一种增材制造工件内孔去支撑装置的制作方法

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种增材制造工件内孔去支撑装置。

背景技术：

增材制造技术，也称3d打印，是基于计算机三维cad模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术可以在一台设备快速精密的制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。这些技术面向航空航天、武器制造、汽车、模具以及生物医疗等高端制造领域，直接制造三维复杂结构，解决传统制造工艺难以甚至无法加工制造难题。

增材制造可以直接制造结构复杂的工件，且周期短、效率高，材料利用率高，特别适用于制造个性化和复杂结构零件。故对于传统不能或难以制造成型的结构工件，趋向于选择增材制造的方式进行制造。

但此类工件由于其结构的复杂性，经常伴有空腔结构而出现悬垂。悬垂的出现会在增材制造过程中导致部分结构的塌陷或起翘，从而严重影响结构件整体的质量。为了避免悬垂位置对构件的影响，一般在增材制造过程中通过调整构件数字模型摆放角度进行规避。但有些结构件因其自身的特殊性，即使调整了构件数字模型角度，也无法完全规避。此时只能通过添加支撑来防止悬垂部位的塌陷或起翘。这就造成了增材制造出的工件，需要进行支撑去除的后处理。

一般的复杂工件的支撑依附于工件外表面生成，很容易被去除。但有些复杂工件因其自身设计有较大的内孔或管类通道，使得支撑只能生成于工件内部，给后期有效快速去除支撑带来很大困难。

现行去除这类结构的孔或管类通道里的支撑方案，为采用扁铲或其他简单的端部锐利工具，通过手动敲击冲锉掉支撑。现行通过手工敲击扁铲或其他简单端部锐利工具，对支撑进行冲锉掉落。这样操作方式无法完全去除支撑在工件表面留下的端部，且在多数情况下这种方案只是将支撑从中间冲断，无法将支撑完全切落下来。由于内孔或管路通道周围密闭不可见，在手动将扁铲或其他工具伸进时无法准确定位所要去除支撑的位置，这样就造成重复而无效率的冲锉。此种方式耗费时间且消耗体力，也不能得到较为完好的去除支撑表面。

或通过机械切削加工方式，进行指定位置去除支撑。采用传统的机械加工去除方法，虽能较好且快速的去除支撑。但复杂工件在机床设备上装夹费时，且有些需要定位的孔道，需要进行数控编程定位，而整体加工切削时间短。如此在工件前期处理时间过长，占用浪费机床设备资源，且如此去除支撑的方法对于构件本身处理会增加很大经济成本负担。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的缺点，提供一种增材制造工件内孔去支撑装置，节省去支撑工作时间、提高工作效率、将支撑去除的更为干净；相对于机械加工方法操作更为简便，不会对这种支撑的处理增加额外成本。

本发明一种增材制造工件内孔去支撑装置，其特征在于：包括一端设有旋转主动驱动结构、另一端设有弹性组件的移动中芯轴，一端设有配合所述旋转主动驱动结构的被驱动旋转结构和切削组件的可转外轴套，还包括定位结构，所述移动中芯轴插入所述可转外轴套内，通过所述定位结构将所述弹性组件、移动中芯轴和可转外轴套结合为同轴的一体，所述弹性组件可轴向压缩和伸展复位，带动所述移动中芯轴轴向往复位移，使得所述移动中芯轴的旋转主动驱动结构驱动所述可转外轴套的被驱动旋转结构动作，所述可转外轴套完成周向转动一次，进而带动所述切削组件完成周向切削支撑一次，所述弹性组件申展复位后可进行下一次轴向压缩，完成下一次周向切削支撑。

具体地，所述旋转主动驱动结构为移动中芯轴的一端均布的楔形块(楔形块的一边跟轴线平行，另一边跟轴线呈锐角)，所述被驱动旋转结构为可转外轴套内腔设置的与所述楔形块配合的楔形空间，所述楔形块和所述楔形空间形成角度耦合，所述弹性组件轴向压缩时所述楔形块轴向运动插入所述楔形空间从而带动可转外轴套成一定角度旋转，当可转外轴套旋转时带动可转外轴套上的切削组件一起旋转，完成周向切削支撑。

