用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法与流程

1.本发明涉及一种增材制造领域，特别涉及用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法。


背景技术：

2.增材制造技术是指借助于计算机辅助设计与制造，将三维模型按照一定的厚度进行切片，得到切片的界面轮廓，通过逐层制造叠加得到最终产品。
3.目前3d打印技术主要还停留在小批量研发试制阶段，远没有走向批量柔性化制造。除了成本和效率外，还有一个影响就是3d整体打印零件多余材料的去除困难，特别是具有半封闭空腔或流道产品，在粉床类3d打印技术中，每次铺平一个层厚的粉末并通过铺粉辊压实，粉末粒径较细并且本身就有一定摩擦力，在铺粉操作时又施加了一定的压力，使粉末铺设的紧实度较好，另外在产品打印完成后，由于粉末流动性差，内部腔道里的多余粉末无法通过简单倾倒去除。针对这一问题，目前采用将产品切割成多个零件打印，将内腔或者流道暴露出来，最后再组装，这将产生装配偏差和缝隙问题，使3d打印丧失了直接生产复杂零件的优势。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，该制备方法在3d打印中引入用于去除多余材料的辅助锁链结构，有效解决产品上空腔或流道内多余材料的去除问题，有利于实现产品整体成型。
5.实现本发明目的的技术方案是：本发明包括以下步骤：
6.s1、基于粉床3d打印技术，构建用于打印的产品数据模型；所述产品数据模型包括产品本体、辅助锁链结构和铺粉部；所述产品本体上具有与外部连通的空腔部；所述辅助锁链结构包括多个锁链式串接的锁扣单元；所述铺粉部为后期清理掉的粉体；所述辅助锁链结构设置在空腔部内；所述铺粉部填充辅助锁链结构与空腔部之间的空隙；所述辅助锁链结构与产品本体的空腔部的内壁不接触，且辅助锁链结构的至少一端露出产品本体的空腔部；
7.s2、根据构建的产品数据模型进行粉床3d打印，获得打印坯；
8.s3、对打印坯进行铺粉部清理：通过转动和/或拉动辅助锁链结构露出空腔部的一端，促使铺粉部的粉体松动，并根据需要翻转产品本体倒出松散的粉体，直至辅助锁链结构从产品本体的空腔部内拉出；最后用压缩空气吹扫空腔部，吹出剩余的粉体。
9.其中带有空腔部的产品包括但不限于具有随形水冷通道的模具、散热液冷板、涡壳流道、具有中空结构的阀体。
10.当粉床3d打印技术为sls或slm或ebm或mjf时，对打印坯完成铺粉部清理后，即获得成品。
11.当粉床3d打印技术为3dp或bjp时，还包括以下步骤：
12.s4、对完成铺粉部清理的打印坯进行脱脂，获得脱脂坯；
13.s5、对脱脂坯进行烧结，获得烧结坯。
14.进一步，锁扣单元的最大外轮廓小于空腔部延伸路径上的拐弯半径，从而提高辅助锁链结构过弯性能。
15.进一步，上述辅助锁链结构的外轮廓与空腔部的内壁之间的间隙大于等于0.5mm，且小于等于2mm。
16.进一步，上述锁扣单元为多个骨架搭建形成的正多面体，骨架为正多面体的棱边；或者锁扣单元为多个环状骨架搭建形成的球形体；各环状骨架的圆心重合。
17.进一步，上述空腔部沿其腔道中心线，空腔部最小通径尺寸为l0；所述锁扣单元沿空腔部延伸方向上的长度为l1，其横截面最大阔度距离为l2；各锁扣单元沿空腔部延伸方向等距排布，下一个锁扣单元相较于上一个锁扣单元旋转角度θ并平移长度l3后相互串接形成锁链式连接；其中θ*n＝360
°
，n为正整数，1mm≤l0-l2≤4mm，1/4l1≤l3＜1/2l1l3＜1/2l1。
18.本发明具有积极的效果：(1)本发明通过设计辅助锁链结构能够去除具有产品的空腔部内的多余材料(铺粉部的粉体)，从而实现产品增材制造的整体成型。
19.(2)本发明中辅助锁链结构在进行产品数据模型设计时就与产品本体进行了合并设计，因此3d打印完成即可完美地将辅助锁链结构放置在产品本体的空腔部，为后期铺粉体的粉体清理提供了有利条件。
20.(3)本发明中辅助锁链结构中锁扣单元的结构尺寸设计和排布方式均是为了保证空腔部内粉体的有效清理。
附图说明
