一种金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法技术

本申请公开了一种金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法，涉及3D打印技术领域，包括步骤对目标零件进行分层切片，并获得上下相邻两层切片在X、Y方向上的尺寸变化量dx、dy；若dx、dy≤0，则无支撑打印目标零件，若dx、dy大于a，则添加支撑打印目标零件，若0<dx、dy<a/2，采用无过渡区切片扫描策略，若a/2<dx、dy<a，则采用有过渡区切片扫描策略；基于无过渡区或有过渡区切片扫描策略，按过渡区外的激光能量输入密度<过渡区内的激光能量输入密度<零件主体的激光能量输入密度的原则进行扫描填充，获得轮廓扫描路径填充策略。本申请通过优化不同区域内的激光能量输入密度，控制突显截面内的热聚集，减低零件出现打印翘曲的风险，实现较长突显截面零件的打印。突显截面零件的打印。突显截面零件的打印。

【技术实现步骤摘要】
一种金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法


[0001]本申请涉及3D打印
，具体涉及一种金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法。

技术介绍

[0002]增材制造俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。
[0003]激光选区熔化3D技术作为一个重要分支，激光选区熔化3D打印是一种能直接成型高致密、高精度金属零件的快速成型技术，特别适合复杂结构零件的制造过程。激光选区熔化技术制造过程为：供粉仓中的平台按设定的层厚的粉量上升一定高度,铺粉刮刀水平移动将金属粉末均匀地铺设在成形仓的基板上，激光在振镜控制下对需要熔化的区域按照切片好的扫描路径进行扫描熔化粉末；然后基板下降一个层厚,重复上层的加工过程,如此往复,金属零件一层层地被加工完成。
[0004]激光选区熔化3D打印技术在实际打印制造中，往往需要添加支撑来完成突显截面的打印成形。然而现有的选择性激光熔化成型工艺，即SLM成型工艺对于突显截面伸出长度一般在0
‑
2mm以内可以成形，再大将无法完成打印成形。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法，旨在解决现有技术中激光选区熔化3D成型工艺无法成型较长突显截面零件的问题。
[0006]本申请采用的技术方案如下：
[0007]一种金属3D打印的方法，包括：
[0008]按预设打印层厚，利用切片软件对目标零件对应的零件模型进行分层切片，以获得所述零件模型对应的多层切片；
[0009]基于所述多层切片，获取相邻的上层切片与下层切片在坐标轴中X方向上的尺寸变化量dx以及Y方向上的尺寸变化量dy；
[0010]若dx和dy都小于等于零，则采用无支撑的方式3D打印所述目标零件；
[0011]若dx和dy都大于零，则判断dx和dy是否都大于a，若dx和dy都大于a，则采用添加支撑的方式3D打印所述目标零件；其中，a为不同打印材料在无支撑打印条件下对应的最大悬伸长度；
[0012]若dx和dy都小于a，则判断dx和dy是否都大于零且小于a/2，若判断为0<dx<a/2且0<dy<a/2，则采用无过渡区切片扫描策略，按预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略；若判断为a/2<dx<a且a/2<dy<a，则采用有过渡区切片扫描策略，按过渡区外的激光能量输入密度<过渡区内的激光能量输入密度<零件主体的激光能量输入密度的原则，调整过渡区内以及过渡区以外的预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略；
[0013]基于所述轮廓扫描路径填充策略，打印所述目标零件。
[0014]可选的，所述采用无过渡区切片扫描策略，按预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略，包括：
[0015]确定突显截面发生在第n层切片，其中，n为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，上层切片所在的层数，所述突显截面为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，由dx和dy组成的截面部分；
[0016]以所述第n层切片为界，将1至n
‑
1层切片按预设角度α逐层旋转并以预设扫描参数进行扫描填充，获得1至n
‑
1层的轮廓扫描路径填充策略；其中，预设角度α为25
°
～40
°
；
[0017]n层以后的切片按从原截面到突显截面的方向以交替变换扫描角度的方式进行扫描填充，当无过渡区时，维持所述预设扫描参数进行扫描填充，获得n层以后的轮廓扫描路径填充策略。
[0018]可选的，所述采用有过渡区切片扫描策略，按过渡区外的激光能量输入密度<过渡区内的激光能量输入密度<零件主体的激光能量输入密度的原则，调整过渡区内以及过渡区以外的预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略，包括：
[0019]确定突显截面发生在第n层切片，其中，n为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，上层切片所在的层数，所述突显截面为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，由dx和dy组成的截面部分；
[0020]以所述第n层切片为界，将1至n
‑
1层切片按预设角度α逐层旋转并以预设扫描参数进行扫描填充，获得1至n
‑
1层的轮廓扫描路径填充策略，其中预设角度α为25
°
～40
°
；
