一种高效的连续不间断的多层螺旋切片及打印方法技术

本发明专利技术涉及一种螺旋切片及打印方法，尤其涉及一种高效的连续不间断的多层螺旋切片及打印方法。解决现有的螺旋打印效率低、精度差的问题，包括切片参数规划、根据规划的切片参数对工件进行扇形切片、填充各扇形区的工件轮廓，获得扫描路径以及根据切片参数，确定旋转粉床的转速、打印顺序、打印扫描区及下粉范围及利用上述路径及参数进行打印的过程。本发明专利技术螺旋切片方法配合连续不断的多螺旋铺粉、多螺旋打印，旋转粉床旋转一周，可实现多层打印，可实现更高效生产。

【技术实现步骤摘要】
一种高效的连续不间断的多层螺旋切片及打印方法
本专利技术涉及一种螺旋切片及打印方法，尤其涉及一种高效的连续不间断的多层螺旋切片及打印方法。
技术介绍
电子束选区熔化(EBSM)金属增材制造技术采用电子束作为能量源，在高真空环境下通过逐层熔化金属粉末的方式制造实体部件。由于电子束的功率高、材料对电子束能量吸收率高，其制件致密度高、氧含量少、热应力低、不易变形开裂、打印效率高、材料利用率等特点，在医疗、航空航天等领域应用广泛。其的工艺过程为：先在铺粉平面上铺展一层粉末；然后，电子束在计算机的控制下按照截面轮廓的信息进行有选择的熔化，金属粉末在电子束的轰击下被熔化在一起，并与下面已成型的部分粘接，层层堆积，直至整个工件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。针对大尺寸工件，单电子枪打印方式中电子束需经过偏转线圈后才能实现，但是电子束经过偏转线圈后并不是完全垂直于工作表面，而是与竖直方向成一定夹角。随着电子束偏转角度的增大，电子束束流品质大幅下降，束斑有一定变形，导致粉床边缘区熔池形状和能量分布发生偏差，从而造成成型工件精度和成型质量差。若采用机械运动移动电子枪或粉缸，则会大大降低成型效率和成型精度。为了解决上述问题，多电子枪打印方式应用而生，多个电子枪按一定方式进行有序排列，从而每一个电子枪负责一个区域，所有区域组成了整个打印面。各个区域通过有效的衔接，从而在保证工件成型精度和质量的前提下，可有效减小电子束的偏转角度，保证了电子束束流品质和成型区域边缘部位的束斑形状，从而改善电子束扫描熔化成型时熔池形状和能量分布。目前有多个电子束发生单元以N×M矩形阵列形式排布在一体化箱体内，阵列形式可以是1×2矩形阵列、2×2矩形阵列、2×3矩形阵列或3×3矩形阵列等排列方式。电子枪控制系统根据独立电子束发射单元的数量和阵列排布位置将粉床分为相应的阵列扫描区域，每个独立电子束发射单元对应一块阵列扫描区域，由电子枪控制系统控制相应区域上方的独立电子枪对应的阵列扫描区域进行精确扫描成型。使用目前的多电子枪打印方式，打印件越大电子枪数量越多，但电子枪无限增多也是不现实的。因此实现大尺寸件打印的方法还需另辟蹊径。采用多电子枪配合螺旋铺粉进行螺旋打印可以实现用尽量少的电子枪，满足实现大尺寸工件打印的效率。但是现有的螺旋打印方式，分管旋转粉床内圆环和外圆环区域打印的两电子枪分别在旋转粉床180度的两半径上，其扫描范围分别为图1所示的第一区域2与第二区域3。1为旋转粉床，箭头所示方向为旋转粉床的旋转方向。这种排布方式使得电子枪数量受限，且旋转粉床旋转一周只能实现单层螺旋打印，打印效率较低。同时目前的切片方式都是针对于水平铺粉的，即铺粉面、打印面都是水平的。各种切片软件也都是基于以Z轴正方向为法方向的平面进行的。当采用螺旋打印方式时，因打印面与Z轴正方向不垂直，因此若利用现有的切片方式切片，则会影响打印精度和效率。
技术实现思路
为了解决现有的螺旋打印效率低、精度差的问题，本专利技术提供一种高效的连续不间断的多层螺旋切片及打印方法。可使用尽量少的电子枪而达到数量更多的电子枪水平打印的效果，而满足效率要求。本专利技术的技术方案是提供一种高效的连续不间断的多螺旋切片及打印方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：步骤1、包括以下步骤：沿Z轴方向，将待成型工件与随动粉缸合为一起的三维模型均分为m个螺旋层组；每个螺旋层组的Z向高度对应一个螺距；每个螺旋层组包括j层螺旋层；每层螺旋层的起始位置不同，各起始位置与铺粉压实装置51的位置一一对应；整个工件的高度H工件＝H*m；将三维模型在每层螺旋层以C轴和Z轴为参数均匀分成n个扇形区，每个扇形的角度α＝360/n,相邻扇形区的Z值差为H/jn；其中H为螺距；每个扇形区的内外径与工作台的内外径相等；扇形区的面积需满足：每组打印装置的打印扫描区至少覆盖一个扇形区；将第一螺旋层组内：第一螺旋层的n个扇形区分别命名为1区、2区、3区……n区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为1′区、2′区、3′区……n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为1(j-1)′区、2(j-1)′区、3(j-1)′区……n(j-1)′区；将第二螺旋层组内：第一螺旋层的n个扇形区分别命名为n+1区、n+2区、n+3区……2n区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为n′+1区、n′+2区、n′+3区……2n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为n(j-1)′+1区、n(j-1)′+2区、n(j-1)′+3区……2n(j-1)′区；以此类推，将第m螺旋层组内：第一螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n+1区、(m-1)n+2区、(m-1)n+3区……mn区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n′+1区、(m-1)n′+2区、(m-1)n′+3区……m′n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n(j-1)′+1区、(m-1)n(j-1)′+2区、(m-1)n(j-1)′+3区……mn(j-1)′区；步骤2、根据步骤Ⅰ中规划的切片参数对工件进行切片：按照1区、2区、3区…n区的顺序，分别获得各扇形区对应工件的轮廓；同理按照1′区、2′区、3′区……n′区；以此类推，按照1(j-1)′区、2(j-1)′区、3(j-1)′区……n(j-1)′区分别获得各扇形区对应工件的轮廓；完成一个螺旋层组切片；完成一个360度圆周后，依次进入下一个螺旋层组切片，即按区n+1区、n+2区、n+3区……2n区；n′+1区、n′+2区、n′+3区……2n′区；以此类推，n(j-1)′+1区、n(j-1)′+2区、n(j-1)′+3区……2n(j-1)′区；以此类推，直至结束层；获得所有扇形区对应工件的轮廓；步骤3：填充步骤Ⅱ得到的各扇形区的工件轮廓，对处理得到的工件轮廓进行扫描路径规划，获得扫描路径；按由起始层至结束层的顺序输出G代码；步骤4：根据切片参数，确定旋转粉床的转速、打印顺序、打印扫描区及下粉范围；确定旋转粉床转速，使其与切片精度匹配；确定打印顺序：由第一螺旋层组至第m螺旋层组的顺序进行打印；在每一螺旋层组内，各螺旋层由打印装置同时进行打印；确定打印扫描区：每一螺旋层组内的不同螺旋层分别由不同的打印装置同时打印；各螺旋层组内的相同序号的螺旋层由同一打印装置打印；每组打印装置的打印扫描区至少覆盖一个扇形区；步骤5：打印：步骤5.1、旋转粉床匀速旋转并下降，铺粉压实组件将粉铺匀压实到旋转粉床的基板上；步骤5.2、旋转粉床转到首次经过的打印扫描区时，打开所有打印单元，控制打印单元按照确定的扫描路径及参数进行扫描，熔化打印模型截面内的粉末，使之凝固、沉积形成待成型工件截面；步骤5.3、控制旋转粉床从0位转一周过程中，逐渐降低j个层厚的高度，完成j层螺旋铺粉和打印；步骤5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效的连续不间断的多螺旋切片及打印方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、切片参数规划：/n沿Z轴方向，将待成型工件与随动粉缸合为一起的三维模型均分为m个螺旋层组；每个螺旋层组的Z向高度对应一个螺距；/n每个螺旋层组包括j层螺旋层；每层螺旋层的起始位置不同，各起始位置与铺粉压实装置51的位置一一对应；整个工件的高度H

