一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置。该方法可以包括以下步骤：确定待打印部件的分层形状；确定熔化的扫描路径；逐层铺设打印材料；根据所述分层形状和所述扫描路径对当前层的所述打印材料进行熔化；对完成熔化的成形表面进行平整度检测；根据所述平整度检测的检测结果调整下一层进行熔化的热输入。本发明专利技术实施例可以根据平整度检测结果使下一层整体或局部区域的能量输入进行调整，从而提高打印部件的成形质量。从而提高打印部件的成形质量。从而提高打印部件的成形质量。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置


[0001]本专利技术实施例涉及3D打印
，尤其涉及一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置。

技术介绍

[0002]增材制造是基于“离散+堆积”原理，采用高能热源选区熔化金属粉末，通过逐层堆积方法实现三维零件的制造，适合复杂形状的构件，尤其是内部有复杂异形结构，用传统方法无法制造的复杂构件，具有快速、无模具、近净成形的优点，应用范围广泛。增材制造通过计算机设计数据，在能量源作用下对材料逐层累加来制造金属零件的技术，实现自由制造，大大减少加工工序，缩短加工周期，可以制备出近完全致密、力学性能优异的金属零件。增材制造技术解决了兼顾复杂形状和高性能金属构件快速制造的技术难题，在航空航天、生物医疗、动力能源等领域展现出广阔的应用前景。增材制造过程中，金属材料在能量源作用下经历复杂的热力学行为，反复的加热熔化、冷却凝固的循环过程主要与熔化工艺、铺粉层厚、底板温度等参数紧密相关，适宜的工艺参数可以获得成形质量良好、组织性能优异的成形件。另外，增材制造技术是一种无模具的自由制造技术，在复杂金属零件的制备方面具有独特的优势，但复杂零件截面信息具有复杂性，突变性，成形过程中可能存在温度场分布不均匀，局部热量积聚造成零件翘曲、变形。要想获得复杂零件的高成形质量，提高每一层的成形质量显得尤为重要。成形过程受多因素控制，其中熔化工艺对于获得光滑平整的表面质量起决定性作用，基于增材制造逐层堆积的原理，每层熔化表面的平整度对下一层材料的堆积乃至整个成形件的质量有重要影响，另外增材制造是在真空环境中成形，成形过程中无法直接检测表面平整度，只能在成形后对零件形状尺寸进行离线检测，导致检测的实时性较差，易产生大量不合格品，增加成本，或者是在成形过程中通过肉眼观察熔化后的表面质量，手动调整熔化工艺，这种方法的弊端是肉眼观察不准确且及时性差，等到表面熔化质量有明显的变化才可能被观察到，再进行工艺的调整，延误最佳调整时机，导致难以调整或打印失败。
[0003]相关技术中，有提出了一种基于视觉技术的熔池监控方法，主要涉及电弧熔丝增材制造，通过设置相机和红外激光光源，在每个监测点采集熔池图像，处理后获得熔池尺寸，根据每个监测点处的基准数据，实时调整增材制造路径，提高制造质量。有一种激光诱导式增材制造缺陷监测装置，包括固定支撑装置、延时发生器、反射聚光检测模块等，通过激光诱导击穿光谱分析采集样品信息，数据处理系统分析结果确定样品质量，通过调节检测器位置可实现多点检测对比，检测速度快。有一种增材制造的缺陷检测装置及缺陷检测系统，通过控制机构接收检测机构反馈的检测信号，实现对增材制件的缺陷检测，检测实时性好，精度较高，并避免了制件的表面盲区，有利于提高成品质量。还有一种高能束粉床打印增材制造零件变形实时测量装置及方法，通过在打印基板底板粘贴温度补偿应变片，使基板悬空，打印时应变片受基板底板变形伸长或压缩产生信号，实时测量零件的变形行为，此方法反应灵敏，实现打印过程的实时监控，提高质量监控水平。
[0004]关于上述技术方案，专利技术人发现至少存在如下一些技术问题：目前增材制造检测主要涉及熔池尺寸的监测和制造过程中缺陷检测装置，而成形过程中零件的表面质量决定着零件的整体质量及打印是否成功，为了实时监测熔化后的表面质量，有必要设计一种表面平整度监测系统，及时的调整工艺，获得高质量的成形件。
[0005]因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
[0006]需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供一种3D打印成形表面自调节的方法，包括：确定待打印部件的分层形状；确定熔化的区域和扫描路径；逐层铺设打印材料；根据所述分层形状和所述扫描路径对当前层的所述打印材料进行熔化；对完成熔化的成形表面进行平整度检测；根据所述平整度检测的检测结果调整下一层进行熔化的热输入。
