一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法技术

本发明专利技术提供复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，包括对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；将Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。本发明专利技术能够在3轴开环条件下，利用空间分层方法，无需改变激光功率和扫描速度，通过控制不同位置处的Z轴单层行程成形出复杂表面垂直金属薄壁件，降低了设备复杂性；避免了每层轮廓的间断，连续的轮廓路径避免了复杂表面垂直金属薄壁件表面的阶梯效应，提高表面质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光直接制造
，涉及一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法。
技术介绍
激光快速成形技术是一种集激光技术、CAD/CAM技术和材料技术于一体的新型增材制造技术。根据零件的CAD模型，进行分层切片，得到各层截面的轮廓，再按照这些等厚度的二维平面轮廓，无需特定模具而在特定的时间内沿某一坐标方向制造出复杂的立体模型或实体。激光快速成形技术具有较高的材料利用率，较低的能量消耗率，能够成形出任意复杂程度的致密原型和零部件等优点，其在航空航天、汽车工业、模具设计与制造、医学等领域的应用越来越广泛。薄壁件因为有着能够在保证性能要求的前提下减轻零件重量的优点，尤其在航空航天领域内应用广泛。薄壁件的上表面往往表现出凹凸不平的形状特征。目前，在此类薄壁件的激光快速成形中，三维实体被切分成很多等高度的X-Y平面轮廓，沿Z方向逐层叠加，由于薄壁件上表面的凹凸不平，同一平面轮廓内扫描路径出现间断，随着沉积层数的增加，这种间断会造成阶梯效应，严重影响薄壁成形件的表面质量。
技术实现思路
为解决复杂表面垂直薄壁件的激光快速成形过程中出现的阶梯效应，本专利技术提出了一种复杂表面垂直薄壁件的激光快速成形方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，包括：对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；将所述Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。进一步地，所述将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值包括：将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，并将这些点的高度值用Z坐标(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,M)表示出来。进一步地，所述根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程包括对于所述的坐标点(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,M)，找出其中的最大值Zmax，并确定所述的最大值Zmax处的Z轴单层行程ΔZmax；确定出激光快速成型复杂表面金属薄壁件需要的层数N；确定出各点处的Z轴单层行程(ΔZ1,ΔZ2,ΔZ3……ΔZM)为(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,M)/N。进一步地，所述获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据包括：对应所述的M个点正下方位置处，将复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓分成M个点，并将这些点用Z坐标(ZN,1,ZN,2,ZN,3……ZN,M)表示出来，即得到包含(ZN,1,ZN,2,ZN,3……ZN,M)的底面轮廓数据。所述ΔZmax为0.3mm。进一步地，所述N为Zmax/0.3。进一步地，所述M的取值为L，其中L是复杂表面垂直金属薄壁件的Y方向长度，单位为mm。本专利技术提出的一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，能够在3轴开环条件下，利用空间分层方法，无需改变激光功率和扫描速度，通过控制不同位置处的Z轴单层行程成形出复杂表面垂直金属薄壁件，对激光快速成形系统的硬件要求低，降低了设备复杂性；避免了每层轮廓的间断，连续的轮廓路径避免了复杂表面垂直金属薄壁件表面的阶梯效应，提高表面质量。附图说明图1是本专利技术实施例提供的复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法示意图；其中，图中：ZN,M表示从上表面开始，第N层的第M个点；Zmax表示ZN,M中的最大值。具体实施方式下面结合附图和一具体实施实施例对本专利技术提供的复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法进行进一步说明。在实施例中，所选激光快速成形参数为：激光功率1000W，扫描速度6mm/s，送粉量为3.6g/min；所用粉末为316L不锈钢粉末；所用基板为316不锈钢板。该方法步骤如下：1)待成形的复杂表面垂直金属薄壁件的Y方向长度为94mm，对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，考虑到精度要求和形状特征，将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面平均分成94个点，并将这些点的高度值用Z坐标(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,94)表示出来；此处，复杂表面垂直金属薄壁件可以指的是表面凹凸不平的表面金属薄壁件。2)对于所述的坐标点(Z1,0,Z1,2,Z1,3……Z1,94)，找出其中的最大值Zmax为Z1,24＝60mm；3)所述的最大值Zmax(Z1,24)处的Z轴单层行程ΔZmax为0.3mm；考虑到成形过程的稳定性和成形质量以及成形过程的不稳定性，经过大量的试验，0.3mm是进行高质量成形最大可取ΔZ。4)确定出激光快速成形复杂表面金属薄壁件需要的层数N为Zmax/0.3＝200；5)确定出各点处的Z轴单层行程(ΔZ1,ΔZ2,ΔZ3……ΔZ94)为(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,94)/200；6)在对应步骤1)所述的M各点正下方位置处，将复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓将其分成94个点，并将这些点用Z坐标(Z200,1,Z200,2,Z200,3……Z200,94)表示出来；7)将得到的包含(Z200,1,Z200,2,Z200N,3……Z200,94)的底面轮廓数据和对应的各点位置处的Z轴单层行程(ΔZ1,ΔZ2,ΔZ3……ΔZ94)导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。本专利技术实施例提出的一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，能够在3轴开环条件下，利用空间分层方法，无需改变激光功率和扫描速度，通过控制不同位置处的Z轴单层行程成形出复杂表面垂直金属薄壁件，对激光快速成形系统的硬件要求低，降低了设备复杂性；避免了每层轮廓的间断，连续的轮廓路径避免了复杂表面垂直金属薄壁件表面的阶梯效应，提高表面质量。最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术的技术方案而非限制，尽管参照实例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，其特征在于，包括：对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；将所述Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。

【技术特征摘要】
1.一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，其特征在于，包括：对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；将所述Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。2.根据权利要求1所述的复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，其特征在于，所述将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值包括：将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，并将这些点的高度值用Z坐标(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,M)表示出来。3.根据权利要求2所述的复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，其特征在于，所述根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程包括：对于所述的坐标点(Z1,1,Z1,2,Z1,3……Z1,M)，找出其中的最大值Zmax，并确定所述的最大值Zmax...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓德伟，张林，杨树华，张勇，
申请(专利权)人：沈阳鼓风机集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21