一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法技术

本发明专利技术涉及增材制造技术领域，具体公开了一种激光扫描路径规划方法，包括以下步骤：建立待成型零件的三维模型并进行切片处理，规划每个切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；任一切片层的偏置扫描线的规划步骤包括：设定填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别切片层的轮廓上的每一点与填充扫描路径的夹角，夹角不大于阈值A的点集合成子轮廓；将子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成偏置扫描线。本发明专利技术还公开了采用上述激光扫描路径规划方法的增材制造方法。可避免主体与轮廓间未熔合孔洞的产生。

A laser scanning path planning method and additive manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法
本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法。
技术介绍
增材制造（又称“3D打印”）是近年来迅速发展起来的高端数字化快速制造技术，引领大批量制造模式向个性化制造模式发展，可生成任何形状、性能优异、多种材料复合的零件，广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域。随着技术的发展，市场对增材制造生产的期望也越来越高，要求不断提高金属材料增材制造装备的效率、精度、可靠性。激光选区熔化成形技术（SLM）是最具有发展潜力的增材制造技术之一，其基于“化整为零”—“聚零为整”的思想，先将数字化三维零件模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控制激光束扫描的切片轮廓信息，然后通过逐层累加的形式直接制造出三维实体。切片的几何信息和扫描路径对零件的性能、质量和尺寸精度有极大的影响。同时受零件结构和材料本身特性的因素，同种材料不同结构和不同材料相同结构的零件表面质量均存在很差差异。在增材制造，逐层成型零件时，主体与轮廓之间容易形成未熔合孔洞的缺陷，从而影响零件表面质量。
技术实现思路
为了解决现有技术中主体与轮廓之间容易形成未熔合孔洞的问题，提供一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法。本专利技术提供一种激光扫描路径规划方法，包括以下步骤：建立待成型零件的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干切片层，规划每个所述切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，所述轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；任一所述切片层的所述偏置扫描线的规划步骤包括：设定所述填充扫描路径与所述切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别所述切片层的轮廓上的每一点与所述填充扫描路径的夹角，夹角不大于所述阈值A的点集合成子轮廓；将所述子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成所述偏置扫描线。采用上述技术方案，通过增加偏置扫描线，可充分的覆盖激光扫描时填充扫描路径产生的填充扫描熔道和轮廓扫描线产生的轮廓扫描熔道之间形成的未熔合孔洞，从而消除主体与轮廓间存在的孔洞的缺陷。本专利技术增加偏置扫描线，可避免轮廓多次扫描引起的“台阶效应”、氧化现象，降低零件轮廓位置的粉末球化和飞溅的概率；仅在局部位置增加一条偏置扫描线来覆盖孔洞风险高的位置，无需整条轮廓线的多次扫描，大大提高零件表面质量，同时简化表面处理工艺，提高生产效率和产品合格率。尤其是液体流动性差、湿润性差的金属材料，以及复杂、曲面、薄壁等结构的零件，主体与轮廓间孔洞缺陷频发，轮廓线多次扫描，往往更容易降低产品表面质量，采用本专利技术技术方案，可有效提高产品表面质量，提高产品合格率。进一步的，所述阈值A大于零且小于等于45°。填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角小于等于45°（阈值A为45°）时，存在主体与轮廓间形成孔洞的风险，将夹角小于等于45°的部分轮廓均归入子轮廓，设置偏置扫描线，可最大程度的避免未熔合孔洞的产生。进一步的，所述阈值A为15°。填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角小于等于15°时，主体与轮廓间有较大的未熔合孔洞的风险，该范围内设置偏置扫描线，既可以避免孔洞的风险，提高零件表面质量，又可以较大程度的避免扫描线冗杂。进一步的，所述偏置距离d大于零且小于0.1mm。偏置扫描线的偏置距离不宜过大，否则在激光扫描时，偏置扫描线与填充扫描路径重叠过多，容易导致激光扫描层凸起、不平整的问题。偏置距离d在零至0.1mm范围内，偏置扫描线激光扫描后生成的偏置扫描熔道均可对存在孔洞风险的位置进行覆盖，消除孔洞风险。进一步的，所述偏置距离d为0.06mm。0.06mm为偏置扫描线的的最佳偏置距离，既可消除主体与轮廓间未熔合孔洞的风险，又可兼顾激光扫描层平整度。进一步的，所述三维模型的第一层所述切片层的填充扫描路径与基准之间的夹角为0-67°，第n层所述切片层的填充扫描路径与第n+1层所述切片层的填充扫描路径之间的偏置角度为67°，n为大于或等于2的自然数。