进一步地，所述移动中芯轴设有旋转主动驱动结构一端的端头部还设有冲销扁铲。

进一步地，所述可转外轴套的另一端还设有套筒，所述套筒内设有第一直线衬套，所述第一直线衬套轴向固定套接在所述可转外轴套的另一端。

具体地，所述弹性组件包括套入移动中芯轴另一端的弹簧、弹簧顶盖及第一弹簧固定结构，所述移动中芯轴另一端设有与第一弹簧固定结构相配合的第二弹簧固定结构，所述定位结构包括所述冲销扁铲一端的第二外螺纹、与之相配合的所述移动中芯轴一端的第二内螺纹孔、所述冲销扁铲的第一定位面、所述可转外轴套的一端设有的与所述第一定位面相配合的第二定位面，所述定位结构还包括所述可转外轴套的另一端内腔设置的与所述弹簧一端接触定位的第三定位面，所述弹簧另一端接触定位于弹簧顶盖的第四定位面；将所述移动中芯轴插入可转外轴套，再将所述弹簧套入移动中芯轴另一端，所述弹簧的一端接触可转外轴套的第三定位面另一端接触第四定位面，所述第一弹簧固定结构和第二弹簧固定结构配合将所述弹簧限制在第三定位面好和第四定位面之间，所述冲销扁铲一端的第二外螺纹拧入所述移动中芯轴一端的第二内螺纹孔，所述冲销扁铲的第一定位面与所述可转外轴套的第二定位面接触定位。

进一步地，还包括轴承，所述轴承固定设置在所述弹簧的一端与可转外轴套的第三定位面之间，所述弹簧的一端与所述轴承的内环固定接触。

进一步地，还包括第二直线衬套，所述第二直线衬套固定套接在所述移动中芯轴的一端。

优选地，所述第二直线衬套为两个，间隔固定套接在所述移动中芯轴的一端。

具体地，所述切削组件包括设置于所述可转外轴套一端的刀粒固定位和安装于所述刀粒固定位的刀粒。

优选地，所述刀粒固定位和安装于所述刀粒固定位的刀粒均有四个。

本发明装置整体外形呈圆形且直径大小可与孔或管道大小相匹配，当本发明装置放入所要去支撑的孔或管道时能起到很好定位作用，每次外力敲击如图四所示弹簧顶盖时，冲出的冲销扁铲能很准确的冲销切断孔内或管道内支撑。冲销扁铲会自动向上缩回，相比于现有的使用简单的扁铲敲击一次手动向上抬一次的方式，大大减小了劳动强度提高了工作效率。

本发明装置下端所安装的刀粒类似于，传统机械加工的铣刀。每次伴随外力的敲击旋转，会带动下方刀粒刀尖对圆孔内周壁面进行切削，能将被冲销扁铲冲切残留下的支撑去除。相对于现有去除方式，能更好更快速清理干净孔或管道内周壁面，且本装置当刀粒刀尖出现钝损时，可松开刀粒固定螺丝直接更换刀粒便可。

总之，本发明装置结合了现有的手工冲销扁铲技术和机械加工去支撑的技术，将弹簧、冲击螺丝刀旋转原理、铣刀切削原理相结合实现增材制造工件内孔去支撑，相对于现有技术方案节省去支撑工作时间、提高工作效率、将支撑去除的更为干净。相对于机械加工方法操作更为简便，不会对这种支撑的处理增加额外成本。

