復雜內(nèi)腔零件的數(shù)字化設計與3D打��！

1. 復雜內(nèi)腔零件的數(shù)字化設計

具有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)域的零件，其某些結(jié)構(gòu)特殊是從外面看不到的。給零件設計內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，通常是為了減輕零件重量、節(jié)約材料，或者是利用內(nèi)腔結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。具有復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的零件在工業(yè)中廣泛存在，最常見的是冷卻零件，比如模具的冷卻鑲嵌塊。

（1）復雜內(nèi)腔零件的結(jié)構(gòu)元素分析

   如果對具有復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的零件進行抽象概括，暫且不考慮各種具體的形狀和結(jié)構(gòu),單單考慮其內(nèi)腔特點，那么此類零件結(jié)構(gòu)可以分為兩大部分:內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和基體結(jié)構(gòu)。內(nèi)腔結(jié)構(gòu)是零件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，基體結(jié)構(gòu)是用于構(gòu)建內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。如下圖所示為復雜內(nèi)腔零件的設計框架。

（2）復雜內(nèi)腔零件的設計準則

雖然3D打印工藝眾多，但所依據(jù)的設計準則差別不大。復雜內(nèi)腔零件主要有兩個設計準則：

①內(nèi)腔中的粉末可以清除

在SLM成形過程中，激光使選擇性地掃描粉末，實體區(qū)域的粉末受到激光掃描而熔化并凝固成形，無實體區(qū)域的粉末沒有受到激光掃描。在每一層完成掃描后，成形缸下降，未收到激光掃描的粉末也跟著實體下降。從這個過程中可以看出，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)所對應的粉末不受激光掃描的影響。所以，在成形之后，粉末還殘留在內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中。

②內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的支撐不能影響功能的實現(xiàn)

根據(jù)自由設計的原理約束，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的懸垂結(jié)構(gòu)也需要增加支撐。與基體結(jié)構(gòu)不同，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的支撐在零部件內(nèi)部，因此去除難度大，在很多情況下甚至沒有辦法去除，只能作為基體結(jié)構(gòu)的一部分殘留在零件中。由于增加了支撐結(jié)構(gòu)，就有必要考慮支撐是否會影響內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的功能實現(xiàn)。

1. 內(nèi)腔復雜零件的設計在新型噴嘴開發(fā)中的應用

在激光加工技術(shù)應用中，激光噴嘴是最為關(guān)鍵的要素之一，而且噴嘴鎖噴射出來的粉末的均勻度很大程度上決定了設備加工質(zhì)量。在激光熔覆成形領(lǐng)域，激光噴嘴的作用為：將粉末送入熔池中，使粉末熔融后與基材相融合，形成熔覆層。在同軸送粉激光熔覆成形設備中使用的孔式噴嘴，可以進行大角度的傾斜送粉，并且具有粉末利用高等優(yōu)點而越來越受到關(guān)注。

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在我們進行設計新型噴嘴時，需要注意送入粉末內(nèi)腔的問題，也要注意內(nèi)腔中的支撐問題，這樣才不會影響噴嘴的功能。