[發明專利]一種基于SLM的樹狀支撐單元

在審

• 申請號: 202010858055.1
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112031271A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 孫揚;張慶標;唐力;吳寶劍;李振強;梁科山;張冬晨;孫正;虞暢
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍32286部隊50分隊
• 主分類號: E04C3/32
• 分類號: E04C3/32;B33Y80/00
• 代理公司: 濟南恒標專利代理事務所(普通合伙) 37291
• 代理人: 伯朝矩

本發明公開了一種基于SLM的可填充至零件內部的樹狀支撐單元，包括樹枝傾斜角、樹枝直徑、樹枝分支數目、樹枝級數；其特征在于，所述樹枝傾斜角θ≥45°，在支撐高度不變的前提下，傾斜角θ越小，支撐的區域越大；所述樹枝直徑d與樹狀支撐的重量成正比，0.5mm≤d≤1.5mm；樹枝直徑越小，減重效果越好；所述樹枝分支數目的選擇原則是在保證5mm支撐間隔和支撐承載能力的前提下，盡量減少樹枝分支數目，以減輕支撐的重量；所述樹枝級數采用一級樹狀結構。本發明實現SLM制造零件的輕量化，節省材料，縮短加工時間；本發明構造簡單，力流明確，適合用作初步的輕量化樹狀支撐單元結構設計。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種基于SLM的可填充至零件內部的樹狀支撐單元。

背景技術

目前在建筑領域，樹狀結構已經有了廣泛的應用，尤其是在機場、火車站等需要進行大跨度支撐的場合。樹狀結構具有結構力流明確、傳力合理、占用空間少等特點。可以將其作為一種基本的單元結構引入到3D打印領域，作為零件內部結構輕量化設計的一種基本單元結構。然后，根據SLM的加工約束，對其進行3D打印的適應性改造。SLM（selectivelasermelting）全稱選擇性激光熔融，SLM技術通過激光器對金屬粉末直接進行熱作用，使其完全融化在經過冷卻成型的技術。

在進行具體設計之前，需要先對樹狀結構進行選型。建筑領域的樹狀結構經過長時間的發展已經較為成熟，在進行樹狀結構的選型問題時必須考慮樹狀結構的用途。里斯本東方火車站和卡塔爾國家會議中心的樹狀結構具有較多的加強結構，主要是為了保證結構的強度，但是與此同時也使得樹結構的構建需要耗費更多的材料。在3D打印領域，打印的成本和加工時間與所需的材料有直接的關系。引入樹狀結構是為了獲得一種輕量化的單元結構，因此樹狀結構單元的選型暫時參照長沙南站建筑結構。這種樹結構構造簡單，力流明確，適合用作初步的樹狀支撐單元結構設計的探索。

發明內容

發明目的

本發明提出一種基于SLM的可填充至零件內部的樹狀支撐單元，構造簡單，力流明確，適合用作初步的輕量化樹狀支撐單元結構設計；節省加工材料，縮短加工時間。

技術方案

本發明提供了一種基于SLM的可填充至零件內部的樹狀支撐單元，包括樹枝傾斜角、樹枝直徑、樹枝分支數目、樹枝級數；所述樹枝傾斜角θ≥45°，在支撐高度不變的前提下，傾斜角θ越小，支撐的區域越大；所述樹枝直徑d與樹狀支撐的重量成正比，0.5mm≤d≤1.5mm；樹枝直徑越小，減重效果越好；所述樹枝分支數目的選擇原則是在保證5mm支撐間隔和支撐承載能力的前提下，盡量減少樹枝分支數目，以減輕支撐的重量；所述樹枝級數越高，越能發揮樹狀結構的減重與支撐面積大的優勢。但是越高的樹枝級數其所需的零件內部高度就越高，如對于二級樹，當支撐間隔為5mm，傾斜角度為45度時其所需的最小內部高度為樹枝的高度為17.7mm。且從二級樹狀結構開始，會出現彎矩，易使樹枝出現剪切破壞，影響樹狀結構的承載能力，所述樹枝級數采用一級樹狀結構。

優選的，樹枝傾斜角θ=45°在滿足SLM加工約束條件的前提下獲得支撐區域大、減重效果好的樹狀支撐。

優選的，樹狀結構作為受壓結構對實心零件進行填充，在達到輕量化目的的同時承受一定的壓力載荷，需要考慮樹狀支撐的承載能力。樹枝傾斜角θ選取45°、50°、55°、60°、65°。

優選的，樹枝直徑d越小，減重效果越好，但是其承載能力也越差。但是，過大的支撐也會增加所需的原料、支撐的重量、加工時間和支撐去除的難度,因此樹枝直徑的選擇應綜合考慮支撐的承載能力和減重效果,因此，樹枝直徑d選取0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm、1.5mm。