21.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
22.图1为本发明实施例1中产品数据模型的呈现图；
23.图2为本发明实施例1中产品本体的结构示意图；
24.图3为本发明实施例1中辅助锁链结构的结构示意图；
25.图4为本发明实施例2中产品数据模型的呈现图；
26.图5为本发明实施例2中产品本体的结构示意图；
27.图6为本发明实施例2中辅助锁链结构的结构示意图。
具体实施方式
28.(实施例1)
29.本发明包括以下步骤：
30.s1、基于粉床3d打印技术，构建用于打印的产品数据模型；所述产品数据模型包括产品本体1、辅助锁链结构2和铺粉部；所述产品本体1上具有与外部连通的空腔部11；所述辅助锁链结构2包括多个锁链式串接的锁扣单元21；所述铺粉部为后期清理掉的粉体；所述辅助锁链结构2设置在空腔部11内；所述铺粉部填充辅助锁链结构2与空腔部11之间的空隙；所述辅助锁链结构2与产品本体1的空腔部11的内壁不接触，且辅助锁链结构2的至少一
端露出产品本体1的空腔部；
31.其中，产品数据模型的结构特征可参见图1，而产品本体1如图2所示；而辅助锁链结构2可参见图3，锁扣单元21为两个环状骨架搭建形成的球形体；各环状骨架的圆心重合；
32.所述空腔部11沿其腔道中心线，空腔部11最小通径尺寸为l0；所述锁扣单元21沿空腔部11延伸方向上的长度为l1，其横截面最大阔度距离为l2；各锁扣单元21沿空腔部11延伸方向等距排布，下一个锁扣单元21相较于上一个锁扣单元21旋转角度θ并平移长度l3后相互串接形成锁链式连接；
33.s2、根据构建的产品数据模型进行粉床3d打印，获得打印坯；其中粉床3d打印技术采用sls，当然也可以采用slm或ebm或mjf；
34.s3、对打印坯进行铺粉部清理；铺粉清理为通过转动和/或拉动辅助锁链结构2露出空腔部11的一端，促使铺粉部的粉体松动，并根据需要翻转产品本体1倒出松散的粉体(必要时可以拍打产品本体1)，直至辅助锁链结构2从产品本体1的空腔部11内拉出；最后用压缩空气吹扫空腔部11，吹出剩余的粉体。
35.其中打印坯过程均为现有技术，在此不做赘述。
36.锁扣单元21的最大外轮廓小于空腔部11延伸路径上的拐弯半径，从而提高辅助锁链结构2过弯性能。
37.所述辅助锁链结构2的外轮廓与空腔部11的内壁之间的间隙为0.5mm。
38.本实施例中辅助锁链结构2的尺寸参数如下：
39.l0/mml1/mml2/mmθ/
°
l3/mm433901
40.(实施例2)
41.本发明包括以下步骤：
42.s1、基于粉床3d打印技术，构建用于打印的产品数据模型；所述产品数据模型包括产品本体1、辅助锁链结构2和铺粉部；所述产品本体1上具有与外部连通的空腔部11；所述辅助锁链结构2包括多个锁链式串接的锁扣单元21；所述铺粉部为后期清理掉的粉体；所述辅助锁链结构2设置在空腔部11内；所述铺粉部填充辅助锁链结构2与空腔部11之间的空隙；所述辅助锁链结构2与产品本体1的空腔部11的内壁不接触，且辅助锁链结构2的至少一端露出产品本体1的空腔部11；
43.其中，产品数据模型的结构特征可参见图4，而产品本体1如图5所示；而辅助锁链结构2可参见图6，锁扣单元21为多个骨架搭建形成的正多面体，骨架为正多面体的棱边；
44.所述空腔部11沿其腔道中心线，空腔部11最小通径尺寸为l0；所述锁扣单元21沿空腔部11延伸方向上的长度为l1，其横截面最大阔度距离为l2；各锁扣单元21沿空腔部11延伸方向等距排布，下一个锁扣单元21相较于上一个锁扣单元21旋转角度θ并平移长度l3后相互串接形成锁链式连接；
45.s2、根据构建的产品数据模型进行粉床3d打印，获得打印坯；其中粉床3d打印技术采用3dp，当然也可以采用bjp；
46.s3、对打印坯进行铺粉部清理：通过转动和/或拉动辅助锁链结构2露出空腔部11的一端，促使铺粉部的粉体松动，并根据需要翻转产品本体1倒出松散的粉体(必要时可以拍打产品本体1)，直至辅助锁链结构2从产品本体1的空腔部11内拉出；最后用压缩空气吹
扫空腔部11，吹出剩余的粉体。
47.s4、对完成铺粉部清理的打印坯进行脱脂，获得脱脂坯；
48.s5、对脱脂坯进行烧结，获得烧结坯。
