申请/专利权人：航天科工(长沙)新材料研究院有限公司

申请日：2018-09-30

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN109079138B

主分类号：B22F3/105

分类号：B22F3/105;B24B1/00;B33Y30/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2024.03.26#著录事项变更;2019.01.18#实质审查的生效;2018.12.25#公开

摘要：本发明公开了一种增材制造重复使用基板，包括相互平行的基板被铺粉面和工作台贴合面，其特征在于所述工作台贴合面设置至少三个凸台，所述凸台上设置有沉头孔，所述沉头孔用于基板与3D打印工作台的固定安装。本发明更易于保证基板的形位公差，更易于实现在3D打印时铺粉的均匀密实，减小基板的加工难度系数，加快基板的使用效率。

主权项：1.一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，所述增材制造重复使用基板包括相互平行的基板被铺粉面和工作台贴合面，其特征在于所述工作台贴合面设置至少三个凸台，所述基板上设置有沉头孔，所述沉头孔用于基板与3D打印工作台的固定安装，其特征在于包括以下步骤：步骤1、当增材制造完成后，通过切割分离基板和工件得到被铺粉面，使其面的平面度达到要求；步骤2、将基板的被铺粉面翻转作为基准面，平整化处理与3D打印工作台相贴合的凸台的表面，而达到所需要的面的平面度及两面的平行度；步骤3、将加工完成后的凸台的表面贴合于3D打印设备的3D打印工作台表面，用紧固件将基板紧固于3D打印工作台；步骤4、材料粉末被平铺于基板被铺粉面，从而实现3D打印时铺粉均匀密实，更好的保证3D打印工件的质量。

