一种用于选择性激光烧结的激光扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种用于选择性激光烧结的激光扫描方法，是在选择性激光烧结过程中，利用激光束对制件的截面进行填充扫描，其特征在于：所述激光束的填充扫描路径为曲线或间断曲线或间断直线。该方法工艺控制简便、实用性强，对减小制件的翘曲变形、提高制件精度具有重要作用。

Laser scanning method for selective laser sintering

The invention discloses a laser scanning method for selective laser sintering, in selective laser sintering process, filled with a laser beam scanning section of the workpiece, which is characterized in that: filling the scan path of the laser beam is interrupted or discontinuous linear curve or curve. This method is easy to control and practical, and plays an important role in reducing warpage and improving the accuracy of parts.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光扫描方法，具体涉及一种用于选择性激光烧结技术的激光扫描方 法。
技术介绍
快速成型技术(Rapid !Prototyping，简称RP)是一项具有数字化制造、高度柔性和 适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十 世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光烧结 (Selective Laser Sintering，简称SLS)是近年来发展最为迅速的快速成型技术之一，其 以粉末材料为原料，采用激光对三维实体制件的截面进行逐层扫描完成原原型制造，不受 零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。SLS工艺的基本过程是 送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表 面，加热装置将粉末加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，振镜控制系统控制激光束 按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧 结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉 辊又在上面铺上一层均勻密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直 至完成整个原型制造。在SLS技术中，激光能量、光斑尺寸、扫描间距、扫描速度、扫描路径等各项激光扫 描参数都是影响SLS烧结质量的关键因素。在激光烧结成形中，被烧结的粉末要经历烧结、 熔化、再凝固、粘结等热学变化过程，经受了突然的加热和冷却过程，当激光束照射到粉末 表面时，粉末由初始温度突然升高到熔点温度，这时被照射的粉末和其周围未被照射的粉 末之间形成了一个较大的温度梯度，会产生热应力，激光束扫描过后，被熔化的粉末立即冷 却凝固，引起收缩，也会导致较大的残余应力，这两种应力的作用会使烧结体翘曲变形，烧 结体翘曲变形的程度与温差成正比，扫描方式直接影响加工层面上的温度场分布，决定着 由此引起的烧结体翘曲变形量，从而影响着制件的精度。而不同的扫描路径能量密度也不 同，导致了成形件的强度不同。在SLS制造过程中，通常使用轮廓扫描与填充扫描相结合的方式对实体制件的截 面进行扫描。填充扫描主要为激光束沿χ/y轴的变向直线扫描，相邻次扫描线的收缩应力 方向相反，能减小整体应力对制件的影响；也有采取由内至外的轮廓环形扫描方式进行截 面填充扫描，但该方式扫描速度较慢；有研究进一步采用轮廓环形扫描与分区变向扫描相 结合的复合扫描方式来保证制件精度，但工艺控制较为复杂。为了进一步提高扫描速度，可 以采取变光斑扫描的方式，即采用小光斑进行截面的轮廓扫描，充分保证制件精度，通过动 态聚集的移动使光斑变大，对截面进行填充扫描，加大扫描间距，提高扫描速度，但这种方 法要通过复杂的硬件系统调节得到实现，加大了系统难度，提高了设备与工艺成本。