CN109624327A - 3d打印薄壁零件的支撑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印薄壁零件的支撑结构，包括支撑体，支撑体设于薄壁零件的内周面且沿薄壁零件的轴向延伸形成竖立板状，支撑体具有沿薄壁零件的径向依次相连的接触部、断裂部和主体部，接触部与薄壁零件的内周面相接触，主体部沿薄壁零件的径向延伸的长度大于接触部沿薄壁零件的径向延伸的长度，支撑体沿薄壁零件的切向延伸的厚度在靠近断裂部处呈收缩趋势且在断裂部处达到最小值。支撑体使得薄壁零件在收缩趋势方向上具有较高的结构刚度，且去除方便，通过断裂部的设计，使得支撑体的断裂位置和方向均可控，不会在薄壁零件产品上造成额外缺口或裂纹，从而可保证薄壁零件产品的结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印薄壁零件的支撑结构。
背景技术
在3D打印技术领域，直径超过100cm、壁厚为1mm-2mm的大尺寸薄壁零件在加工过程中存在热收缩影响明显的问题，易发生错层加工的现象，破坏产品精度与表面精度，因此需要在大尺寸薄壁零件成形过程中增加对零件进行有效束缚的支撑结构，提高零件在收缩方向上的结构刚度，同时又要满足去除方便的要求。
目前，在3D打印零件模型时通常生成有板状的支撑结构，这种支撑结构厚度过大，在弯折去除时无应力集中的预置缺口，断裂位置与断裂方向随机，容易在薄壁零件上造成额外缺口，使得产品在应用过程中容易产生应力集中，导致薄壁零件结构强度降低。因此这种支撑结构只能采用机加工等高昂成本的方式去除，存在去除不便的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种去除方便的3D打印薄壁零件的支撑结构，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种3D打印薄壁零件的支撑结构，包括支撑体，支撑体设于薄壁零件的内周面且沿薄壁零件的轴向延伸形成竖立板状，支撑体具有沿薄壁零件的径向依次相连的接触部、断裂部和主体部，接触部与薄壁零件的内周面相接触，主体部沿薄壁零件的径向延伸的长度大于接触部沿薄壁零件的径向延伸的长度，支撑体沿薄壁零件的切向延伸的厚度在靠近断裂部处呈收缩趋势且在断裂部处达到最小值。
优选地，接触部沿薄壁零件的切向延伸的厚度沿指向断裂部的方向逐渐减小。
优选地，主体部靠近断裂部的一侧沿薄壁零件的切向延伸的厚度沿指向断裂部的方向逐渐减小。
优选地，接触部具有朝向主体部的第一端面，主体部具有朝向接触部的第二端面，第一端面与第二端面相对接构成断裂部。
优选地，主体部中靠近断裂部的一部分与接触部呈镜像设置。
优选地，断裂部沿薄壁零件的切向延伸的厚度为0.1mm-0.3mm。
优选地，主体部沿薄壁零件的切向延伸的厚度的最大值为1mm-2mm。
优选地，接触部沿薄壁零件的径向延伸的长度为0.1mm-0.3mm。
优选地，支撑体沿薄壁零件的径向延伸的长度为4mm-6mm。
优选地，支撑体设有多个，所有支撑体在薄壁零件的内周面上沿周向等间隔地分布。
与现有技术相比，本发明具有显著的进步：
本发明的3D打印薄壁零件的支撑结构，其支撑体通过沿薄壁零件的径向依次相连的接触部、断裂部和主体部形成对薄壁零件径向(即薄壁零件的收缩趋势方向)上的支撑，使得薄壁零件在收缩趋势方向上具有较高的结构刚度，从而可以避免薄壁零件打印层发生热收缩，有效控制热应力对薄壁零件产品精度的影响，尤其能够适用于大尺寸薄壁零件的支撑；支撑体设于薄壁零件的内周面且沿薄壁零件的轴向延伸形成竖立板状，可以随薄壁零件的成形过程同步打印成形，只需额外消耗少量的原材料即可加工；支撑体沿薄壁零件的切向延伸的厚度在靠近断裂部处呈收缩趋势且在断裂部处达到最小值，并且主体部沿薄壁零件的径向延伸的长度大于接触部沿薄壁零件的径向延伸的长度，因此在去除支撑体时，断裂部可以作为应力集中的预置缺口，通过在断裂部处弯折支撑体使其断裂，再对接触部进行打磨，可以很方便地去除支撑体，且使得支撑体的断裂位置可控，不会在薄壁零件产品上造成额外缺口或裂纹，从而可保证薄壁零件产品的结构强度。
附图说明
