复杂内腔零件的数字化设计与3D打印！

1. 复杂内腔零件的数字化设计

具有内腔结构域的零件，其某些结构特殊是从外面看不到的。给零件设计内腔结构，通常是为了减轻零件重量、节约材料，或者是利用内腔结构实现某些功能。具有复杂内腔结构的零件在工业中广泛存在，最常见的是冷却零件，比如模具的冷却镶嵌块。

（1）复杂内腔零件的结构元素分析

   如果对具有复杂内腔结构的零件进行抽象概括，暂且不考虑各种具体的形状和结构,单单考虑其内腔特点，那么此类零件结构可以分为两大部分:内腔结构和基体结构。内腔结构是零件内部的结构，基体结构是用于构建内腔结构的结构。如下图所示为复杂内腔零件的设计框架。

（2）复杂内腔零件的设计准则

虽然3D打印工艺众多，但所依据的设计准则差别不大。复杂内腔零件主要有两个设计准则：

①内腔中的粉末可以清除

在SLM成形过程中，激光使选择性地扫描粉末，实体区域的粉末受到激光扫描而熔化并凝固成形，无实体区域的粉末没有受到激光扫描。在每一层完成扫描后，成形缸下降，未收到激光扫描的粉末也跟着实体下降。从这个过程中可以看出，内腔结构所对应的粉末不受激光扫描的影响。所以，在成形之后，粉末还残留在内腔结构中。

②内腔结构中的支撑不能影响功能的实现

根据自由设计的原理约束，内腔结构中的悬垂结构也需要增加支撑。与基体结构不同，内腔结构的支撑在零部件内部，因此去除难度大，在很多情况下甚至没有办法去除，只能作为基体结构的一部分残留在零件中。由于增加了支撑结构，就有必要考虑支撑是否会影响内腔结构的功能实现。

1. 内腔复杂零件的设计在新型喷嘴开发中的应用

在激光加工技术应用中，激光喷嘴是最为关键的要素之一，而且喷嘴锁喷射出来的粉末的均匀度很大程度上决定了设备加工质量。在激光熔覆成形领域，激光喷嘴的作用为：将粉末送入熔池中，使粉末熔融后与基材相融合，形成熔覆层。在同轴送粉激光熔覆成形设备中使用的孔式喷嘴，可以进行大角度的倾斜送粉，并且具有粉末利用高等优点而越来越受到关注。

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在我们进行设计新型喷嘴时，需要注意送入粉末内腔的问题，也要注意内腔中的支撑问题，这样才不会影响喷嘴的功能。