[發明專利]一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法

有效

• 申請號: 201310727426.2
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103722171A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 李維詩;張振;于連棟;夏豪杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及增材制造領域，具體為一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法。

背景技術

增材制造(Additive?Manufacturing)，也稱快速成形或快速成型（Rapid?Prototyping，簡稱RP），是一種快速生成零件或者模型的制造技術，集成了數控技術、機械設計與制造、新材料技術以及計算機應用技術，是多學科綜合的產物。增材制造俗稱3D打印。

選擇性激光燒結（Selective?Laser?Sintering，簡稱SLS）工藝由Carl?Dechard博士和他的導師Joe?Beaman博士于19世紀80年代中期在美國德克薩斯大學奧斯汀分校研制成功，并進行了商業化開發。SLS工藝利用粉末狀材料成形：（1）將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；（2）用高強度的CO2激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；（3）材料粉末在高強度的激光照射下被燒結在一起，得到零件的截面，并與下面已成形的部分粘接；（4）當一層截面燒結完后，鋪上新的一層材料粉末，選擇地燒結下層截面，經過若干層的掃描燒結疊加，最后完成整個原型或者工件的制造。

在選擇性激光燒結制造過程中，其加工質量受激光光斑尺寸、掃描速度、掃描間距、掃描路徑、激光器發出激光能量等因素影響。在加工過程中，當粉末材料熔融固化時，由于冷卻的時間順序不同會造成制件非均勻收縮，使得上層材料的收縮會使與之相連的下層材料受到壓應力的作用，而正在冷卻和收縮的上層材料因為有下層已燒結材料的約束，受到拉應力的作用。這種應力嚴重時就會導致已成型層的翹曲變形，嚴重時會產生裂紋，這是選擇性激光燒結制造中的一個國際性難題。激光束的掃描方式決定著加工層面上的溫度場分布，因此決定了翹曲變形的程度。

在選擇性激光燒結制造過程中，目前采用的填充掃描方式主要可以分為平行線掃描、輪廓等距線掃描、以及平行線與輪廓等距線混合式掃描。采用混合式掃描時，界面輪廓的邊界按輪廓等距線掃描；內部按平行線掃描。平行線掃描只需快速成型機一個軸運動，掃描速度快。而且掃描算法簡單，所以程序也較簡單，容易實現。選擇性激光燒結技術的應用范圍不斷擴大，對制件的精度等評價標準提出了更高的要求，進一步的研究出合適的激光束掃描路徑，對于提高選擇性激光燒結所制造出工件的質量具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，以實現在減少制件的翹曲變形，提高制件精度的同時，增加制件的強度。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，其特征在于：根據截面輪廓的信息，計算出截面輪廓內的激光掃描路徑，所述激光掃描路徑為三組平行的間斷直線掃描路徑構成的蜂窩狀整體掃描路徑，每組平行的間斷直線掃描路徑分別由規則性線段構成，激光束在計算機的控制下，按照激光掃描路徑對制件的實心部分所在的金屬粉末進行掃描，直接制造出工件。

所述的一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，其特征在于：處于每條直線上的掃描路徑都是由間斷式線段組成，線段正常長度為相鄰線段間距的1/2，處于直線兩端的線段經過截面輪廓的裁剪，其長度小于正常長度；其中，線段指需要進行激光掃描，對金屬粉末進行燒結的部分，在截面輪廓內規則排列；相鄰線段間距指位于一條直線上的相鄰線段的相鄰端點之間的距離。

所述的一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，其特征在于：每組內位于不同直線上的線段互相平行，三組線段分別沿三個不同方向布置并且保證三組規則性線段在端點相交，掃描后形成蜂窩狀的排列軌跡。

所述的一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，其特征在于：激光束在計算機控制下掃描過程為：

由計算機控制激光束按激光掃描路徑沿x/y軸進行間斷式掃描，產生一系列分別與x/y軸平行的間斷式掃描軌跡；

由計算機控制激光束按激光掃描路徑沿與x/y軸成60°的方向上進行間斷式掃描，產生一系列相互平行分別與x/y軸成60°的間斷式掃描軌跡；

由計算機控制激光束按激光掃描路徑沿與x/y軸成120°的方向上進行間斷式掃描，產生一系列相互平行分別與x/y軸成120°的間斷式掃描軌跡；

由計算機控制激光束按激光掃描路徑沿工件的截面輪廓進行掃描。

所述的一種用于選擇性激光燒結的蜂窩式激光掃描方法，其特征在于：各個掃描過程順序不分先后。