49.其中打印坯过程、脱脂过程和烧结过程均为现有技术，在此不做赘述。
50.锁扣单元21的最大外轮廓小于空腔部11延伸路径上的拐弯半径。
51.所述辅助锁链结构2的外轮廓与空腔部11的内壁之间的间隙为1mm。
52.本实施例中辅助锁链结构2的尺寸参数如下：
53.l0/mml1/mml2/mmθ/
°
l3/mm121010904
54.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：s1、基于粉床3d打印技术，构建用于打印的产品数据模型；所述产品数据模型包括产品本体、辅助锁链结构和铺粉部；所述产品本体上具有与外部连通的空腔部；所述辅助锁链结构包括多个锁链式串接的锁扣单元；所述铺粉部为后期清理掉的粉体；所述辅助锁链结构设置在空腔部内；所述铺粉部填充辅助锁链结构与空腔部之间的空隙；所述辅助锁链结构与产品本体的空腔部的内壁不接触，且辅助锁链结构的至少一端露出产品本体的空腔部；s2、根据构建的产品数据模型进行粉床3d打印，获得打印坯；s3、对打印坯进行铺粉部清理：通过转动和/或拉动辅助锁链结构露出空腔部的一端，促使铺粉部的粉体松动，并根据需要翻转产品本体倒出松散的粉体，直至辅助锁链结构从产品本体的空腔部内拉出；最后用压缩空气吹扫空腔部，吹出剩余的粉体。2.根据权利要求1所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：所述粉床3d打印技术为sls或slm或ebm或mjf；当对打印坯完成铺粉部清理后，即获得成品。3.根据权利要求1所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：粉床3d打印技术为3dp或bjp时，还包括以下步骤：s4、对完成铺粉部清理的打印坯进行脱脂，获得脱脂坯；s5、对脱脂坯进行烧结，获得烧结坯。4.根据权利要求1所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：锁扣单元的最大外轮廓小于空腔部延伸路径上的拐弯半径。5.根据权利要求1所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：所述辅助锁链结构的外轮廓与空腔部的内壁之间的间隙大于等于0.5mm，且小于等于2mm。6.根据权利要求2或3所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：所述锁扣单元为多个骨架搭建形成的正多面体，骨架为正多面体的棱边；或者锁扣单元为多个环状骨架搭建形成的球形体；各环状骨架的圆心重合。7.根据权利要求6所述的用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其特征在于：所述空腔部沿其腔道中心线，空腔部最小通径尺寸为l0；所述锁扣单元沿空腔部延伸方向上的长度为l1，其横截面最大阔度距离为l2；各锁扣单元沿空腔部延伸方向等距排布，下一个锁扣单元相较于上一个锁扣单元旋转角度θ并平移长度l3后相互串接形成锁链式连接；其中θ*n＝360
°
，n为正整数，1mm≤l0-l2≤4mm，1/4l1≤l3＜1/2l1l3＜1/2l1。

技术总结
本发明涉及一种用于增材制造去除产品空腔或流道内多余材料的制备方法，其包括以下步骤：S1、基于粉床3D打印技术，构建用于打印的产品数据模型；所述产品数据模型包括产品本体、辅助锁链结构和铺粉部；S2、根据构建的产品数据模型进行粉床3D打印，获得打印坯；S3、对打印坯进行铺粉部清理：通过转动和/或拉动辅助锁链结构促使铺粉部的粉体松动，直至辅助锁链结构从产品本体的空腔部内拉出；最后用压缩空气吹扫空腔部，吹出剩余的粉体。本发明在3D打印中引入用于去除多余材料的辅助锁链结构，有效解决产品上空腔或流道内多余材料的去除问题，有利于实现产品整体成型。有利于实现产品整体成型。有利于实现产品整体成型。


技术研发人员：苏绍华 缪锋 李进 朱明露 邬均文 王明喜
受保护的技术使用者：江苏精研科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/9