一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品技术

技术编号:24580095 阅读:137 留言:0更新日期:2020-06-21 00:57
本发明专利技术属于增材制造相关技术领域,并具体公开了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品。该方法包括:(a)对于待成形零件的三维模型切片,获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息;(b)对于每个切片层中,根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域,并获取每个区域的几何特征;(c)根据每个区域的几何特征,规划每个区域对应的激光扫描路径,设定每个区域的扫描顺序,以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径;(d)根据扫描顺序和扫描路径逐层加工待成形零件的切片层,获得所需的零件。通过本发明专利技术,解决在SLM成形时同一零件不同特征的工艺需求的差异性问题,提高成形零件的质量。

SLM forming method and product based on intelligent scanning path planning

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品
本专利技术属于增材制造相关
,更具体地,涉及一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品。
技术介绍
激光选区熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一,其以金属粉末(如不锈钢、钛合金、铜合金等)为原料,依据所成形零件的每层截面路径规划信息,采用高功率激光逐层扫描,使扫描区域内的金属粉末熔化凝固成形,未扫描的区域仍处于离散状态,由此逐层堆积成形。该方法不受成形零件复杂度的限制,不需专门配套的工装模具,且成形制件力学效果好,精度高,具有良好的应用前景。在SLM成形过程中,激光的参数对零件成形质量起到至关重要的作用,包含激光功率、光斑尺寸、扫描速度、扫描延时、扫描策略。其中扫描策略的不同将影响成形过程中的温度场分布情况,即若对同一零件的同一部位采用不同扫描策略,将对零件的力学性能、翘曲变形程度及尺寸精度等产生较大影响,因此扫描路径规划是否合理、优劣程度将直接影响到整个零件的宏观性能。传统SLM工艺切片软件,在对零件规划扫描路径时,每一层所有部位所选用的扫描策略往往均是相同单一的,并未考虑到每层不同几何特征对激光扫描策略需求的差异性,适用于结构简单、无特殊结构、无强度要求的零件。目前已有众多相关专利,通过对每层切片进行分区,不同区域采取角度变换的扫描方式,以此减小热应力集中的可能性,但扫描方式本质未改变(如扫描间距、扫描路线),无法通过识别局部特殊几何特征进行智能化优选扫描策略。如专利CN201711190187.6中提出了一种多分区扫描方式,将每层切片分为多个区域,每区域采用不同的角度平行线逐线扫描,可使激光扫描产生的应力更分散,降低翘曲变形的可能,但每个区域的扫描策略没有根本性变化,这对局部有特殊几何特征(如尖角、薄壁、点阵结构等)的部位仍会产生较大的热应力;专利CN201811632180.X中提出了一种分区蛇形扫描规划方法,有效避免大幅面、大光斑加工产生的热应力过大,但每个区域均采用这种蛇形扫描方式,不能依据特殊几何特征优选扫描方式。因此,设计一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,对解决零件每层几何特征的差异性问题、提高成形零件的质量具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本专利技术提供了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品,其中通过对每个切片层进行区域划分,并对每个区域内进行激光扫描路径的规划,实现单个切片层内不同区域的不同的激光扫描路径的加工,以此满足不同几何特征对扫描方式的不同需求,降低热应力集中可能性,提升成形零件质量。为实现上述目的,按照本专利技术的一个方面,提供了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,该方法包括下列步骤:(a)对于待成形零件的三维模型,将其进行切片,以此获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息;(b)对于每个切片层中,根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域,并获取每个区域的几何特征;(c)根据步骤(b)中获取的每个区域的几何特征,分别规划每个区域各自对应的激光扫描路径,设定每个区域的扫描顺序,以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径;(d)根据步骤(c)中的扫描顺序和扫描路径逐层加工所述待成形零件的切片层,以此获得所需的零件。进一步优选地,在步骤(b)中,获取每个区域的几何特征时,需将每个切片层中包括的零件轮廓信息转化为二维图像。进一步优选地,在步骤(b)中,所述几何特征包括区域面积,形状、长度和宽度。进一步优选地,在步骤(c)中,所述激光扫描路径为层状扫描、分区扫描、分块扫描、偏置扫描、螺旋扫描或纯边框扫描。