一种基于受力特征分解填充的激光烧结快速制造方法

摘要

本发明其步骤为：(1)建立待加工零件的三维模型，明确零件实际状态下的受力及边界条件；(2)对零件抽壳并进行有限元分析，比较不同壳厚度下的应力状态，确定零件的最佳壳厚；(3)根据零件的结构受力特征对无内部结构金属零件进行模块化拆分；(4)对零件进行力学分析，选择合适的填充单元和填充参数；(5)对无内部结构金属零件进行单元结构填充，并完善零件的拓扑结构；(6)对零件进行有限元分析，确定可靠性，否则重新选择进行步骤(3)；(7)完善零件细微结构及出粉通道，进行有限元校核，确定可靠性，否则重新进行步骤(7)；(8)将重构零件的三维模型转换成STL格式导入到激光烧结设备进行三维金属零件成型。本发明在满足零件力学性能要求的前提下，针对零件不同部位不同的受力特点进行传统零件的减材设计，实现了激光烧结零件的轻量化及快速制造，具有原理简单，操作简便，实用性高等优点。

主权项

一种基于受力特征分解填充的激光烧结快速制造方法，其特征在于：包括如下步骤：a、前期准备，建立零件的三维模型、确定零件打印方向和零件边界条件：通过测绘设备对零件进行逆向反求，通过三维逆向建模软件或三维建模软件进行建模得到零件的三维模型图以及零件边界条件；b、确定待加工零件最佳抽壳厚度：将在三维逆向建模软件或三维建模软件中生成的待加工零件确定抽壳厚度的区间，并且确定一个抽壳厚度的递进精度，使得抽壳厚度根据递进精度在抽壳厚度区间内依递进，得到多个不同抽壳厚度零件三维模型；计算不同抽壳厚度的零件重量值，将不同抽壳厚度的零件三维模型分别导入到有限元分析软件中，并且将步骤a中的零件边界条件添加到模型约束中，用默认网格划分方法并进行有限元分析，得到不同抽壳厚度下的零件的变形位移图和应力分布图，并记录上图中最大应力值和最大变形位移值，在三维逆向建模软件或三维建模软件中记录不同抽壳厚度所对应的零件重量，从而绘出不同抽壳厚度下最大应力σ_i的变化曲线以及重量m_i随抽壳厚度ζ_i的变化曲线，其中i(i＝1、2……)为不同的抽壳厚度下标序号：计算不同抽壳厚度ζ_i+1下的最大应力变化随零件质量增长率的比值K_i+1$K_{i+1}=\frac{{\mathrm{\Delta \sigma }}_{i+1}}{{\mathrm{\Delta m}}_{i+1}}=\frac{{\sigma }_{i+1}-{\sigma }_i}{m_{i+1}-m_i}$计算K_i+1值变化率(K_i+1用来区分不同抽壳厚度K值)，找出ΔK_i+1率最小值所对应的壁厚ζ_i+1，即为最佳壁厚ζ；c、对零件进行力学分析，选择合适的填充单元：根据步骤b中最佳壁厚ζ对零件进行抽壳，得到最佳壁厚的零件的三维模型，然后根据零件的工作面受力类型，将零件的三维模型进行模块化分解，使得零件分解后的每个拆分单元受力类型单一，然后根据步骤b中得到的变形位移图和应力分布图得到每个拆分单元的最大区域应力与最大许用应力，通过最大区域应力与最大许用应力的比值得到模块填充率θ，从而得到填充单元比重量，通过拆分单元的工作面受力类型即可由软件自动生成填充单元形状或可以从库文件中提取对应的填充单元形状，根据不同的填充单元形状通过填充单元比重量确定填充单元的支撑壁厚、支撑宽度或支架数目；d、通过填充单元对拆分单元进行填充，然后将三维模型转换成STL格式导入到激光烧结设备进行三维金属零件成型。