一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法技术

本发明专利技术提供一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。本发明专利技术能够消除近表面疏松层，并且轮廓参数相对于传统填充参数对电子束的控制更加精细，通过轮廓参数的精细化控制，可以实现尺寸精度控制与冶金质量双优化。优化。优化。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其涉及一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法。

技术介绍

[0002]现有3D打印成形策略中通常采用单条轮廓扫描加实体填充或多轮廓统一参数加实体填充的扫描模式，当采用该模式进行成形时，轮廓间搭接，轮廓填充区域搭接，不同填充方向与轮廓搭接区域一致性差异，轮廓，填充扫描顺序以及轮廓填充能量密度选择等问题，会导致表面质量恶化和搭接区冶金缺陷的产生，该冶金缺陷被称为“近表面疏松层”。
[0003]CN101678455A公开了一种使用粉状材料逐层生成三维产品的方法，其优化表面质量的手段是：在粉床预热完成后先采用低能量密度的电子束先进行轮廓扫描，以实现减少工件侧表面因热辐射造成的吸附粉、半熔粉等缺陷恶化表面质量。此外增加零件周围的预热遍数，增加粉床预烧结程度也是减小成形工件侧表面吸粉的措施之一。
[0004]利用此类策略可以有效的降低填充高能电子束对打印区域外的粉末粘连现象；但是由于填充能量密度相对轮廓较高，填充熔化轨迹的熔深，熔宽都远大于轮廓的熔深与熔宽，因此在填充与轮廓搭接时容易产生填充溢出轮廓范围造成表面质量恶化，或存在填充未完全搭接上轮廓造成近表面疏松层的产生。其次由于填充方向不同，在闭合轮廓范围内，不同位置填充与轮廓的搭接方式不同，进而导致表面质量的差异。此外，当同层成形过程中填充与轮廓扫描线能量密度差异过大时，对尺寸精度的控制难度越大。
[0005]因此开发一种新的轮廓
‑/>填充扫描策略具有较大的现实意义。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法，通过轮廓偏置，增加轮廓数量，最外层轮廓保障工件的表面质量，内部轮廓消除近表面疏松层并完成大小能量密度的平稳过渡，消除了近表面疏松层，优化了冶金质量，提升了尺寸精度，而且各轮廓参数独立，可应对不同成形条件与模型结构。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。
[0009]电子束增材制造技术使用计算机绘制的成型件的三维CAD实体模型，利用分层软件将成型件的三维轮廓信息转化为二维轮廓信息，并生成扫描路径。电子枪发射的高能电子束根据制定的扫描路径，逐层熔化沉积通过刮粉器铺设的预合金化金属粉末薄层，层层堆积得到三维合金部件，电子束增材制造技术特别适用于难加工、高性能难熔合金的复杂形状构件的制备。电子束选区熔炼过程一般包括（1）基板预热；（2）铺粉；（3）连通性骨架区域成型；（4）轮廓与填充区域成型；（5）热量补偿；（6）成型基板降低，通过重复进行（2）
‑
（6）
步骤实现零件的增材制造。
[0010]但是步骤（4）中轮廓与填充区的成型中的轮廓区与填充区存在搭接问题，这是由于在粉末床熔融工艺中成型侧表面质量由于熔体的流动和堆积所受的复杂的热力学和多物理场影响，侧表面成形质量优化工艺难度大，粗糙度极差。在实际中，通常采用轮廓
‑
填充的扫描方式，利用轮廓的篱笆效应，防止粉末床中松散的粉末由于热效应向熔化区域流动，以达到减小侧表面粉末吸附的问题。但由于轮廓本身的小热输入，熔化轨迹通常细小，而填充熔化轨迹远大于填充，因此填充线与轮廓的搭接区域经常出现过冲和搭接不完全的现象。
[0011]因此本专利技术通过设置轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增，通过第1轮廓来保障表面质量，并通过设置内轮廓来消除轮廓与填充区搭接不足或过度搭接造成的冶金缺陷，提高了冶金质量和打印的表面质量，而且从外到内逐步递增的热输入方式也有利于工件上表面的平整化处理。
[0012]本专利技术对增材制造的外轮廓
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内轮廓
‑
填充区的扫描顺序关系没有特殊限制，可采用任意顺序进行扫描，例如顺序关系可以为外轮廓
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内轮廓
‑
填充，外轮廓
‑
填充
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内轮廓，填充
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内轮廓
‑
外轮廓，填充
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外轮廓
‑
内轮廓。
[0013]优选地，所述轮廓区自填充区始依次包括第n轮廓、
…
和第i轮廓，i为1≤i≤n
‑
1的自然数，n为自然数，第1轮廓为外轮廓，第n轮廓为内轮廓。
[0014]优选地，n为2~5的自然数，例如可以是2、3、4或5。
[0015]本专利技术优选将轮廓的数量控制在上述范围内，既能够实现轮廓向填充区的平稳过渡，又能够避免轮廓数量过多带来的效率显著下降的问题，且轮廓数量过多容易导致熔体沿边缘会导致上移，会影响打印质量，进一步可能导致能量输入和能量输出不对应出现较大的热损失。
[0016]优选地，所述轮廓区中第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值为2~50J/mm3，例如可以是2J/mm3、3J/mm3、4J/mm3、5J/mm3、6J/mm3、7J/mm3、8J/mm3、10J/mm3、12J/mm3、15J/mm3、18J/mm3、20J/mm3、25J/mm3、30J/mm3、40J/mm3、45J/mm3或50J/mm3等。
[0017]本专利技术优选将第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值控制在2~50J/mm3上述范围内，能够更加平稳的实现轮廓区向填充区的过渡。
[0018]优选地，所述第i+1轮廓的能量密度大于第i轮廓的能量密度，优选第i轮廓的能量密度为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。
[0019]本专利技术通过采用参数各异的多轮廓策略，可控性更强，轮廓间搭接冶金质量更优，优选采用上述轮廓间参数之间的关系，具有更优的搭接质量。
[0020]优选地，所述第i+1轮廓的扫速大于第i轮廓的扫速，优选为第i轮廓的扫速为第i+1轮廓的0.8~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。
[0021]本专利技术在设计路径时无需设置熔深和熔宽，但可在打印过程中有意识的控制所述第i+1轮廓的熔深大于第i轮廓的熔深，优选第i轮廓的熔深为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。同样，可在打印过程中有意识的控制所述第i+1轮廓的熔宽大于第i轮廓的熔宽，优选第i轮廓的熔宽
为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。2.根据权利要求1所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区自填充区始依次包括第n轮廓、
…
和第i轮廓，i为1≤i≤n
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1的自然数，n为自然数，第1轮廓为外轮廓，第n轮廓为内轮廓，n为2~5的自然数。3.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区中第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值为2~50J/mm3。4.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述第i+1轮廓的能量密度大于第i轮廓的能量密度；所述第i+1轮廓的扫速大于第i轮廓的扫速。5.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区中第i轮廓与第i+1轮廓的偏置距离关系为l
i+1偏置
=1/3
‑
1/2r
第i轮廓
,其中l

【专利技术属性】
技术研发人员：阚文斌，刘利，张京玲，朱国浩，
申请(专利权)人：北京清研智束科技有限公司，
类型：发明
国别省市：