用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法技术

本发明专利技术提供了一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其包括以下步骤：步骤S1、进行待烧结截面信息计算判断；步骤S2、刮刀自动更换机构进行联动操作；步骤S3、零件实际成形。本发明专利技术用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法具有以下优势：一、避免卡刮刀，通过截面判定后自适应选取刮刀，避免薄弱结构的破坏，从而避免卡刮刀并降低薄弱结构变形的风险。二、提高零件成形质量和批次稳定性，可提高铺粉质量，减少成形件的局部变形，提高每层的成形质量，从而提高零件的成形质量和批次稳定性。三、提高生产效率，无需花费时间进行卡刮刀问题的处理，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】
用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法
本专利技术涉及增材制造
，特别涉及一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法。
技术介绍
在增材制造
，增材制造技术被预测为可能引发“第三次工业革命”的关键技术之一。粉末床增材制造(powderbedfusion)是一种原材料层层铺设在成形平台上，并使用热源在成形平台上选择区域进行熔化或烧结成形的增材制造方法，包括但不限于激光选区熔化、激光选区烧结、电子束选区熔化成形等。粉末床增材制造主要技术原理为：将待加工的零件三维数字模型进行逐层分割后，输入到增材制造成形设备中。将基板通过定位孔固定在成形平台上并进行调平，之后利用刮刀(或粉辊)进行单层铺粉，利用一束或多束激光(或其他类型热源)，对铺好的单层粉末进行选区熔化或烧结，实现由点到线，由线到面的成形过程。随后成形平台下降一定高度，进行下一层铺粉及选区熔化成形，最终实现由面到体的成形过程，如此循环获得最终零件。相比于传统工艺，粉末床增材制造技术具有材料利用率高、成形高精度、表面质量好，可提高设计自由度等多重优势，特别适合于航空航天等高附加值行业零部件的快速加工。在粉末床增材制造过程中，粉末被刮刀层层铺设在成形平台上，由于零件结构特点限制、工艺参数不合适、成形室气氛不稳定等原因，导致成形时局部区域出现凸起，从而在刮刀进行铺粉操作时发生明显的刮蹭零件现象，进一步出现卡刮刀现象而无法继续成形过程，严重时甚至会使零件结构变形，致使产品报废。通常的处理办法是：将成形平台下降一定距离(H)→复位刮刀→检查卡刮刀部位情况并进行一定处理(必要时打开成形舱门进行处理)→将成形平台上升一定距离(≤H)→重新铺粉→重新烧结(如果打开成形舱门，则需再次填充保护气进行成形室的洗气工作)，需要一直有操作人员进行成形状态的监控以及卡刮刀后的手动处理。针对卡刮刀这一问题，中国专利CN106945288A提供了一种刮刀故障自动处理方法，在刮刀从成形面的一侧向另一侧移动进行当前层粉末铺设过程中，如果确定刮刀传动机构伺服电机的当前扭矩值≥伺服驱动器中预设的扭矩固定值，则执行自动故障处理程序，重新铺粉。然而，该方法虽然使用自动刮刀故障处理系统，减少了处理卡刮刀情况的时间，降低了人为干预，却并不能避免卡刮刀现象的出现。粉末床增材制造逐层铺粉、逐层选择性成形的特点，注定了成形每层材料均需进行铺粉操作，因而刮刀将与零件表面不断进行接触和刮蹭，刮蹭现象的不断累积则会出现卡刮刀现象，尤其当一次成形零件数量较多时刮蹭现象将更为严重，卡刮刀风险将明显提高，使得成形零件结构变形、质量下降甚至是报废。有鉴于此，本领域技术人员亟待于研制一种新的方法，以克服上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中粉末床增材制造工艺中卡刮刀的缺陷，提供一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特点在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、进行待烧结截面信息计算判断；步骤S2、刮刀自动更换机构进行联动操作；步骤S3、零件实际成形。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S1中还包括：步骤S11、计算出下一层单个独立区域的烧结面积Si，并使用Pi(Li，(Li+Bi))对每个独立区域的铺粉区间(沿铺粉方向)进行位置标识，其中Li表示下一层中第i个独立区域最右侧距离基板最右侧的距离；步骤S12、判断是否需要使用软刮刀；步骤S13、判断是否需要降低铺粉速度为原速度的1/2-1/3。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中αi＜45°且Li之间数值差异＜20mm，则判断初始烧结区域存在多个尖角薄弱结构，需要使用软刮刀；其中αi表示下一层中第i个独立区域初始烧结轮廓角度。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中Xi/Yij≥8:1～10:1占比超过50％，且Xi/YiT≥3:1～5:1，或者Yij/Xi≥8:1～10:1占比超过50％，且YiT/Xi≥3:1～5:1，则判断烧结区域为狭长形结构，容易出现翘曲变形现象，需要使用软刮刀；其中Xi表示下一层中第i个独立区域垂直于刮刀方向的总长度，Yij表示下一层中第i个独立烧结区域沿x方向分布的y方向的长度，YiT表示每个独立区域沿y方向的总长度。