全文数据：一种增材制造重复使用基板及重复使用方法技术领域本发明涉及增材制造技术领域，具体是一种增材制造重复使用基板及重复使用方法。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。有鉴于增材制造本身的优异性，目前已出现各类针对性3D打印技术如：选区激光熔化、直接金属熔融沉积、光敏树脂选择性固化、选区激光烧结、3D喷射打印等方式，这几种3D打印方式，都有采用基板做为3D打印工件依附的底板。由此基板表面的平度和基板上下面的平行度对3D打印工件质量，有着直接影响。下面以目前工业上使用较为广泛的选区激光熔化3D打印技术为例，来阐述基板的形位公差对打印工件的影响。选区激光熔化加工过程，是采用刮刀将一层层金属粉末材料平铺在基板表面。通过控制系统控制激光束，在粉末上按照工件在该层的截面的轮廓进行扫描。使粉末的温度升至熔化点，熔结形成工件最初截面。随之3D打印工作台连同基板下降一个铺粉层的厚度，再次通过刮刀将粉末平铺到已成型工件截面的上表面，并加热至恰好低于该粉末熔结点的某一温度，通过控制系统控制激光束，再在粉末上按照该层的截面轮廓进行扫描，使粉末的温度升至熔化点进行再次熔结，并与下面已成型的部分实现粘结。当此层截面熔结完成后，3D打印工作台连同基板又将下降一个铺粉层的厚度，粉末材料再次通过刮刀在上面进行平铺，进行新一层截面的熔结，直至完成整个工件。在工件打印完结后升起整个3D打印工作台，清理掉多余粉末将熔结在基板上的工件一同从3D打印工作台上取下，通过线割或者其他工艺手段将工件和基板分离。由上述工作过程可以看出，最开始打印时基板与3D打印工作台的表面的平整情况直接关系到刮刀在基板表面的铺粉层的密实均匀情况。而3D打印工作台的平整由设备所决定，设备厂家会在安装时一次性调好，但基板则不同，基板是可以进行后期机械加工或者由工件打印者自行制作，通过螺丝安装于3D打印工作台上。因此基板被铺粉面的平面度，基板被铺粉表面和与3D打印工作台贴合面之间两面的平行度对铺粉层的密实均匀情况影响最为直接。且由于在增材制造过程中受预热和激光烧结过程中高温的影响，每次打印完成后基板表面会产生一定的形变量，而打印后从基板线割分离的工件会在基板被铺粉面残留工件底座或支撑，为了达到基板的重复利用的目的都会将基板进行再次磨铣加工来保证基板的表面的平面度和上下两面的平行度。现有技术如图1所示，当增材制造完成后，通过铣、磨基板的被铺粉面，使其面的平面度达到要求；然后将基板的被铺粉面翻转作为基准面，铣、磨与3D打印工作台的贴合面，达到所需要的面的平面度及两面的平行度。由于基板的被铺粉面和与3D打印工作台的贴合面两面的面积较大如图1所示，导致磨铣加工时需要用到较大的铣刀或者砂轮，这样致使加工时冷却液难以完全喷射到铣刀的刀尖处或砂轮与工件切削接触处，致使切削时冷却不够而热损刀具，降低加工效率；铣刀或砂轮在切削过程中刀具的磨损，也致使往返磨铣的相邻两位置面的高低会有所不同；加工面积较大也将导致铣刀或砂轮往返切削次数增多，使得工件被加工面热量累积变形；加工面积较大致使往返磨铣方向不易调整一致性，会导致相邻位置去除材料量产生差异。由此现有基板加工方式，较难达到所要求的面平面度及两面的平行度，尤为以难保证基板两面的平行度问题突出。而基板面的平面度及两面的平行度，直接影响到每次3D打印时铺粉的均匀密实情况。且现有基板的加工难度，造成每次的加工时间过长和经济成本较高，降低了基板的使用效率。其次，现有技术在3D打印完成后，直接将基板手动自由放置于线割台架上面，进行线割与基板的分离。由于基板为手动自由放置于线割台架上面，难以保证基板与线割台架的垂直度和平行度，故每次线割分离工件与基板，在基板的被铺粉面上会人为留下残余工件底座和支撑，而导致要进行基板被铺粉面的二次磨铣加工。这样使得基板到再次使用的准备时间过长，也降低了工作效率，进而增加了加工成本。现有的基板厚度为15mm如图1所示厚度过薄，在多次反复喷砂等外力作用下或激光受热情况下易产生较大变形量。发明内容本发明为克服上述现有技术上的不足而提供一种增材制造重复使用基板，包括相互平行的基板被铺粉面和工作台贴合面，其特征在于所述工作台贴合面设置至少三个凸台，所述基板上上设置有沉头孔，所述沉头孔用于基板与3D打印工作台的固定安装。进一步地，所述沉头孔位于凸台上。优选地，所述凸台有四个，分别设置在所述工作台贴合面的四个直角处。进一步地，所述基板的厚度相对于常规的基板增加50％～100％。优选地，所述基板的厚度相对于常规的基板增加60％～80％。优选的，常规基板的厚度一般为10-20mm，本发明的基板厚度包含凸台为15-40mm，进一步优选的，为16-36mm。基于一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、当增材制造完成后，通过切割分离基板和工件得到被铺粉面，使其面的平面度达到要求；步骤2、将基板的被铺粉面翻转作为基准面，平整化处理与3D打印工作台相贴合的凸台的表面，而达到所需要的面的平面度及两面的平行度；步骤3、将加工完成后的凸台的表面贴合于3D打印设备的3D打印工作台表面，用紧固件将基板紧固于3D打印工作台；步骤4、材料粉末被平铺于基板被铺粉面，从而实现3D打印时铺粉均匀密实，更好的保证3D打印工件的质量。进一步的，步骤1中的切割方式可选为激光切割、线切割等常规切割方式。进一步地，优选为使用固定基板线割工装线割。具体地，步骤1中所述的固定基板线割工装，包括与基板贴合的基板贴合固定面、固定机构，所述固定机构用于基板贴合固定面与基板凸台的表面贴合。具体地，所述固定机构包括固定螺丝孔、固定辐条、锁紧螺栓,通过所述锁紧螺栓使固定辐条与线割台架连成整体。