[0009]本专利技术中，将每一层的熔化区域分成至少一个分区，在对所述分区的所述打印材料完成熔化后的预定时间内对所述分区进行所述平整度检测。
[0010]本专利技术中，当检测到所述成形表面的平整度发生变化时，根据所检测的情况按照对应的预设方案调整对应区域的热输入。
[0011]本专利技术中，当检测到所述成形表面发生翘曲时，若设置有外轮廓工艺时，则减少外轮廓的熔化能量，若未设置有外轮廓工艺时，则减少所述热输入。
[0012]本专利技术中，当检测到所述成形表面存在内凹和凸起时，若内凹占比更多则减少所述热输入，若凸起占比更多则增加所述热输入。
[0013]本专利技术中，当检测到在已完成熔化的所述成形表面存在突出的未完全融化的所述打印材料，则增加所述热输入。
[0014]本专利技术中，当检测到在已完成熔化的所述成形表面出现水波纹，则减少所述热输入。
[0015]本专利技术中，当检测到平整度检测结果为所需增加或减少的所述热输入超出预设的范围时，则停止打印。
[0016]本专利技术中，根据所述检测结果选择调整所述成形表面的整体的热输入，或选择调整所述成形表面的局部的热输入。
[0017]根据本专利技术的第二方面，提供一种使用上述任一项方法的3D打印装置，包括：至少一个高能束，所述高能束用于根据热输入对所述打印材料进行熔化；至少一个平整度扫描仪，所述平整度扫描仪用于对完成熔化的所述成形表面进行所述平整度检测；成形平台，所述成形平台用于逐层铺设打印材料；
成形基板，所述成形基板用于沉积所述打印材料；以及信息处理装置，所述信息处理装置用于确定待打印部件的分层形状，并根据确定熔化的扫描路径控制所述高能束和所述平整度扫描仪的运行，及处理平整度检测结果控制所述高能束的热输入。
[0018]本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术中，通过上述方法及装置，根据平整度检测结果对下一层对应分区的整体或局部区域的熔化能量的输入进行调整，从而提高打印部件每一层的成形表面的成形质量。
附图说明
[0019]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1示出本专利技术示例性实施例中打印方法流程示意图；图2示出本专利技术示例性实施例中外轮廓和内部区域熔化路径规划示意图；图3示出本专利技术示例性实施例中平整度检查的控制流程示意图；图4示出本专利技术示例性实施例中检测到的表面平整度示意图；图5示出本专利技术示例性实施例中检测到的表面平整度示意图；图6示出本专利技术示例性实施例中检测到的表面平整度示意图；图7示出本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印成形表面自调节的方法，其特征在于，包括：确定待打印部件的分层形状；确定熔化的区域和扫描路径；逐层铺设打印材料；根据所述分层形状和所述扫描路径对当前层的所述打印材料进行熔化；对完成熔化的成形表面进行平整度检测；根据所述平整度检测的检测结果调整下一层进行熔化的热输入。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将每一层的所述熔化区域分成至少一个分区，在对所述分区的所述打印材料完成熔化后的预定时间内对所述分区进行所述平整度检测。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当检测到所述成形表面的平整度发生变化时，根据所检测的情况按照对应的预设方案调整对应区域的热输入。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当检测到所述成形表面发生翘曲时，若设置有外轮廓工艺时，则减少外轮廓的热输入，若未设置有外轮廓工艺时，则减少所述热输入。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当检测到所述成形表面存在内凹和凸起时，若内凹占比更多则减少所述热输入，若凸起占比更多则增加所述热输入。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当检测到在已完成熔化的所述成形表面存在突出的未...

【专利技术属性】
技术研发人员：车倩颖，程康康，李会霞，朱纪磊，贺卫卫，王宇，
申请(专利权)人：西安赛隆金属材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：