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中烧结区域中超过50％部位零件壁厚小于2mm，则需要使用软刮刀。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S13中包括：如果计算发现下一层中DiT/HiT＞5:1且Hi/HiT＞3:1～5:1，则判断零件为大高宽比结构，且烧结区域达到较大高度，容易出现刮蹭现象，需要降低铺粉速度为原速度的1/2-1/3；其中DiT表示第i个独立区域对应零件的等效直径，HiT表示第i个独立区域对应零件的总成形高度，Hi表示下一层第i个独立区域成形高度。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S13中包括：如果计算发现下一层中Li相同的位置，(Y1T+……+YnT)/R＞50％，则判断刮刀铺粉时与零件存在很大的接触面，容易出现刮蹭现象，需要降低铺粉速度为原速度的1/2-1/3；其中Li下一层中第i个独立区域最右侧距离基板最右侧的距离。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S13中包括：如果计算发现下一层中支撑结构之间、零件实体之间或支撑结构与零件实体之间，Li数值不相包含，则判断相应支撑结构与其他支撑结构或实体，或相应零件实体与支撑结构或实体间距较大，独自承担刮刀作用力，容易出现支撑被刮刀碰撞碎裂的现象，需要降低铺粉速度为原速度的1/2-1/3。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S3中包括：在成形过程中进行当前层金属粉末铺设时，计算下一层需要使用的刮刀类型或铺粉速度；在进行当前层成形时，刮刀机构处于静止状态，此时进行刮刀的更换。根据本专利技术的一个实施例，所述步骤S3中还包括：在当前层成形结束，进行下一层金属粉末铺设时，程序自动设定成形区域不同位置的铺粉速度，并执行铺粉工作；如此不断往复，完成零件加工。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法在传统铺粉控制系统基础上增加了成形截面判定系统，与现有方法相比，其具有以下优势：一、避免卡刮刀。在粉末床增材制造过程中，通过截面判定后自适应选取刮刀，避免薄弱结构的破坏，从而避免卡刮刀并降低薄弱结构变形的风险。同时，自动调整刮刀铺粉速度，降低弹粉风险，进一步避免卡刮刀。二、提高零件成形质量和批次稳定性。在粉末床增材制造过程中，弹粉、卡刮刀出现的次数减少，可提高铺粉质量，减少成形件的局部变形，提高每层的成形质量，从而提高零件的成形质量和批次稳定性。三、提高生产效率。在进行多个零件成形时，卡刮刀的风险十分高，采用此方法避免卡刮刀，无需花费时间进行卡刮刀问题的处理，提高生产效率。附图说明本专利技术上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：图1为本专利技术用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法中成形零件摆放位置示意图。图2为本专利技术用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、进行待烧结截面信息计算判断；步骤S2、刮刀自动更换机构进行联动操作；步骤S3、零件实际成形。

【技术特征摘要】
1.一种用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S1、进行待烧结截面信息计算判断；步骤S2、刮刀自动更换机构进行联动操作；步骤S3、零件实际成形。2.如权利要求1所述的用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括：步骤S11、计算出下一层单个独立区域的烧结面积Si，并使用Pi(Li，(Li+Bi))对每个独立区域的铺粉区间(沿铺粉方向)进行位置标识，其中Li表示下一层中第i个独立区域最右侧距离基板最右侧的距离；步骤S12、判断是否需要使用软刮刀；步骤S13、判断是否需要降低铺粉速度为原速度的1/2-1/3。3.如权利要求2所述的用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中αi＜45°且Li之间数值差异＜20mm，则判断初始烧结区域存在多个尖角薄弱结构，需要使用软刮刀；其中αi表示下一层中第i个独立区域初始烧结轮廓角度。4.如权利要求2所述的用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中Xi/Yij≥8:1～10:1占比超过50％，且Xi/YiT≥3:1～5:1，或者Yij/Xi≥8:1～10:1占比超过50％，且YiT/Xi≥3:1～5:1，则判断烧结区域为狭长形结构，容易出现翘曲变形现象，需要使用软刮刀；其中Xi表示下一层中第i个独立区域垂直于刮刀方向的总长度，Yij表示下一层中第i个独立烧结区域沿x方向分布的y方向的长度，YiT表示每个独立区域沿y方向的总长度。5.如权利要求2所述的用于粉末床增材制造的刮刀自动判断和选择方法，其特征在于，所述步骤S12中包括：如果计算发现下一层中烧结区域中超过50％部位零件壁厚小于2mm，则需要使用软刮刀。6.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何艳丽，侯慧鹏，雷力明，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海,31