附图说明

图1为本发明装置的外形结构示意图；

图2为图1的c向视图；

图2a为图2的a-a向剖视图；

图2b为图2a的b-b向剖视图(形成角度耦合)；

图3为本发明装置的结构部件爆炸示意图；

图4为本发明装置的移动中芯轴结构部件爆炸示意图；

图5为本发明装置的移动中芯轴一端的外形结构示意图；

图5a为图5的d向视图；

图5b为图5的e向视图；

图5c为图5的f向视图；

图5d为图5的g向视图；

图5e为发明装置的移动中芯轴立体结构示意图；

图6为本发明装置的可转外轴套结构部件爆炸示意图；

图7为本发明装置的外轴套内内的楔形空间；

图7a为图7的h-h向剖视图。

其中：1第一螺钉，1-1第一通孔，2弹簧顶盖，3弹簧，4轴承固定端盖，4-01第三外螺纹，5轴承，6移动中芯轴，6-01中芯轴，6-01-1第一槽位，6-01-2第一凸台，6-01-3第一轴面，6-01-4第二槽位，6-01-5第三槽位，6-01-6第二轴面，6-01-7第四槽位，6-01-8楔形块，6-01-9第二内螺纹孔，6-01-10第一内螺纹孔，6-02橡胶圈，6-03-01第二直线衬套，6-04-1第一卡环，6-04-2第二卡环，6-04-3第三卡环，7可转外轴套，7-01外轴套，7-01-1第二凸台，7-01-2第二轴面，7-01-3第一卡环槽，7-01-4刀粒固定位螺丝孔，7-01-5刀粒固定位，7-01-6第三内螺纹孔7-01-7轴承面，7-01-8楔形空间，7-02套筒，7-02-1第二卡环槽，7-03第一直线衬套，7-04第四卡环，7-05第五卡环，8刀粒固定螺丝，9刀粒，10冲销扁铲，11旋转主动驱动结构，12被驱动旋转结构，13切削组件，14弹性组件，15第一弹簧固定结构，16第二弹簧固定结构，17定位结构，18第二外螺纹，201第一定位面，202第二定位面，203第三定位面，204第四定位面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，多属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1-3所示，一种增材制造工件内孔去支撑装置，包括一端设有旋转主动驱动结构、另一端设有弹性组件的移动中芯轴，一端设有配合所述旋转主动驱动结构的被驱动旋转结构和切削组件的可转外轴套，还包括定位结构，所述移动中芯轴插入所述可转外轴套内，通过所述定位结构将所述弹性组件、移动中芯轴和可转外轴套结合为同轴的一体，所述弹性组件可轴向压缩和伸展复位，带动所述移动中芯轴轴向往复位移，使得所述移动中芯轴的旋转主动驱动结构驱动所述可转外轴套的被驱动旋转结构动作，所述可转外轴套完成周向转动一次，进而带动所述切削组件完成周向切削支撑一次，所述弹性组件申展复位后可进行下一次轴向压缩，完成下一次周向切削支撑。

所述旋转主动驱动结构为移动中芯轴的一端均布的楔形块(楔形块的一边跟轴线平行，另一边跟轴线呈锐角)，本实施例中楔形块为轴对称的两块，所述被驱动旋转结构为可转外轴套内腔设置的与所述楔形块配合的楔形空间，所述楔形块和所述楔形空间形成角度耦合，所述弹性组件轴向压缩时所述楔形块轴向运动插入所述楔形空间从而带动可转外轴套成一定角度旋转，其角度旋转与已公开的冲击螺丝刀转动原理相似，类似于两三角形滑块竖直放置，彼此两斜面贴合形成矩形体，当一个三角形斜面向下移动时，会挤动另一三角形斜面向一侧移动，如两者贴合排布在圆周内就会发生周向转动，本实施例中角度旋转在六分之一到四分之一个圆周角即60°-90°内，根据楔形块与楔形空间各自斜面配合角度和配合间隙确定；当可转外轴套旋转时带动可转外轴套上的切削组件,一起旋转，完成周向切削支撑，原理类似于铣刀铣孔，从而能清理掉孔或管类通道壁面上残留的支撑端部。

所述移动中芯轴设有旋转主动驱动结构一端的端头部还设有冲销扁铲，用于对支撑起到冲击折断作用，所述冲削扁铲通过紧固件安装于移动中芯轴顶端。

所述可转外轴套的另一端还设有套筒，所述套筒内设有第一直线衬套，所述第一直线衬套轴向固定套接在所述可转外轴套的另一端。

所述弹性组件包括套入移动中芯轴另一端的弹簧、弹簧顶盖(设有第一通孔)及第一弹簧固定结构，本实施例中的第一弹簧固定结构包括弹簧顶盖开设的第一通孔和穿过其中的第一螺钉，所述移动中芯轴另一端设有与第一弹簧固定结构(第一螺钉与第一内螺纹孔配合)相配合的第二弹簧固定结构(本实施例中为第一内螺纹孔)，所述定位结构包括所述冲销扁铲一端的第二外螺纹、与之相配合的所述移动中芯轴一端的第二内螺纹孔、所述冲销扁铲的第一定位面、所述可转外轴套的一端设有的与所述第一定位面相配合的第二定位面，所述定位结构还包括所述可转外轴套的另一端内腔设置的与所述弹簧一端接触定位的第三定位面，本实施例中第三定位面是可转外轴套内腔设置的凸出于内壁的圆环面，所述弹簧另一端接触定位于弹簧顶盖的第四定位面；将所述移动中芯轴插入可转外轴套，再将所述弹簧套入移动中芯轴另一端，所述弹簧的一端接触可转外轴套的第三定位面另一端接触第四定位面，所述第一弹簧固定结构和第二弹簧固定结构配合将所述弹簧限制在第三定位面好和第四定位面之间，本实施例中即是第一螺钉穿过第一通孔拧入第一内螺纹孔；所述冲销扁铲一端的第二外螺纹拧入所述移动中芯轴一端的第二内螺纹孔，所述冲销扁铲的第一定位面与所述可转外轴套的第二定位面接触定位。