进一步优选地,在步骤(c)中,所述分别规划每个区域各自对应的激光扫描路径按照下列方式进行确定:对于每个区域而言,当该区域的面积大于预设面积最大阈值时,采用分块扫描;当该区域的面积小于预设面积最小阈值时,采用纯边框扫描;当该区域的面积介于预设面积最大阈值和最小阈值之间时,判断该区域的形状,当该区域为环状结构,采用偏置扫描;当该区域为圆形结构,采用螺旋扫描;否则,判断该区域的长度和宽度,当该区域的长度和宽度均小于预设长度和宽度阈值时,采用层状扫描,否则采用分区扫描。进一步优选地,在步骤(d)中,逐层加工所述切片层时,需调整相邻切片层的激光扫描线的偏转角度,以此降低不同切片层扫描过程中的激光重叠的可能性,减少零件缺陷。按照本专利技术的另一个方面,提供了一种利用上述所述的成形方法获得的产品。总体而言,通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比,本专利技术提供的一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,具备以下有益效果:1.本专利技术通过对待成形零件进行分层以及分区域的规划路径,依据零件不同部位的集合特征选择最优激光扫描路径,当单个区域的面积较大时,通过分区或分块扫描,有效避免扫描矢量过程导致的温度梯度,当面积较小时,采用纯边框扫描,有效避免边框扫描于填充扫描重复进行的热量集中,以此提高成形零件的成形精度;2.本专利技术通过采用不同区域不同扫描路径的方法,考虑到了同一零件不同特征在SLM成形时工艺需求的差异性,对于不同切环轮廓采用不同的路径规划算法,从而提高了成形零件的质量;3、本专利技术提供的成形方法,考虑到了同一零件不同特征在SLM成形时工艺需求的差异性,对于不同切环轮廓采用不同的路径规划算法,从而提高了成形零件的质量。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的基于智能扫描路径规划的SLM成形方法的流程图;图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的待成形零件的三维立体图;图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的加工零件模型的侧视图;图4是按照本专利技术的优选实施例所构建的前500层每层的切环轮廓及路径规划结果;图5是传统方法后500层每层切环轮廓及路径规划结果;图6是按照本专利技术的优选实施例所构建的后500层每层切环轮廓及路径规划结果;图7是按照本专利技术的优选实施例所构建的500层中第n层与n+1层路径规划结果。在所有附图中,相同的附图标记用来表示相同的元件或结构,其中:1-长方体结构对应的切环轮廓,2-长条结构对应的切环轮廓,3-薄壁蜂窝结构对应的切环轮廓,4-点阵结构对应的切环轮廓,5-空心长方体结构对应的切环轮廓,6-圆柱结构对应的切环轮廓,7-“环中环”结构对应的切环轮廓,8-小体积长方体结构对应的切环轮廓;11-长方体结构,21-长条结构,31-薄壁蜂窝结构,41-点阵结构,51-空心长方体结构,61-圆柱结构,71-“环中环”结构,81-小体积长方体结构。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。此外,下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:/n(a)对于待成形零件的三维模型,将其进行切片,以此获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息;/n(b)对于每个切片层中,根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域,并获取每个区域的几何特征;/n(c)根据步骤(b)中获取的每个区域的几何特征,分别规划每个区域各自对应的激光扫描路径,设定每个区域的扫描顺序,以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径;/n(d)根据步骤(c)中的扫描顺序和扫描路径逐层加工所述待成形零件的切片层,以此获得所需的零件。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,其特征在于,该方法包括下列步骤:
(a)对于待成形零件的三维模型,将其进行切片,以此获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息;
(b)对于每个切片层中,根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域,并获取每个区域的几何特征;
(c)根据步骤(b)中获取的每个区域的几何特征,分别规划每个区域各自对应的激光扫描路径,设定每个区域的扫描顺序,以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径;
(d)根据步骤(c)中的扫描顺序和扫描路径逐层加工所述待成形零件的切片层,以此获得所需的零件。


2.如权利要求1所述的一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,其特征在于,在步骤(b)中,获取每个区域的几何特征时,需将每个切片层中包括的零件轮廓信息转化为二维图像。


3.如权利要求1所述的一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法,其特征在于,在步骤(b)中,所述几何特征包括区域面积,形状、长度和宽度。


4.如权利要求1所述的一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方...

【专利技术属性】
技术研发人员:魏青松刘演冰李继康程坦李想张少博
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:湖北;42

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