[0021]将n层至n+(50～100)层切片按从原截面到突显截面的方向以交替变换扫描角度的方式进行扫描填充，当有过渡区时，确定所述过渡区范围，调整预设扫描参数，按过渡区的激光能量输入密度大于过渡区外的激光能量输入密度进行扫描填充，获得n层至n+(50～100)层的轮廓扫描路径填充策略；
[0022]将n+(50～100)层以后清除过渡区域，并按预设角度α逐层旋转并以预设扫描参数进行扫描填充，获得n+(50～100)层以后所有切片的廓扫描路径填充策略。
[0023]可选的，所述将n层至n+(50～100)层切片按从原截面到突显截面的方向以交替变换扫描角度的方式进行扫描填充，包括：
[0024]任意相邻两层切片中，上层切片的扫描路径与下层切片的扫描路径呈夹角β；
[0025]其中，所述β为30
°‑
40
°
。
[0026]可选的，所述夹角β为35
°
。
[0027]可选的，所述预设扫描参数包括扫描间距、激光功率以及扫描速度。
[0028]可选的，所述确定所述过渡区范围，包括：
[0029]将所述突显截面与所述原截面相交的轮廓线作为所述过渡区的内轮廓线；
[0030]获取所述过渡区的内轮廓线的中点坐标(X1，Y1)以及两个相交端点坐标(X2，Y2)；
[0031]将所述中点坐标(X1，Y1)沿X方向向突显截面延伸6
‑
7个单位，获得所述过渡区的最远角点坐标；
[0032]将所述最远角点坐标与所述两个相交端点坐标所确定的三个点之间用弧线平滑连接，形成所述过渡区的外轮廓线；
[0033]所述外轮廓线与所述内轮廓线围成的区域即为所述过渡区范围。
[0034]可选的，确定所述过渡区范围，包括：
[0035]获取所述突显截面的区域面积；
[0036]获取所述突显截面的内轮廓线和外轮廓线的两个相交端点；
[0037]使用平滑的分割线将所述突显截面的区域面积均分，所述内轮廓线与所述分割线之间的区域即为所述过渡区范围，其中所述分割线的两端端点与所述的内轮廓线和外轮廓线的两个相交端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属3D打印成形悬垂结构的工艺及切片方法，其特征在于，包括：按预设打印层厚，利用切片软件对目标零件对应的零件模型进行分层切片，以获得所述零件模型对应的多层切片；基于所述多层切片，获取相邻的上层切片与下层切片在坐标轴中X方向上的尺寸变化量dx以及Y方向上的尺寸变化量dy；若dx和dy都小于等于零，则采用无支撑的方式3D打印所述目标零件；若dx和dy都大于零，则判断dx和dy是否都大于a，若dx和dy都大于a，则采用添加支撑的方式3D打印所述目标零件；其中，a为不同打印材料在无支撑打印条件下对应的最大悬伸长度；若dx和dy都小于a，则判断dx和dy是否都大于零且小于a/2，若判断为0<dx<a/2且0<dy<a/2，则采用无过渡区切片扫描策略，按预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略；若判断为a/2<dx<a且a/2<dy<a，则采用有过渡区切片扫描策略，按过渡区外的激光能量输入密度<过渡区内的激光能量输入密度<零件主体的激光能量输入密度的原则，调整过渡区内以及过渡区以外的预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略；基于所述轮廓扫描路径填充策略，打印所述目标零件。2.根据权利要求1所述的金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法，其特征在于，所述采用无过渡区切片扫描策略，按预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略，包括：确定突显截面发生在第n层切片，其中，n为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，上层切片所在的层数，所述突显截面为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，由dx和dy组成的截面部分；以所述第n层切片为界，将1至n
‑
1层切片按预设角度α逐层旋转并以预设扫描参数进行扫描填充，获得1至n
‑
1层的轮廓扫描路径填充策略；其中，预设角度α为25
°
～40
°
；n层以后的切片按从原截面到突显截面的方向以交替变换扫描角度的方式进行扫描填充，当无过渡区时，维持所述预设扫描参数进行扫描填充，获得n层以后的轮廓扫描路径填充策略。3.根据权利要求1所述的金属3D打印悬垂结构的成形工艺及切片方法，其特征在于，所述采用有过渡区切片扫描策略，按过渡区外的激光能量输入密度<过渡区内的激光能量输入密度<零件主体的激光能量输入密度的原则，调整过渡区内以及过渡区以外的预设扫描参数进行扫描，以获得扫描路径填充策略，包括：确定突显截面发生在第n层切片，其中，n为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，上层切片所在的层数，所述突显截面为满足dx和dy都大于零的相邻两层切片中，由dx和dy组成的截面部分；以所述第n层切片为界，将1至n
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1层切片按预设角度α逐层旋转并以预设扫描参数进行扫描填充，获得1至n
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1层的轮廓扫描路径填充策略，其中预设角度α为25
°
～40
°

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠利，吴代建，韩俊峰，杜东方，王俊英，陶柳，费国胜，胡雅清，杨茗潇，吴菊英，张永盛，
申请(专利权)人：四川工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：