进一步地，所述步骤2中所述的平整化处理的方式可选为铣和或磨。具体地，所述步骤1中线割分离基板和工件得到被铺粉面使其面的平面度达到要求的具体方法为：将基板凸台面固定于基板贴合固定面，通过使用百分表校正校直平面方法，控制使得基板与线割台架的平面度和垂直度在0.05毫米的公差范围以内，从而使线切割丝贴合基板的被铺粉面直接切割分离工件和基板，得到的基板被铺粉的平面公差处于0.05毫米以内。由于本发明基板制作出来一定高度的凸台如图4相对于现有使用基板贴合面如图1，面积大为减小，致使本发明凸台整体面更易于实现面的平面度。因为本发明凸台如图4整体面相对于现有基板贴合面如图1的减小也是整体加工面积的减小，致使加工时可以采用相比现有技术更小的铣刀或者砂轮，冷却液能较易喷射到铣刀刀尖或砂轮与工件切削接触处，使得切削时对刀具的损耗大为减小，提高加工效率。铣刀或砂轮在切削过程中刀具磨损的减小，也有利于往返铣磨的相邻两位置面的高低的一致性。加工整体面积的减小，也有益于铣刀或砂轮往返铣磨的次数减少，能有效减少工件被加工面热量累积变形。整体加工面积减小，也更容易调整往返铣磨方向，保证工件表面去材料方向的一致性，使往返相邻位置去除材料量保持相同。所以本发明凸台如图4更易于实现表面的平面度。本发明固定基板线割工装如图6所示，通过将基板凸台面固定于基板贴合固定面的形式，使得基板与线割台架的平面度和垂直度能通过打表控制在公差范围以内。从而使线切割丝可以贴和基板的被铺粉面直接切割分离工件和基板，得到的基板被铺粉的平面公差处于要求范围以内。此种方式较现有不使用工装直接线割的方式，更能直接保证线割平面的精准程度。且使用本发明固定基板线割工装，线割出的基板被铺粉面，不会人为的残留工件底座和支撑，使得基板被铺粉面直接达到再次使用标准。因此较现有技术减去了对被铺粉面铣、磨工件残余底座和支撑环节，缩短了基板再次使用的准备时间，提高了工作效率的同时也缩减加工制作成本。当本发明基板被铺粉面通过发明固定基板线割工装如图6方式线割加工完毕后，以基板被铺粉面为基准面再去加工凸台的表面的四个小面积。由于前述易于实现凸台如图4平面度原因，而使得基板被铺粉面与凸台面之间的平行度更易于实现，且铣、磨量非常小加工时间也非常短。所以基板被铺粉面与凸台面之间的平行度，相对于现有所使用的基板如图1所示基板被铺粉面和基板贴合面两面的平行度更易于实现。由上述可知本发明更易于保证基板的形位公差，更易于实现在3D打印时铺粉的均匀密实，减小基板的加工难度系数，加快基板的使用效率。本发明基板的整体厚度h2如图5，要大于目前使用基板整体厚度h1如图2，这样可以使本发明相对于目前使用基板在重复喷砂外力作用和激光受热情况下变形量更小，线割、铣、磨加工时所需去除材料更少，令本发明较目前使用基板使用次数更多，实现更好的经济效益。附图说明图1为现有技术的基板结构示意图；图2为图1的A-A向剖示图图3为本发明的增材制造重复使用基板结构示意图；图4为图3的B向示图；图5为图3的a-a向剖示图；图6为本发明的固定基板线割工装实用状态图；其中：1_现有技术的基板；1-01_现有技术的基板被铺粉面；1-02_工作台贴合面；2-本发明的基板；2-01_基板被铺粉面；2-02_沉头孔；2-03_凸台；3-固定基板线割工装；3-01_与基板贴合固定面；3-02_固定螺丝孔；3-03_固定辐条；3-04_锁紧螺栓；4-线割台架。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例一：一种增材制造重复使用基板，包括相互平行的基板被铺粉面和工作台贴合面，所述工作台贴合面设置三个凸台，所述凸台上设置有沉头孔。所述基板的厚度增加50％～100％，本实施例厚度增加100％。实施例二：参照附图2-5，一种增材制造重复使用基板，与实施例一相比，不同之处在于所述凸台有四个，分别设置在所述工作台贴合面的四个直角处；所述基板的厚度增加80％。其余内容与实施例一相同。另一个实施例所述基板的厚度增加60％。实施例三：一种增材制造重复使用基板，与实施例一相比，不同之处在于所述凸台有五个，分别设置在所述工作台贴合面的四个直角处和中心处；所述基板的厚度增加50％。其余内容与实施例一相同。实施例四：参照附图6，对应于实施例二的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，包括以下步骤：步骤1、当增材制造完成后，通过使用固定基板线割工装线割分离基板和工件得到被铺粉面，使其面的平面度达到要求；所述的固定基板线割工装，包括与基板贴合的基板贴合固定面、固定机构，所述固定机构用于基板贴合固定面与基板凸台的表面贴合。所述固定机构包括固定螺丝孔、固定辐条、锁紧螺栓,通过所述锁紧螺栓使固定辐条与线割台架如图6连成整体；线割分离基板和工件得到被铺粉面使其面的平面度达到要求的具体方法为：将基板凸台面固定于基板贴合固定面，通过使用百分表校正校直平面方法，控制使得基板与线割台架的平面度和垂直度在公差范围以内，本实施例在0.05毫米的公差范围以内，从而使线切割丝贴合基板的被铺粉面直接切割分离工件和基板，得到的基板被铺粉的平面公差处于要求的公差范围以内，本实施例在0.05毫米以内。步骤2、将基板的被铺粉面翻转作为基准面，只铣、磨与3D打印工作台相贴合的凸台的面，而达到所需要的面的平面度及两面的平行度；步骤3、将加工完成后的凸台的表面贴合于3D打印设备的3D打印工作台表面，用紧固件将基板紧固于3D打印工作台，本实施例中将沉头螺丝通过沉头螺丝孔锁紧于3D打印工作台。步骤4、材料粉末被平铺于基板被铺粉面，从而实现3D打印时铺粉均匀密实，更好的保证3D打印工件的质量。