图1是本发明实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构支撑薄壁零件的示意图。
图2是本发明实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构中支撑体的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1、支撑体 11、接触部
12、断裂部 13、主体部
2、薄壁零件
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1和图2所示，本发明3D打印薄壁零件的支撑结构的一种实施例。薄壁零件是壁厚较小(如1mm-2mm)的管件，在利用3D打印技术打印成形的过程中，打印层存在热收缩的现象，尤其是大尺寸(如直径超过100cm)的薄壁零件，打印层热收缩明显，易导致错层加工的现象，破坏产品精度。薄壁零件打印层收缩趋势方向为薄壁零件切线方向的垂直方向，即薄壁零件的径向。本实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构设置在薄壁零件打印层收缩趋势方向上，用于加强薄壁零件在收缩趋势方向上的结构刚度，以避免薄壁零件打印层发生热收缩。
参见图1，本实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构包括支撑体1，支撑体1设于薄壁零件2的内周面且沿薄壁零件2的轴向延伸形成竖立板状。参见图2，支撑体1具有沿薄壁零件2的径向依次相连的接触部11、断裂部12和主体部13，接触部11与薄壁零件2的内周面相接触，主体部13沿薄壁零件2的径向延伸的长度大于接触部11沿薄壁零件2的径向延伸的长度，支撑体1沿薄壁零件2的切向延伸的厚度在靠近断裂部12处呈收缩趋势且在断裂部12处达到最小值。本文中，薄壁零件2的轴向是指薄壁零件2的轴线延伸方向，薄壁零件2的径向是薄壁零件2的直径延伸方向，薄壁零件2的切向是指在同一横截面上垂直于径向的方向。
本实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构，其支撑体1通过沿薄壁零件2的径向依次相连的接触部11、断裂部12和主体部13形成对薄壁零件2径向(即薄壁零件2的收缩趋势方向)上的支撑，使得薄壁零件2在收缩趋势方向上具有较高的结构刚度，从而可以避免薄壁零件2打印层发生热收缩，有效控制热应力对薄壁零件2产品精度的影响，尤其能够适用于大尺寸薄壁零件的支撑；支撑体1设于薄壁零件2的内周面且沿薄壁零件2的轴向延伸形成竖立板状，可以随薄壁零件2的成形过程同步打印成形，只需额外消耗少量的原材料即可加工；支撑体1沿薄壁零件2的切向延伸的厚度在靠近断裂部12处呈收缩趋势且在断裂部12处达到最小值，并且主体部13沿薄壁零件2的径向延伸的长度大于接触部11沿薄壁零件2的径向延伸的长度，因此在去除支撑体1时，断裂部12可以作为应力集中的预置缺口，通过在断裂部12处弯折支撑体1使其断裂，再对接触部11进行打磨，可以很方便地去除支撑体1，且使得支撑体1的断裂位置可控，不会在薄壁零件2产品上造成额外缺口或裂纹，从而可保证薄壁零件2产品的结构强度。
本实施例中，优选地，支撑体1的接触部11沿薄壁零件2的切向延伸的厚度沿指向断裂部12的方向逐渐减小，且接触部11沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值不小于断裂部12沿薄壁零件2的切向延伸的厚度。进一步，支撑体1的主体部13靠近断裂部12的一侧沿薄壁零件2的切向延伸的厚度沿指向断裂部12的方向逐渐减小，且主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值不小于断裂部12沿薄壁零件2的切向延伸的厚度。由此实现支撑体1沿薄壁零件2的切向延伸的厚度在靠近断裂部12处呈收缩趋势且在断裂部12处达到最小值，使得弯折支撑体1时应力集中区域发生在断裂部12处，保证支撑体1在断裂部12处发生断裂。优选地，接触部11沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值、主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值、断裂部12沿薄壁零件2的切向延伸的厚度相等。
