成形，最終實現了由面到體的成形過程，由此獲得最終零件，特別適合于航空航天等高附加值行業。

激光選區熔化成形技術通常用于具有復雜結構的零件，例如具有部分或者大量薄壁結構、管路結構、小微結構等特殊結構，這一方面充分利用了激光選區熔化成形技術優勢，實現一體化異形復雜結構的一次成形，特別適合于航空航天等高附加值行業，但另一方面也對激光選區熔化成形工藝帶來了一定技術難題。例如，薄壁、尖角或其他特殊結構，在鋪粉過程中受到鋪粉過程擾動或者由于不斷積累的熱應力作用下容易產生變形。當變形為彈性變形時，局部結構特征在回彈過程中，會破壞鋪粉平面，出現局部粉量不足以及局部粉量過大，可能導致零件產生疏松或鋪粉過程受阻。當變形為塑性變形時，即零件局部結構變形后不可恢復，可能會導致零件在后續成形過程中出現錯層、缺肉等缺陷，最終零件出現嚴重尺寸超差或表面質量缺陷，致使成形過程終止，零件嚴重破壞，大幅提升成本。通常在成形小尺寸零件時，由于零件熱應力積累不嚴重，而零件剛度較差，以彈性變形為主；在成形大尺寸零件過程中，由于零件剛度大、熱應力積累嚴重，以塑性變形為主，這一現象與零件的特殊結構形式密切相關。

為了解決上述問題，通常可采用的技術手段包括：

1)根據零件結構特征，選擇適當的成形方向，一方面可以使零件相對與鋪粉機構有更強的變形抗力，減輕鋪粉機構與零件本身的影響，另一方面可以通過改變成形方向調整熱應力分布狀態，進而減輕零件特殊結構產生缺陷的可能性。這一方法存在局限為：通常需根據零件整體結構進行綜合判定，為了保證零件整體達到較好的尺寸精度和力學性能，具備整體更優的成形效果，可能出現無法兼顧局部的特殊結構。

2)采用軟性鋪粉機構(如毛刷刮刀或橡膠刮刀等)。剛性鋪粉機構在鋪粉過程中對零件產生較大的切向力，更容易產生零件結構破壞，采用軟性鋪粉機構對零件結構、鋪粉質量具有較大的容錯度。這一方法局限為：通常軟性鋪粉機構與剛性鋪粉機構相比，鋪粉質量較差，導致最終零件的組織和力學性能穩定性波動較大，不利于質量一致性控制。

3)優化鋪粉速度。對含有薄壁等特殊零件結構的部分采用較低的鋪粉速度，可以降低鋪粉結構對零件的切向作用，減小零件變形及震動趨勢。這一方法的局限在于其作用程度有限，無法對變形問題產生大幅度改善，且會降低鋪粉效率，即降低了生產效率，導致成本升高。

4)設置合理的支撐結構。支撐優化設計適用范圍廣，技術手段靈活，是一種更為通用的解決方法，但由于支撐結構后續需要采用一定工藝方法去除，可能由于在去支撐過程中產生額外的外力作用，導致薄壁結構產生塑性變形。為避免這一問題，工藝設計應當采用盡量少的支撐結構，減少后處理工藝難度。