权利要求：1.一种增材制造重复使用基板，包括相互平行的基板被铺粉面和工作台贴合面，其特征在于所述工作台贴合面设置至少三个凸台，所述基板上设置有沉头孔，所述沉头孔用于基板与3D打印工作台的固定安装。2.根据权利要求1所述的一种增材制造重复使用基板，其特征在于所述沉头孔位于凸台上。3.根据权利要求1所述的一种增材制造重复使用基板，其特征在于所述凸台有四个，分别设置在所述工作台贴合面的四个直角处。4.根据权利要求1所述的一种增材制造重复使用基板，其特征在于所述基板的厚度增加50％～100％。5.根据权利要求3所述的一种增材制造重复使用基板，其特征在于所述基板的厚度增加60％～80％。6.根据权利要求1～4中的任一项所述的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、当增材制造完成后，通过切割分离基板和工件得到被铺粉面，使其面的平面度达到要求；步骤2、将基板的被铺粉面翻转作为基准面，平整化处理与3D打印工作台相贴合的凸台的表面，而达到所需要的面的平面度及两面的平行度；步骤3、将加工完成后的凸台的表面贴合于3D打印设备的3D打印工作台表面，用紧固件将基板紧固于3D打印工作台；步骤4、材料粉末被平铺于基板被铺粉面，从而实现3D打印时铺粉均匀密实，更好的保证3D打印工件的质量。7.根据权利要求6所述的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于，步骤1中的切割方式优选为使用固定基板线割工装线割。8.根据权利要求7所述的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于所述步骤1中所述的固定基板线割工装，包括与基板贴合的基板贴合固定面、固定机构，所述固定机构用于基板贴合固定面与基板凸台的表面贴合，所述固定机构包括固定螺丝孔、固定辐条、锁紧螺栓,通过所述锁紧螺栓使固定辐条与线割台架连成整体。9.根据权利要求6所述的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于所述步骤2中所述的平整化处理的方式可选为铣和或磨。10.根据权利要求6所述的一种增材制造重复使用基板的重复使用方法，其特征在于所述步骤1中线割分离基板和工件得到被铺粉面使其面的平面度达到要求的具体方法为：将基板凸台面固定于基板贴合固定面，通过使用百分表校正校直平面方法,控制使得基板与线割台架的平面度和垂直度在公差范围以内，从而使线切割丝贴合基板的被铺粉面直接切割分离工件和基板，得到的基板被铺粉的平面公差处于公差范围以内。

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