[發明專利]一種薄壁懸臂骨架類結構及激光選區熔化成形方法

在審

• 申請號: 202210184070.1
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114619048A
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李護林;楊歡慶;王丁雯;白靜;彭東劍;王云
• 申請（專利權）人: 西安航天發動機有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/30;B22F10/85;B22F5/00;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

本發明提供了一種薄壁懸臂骨架類結構及激光選區熔化成形方法，包括如下步驟：建立骨架結構的三維模型；根據薄壁懸臂骨架類結構的結構特征，確定成形方向；對骨架懸垂區域適應性修改；添加防變形支撐和網格支撐；采用相應的激光選區熔化成形工藝參數及跳躍光柵式掃描方式對帶有支撐的三維模型進行切片處理，在惰性氣氛采用軟刮刀、低速鋪粉模式進行成形；對帶基板骨架結構進行去應力熱處理；線切割分離基板和骨架結構。采用本發明方法能快速成形出薄壁懸臂骨架類結構，大幅度提高制造薄壁懸臂骨架類的材料利用率、提高產品質量且縮短制造周期。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，涉及一種薄壁懸臂骨架類結構及激光選區熔化成形方法。

背景技術

骨架類結構主要是用來包覆熱機元件，一般為薄壁件，厚度范圍為0.5-2mm，傳統加工需采用棒料機械加工制造，存在材料利用率極低、加工周期長、變形大等問題，激光選區熔化成形技術可依據零件三維CAD模型，通過材料逐層堆積出產品原型或零部件，不受制于零件結構的限制，且制造周期短、材料利用率高，非常適用于薄壁懸臂骨架類結構的生產制造。

由于激光選區熔化成形采用高能激光束作為能量源，成形過程中較高的冷卻速率會引起較大的熱應力，導致骨架類結構發生變形，甚至開裂。

發明內容

本發明解決的技術問題是：一種薄壁懸臂骨架類結構及激光選區熔化成形方法，能夠實現薄壁懸臂結構的高效率、高質量成形，解決了薄壁懸臂結構成形時容易發生變形開裂，尺寸精度較差的問題。

本發明提供的技術解決方案如下：

第一方面，

一種薄壁懸臂骨架類結構，包括：主體、懸臂和懸垂連接段；

所述主體為由橫梁和豎梁組成的框架結構，框架結構中設置有多個鏤空區域；

所述懸臂的上設置有多處懸垂連接段，懸臂和主體之間通過懸垂連接段連接；懸臂沿豎直方向設置。

優選地，所述主體和懸臂的材料均為鈦合金。

優選地，鏤空區域的形狀為矩形。

優選地，懸垂連接段與水平面之間的夾角低于30°。

優選地，所述主體和懸臂的壁厚范圍為0.5-2mm。

第二方面，

一種對第一方面所述的一種薄壁懸臂骨架類結構進行激光選區熔化成形的方法，包括如下步驟：

1)建立薄壁懸臂骨架類結構的三維模型；

2)根據薄壁懸臂骨架類結構的結構特征，選擇懸臂與基板水平面呈45°以上角度的方向作為成形方向；

3)對橫梁下端面進行修改，使橫梁下端面與水平面之間的夾角大于或等于45°，進一步可以采用尖頂形鏤空結構，實現懸垂區域的自支撐成形。得到薄壁懸臂骨架結構優化三維模型；

4)在所述懸垂連接段的下端面向下添加網格支撐，在所述框架結構中沿水平方向設置防變形支撐，獲得添加有網格支撐及防變形支撐的三維模型；

5)將添加有網格支撐及防變形支撐的三維模型進行切片處理，設置激光選區熔化成形工藝參數，選用精度較高的小激光功率、大掃描間距、高掃描速度工藝參數和跳躍光柵式掃描策略，得到加工程序文件；

6)將加工程序文件導入設備，在處于惰性氣氛中的鈦合金基板上進行激光選區熔化成形，得到帶有基板、網格支撐及防變形支撐的薄壁懸臂骨架類結構；

7)將帶有基板、網格支撐及防變形支撐的薄壁懸臂骨架類結構，進行熱處理；

8)分離基板及薄壁懸臂骨架類結構，去除步驟4)中添加的網格支撐和防變形支撐，得到薄壁懸臂骨架結構。