为增加弯折支撑体1时断裂部12处应力集中的程度，断裂部12沿薄壁零件2的径向延伸的长度应尽可能小。本实施例中，优选地，接触部11具有朝向主体部13的第一端面，主体部13具有朝向接触部11的第二端面，接触部11的第一端面与主体部13的第二端面相对接构成断裂部12，接触部11的第一端面和主体部13的第二端面均与薄壁零件2的径向相垂直，由此使得断裂部12沿薄壁零件2的径向延伸的长度达到最小，可以通过弯折轻易地将主体部13与接触部11分离，实现支撑体1在断裂部12处的弯折断裂。
进一步，主体部13中靠近断裂部12的一部分与接触部11呈镜像设置，即，主体部13中靠近断裂部12的一部分与接触部11相对断裂部12呈对称设置，由此可保证在弯折支撑体1的过程中，断裂部12处的应力集中方向与薄壁零件2的径向相垂直，使得支撑体1沿薄壁零件2的切向发生断裂，即使得支撑体1的断裂方向可控，不会延伸到薄壁零件2产品上。
参见图2，在一种较佳的实施方式中，支撑体1的接触部11沿薄壁零件2的切向延伸的厚度沿指向断裂部12的方向逐渐减小并形成两个相对倾斜且对称的侧面，接触部11的两个侧面与支撑体1所在的薄壁零件2径向平面之间的夹角均为α。支撑体1的主体部13呈板状，且板状的主体部13靠近断裂部12的一侧沿薄壁零件2的切向延伸的厚度沿指向断裂部12的方向逐渐减小并形成两个相对倾斜且对称的侧面，主体部13的两个侧面与支撑体1所在的薄壁零件2径向平面之间的夹角均为β，且满足：α＝β。优选地，α和β的取值范围为30°-60°。
本实施例中，支撑体1的接触部11一方面与薄壁零件2相接触实现对薄壁零件2的支撑，另一方面，接触部11将断裂部12与薄壁零件2隔开，以保证支撑体1的断裂位置不会发生在薄壁零件2处。优选地，参见图2，支撑体1的接触部11沿薄壁零件2的径向延伸的长度为a，且a的取值范围为0.1mm-0.3mm，由此可以保证断裂部12距离薄壁零件2具有足够的距离，确保支撑体1的断裂位置不会发生在薄壁零件2处。
进一步，为保证支撑体1对薄壁零件2径向的支撑效果，支撑体1沿薄壁零件2的径向延伸的长度应远大于接触部11沿薄壁零件2的径向延伸的长度。优选地，参见图2，支撑体1沿薄壁零件2的径向延伸的长度为b，且b的取值范围为4mm-6mm，由此在薄壁零件2的径向上形成较强的支撑，使薄壁零件2在收缩趋势方向上具有较高的结构刚度。
进一步，为使支撑体1更容易通过弯折断裂，支撑体1沿薄壁零件2的切向延伸的厚度应远小于支撑体1沿薄壁零件2的径向延伸的长度，以使支撑体1沿薄壁零件2的切向的弯折断裂更容易。本实施例中，支撑体1沿薄壁零件2的切向延伸的厚度在主体部13处具有最大值。优选地，参见图2，支撑体1的主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最大值为c，且c的取值范围为1mm-2mm。主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最大值为主体部13远离断裂部12的一侧沿薄壁零件2的切向延伸的厚度。
更进一步，为保证弯折支撑体1时应力集中区域发生在断裂部12处，支撑体1的断裂部12沿薄壁零件2的切向延伸的厚度应远小于主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最大值。优选地，参见图2，支撑体1的断裂部12沿薄壁零件2的切向延伸的厚度为d，且d的取值范围为0.1mm-0.3mm。本实施例中，d值亦为接触部11沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值以及主体部13沿薄壁零件2的切向延伸的厚度的最小值。
本实施例中，支撑体1沿薄壁零件2的轴向延伸的高度并不局限，为保证良好的支撑效果，优选地，支撑体1沿薄壁零件2的轴向延伸的高度接近于薄壁零件2的轴向高度。
