本發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：

粉末床增材制造技術是利用能量束在粉末材料的鋪送層上有選擇性的進行掃描，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應的橫截面部位，該部位所對應的粉末材料在與能量束作用后溫度迅速升高，瞬間實現材料熔化并在冷卻后實現固化連接，一層掃描完成后在完成的掃描層上繼續鋪送一層新的粉末，繼續根據三維物體在新的粉末層相對應的橫截面部位掃描。

選區激光熔化技術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，越來越多的應用于航天、醫療等領域。盡管選區激光熔化技術原理上可以制造任意復雜形狀的金屬零件，但實際中仍然存在許多特征面不能很好的完成，包括尖角、特別是懸垂面結構等，懸垂結構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，甚至會使整個三維物體報廢。對于三維物體懸垂面的加工，現有技術主要是通過添加金屬支撐來保證加工過程的穩定，再除去支撐和表面打磨方法保證加工面的精度，或者再通過選區激光熔化技術加工后，再利用機加工的方式來獲得懸垂面。但對于某些具有特殊的幾何結構的三維物體，如懸垂面位于零件內部或者待制造的三維物體具有精細的結構特征時，使用支撐或者機加工的方式都不合適，為此在使用選區激光熔化技術制造三維物體過程中會盡量避免或減少懸垂面的產生。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發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生，提高三維物體的精度。

本發明的一種分部分逐層制造三維物體的方法，能量束根據三維物體的三維CAD模型投射在粉末層上的橫截面信息，逐層的在相對應的粉末材料上實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，繼續使用粉末層逐層制造的方式，在A部分的切面上實施B部分的制造。

進一步的，制造完成的A部分倒置后，使其切面朝上，特征面朝下，并進行裝夾定位。

進一步的，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，繼續使用粉末層逐層制造的方式在A部分的切面上實施B部分的制造。

進一步的，A部分的切面面積S1大于等于B部分的切面面積S2。

進一步的，所述的三維物體具有特征結構。

進一步的，所述的特征結構包括懸垂面。

進一步的，A部分具有特征結構。

進一步的，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，對三維物體的分部分進行位置倒置，避免或者減小了懸垂面的產生，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所需要的支撐結構，節約了制造過程中的材料和時間，同時也節約了支撐結構后處理所需的時間和人工成本。

附圖說明

圖1為一種具有懸垂面的三維零件；

圖2為圖1所示的包括支撐結構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在內的下部分。

具體實施方式

利用粉末材料逐層的制造金屬三維物體過程中，經常會出現懸垂面的制造，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，切片與水平面構成的夾角越小，對于三維物體的制造便帶來更多不便，制造過程中需要設計支撐將懸垂面固定，使其不翹曲變形。然而支撐結構的制造過程包括去除過程，會給三維物體的制造精度帶來影響，尤其是支撐結構設計在特征面時，往往難以滿足制造精度的要求。

圖1和圖2示出的是一個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并非呈一個整體方向的擴大或者縮小，而是存在過渡性變化。以選區激光熔化技術為例，在使用該技術直接制造該三維零件時，不可避免的要在上特征a或者下特征b處設計支撐結構，避免過大的懸垂面對制造精度的影響，如設計在下特征b處，支撐結構的設計為B。三維零件制造完畢后，再通過后處理將支撐結構去除，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，因為A部分和B部分都呈一個整體方向的擴大或者縮小，即分層的切片都具有自我支撐的結構。再通過A部分和B部分的結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生，保證特征結構的精度。如圖4示出的是一種更加復雜的三維零件，包括特征d和特征e和中性層C，考慮到其直接制造會產生懸垂面，需要構建支撐結構，因此將其分部分進行處理，仍以選區激光熔化技術為例，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在內的上部分和圖6所示的包括特征d在內的下部分。

2.利用選區激光熔化技術先將下部分在制造缸體內翻轉制造，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。之所以翻轉制造是避免或者減少直接制造下部分時因懸垂面的產生而需要設計更多的支撐。

3.將處理干凈的下部分位置在缸體內重新擺正，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位置，將其在基板上進行裝夾定位，避免后續工藝中三維零件的移動造成精度偏差。

4.使用粉末掩埋的方式使得粉末層與切分面相平，繼續利用選區激光熔化工藝在已經完成的下部分的基礎上，制造包括特征e在內的上部分。

5.將分部完成的三維零件粉末清除，去除夾裝，取出并進行相應的后處理，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，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，切分時優選使得其中一部分的切面面積最小。

對于已經切分的三維零件，應優先制造其切面面積更大的部分，因為如果先制造切分面積小的部分，在此基礎上再制造切分面積大的部分勢必引入更多的懸垂面，沒有達到避免或者減少三維零件在制造過程中產生的懸垂面的效果。

對于一些具有特殊結構的三維物體，分部分制造的方法不能完全避免懸垂面的產生，生產者可以根據三維物體的需要進行適當的處理，如果支撐結構不可避免，在分部分制造的基礎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。

以上所述實施例僅表達了本發明的一種實施方式，應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。