【技术特征摘要】
1.一种高效的连续不间断的多螺旋切片及打印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、切片参数规划：
沿Z轴方向，将待成型工件与随动粉缸合为一起的三维模型均分为m个螺旋层组；每个螺旋层组的Z向高度对应一个螺距；
每个螺旋层组包括j层螺旋层；每层螺旋层的起始位置不同，各起始位置与铺粉压实装置51的位置一一对应；整个工件的高度H工件＝H*m；
将三维模型在每层螺旋层以C轴和Z轴为参数均匀分成n个扇形区，每个扇形的角度α＝360/n,相邻扇形区的Z值差为H/jn；其中H为螺距；每个扇形区的内外径与工作台的内外径相等；扇形区的面积需满足：每组打印装置31的打印扫描区32至少覆盖一个扇形区；
将第一螺旋层组内：
第一螺旋层的n个扇形区分别命名为1区、2区、3区……n区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为1′区、2′区、3′区……n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为1(j-1)′区、2(j-1)′区、3(j-1)′区……n(j-1)′区；
将第二螺旋层组内：
第一螺旋层的n个扇形区分别命名为n+1区、n+2区、n+3区……2n区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为n′+1区、n′+2区、n′+3区……2n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为n(j-1)′+1区、n(j-1)′+2区、n(j-1)′+3区……2n(j-1)′区；
以此类推，将第m螺旋层组内：
第一螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n+1区、(m-1)n+2区、(m-1)n+3区……mn区；第二螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n′+1区、(m-1)n′+2区、(m-1)n′+3区……m′n′区；以此类推，第j螺旋层的n个扇形区分别命名为(m-1)n(j-1)′+1区、(m-1)n(j-1)′+2区、(m-1)n(j-1)′+3区……mn(j-1)′区；
步骤2、根据步骤Ⅰ中规划的切片参数对工件进行切片：
按照1区、2区、3区…n区的顺序，分别获得各扇形区对应工件的轮廓；同理按照1′区、2′区、3′区……n′区；以此类推，按照1(j-1)′区、2(j-1)′区、3(j-1)′区……n(j-1)′区分别获得各扇形区对应工件的轮廓；完成一个螺旋层组切片；
完成一个360度圆周后，依次进入下一个螺旋层组切片，即按区n+1区、n+2区、n+3区……2n区；n′+1区、n′+2区、n′+3区……2n′区；以此类推，n(j-1)′+1区、n(j...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志翔，卢秉恒，王红宇，王磊，凌楷，
申请(专利权)人：西安增材制造国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61