实施例2：

如图4、2a所示，本实施例与实施例1不同之处在于，本发明的增材制造工件内孔去支撑装置，还包括轴承，所述轴承固定设置在所述弹簧的一端与可转外轴套的第三定位面之间，所述弹簧的一端与所述轴承的内环固定接触，可转外轴套上的直线衬套，是使用本发明装置时手抓握位置，确保可转外轴套在转动时手是不会跟随旋转。

轴承固定设置的结构具体包括有一轴承固定端盖，轴承固定端盖设有第三外螺纹，所述可转外轴套另一端设有的第三内螺纹孔，第三外螺纹和第三内螺纹孔配合，以将轴承固定在可转外轴套内腔设置的第三定位面上。

本实施例的增材制造工件内孔去支撑装置还包括第二直线衬套，所述第二直线衬套固定套接在所述移动中芯轴的一端。所述第二直线衬套为两个，间隔固定套接在所述移动中芯轴的一端。两直线衬套是为上下滑动所用，

其余内容同实施例1。

实施例3：

如图3、6、7、7a所示，本实施例与实施例2不同之处在于，本发明的增材制造工件内孔去支撑装置所述切削组件包括设置于所述可转外轴套一端的设有刀粒固定位螺丝孔的刀粒固定位，还包括安装于所述刀粒固定位的刀粒，所述切削组件还包括刀粒固定螺丝，具体固定方法：分别将刀粒固定螺丝拧入可转外轴套上的刀粒固定位螺丝孔内固定。所述刀粒固定位和安装于所述刀粒固定位的刀粒均有四个。

其余内容同实施例2。

实施例4：

如图1-7,2a,2b,5a,5b,5c,5d,5e,7a所示，对本实施例的增材制造工件内孔去支撑装置具体的结构和工作原理再详细描述如下：

如图1,3所示，本发明由弹簧顶盖第一螺钉、设有穿过第一螺钉的第一通孔的弹簧顶盖、弹簧、轴承固定端盖、轴承、移动中芯轴、可转外轴套、刀粒固定螺丝、刀粒、冲销扁铲组成。

如图4所示，将橡胶圈安装至中芯轴上的第一槽位、将安装至中芯轴上的第一轴面并贴紧第一凸台、将第一卡环安装至中芯轴上的第二槽位并贴紧第二直线衬套、将第二卡环安装至中芯轴上的第三槽位、将第二直线衬套安装至中芯轴上的第二轴面并贴紧第二卡环、将第三卡环安装至中芯轴上的第四槽位并贴紧第二直线衬套，由此便组成如图3所示移动中芯轴。如图5，5a，5b，5c，5d，5e所示，为本发明装置的移动中芯轴一端的旋转主动驱动结构外形示意图，移动中芯轴的一端对称均布的两块楔形块(楔形块的一边跟轴线平行，另一边跟轴线呈锐角)，所述被驱动旋转结构为可转外轴套内腔设置的与所述楔形块配合的楔形空间，所述楔形块和所述楔形空间形成角度耦合(图2b所示)，楔形块插入楔形空间后，楔形块跟轴线呈锐角的另一边向下移动时，会挤动可转外轴套内腔形成楔形空间的斜边(面)向一侧移动，如两者(两斜边)贴合排布在圆周内就会发生周向转动，两者(两斜边)合拢呈圆柱体；弹性组件轴向伸展复位后，楔形块再次插入楔形空间，重复上述过程。上一次旋转的终点为下一次旋转的起点。

所述弹性组件轴向压缩时所述楔形块轴向运动插入所述楔形空间从而带动可转外轴套成一定角度旋转(其角度旋转与已公开的冲击螺丝刀转动原理相似)，当可转外轴套旋转时带动可转外轴套上的切削组件(固定的多个刀粒，本实施例中有360°范围内均布的四个)一起旋转，完成周向切削支撑，原理类似于铣刀铣孔，从而能清理掉孔或管类通道壁面上残留的支撑端部。

