一种变截面开孔网格支撑结构及其生成方法与流程

本发明涉及选择性激光熔化成形技术中的支撑，具体为一种变截面开孔网格支撑结构及其生成方法。

背景技术：

选择性激光熔化成形技术是一种快速增材制造成形技术，采用激光热源，铺粉后逐层堆积，快速实现高复杂性零件的近净成形。给予其逐层堆积的成形方法需要在其悬空的面、棱、点及无法自支撑成形的特征添加网格支撑，以保证零件顺利成形，同时达到其要求的表面粗糙度及尺寸精度。

现有的网格支撑如图1和图2所示，为支撑添加软件中自带的网格支撑形式，为竖向网格，只可调整网格单个网格单元的大小及网格单元的间距。其与零件同时成形，上下或与零件连接，或与基板连接，成形结束后，网格内的粉末无法清除，造成材料浪费，成本增加。热处理后，粉末与网格支撑熔为一体，增加了后处理难度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种变截面开孔网格支撑结构及其生成方法，结构简单有效，在生产过程中，降低了原材料的损耗，提高了打印效率，降低了后处理难度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变截面开孔网格支撑结构，包括沿竖直方向依次叠加的多个开孔网格支撑单元，每个开孔网格支撑单元均由多个网格单元体沿水平方向阵列而成，网格单元体为沿竖直方向设置的空管结构，开孔网格支撑单元侧壁沿水平方向设有贯穿开孔网格支撑单元的网格开孔，沿竖直方向的多个开孔网格支撑单元的网格单元体尺寸依次增大，在相邻两个开孔网格支撑单元的下层开孔网格支撑单元的网格单元体)内形成用于支撑上层开孔网格支撑单元的支撑体，支撑体沿竖直方向设置，与网格单元体形成田字形结构。

进一步的，相邻两个开孔网格支撑单元的下层开孔网格支撑单元的网格单元体尺寸为上层开孔网格支撑单元网格单元体的2倍。

进一步的，网格单元体为矩形结构。

进一步的，相邻两层网格单元体的上一层网格单元体选用尺寸为a的正方形，相邻的下一层网格单元体选用尺寸为2a的正方形。

进一步的，与零件连接的第一层开孔网格支撑的最小网格单元a变长为0.6-1.0mm。

进一步的，三角支撑片沿竖直方向的高度为与其相邻的上层三角支撑片边长。

进一步的，与零件连接的第一层开孔网格支撑单元支撑高度为3-5mm。

一种变截面开孔网格支撑结构形成方法，包括以下步骤：

步骤1)、在三维制图软件导入需添加支撑零件，确定零件的摆放及需添加支撑的投影面积；

步骤2)、在零件需要添加支撑的区域，通过绘制生成开孔网格支撑单元的一个网格单元体的截面结构，在竖直方向上扫描截面结构形成空管，在水平方向上阵列网格单元体形成开孔网格支撑单元；

步骤3)、在开孔网格支撑单元的网格单元体内生成支撑体，根据步骤2)在生成支撑体的开孔网格支撑单元上端继续生成上层开孔网格支撑单元，重复步骤2)至步骤3)，形成支撑结构。

进一步的，步骤2)形成开孔网格支撑单元后，沿水平方向在开孔网格支撑单元的竖直面上拉伸切除形成出粉通道。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的一种变截面开孔网格支撑结构，通过由多个不同尺寸的网格单元体阵列形成开孔网格支撑单元，再由过个开孔网格支撑单元叠加形成支撑单元改变支撑的形态，在开孔网格支撑单元侧壁沿水平方向设有贯穿开孔网格支撑单元的网格开孔形成侧向出粉通道，从而能够在成形后使支撑内部粉末完全清除，使支撑内部的粉末能够在零件成型后在热处理前进行回收，且提高打印速率，降低后处理难度，将传统网格支撑内部无法清出的粉末完全清理出来，减少成形的粉末使用量，侧向出粉的网格支撑设置打印速度更快，缩短了成形时间，提高效率，降低成本。

本发明一种变截面开孔网格支撑结构生成方法，利用三维制图软件形成横截面结构，并根据需求对支撑进行阵列和布置，满足使用需求，并且能够与零件数据一同输出完成同步成型，并且在设置生成时，直接对支撑单元进行加强保证了其支撑效果，形成开孔网格支撑单元后，沿水平方向在开孔网格支撑单元的竖直面上拉伸切除形成出粉通道，使支撑内部的粉末能够在零件成型后在热处理前进行回收，减少成形的粉末使用量。