在收缩 变形的问题上，现有技术仍未提出较好的解决办法。SLS技术的快速发展与应用范围的不断 扩大，对制件的精度等提出了更高的要求，进一步开发合适的激光扫描方法，对提高制件质量具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该激光扫描方 法工艺控制简便、扫描效率高，利用该扫描方法对实体截面进行填充扫描，可以降低单位长 度材料的收缩率，减小制件的翘曲变形，提高制件精度，改善SLS制件质量。本专利技术提供的用于选择性激光烧结的激光扫描方法，是在选择性激光烧结过程 中，利用激光束对制件的截面进行填充扫描，所述激光束的填充扫描路径为曲线或间断曲 线或间断直线。所述曲线或直线为规则性线条。所述曲线为波纹形曲线或螺旋形曲线。所述波纹形曲线的波长为1 mnT5mm，所述螺旋形曲线的螺距为1 mnT5mm。所述激光束的填充扫描路径中相邻波纹形曲线之间为平行排列。所述激光束的填充扫描路径中相邻螺旋形曲线的螺圈部分呈交错排列。所述间断曲线或间断直线的激光束的填充扫描路径是指在沿x/y轴进行激光扫 描时，连续扫描一定线段长度后，隔一定间隔再完成相同线段长度的连续扫描，单次扫描包 括若干次连续扫描线段及间隔。所述线段的长度为1 mnT5 mm。所述间隔的距离为1 mnT2 mm。所述间断曲线或间断直线的激光束的填充扫描路径中相邻间断曲线或相邻间断 直线的间隔呈交错排列。在传统的直线形激光扫描方法中，单次扫描线只沿x/y轴一个方向连续变化，粉 末材料直接在χ/y向上发生收缩变形。采用本专利技术提供的曲线形激光扫描方法对截面进 行填充扫描时，扫描的方向发生着周期性变化，一个周期曲线内扫描方向时刻在发生变化， 粉末截面每一点所受的应力方向都不相同，由应力引起的材料收缩沿着曲线方向发生，各 向应力的影响相互抵消、缓冲，曲线形扫描线具备了一定的弹性，在相同的材料收缩比条件 下，单位长度材料的收缩量较直线形扫描减小了，从制件整体效果上看，降低了制件的翘曲 变形，提高了制件精度。另一方面，曲线扫描模拟了大光斑扫描，在不需要改变激光光斑的 情况下，增加了单次扫描的填充宽度，在扫描过程中可以增加扫描线间距，从而减少了完成 同一截面需要的填充扫描次数，提高了 SLS扫描效率。扫描路径的曲线形状可以为但不仅 限于波纹形、螺旋形，在实际应用中可根据制件的形状、大小、精度等各方面要求进行曲线 的规划设计与选择。采用螺旋形路径进行填充扫描时，相邻螺旋线的螺圈部分呈交错分布 排列，这样一种排列方式可以保证激光扫描能量密度的均勻性。采用本专利技术提供的间断式激光扫描路径对制件的截面进行填充扫描时，包含若干 段连续扫描及若干段未被烧结的间隔，只有各段连续扫描线受应力影响发生收缩，间隔部 分的未烧结粉末基本不发生理化性质改变，相同长度的材料中实际被烧结的材料长度减小 了，在相同的粉末材料收缩比条件下，材料的收缩量大大减小；各段连续扫描线被未烧结粉 末间隔开来，这些间隔使得单次扫描线的收缩不是连续发生的，缓冲了材料的整体收缩变 形，对整个制件起到了一定的支撑固定作用，改善了制件的翘曲变形。间断式直线激光扫描走的是直线型路径，单次扫描线仍然沿χ/y轴的一个方向变化，激光扫描路程短，扫描速度 较快；间断式曲线激光扫描结合了间断式直线与曲线形激光扫描的特点，同时通过各向应 力缓冲与间隔缓冲支撑的作用来降低材料的收缩、改善制件的翘曲变形。在间断式激光扫 描路径中，相邻次扫描线的间隔呈交错分布排列，可以保证激光扫描能量密度的均勻。本专利技术提供的SLS激光扫描方法不需要系统硬件的复杂变动，主要通过对软件算 法等进行改进，由激光振镜系统控制实现，该扫描方式可以快速适用于各种SLS成型设备， 工艺控制简便，技术实用性强。不同的扫描方法对材料收缩率、扫描速度、工艺控制等各方面有不一样的影响。曲 线形扫描路径可以通过χ-y轴振镜系统控制，也可以通过一个附加振镜控制。单次波纹形 激光扫描在χ/y轴的其中一个轴向上是沿同一个方向运动的，在另一个轴向的运动同时存 在+/-方向。在振镜控制过程中，如果采取χ-y轴振镜系统，则x、y轴振镜中一个轴的振镜 摆方向不变，另一个轴振镜进行+/_方向的交替摆动来控制激光束在该轴的方向与位置； 如采用附加振镜控制，则χ、y轴振镜按传统型控制方式不变，而附加振镜进行周期性振动 控制波形变化。波纹形扫描控制方法较易实现，单次扫描速度与直线形扫描相本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于选择性激光烧结的激光扫描方法，是在选择性激光烧结过程中，利用激光束对制件的截面进行填充扫描，其特征在于：所述激光束的填充扫描路径为曲线或间断曲线或间断直线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许小曙，
申请(专利权)人：许小曙，
类型：发明
国别省市：43