采用上述技术方案，切片层与切片层之间设置一定的偏置角度，可以有效消除扫描层热应力聚集，同时提高扫描平整度，提高零件成型质量。本专利技术还提供一种增材制造方法，利用上述的激光扫描路径规划方法，进行扫描路径的规划；采用激光选区熔化的方法，逐层成型待成型零件。采用上述技术方案，将上述激光扫描路径规划方法应用于激光选区熔化增材制造方法中，可提高激光选区熔化技术的应用范围。本专利技术还提供一种增材制造方法，利用上述的激光扫描路径规划方法，进行扫描路径的规划；用同轴送粉的方式，按照规划的所述扫描路径对待成型零件各切片层进行激光扫描沉积，逐层成型待成型零件。采用上述技术方案，将上述激光扫描路径规划方法应用于同轴送粉增材制造方法中，可提高同轴送粉技术的应用范围。本专利技术与现有技术相比，有益效果如下：1、本专利技术通过增加偏置扫描线，消除了激光扫描时填充扫描熔道和轮廓扫描熔道间形成的未熔合孔洞，消除主体与轮廓间存在的孔洞的缺陷。本专利技术增加偏置扫描线，可避免轮廓多次扫描引起的“台阶效应”、氧化现象，降低零件轮廓位置的粉末球化和飞溅的概率，大大提高零件表面质量，同时简化表面处理工艺，提高生产效率和产品合格率。2、尤其是液体流动性差、湿润性差的金属材料，以及复杂、曲面、薄壁等结构的零件，主体与轮廓间孔洞缺陷频发，采用本专利技术的技术方案，可有效提高产品表面质量，提高产品合格率。拓展了金属材料的应用领域。附图说明图1是本专利技术的偏置扫描线示意图；图2是本专利技术的偏置扫描线的局部放大图；图3是本专利技术的激光扫描路径示意图。图中，1-偏置扫描线，2-子轮廓，3-填充扫描路径，4-轮廓扫描线，5-孔洞，6-填充扫描熔道，7-轮廓扫描熔道，8-偏置扫描熔道，d-偏置距离。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一个实施方式，涉及一种激光扫描路径规划方法，包括以下步骤：建立待成型零件的三维模型，对三维模型进行切片处理，获得若干切片层，规划每个切片层的填充扫描路径3和轮廓扫描路径，轮廓扫描路径包括轮廓扫描线4和偏置扫描线1；任一切片层的偏置扫描线1的规划步骤包括：设定填充扫描路径3与切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别切片层的轮廓上的每一点与填充扫描路径3的夹角，夹角不大于阈值A的点集合成子轮廓2；将子轮廓2向待成型零件的实体方向偏置距离d（如图2所示），生成偏置扫描线1。需要进一步说明的是，可先对切片层进一步分区，然后规划每一分区的填充扫描路径3，但对于薄壁零件或其他不适宜分区的零件结构，也可以不进行切片层分区，直接对切片层进行填充扫描路径3的规划。本专利技术对进行待成型零件的三维模型建立和切片等操作的工具不做限定，可采用任一种能完成三维建模和切片等操作的工本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光扫描路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立待成型零件的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干切片层，规划每个所述切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，所述轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；/n任一所述切片层的所述偏置扫描线的规划步骤包括：/n设定所述填充扫描路径与所述切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别所述切片层的轮廓上的每一点与所述填充扫描路径的夹角，夹角不大于所述阈值A的点集合成子轮廓；/n将所述子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成所述偏置扫描线。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光扫描路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立待成型零件的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干切片层，规划每个所述切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，所述轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；
任一所述切片层的所述偏置扫描线的规划步骤包括：
设定所述填充扫描路径与所述切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别所述切片层的轮廓上的每一点与所述填充扫描路径的夹角，夹角不大于所述阈值A的点集合成子轮廓；
将所述子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成所述偏置扫描线。


2.根据权利要求1所述的激光扫描路径规划方法，其特征在于，所述阈值A大于零且小于等于45°。


3.根据权利要求2所述的激光扫描路径规划方法，其特征在于，所述阈值A为15°。


4.根据权利要求1~3任一项所述的激光扫描路径规划方法，其特征在于，所述偏置距离d大于零且小...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨环，高正江，马腾，李冬杰，葛青，马英杰，
申请(专利权)人：中航迈特粉冶科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11