附图说明

图1为现有技术中网格支撑结构示意图。

图2为现有技术中网格支撑结构的支撑面结构。

图3为变截面开孔网格支撑结构示意图。

图4为网格单元体结构示意图。

图5为开孔网格支撑单元示意图。

图6为支撑体结构示意图。

图7为图6局部放大示意图。

图8为变截面过渡示意图。

图9为变截面过渡俯视图。

图10为变截面过渡剖视图。

图中，1、开孔网格支撑单元；2、网格单元体；3、网格开孔；4、支撑体。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图3、图5所示，本发明所述的一种变截面开孔网格支撑结构，包括沿竖直方向依次叠加的多个开孔网格支撑单元1，每个开孔网格支撑单元1均由多个网格单元体2沿水平方向阵列而成，网格单元体2为沿竖直方向设置的空管结构，开孔网格支撑单元1侧壁沿水平方向设有贯穿开孔网格支撑单元1的网格开孔3，形成出粉通道，沿竖直方向的多个开孔网格支撑单元1的网格单元体2尺寸依次增大，相邻两个开孔网格支撑单元1的下层开孔网格支撑单元1的网格单元体2尺寸为上层开孔网格支撑单元1网格单元体2的2倍；网格单元体2为矩形结构，优选的，如图4所示，上一层网格单元体2选用尺寸为a的正方形，相邻的下一层网格单元体2选用尺寸为2a的正方形；

如图6至图10所示，相邻两个开孔网格支撑单元1之间为过渡截面层，在相邻两个开孔网格支撑单元1的下层开孔网格支撑单元1内形成支撑体4，支撑体沿竖直方向设置，用于支撑上层开孔网格支撑单元1，本优选实施例如图所示，支撑体4为三角支撑片，三角支撑片设置于下层开孔网格支撑单元1的网格单元体2内，与网格单元体2形成田字形结构，实现网格支撑变截面，用以支撑上一层网格单元体2；如图8所示，三角支撑片沿竖直方向的高度为与其相邻的上层三角支撑片边长；

与零件连接的第一层开孔网格支撑高度为3-5mm，确保零件成形后的表面质量和尺寸精度满足客户要求；

与零件连接的第一层开孔网格支撑的最小网格单元a变长为0.6-1.0mm。

网格开孔的尺寸满足打印过程稳定成形即可；

同时，本发明为变截面支撑结构，随着变截面层数的增加，网格最小单元可实现2ⁿ倍数增加。网格最小单元尺寸增大，打印时激光扫描的路径越短，打印速度越快。缩短了成形时间，提高效率，降低成本。

本发明一种变截面开孔网格支撑结构的生成方法，包括以下步骤：

步骤1)、在三维制图软件导入需添加支撑零件，确定零件的摆放及需添加支撑的投影面积；

步骤2)、在零件需要添加支撑的区域，通过绘制生成开孔网格支撑单元1的一个网格单元体2的截面结构，在竖直方向上扫描截面结构形成空管，在水平方向上阵列网格单元体2形成开孔网格支撑单元1；

步骤3)、在开孔网格支撑单元1的网格单元体2内生成支撑体4，根据步骤2)在生成支撑体4的开孔网格支撑单元1上端继续生成上层开孔网格支撑单元1，重复步骤2)至步骤3)，形成支撑结构。

步骤2)形成开孔网格支撑单元1后，沿水平方向在开孔网格支撑单元1的竖直面上拉伸切除形成出粉通道。

在零件成型的同时，根据步骤3)得到的支撑结构与零件一体成型，零件成型后完成对零件的支撑，并将支撑结构中的粉末从出粉通道中倒出后，再进行后续处理。

通过由多个不同尺寸的网格单元体阵列形成开孔网格支撑单元，再由过个开孔网格支撑单元叠加形成支撑单元改变支撑的形态，在开孔网格支撑单元侧壁沿水平方向设有贯穿开孔网格支撑单元的网格开孔形成侧向出粉通道，从而能够在成形后使支撑内部粉末完全清除，使支撑内部的粉末能够在零件成型后在热处理前进行回收，且提高打印速率，降低后处理难度，将传统网格支撑内部无法清出的粉末完全清理出来，减少成形的粉末使用量，侧向出粉的网格支撑设置打印速度更快，缩短了成形时间，提高效率，降低成本。

本发明一种变截面开孔网格支撑结构生成方法，利用三维制图软件形成横截面结构，并根据需求对支撑进行阵列和布置，满足使用需求，并且能够与零件数据一同输出完成同步成型，并且在设置生成时，直接对支撑单元进行加强保证了其支撑效果，形成开孔网格支撑单元后，沿水平方向在开孔网格支撑单元的竖直面上拉伸切除形成出粉通道，使支撑内部的粉末能够在零件成型后在热处理前进行回收，减少成形的粉末使用量。