本發(fā)明涉及一種三維物體的制造方法，尤其涉及金屬三維物體的制造方法。

背景技術(shù)：

粉末床增材制造技術(shù)是利用能量束在粉末材料的鋪送層上有選擇性的進(jìn)行掃描，并通過逐層的掃描固化累加而最終獲得三維物體。能量束的掃描位置為待制造的三維物體在該層相對(duì)應(yīng)的橫截面部位，該部位所對(duì)應(yīng)的粉末材料在與能量束作用后溫度迅速升高，瞬間實(shí)現(xiàn)材料熔化并在冷卻后實(shí)現(xiàn)固化連接，一層掃描完成后在完成的掃描層上繼續(xù)鋪送一層新的粉末，繼續(xù)根據(jù)三維物體在新的粉末層相對(duì)應(yīng)的橫截面部位掃描。

選區(qū)激光熔化技術(shù)是代表性的用于制造金屬三維零件的粉末床增材制造技術(shù)，越來越多的應(yīng)用于航天、醫(yī)療等領(lǐng)域。盡管選區(qū)激光熔化技術(shù)原理上可以制造任意復(fù)雜形狀的金屬零件，但實(shí)際中仍然存在許多特征面不能很好的完成，包括尖角、特別是懸垂面結(jié)構(gòu)等，懸垂結(jié)構(gòu)使得三維物體局部的形狀精度和尺寸精度都不能滿足要求，甚至?xí)拐麄€(gè)三維物體報(bào)廢。對(duì)于三維物體懸垂面的加工，現(xiàn)有技術(shù)主要是通過添加金屬支撐來保證加工過程的穩(wěn)定，再除去支撐和表面打磨方法保證加工面的精度，或者再通過選區(qū)激光熔化技術(shù)加工后，再利用機(jī)加工的方式來獲得懸垂面。但對(duì)于某些具有特殊的幾何結(jié)構(gòu)的三維物體，如懸垂面位于零件內(nèi)部或者待制造的三維物體具有精細(xì)的結(jié)構(gòu)特征時(shí)，使用支撐或者機(jī)加工的方式都不合適，為此在使用選區(qū)激光熔化技術(shù)制造三維物體過程中會(huì)盡量避免或減少懸垂面的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種分部分逐層制造三維物體的方法，能有效避免或減少在制造尤其是金屬三維物體過程中懸垂面的產(chǎn)生，提高三維物體的精度。

本發(fā)明的一種分部分逐層制造三維物體的方法，能量束根據(jù)三維物體的三維CAD模型投射在粉末層上的橫截面信息，逐層的在相對(duì)應(yīng)的粉末材料上實(shí)施選擇性掃描最終獲得三維物體，其特征在于，包括如下步驟：將三維物體切分成A部分和B部分，其中A部分的切面面積為S1，B部分的切面面積為S2；通過逐層制造的方法將A倒置制造完成；將制造完成的A部分倒置放置，繼續(xù)使用粉末層逐層制造的方式，在A部分的切面上實(shí)施B部分的制造。

進(jìn)一步的，制造完成的A部分倒置后，使其切面朝上，特征面朝下，并進(jìn)行裝夾定位。

進(jìn)一步的，A部分裝夾定位后，使用粉末材料掩埋至與A部分的切面相平后，繼續(xù)使用粉末層逐層制造的方式在A部分的切面上實(shí)施B部分的制造。

進(jìn)一步的，A部分的切面面積S1大于等于B部分的切面面積S2。

進(jìn)一步的，所述的三維物體具有特征結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述的特征結(jié)構(gòu)包括懸垂面。

進(jìn)一步的，A部分具有特征結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，A部分包括懸垂面。

采用該方法制作三維物體尤其是金屬三維物體，通過將三維物體的分部分處理，對(duì)三維物體的分部分進(jìn)行位置倒置，避免或者減小了懸垂面的產(chǎn)生，提高了三維物體的制造精度，且該方法能減少直接制造三維物體時(shí)所需要的支撐結(jié)構(gòu)，節(jié)約了制造過程中的材料和時(shí)間，同時(shí)也節(jié)約了支撐結(jié)構(gòu)后處理所需的時(shí)間和人工成本。

