一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，增材制造过程中按逐层制造，成型层数按先后顺序标记为L1，L2，L3...L

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体而言，涉及一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法。

技术介绍

[0002]增材制造俗称3D打印，目前已广泛应用于航空、航天和医疗等领域，是一种通过对目标零件进行切片分层，然后逐层制造的方式来实现具体零件的三维成形。针对具体零件的增材制造过程，首先需要针对该零件进行工艺规划，即结合具体的工艺方法对零件进行分层并规划每一层内的执行路径，工艺规划的最终结果就是包含一定顺序的点及工艺参数的工艺文件，然后增材制造设备读取规划的工艺文件并执行，从而完成具体零件的制造。
[0003]目前，国内外已经有多款商业工艺规划软件，主要针对单一材料并快速凝固的金属或非金属材料的工艺规划，且这些软件在规划过程中一般都假设了增材制造时的工艺路径上的宽度、高度是一致的和稳定的，规划时一般也只是根据零件的几何特征和工艺人员设定的固定搭接率、冷却时间等来进行切割和内部路径的填充和规划。在实际应用时，如激光增材制造和光固化增材制造等过程中，材料的凝固或成形速度极快，通过工艺试验测定相关特征参数后对商业工艺规划过程的参数设定进行修正，基本可以满足这类材料的增材制造工艺规划的需要。但是针对冷却速度较慢、成形过程物质缓慢挥发或多材料同时同步增材等情况时，现有的规划方法未充分考虑时间和能量场的分布，同时其针对路径过程的假设也不再成立，就很难适应这类材料的增材制造需要。
[0004]有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是现有规划方法难以适用于冷却速度较慢、成形过程物质缓慢挥发或多材料同步/同时增材制造等情况，目的在于提供一种新的基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，将材料成形过程的工艺规划均通过归一化处理为时间参数与能量场区域特性相关的函数，并以此特性建立基于时间的高度和宽度数据库或准确函数来实现对设计零件的路径规划修正，很好的解决了相关零件的增材制造工艺规划。
[0006]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0007]一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，增材制造过程中按逐层制造，成型层数按先后顺序标记为L1，L2，L3...L
i
...L
n
(n≥1,1≤i≤n)，对应的Ln层在执行的路径上规划特征点标记为P
i1
,P
i2
...P
ij
...P
im
(n，m≥1,1≤i≤n,1≤j≤m)；每个路径特征点对应的时间序列标记为t
i1
，t
i2
...t
ij
...t
im
(n，m≥1,1≤i≤n,1≤j≤m)；每个特征点对应时刻形成该时刻的打印区域；在增材制造成形第i层第j个点时，根据函数f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)在该点对应时刻t
ij
的函数值f
h
(t
ij
)和f
b
(t
nm
)，对该点路径规划的高度(h
ij
)和宽度(b
ij
)进行调整补偿。
[0008]在多能量场或多材料同时增材制造时，根据打印区域的不同能量区依次标记为
A1，A2。..A
u
...A
q
(q≥1,1≤u≤q)，
[0009]在增材制造成形第i层第j个点时，根据函数f
h
(t
nm
,A
q
)和f
b
(t
nm
,A
q
)在该点对应时刻t
ij
的函数值f
h
(t
ij
,A
u
)和f
b
(t
ij
,A
u
)，对该点路径规划的高度(h
ij
)和宽度(b
ij
)进行调整补偿。
[0010]当高度值发生补偿后，规划层L
i
的高度Z
i
发生变化，设其变化值为
△
zi，标准切片规划层L
i
对应的实际应规划的区域为Z
i
‑
∑
△
zi后所对应的零件位置，此时工艺规划将对原有的标准切片规划已规划过的层L1，L2，L3...L
i
‑
1，L
i
‑2进行重新规划并形成新的规划层路径。
[0011]本专利技术所述的函数f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)，以及f
h
(t
nm
，A
q
)和f
b
((t
nm
，A
q
)，函数只与时间和能量场特性相关，且不同材料不同能量场其函数也是变化的，因此不能针对一大类材料构建统一的形式，需要单独去通过工艺试验构建，但其特性是可以明确的，首先其均为分段非线性函数，且以第L
i
层的最后k个点作为分段(k的具体值根据材料不同而不同，但肯定存在)；其中，所述特征点P
ik
到特征点P
im
的路径规划时，该区间内所有特征点坐标中高度坐标位于L
i
层(高度修正后的实际规划层，其高度位置是Z
i
‑
∑
△
zi)以外的高度区间范围内，所述特征点P
i1
到特征点P
i(k
‑
1)
的路径规划时,该区间内所有特征点坐标中高度坐标均在规划后L
i
层的高度以内且数值是一致的(该区间范围是高度位置是Z
i
‑
∑
△
zi附近)。
[0012]据上述特性，通过建立一定的工艺试验就可以完成对f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)，以及f
h
(t
nm
，A
q
)和f
b
((t
nm
，A
q
)的构建，从而完成对含能材料增材制造的工艺进行更准确的规划或增材制造过程进行更准确的补偿控制，保障最终打印出来的零件的准确制造。
[0013]函数f
h
(t
nm
,A
q
)和f
b
(t
nm
,A
q
)中包含工艺规划中的搭接率参数和层间冷却参数。
[0014]所述多能量场为光场、热场、电弧场、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，增材制造过程中按逐层制造，成型层数按先后顺序标记为L1，L2，L3...L
i
...L
n
(n≥1,1≤i≤n)，对应的Ln层在执行的路径上规划特征点标记为P
i1
,P
i2
...P
ij
...P
im
(n，m≥1,1≤i≤n,1≤j≤m)；每个路径特征点对应的时间序列标记为t
i1
，t
i2
...t
ij
...t
im
(n，m≥1,1≤i≤n,1≤j≤m)；每个特征点对应时刻形成该时刻的打印区域，其特征在于：在增材制造成形第i层第j个点时，根据函数f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)在该点对应时刻t
ij
的函数值f
h
(t
ij
)和f
b
(t
nm
)，对该点路径规划的高度(h
ij
)和宽度(b
ij
)进行调整补偿。2.根据权利要求1所述的基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，其特征在于，其中，函数f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)满足如下特性，函数f
h
(t
nm
)和f
b
(t
nm
)均为分段非线性函数，并随着增材过程打印区域的选择而发生变化，且以第L
i
层的最后k个点作为分段；对第L
i
层的最后k个特征点P
ik
到特征点P
im
的路径规划时，该区间内所有特征点的高度坐标位于L
i
层高度以外的区间范围内，对特征点P
i1
到特征点P
i(k
‑
1)
的路径规划时,该区间内所有特征点的高度坐标均在规划后L
i
层的高度以内且数值相等。3.根据权利要求1所述的基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法，其特征在于，在多能量场或多材料同时增材制造时，根据打印区域的不同能量区依次标记为A1，A2。..A
u
...A
q
(q≥1,1≤u≤q)，在增材制造成形第i层第j个点时，根据函数f
h
(t
nm
,A
q
)和f
b
(t
nm
,A
q
)在该点对应时刻t
ij
的函数值f
h
(t
ij
,A
u
)和f
b
(t
ij
,A
u
)，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，张馨月，张震，尹健，刘广志，郎军，陈伟，石捷，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团自动化研究所，
类型：发明
国别省市：