一种金属增材制造的打印路径生成方法技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，具体公开了一种金属增材制造的打印路径生成方法，包含以下步骤：将待打印模型分层以获取切片层；对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。本发明专利技术公开的打印路径生成方法，随机分布思想，能有效减少残余应力，减小热变形，提高零件的表面质量和尺寸精度。

A Printing Path Generation Method for Metal Additive Manufacturing

The invention belongs to the field of 3D printing technology, and specifically discloses a printing path generation method for metal increasing manufacturing, which includes the following steps: delamination the printed model to obtain the slice layer, partition the slice layer, form a number of printer regions, and generate a certain number of printed copies for the slice layer corresponding to the slice layer. The first random sequence of the region printing sequence is printed in order for each of the slice layers, which are in turn according to the corresponding first random sequence. The printing path generation method disclosed by the invention can effectively reduce the residual stress, reduce the thermal deformation, and improve the surface quality and dimension precision of the parts.

【技术实现步骤摘要】
一种金属增材制造的打印路径生成方法
本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种金属增材制造的打印路径生成方法。
技术介绍
金属增材制造从微观熔池到宏观结构的成型给航空发动机中很多关键零部件的设计和制造带来了颠覆性的革命，使得很多结构能够从亚表面的微型结构设计改变结构的力学特性，从而满足构件的使用要求。金属增材制造的成型过程是逐层堆积的过程，由点连成线，由线搭接成面，由面堆积成体。在成型过程中，制件的形状是动态增长的，成型温度场和材料的状态是随着扫描路径动态变化的，这种变化会使制件产生变形和出现残余应力，从而对成型件的精度、表面质量和性能等造成不利影响。目前所有金属的增材制造均存在残余应力和热变形的问题，而且没有普适性好的有效的控制方法。这种状况严重阻碍着增材制造在航空发动机上的应用。绝大多数商业3D打印设备是可以自主设置打印路径的，选择合适的路径能有效控制热变形，降低残余应力和改善表面质量和尺寸精度。现有技术公开了一种基于分区的3D打印填充路径生成方法，其基于分区的3D打印填充路径生成方法，适应于各种形状的模型，同时易实现，通用性好，易商业化，但没有涉及打印路径对零部件热变形，残余应力、表面质量和尺寸精度的影响；现有技术还公开了一种基于费马尔螺旋线的3D打印路径规划方法，将任意的拓扑连通区域分为多个独立子区域分别填充费尔马螺旋线，并采用全局优化的方法在保持打印路径宽度一致的约束下对打印路径进行平滑，但也未涉及该方法对打印零部件热变形，残余应力、表面质量和尺寸精度的影响。综上，现有技术大都只考虑打印路径对零部件成型精度和效率的影响，但尚未见针对航空发动机旋转对称零部件有效控制热变形，降低残余应力和改善表面质量及尺寸精度的打印路径策略。
技术实现思路
本专利技术提供了一种金属增材制造的打印路径生成方法，以通过合理路径的规划降低残余应力，减小热变形，提高零件的表面质量和尺寸精度。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种金属增材制造的打印路径生成方法，包含以下步骤：将待打印模型分层以获取切片层；对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。进一步地，在当前切片层确定所述打印子区域的打印顺序后，进行下一切片层的分区。进一步地，所述待打印模型为非周期对称的圆柱形结构，且当所述切片层中非连续区域的个数为n时，所述切片层中所述打印子区域的个数为4+n。进一步地，在确定所述打印子区域打印顺序之后且对当前打印子区域进行打印之前，对所述当前打印子区域生成位于所述当前打印子区域内的第一坐标随机数，并以所述第一坐标随机数作为所述当前打印子区域的打印起点。进一步地，所述待打印模型为周期对称性结构。进一步地，当所述切片层中的周期对称单元有n个时，所述切片层中所述打印子区域的个数为n个，且每个所述打印子区域内均包含一个周期对称单元。进一步地，在对当前打印子区域进行打印之前，对当前打印子区域进行小子区划分，并生成一个确定若干所述小子区打印顺序的第二随机数列；对当前子区域的打印为：按对应的所述第二随机数列对若干所述小子区依次进行打印。