如图6所示，将第一直线衬套装入套筒内、将第四卡环装入套筒的第二卡环槽内并与第一直线衬套贴紧、将已装入直线衬套的套筒装入外轴套的第二轴面处并与第二凸台靠紧、将第五卡环装入外套筒的第一卡环槽内并与套筒内第一直线衬套贴紧，由此便组成了如图3所示可转外轴套。

如图2,2a,2b所示，将已装配完全的移动芯轴插入已装配完全的可转外轴套，将冲销扁铲设有的第二外螺纹旋入中芯轴端部的第二内螺纹孔(如图4所示)，将轴承装入外轴套中轴承面处(如图7a所示)，将轴承固定端盖的第三外螺纹拧入外轴套第三内螺纹孔处(如图2a所示)压紧轴承，将弹簧套入移动芯轴并盖上弹簧顶盖拧入弹簧顶盖第一螺钉至中芯轴(如图4所示)第一内螺纹孔，压紧弹簧。将刀粒安装至外轴套(如图6所示)的刀粒固定位，并分别将刀粒固定螺丝拧入外轴套刀粒固定位螺丝孔内固定。由此便组成了本发明的一种增材制造工件内孔去支撑装置。尤其在结构设计时要做到：在使用外力敲击如图1所示弹簧顶盖前，所述中芯轴的楔形块需要插入所述可转外轴套内腔设置的楔形空间一定的深度内，本实施例中“一定的深度”为楔形空间的1/4轴向高度，这样可以保证连续敲击所述弹簧顶盖时所述楔形块和所述楔形空间的对位耦合。

本发明装置工作原理方式为：将本发明装置放入生成有支撑的孔或管类通道，支撑的材料为3d打印材料一样，有上下细中间粗圆柱结构或十字等结构，起到支撑产品悬垂部位在打印过程中不会塌陷或发生起翘。单手或双手紧握可转外轴套上套筒，使用外力敲击如图1所示弹簧顶盖时，外力会使移动中芯轴向下运动，并瞬间将移动中芯轴上连接的冲销扁铲冲出，从而对支撑起到冲击折断的作用。在移动中芯轴向下运动的同时，中芯轴上的楔形块(如图5e所示)会与外轴套内的楔形空间(如图7所示)形成角度耦合(如图2b的b-b剖面图)，从而带动外轴套成一定角度旋转(其转动与已公开的冲击螺丝刀转动原理相似)，此时所述套筒不动，所述移动中芯轴和所述外轴套一起旋转,所述中心轴会与外轴套一起旋转的过程中，所述中芯轴还会受弹簧作用向上返回到受敲击前的位置，当外轴套旋转时外轴套上固定的刀粒会随着一起旋转而不会沿轴向移动，形成圆周方向的切削作用(原理类似于铣刀铣孔)，从而能清理掉孔或管类通道壁面上残留的支撑端部。而手握的外套筒上的套筒因套筒内第一直线衬套的作用，不会随着一起旋转。当冲销扁铲冲出后随着外力消耗减弱和弹簧反作用力的作用下，移动中芯轴会被往上拉升到原位。当外力再次作用到弹簧顶盖时，移动中芯轴又将再次向下运动，受弹簧作用再次使移动中芯轴回位。如此当外力不间断敲击时，会使冲销扁铲呈现往复冲削运动，可转外轴套带动刀粒呈现旋转切削。每敲击一次弹簧顶盖，可转外轴套带动刀粒呈现旋转大约六分之一到四分之一的圆周角旋转，即旋转60°-90°。

移动中芯轴在可转外轴套内往复运动，移动中芯轴与可转外轴套同时在第一直线衬套内旋转运动，所述冲削扁铲第一定位面的反面头部为“﹀”形状，使用时冲削扁铲头部从而具有破坏性，冲销扁铲能借助冲击力冲锉断孔道内支撑。

敲击弹簧顶盖所使用的外力，不局限于手动敲击施加，也包括电力驱动施加、压缩气动力施加等形式。

本发明的装置的使用方法如下:

将增材制造完结后的复杂构件，使用虎钳装夹固定，朝上露出孔道开口处。将本发明装置伸入孔道内，左手紧握本发明装置外套筒，右手使用榔头，不间断敲击本发明装置弹簧顶盖。冲销扁铲冲锉断孔道内支撑的同时，可转动外轴套上刀粒绕圆周方向进行旋转切削，将孔或管道内周壁面上的支撑端部依次去除。如此，就能很快速完好清除内孔支撑。