附圖說明

圖1為一種具有懸垂面的三維零件；

圖2為圖1所示的包括支撐結(jié)構(gòu)的三維零件的剖視圖；

圖3為圖1所示的三維零件的切分示意圖；

圖4為另一種具有懸垂面的三維零件；

圖5為圖4所示的三維零件切分后包括特征e在內(nèi)的上部分；

圖6為圖4所示的三維零件切分后包括特征d在內(nèi)的下部分。

具體實(shí)施方式

利用粉末材料逐層的制造金屬三維物體過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)懸垂面的制造，即分層的切片形成沒有自我支撐的懸空部分。一般在切片層厚固定的情況下，懸空部分長度越大，切片與水平面構(gòu)成的夾角越小，對(duì)于三維物體的制造便帶來更多不便，制造過程中需要設(shè)計(jì)支撐將懸垂面固定，使其不翹曲變形。然而支撐結(jié)構(gòu)的制造過程包括去除過程，會(huì)給三維物體的制造精度帶來影響，尤其是支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在特征面時(shí)，往往難以滿足制造精度的要求。

圖1和圖2示出的是一個(gè)具有懸垂面的三維零件，包括上特征a和下特征b，上特征a和下特征b并非呈一個(gè)整體方向的擴(kuò)大或者縮小，而是存在過渡性變化。以選區(qū)激光熔化技術(shù)為例，在使用該技術(shù)直接制造該三維零件時(shí)，不可避免的要在上特征a或者下特征b處設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)，避免過大的懸垂面對(duì)制造精度的影響，如設(shè)計(jì)在下特征b處，支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為B。三維零件制造完畢后，再通過后處理將支撐結(jié)構(gòu)去除，從而獲得三維零件。

但如果將該三維零件切分層A和B上下兩部分，如圖3所示，在單獨(dú)使用逐層制造的方式分別的制造A部分和B部分，將不存在懸垂面，因?yàn)锳部分和B部分都呈一個(gè)整體方向的擴(kuò)大或者縮小，即分層的切片都具有自我支撐的結(jié)構(gòu)。再通過A部分和B部分的結(jié)合最終而獲得三維物體。

因此許多具有懸垂面的金屬三維物體，可采用的一種分部分制造的方法能減小或者避免懸垂面的產(chǎn)生，保證特征結(jié)構(gòu)的精度。如圖4示出的是一種更加復(fù)雜的三維零件，包括特征d和特征e和中性層C，考慮到其直接制造會(huì)產(chǎn)生懸垂面，需要構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)，因此將其分部分進(jìn)行處理，仍以選區(qū)激光熔化技術(shù)為例，采用如下步驟。

1.將圖4所示的三維零件的三維CAD模型切分成兩部分，得到包括圖5所示的特征e在內(nèi)的上部分和圖6所示的包括特征d在內(nèi)的下部分。

2.利用選區(qū)激光熔化技術(shù)先將下部分在制造缸體內(nèi)翻轉(zhuǎn)制造，并加工好用于二次定位的定位孔或定位柱。下部分完成后將其從基板上切割下來，清洗處理干凈。之所以翻轉(zhuǎn)制造是避免或者減少直接制造下部分時(shí)因懸垂面的產(chǎn)生而需要設(shè)計(jì)更多的支撐。

3.將處理干凈的下部分位置在缸體內(nèi)重新擺正，采用切分面朝上，特征e朝下的擺放位置，通過定位柱或者定位孔確定三維零件的中心及相對(duì)位置，將其在基板上進(jìn)行裝夾定位，避免后續(xù)工藝中三維零件的移動(dòng)造成精度偏差。

4.使用粉末掩埋的方式使得粉末層與切分面相平，繼續(xù)利用選區(qū)激光熔化工藝在已經(jīng)完成的下部分的基礎(chǔ)上，制造包括特征e在內(nèi)的上部分。

5.將分部完成的三維零件粉末清除，去除夾裝，取出并進(jìn)行相應(yīng)的后處理，獲得最終的三維零件。

值得注意的是，步驟1中該三維零件的切分過程時(shí)，中性層C既可以切分在上部分，也可以切分在下部分，或者上部分和下部分兩者皆有，只要切分不會(huì)引入更多的懸垂面，理論上都是可以行的。考慮到效率和精度等問題，在保證不引入更多的懸垂面的情況下，切分時(shí)優(yōu)選使得其中一部分的切面面積最小。

對(duì)于已經(jīng)切分的三維零件，應(yīng)優(yōu)先制造其切面面積更大的部分，因?yàn)槿绻戎圃烨蟹置娣e小的部分，在此基礎(chǔ)上再制造切分面積大的部分勢必引入更多的懸垂面，沒有達(dá)到避免或者減少三維零件在制造過程中產(chǎn)生的懸垂面的效果。

對(duì)于一些具有特殊結(jié)構(gòu)的三維物體，分部分制造的方法不能完全避免懸垂面的產(chǎn)生，生產(chǎn)者可以根據(jù)三維物體的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，如果支撐結(jié)構(gòu)不可避免，在分部分制造的基礎(chǔ)上可以盡可能的將支撐建造在非特征部位，提高三維零件的期望度。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。