进一步地，所述小子区的划分具体为：将所述打印子区域划分为面积大小相等的M个小子区，且当所述打印子区域中存在若干非连续结构时，每一所述非连续结构位于同一所述小子区内。进一步地，对每一所述打印子区域，在确定若干所述小子区打印顺序之后且对当前小子区进行打印之前，对所述当前小子区生成位于所述小子区的第二坐标随机数，并以所述第二坐标随机数作为所述当前小子区的打印起点。进一步地，所述第一随机数列的生成为：对所述切片层中的若干所述打印子区域编号，计算机根据所述编号生成决定所述编号顺序的所述第一随机数列。本专利技术的有益效果为：通过随机数列生成每个切片层的打印子区域的打印顺序，使金属增材制造的打印路径具备随机性，打印路径的随机性决定了最终的结果的平均性，从而使旋转构件各分区的残余应力和热变形能够相互抵消而显著减弱；由于扫描的路径不断变化，扫描冷却过程所产生的内应力方向是发散的，减小了聚集效应，降低了残余应力，使得扫描线的收缩变形量得以减小，提高了成型质量。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的非周期对称性结构的打印路径生成方法的流程图；图2为本专利技术实施例一提供的切片层的结构示例图；图3为本专利技术实施例二提供的周期对称性结构的打印路径生成方法的流程图；图4为本专利技术实施例二提供的周期对称结构的示例图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的非周期对称性结构的打印路径生成方法的流程图，其主要用于非周期对称性的旋转件在金属增材制造过程中的打印路径的生成。本专利技术实施例一提供的打印路径生成方法基于随机分布的思想，利用打印路径的随机性，使打印扫描冷却过程中所产生的内应力方向呈发散状态，从而使打印件各处产生的应力值呈现均匀分布状态，降低打印件的应力聚集效应，降低了残余应力，提高了金属制成制造的成型质量。具体地，如图1所示，对于非周期对称性对称结构，本实施例一提供的打印路径生成方法包括以下步骤：步骤1：将待打印模型进行分层以获取切片层；将待打印模型按照模型高度和铺粉层厚分为N个切片层，其中，模型高度为待打印模型的自身尺寸高度，铺粉层厚与打印设备及打印材料类型相关，如当激光头功率较大时，可以选择较大的铺粉层厚值，当打印材料难以融化时，可以选择较小的铺粉层厚值等。对每次切片层进行由下而上的打印，每个切片层打印完成后，再对下一切片层进行打印。步骤2：对切片层进行分区，形成若干打印子区域；在本实施例中，在对每个切片层进行打印之前，需要对每个切片层进行分区，形成若干打印子区域。将打印模型的高度所在的坐标系定为Z坐标系，且以旋转件的旋转轴为Z轴，则每个切片层均与X-Y平面平行，且每个切片层均被X轴和Y轴分割为分别位于四个象限的四个打印子区域；若切片层中存在非连续区域，如孔或槽类结构，则需针对每个非连续区域额外设置包围该非连续区域的打印子区域，即，若切片层中存在n个非连续区域，则切片层的打印子区域的个数M＝4+n。图2为本专利技术实施例一提供的切片层的结构示例图，以图2中结构为例，该切片层根据X-Y坐标可分为四个打印子区域，且由于切片层中有两个非连续的圆孔，因此，该切片层中的打印子区域为分别包含圆形通孔的两个打印子区域，和由X-Y坐标分隔且排除上述两个个打印子区域部分的四个打印子区域，即该切片层的打印子区域的个数为六个。步骤3：对切片层对应生成一个确定若干打印子区域打印顺序的第一随机数列；在对当前打印切片层进行打印之前及其打印子区域划分完成之后，需对印子区域进行1-M的编号，计算机根据编号生成一个第一随机数列，第一随机数列中每个编号的顺序即为M个打印子区域的打印顺序。例如，打印子区域有六个，分别编号为1、2、3、4、5，6，当生成的第一随机数列为[425163]时,则根据打印子区域的编号4、2、5、1、6、3的顺序依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，包含以下步骤：将待打印模型分层以获取切片层；对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。

【技术特征摘要】
1.一种金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，包含以下步骤：将待打印模型分层以获取切片层；对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。2.根据权利要求1所述的金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，在当前切片层确定所述打印子区域的打印顺序后，进行下一切片层的分区。3.根据权利要求1所述的金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，所述待打印模型为非周期对称的圆柱形结构，且当所述切片层中非连续区域的个数为n时，所述切片层中所述打印子区域的个数为4+n。4.根据权利要求3所述的金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，在确定所述打印子区域打印顺序之后且对当前打印子区域进行打印之前，对所述当前打印子区域生成位于所述当前打印子区域内的第一坐标随机数，并以所述第一坐标随机数作为所述当前打印子区域的打印起点。5.根据权利要求1所述的金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，所述待打印模型为周期对称性结构。6.根据权利要求5所述的金属增材制造的打印路径生成方法，其特征在于，当所述切片层...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩品连，李娜那，张坤，魏佐君，
申请(专利权)人：深圳意动航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44