通过一个所述支撑体1能够实现对薄壁零件2一个径向位置的支撑，为实现对薄壁零件2整体结构的支撑，参见图1，优选地，本实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构中，支撑体1可以设有多个，且所有支撑体1在薄壁零件2的内周面上沿周向等间隔地分布，以实现对薄壁零件2整体结构的均匀支撑，保证薄壁零件2产品整体的结构精度。支撑体1的数量并不局限，可以根据实际打印的薄壁零件2的尺寸进行选择设计。
综上所述，本实施例的3D打印薄壁零件的支撑结构，通过支撑体1形成对薄壁零件2径向上的支撑，使得薄壁零件2在收缩趋势方向上具有较高的结构刚度，可以避免薄壁零件2打印层发生热收缩，有效控制热应力对薄壁零件2产品精度的影响，尤其能够适用于大尺寸薄壁零件的支撑；支撑体1可以随薄壁零件2的成形过程同步打印成形，只需额外消耗少量的原材料即可加工；支撑体1可以通过弯折与打磨等简单钳工的方式去除，去除方便，且通过断裂部12的设计，使得支撑体1的断裂位置和断裂方向均可控，使得支撑体1弯折断裂时不会在薄壁零件2产品上造成额外缺口或裂纹，从而可保证薄壁零件2产品的结构强度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，包括支撑体(1)，所述支撑体(1)设于薄壁零件(2)的内周面且沿所述薄壁零件(2)的轴向延伸形成竖立板状，所述支撑体(1)具有沿所述薄壁零件(2)的径向依次相连的接触部(11)、断裂部(12)和主体部(13)，所述接触部(11)与所述薄壁零件(2)的内周面相接触，所述主体部(13)沿所述薄壁零件(2)的径向延伸的长度大于所述接触部(11)沿所述薄壁零件(2)的径向延伸的长度，所述支撑体(1)沿所述薄壁零件(2)的切向延伸的厚度在靠近所述断裂部(12)处呈收缩趋势且在所述断裂部(12)处达到最小值。
2.根据权利要求1所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述接触部(11)沿所述薄壁零件(2)的切向延伸的厚度沿指向所述断裂部(12)的方向逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述主体部(13)靠近所述断裂部(12)的一侧沿所述薄壁零件(2)的切向延伸的厚度沿指向所述断裂部(12)的方向逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述接触部(11)具有朝向所述主体部(13)的第一端面，所述主体部(13)具有朝向所述接触部(11)的第二端面，所述第一端面与所述第二端面相对接构成所述断裂部(12)。
5.根据权利要求4所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述主体部(13)中靠近所述断裂部(12)的一部分与所述接触部(11)呈镜像设置。
6.根据权利要求1所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述断裂部(12)沿所述薄壁零件(2)的切向延伸的厚度为0.1mm-0.3mm。
7.根据权利要求6所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述主体部(13)沿所述薄壁零件(2)的切向延伸的厚度的最大值为1mm-2mm。
8.根据权利要求1所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述接触部(11)沿所述薄壁零件(2)的径向延伸的长度为0.1mm-0.3mm。
9.根据权利要求1所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述支撑体(1)沿所述薄壁零件(2)的径向延伸的长度为4mm-6mm。
10.根据权利要求1至9中任意一个所述的3D打印薄壁零件的支撑结构，其特征在于，所述支撑体(1)设有多个，所有所述支撑体(1)在所述薄壁零件(2)的内周面上沿周向等间隔地分布。
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