[發明專利]一種用于增材制造三維物體的激光掃描路徑生成方法

在審

• 申請號: 201611075641.9
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN108127115A
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發明（設計）人: 周宏志
• 申請（專利權）人: 吳江中瑞機電科技有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C67/00;B33Y50/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于增材制造三維物體的激光掃描路徑生成方法，其包括如下步驟：根據三維物體的3D物理模型進行分層、切片，獲得截面輪廓信息；根據截面輪廓信息，計算出輪廓內的激光掃描路徑，所述激光掃描路徑為間隔均勻的若干組非直線掃描路徑，所述非直線掃描路徑由軌跡可重復且有規則性的圖形構成；根據激光掃描路徑，激光束對截面輪廓內實體進行掃描，直至截面輪廓內的實體部分掃描完成；在計算機的控制下，激光束按照逐層遞增完成對三維物體的所有截面輪廓進行掃描，直至制造出三維物體模型。本發明具有激光束掃描路徑合適，增材制造所制造出三維物體的質量高等優點。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體涉及一種用于增材制造三維物體的激光掃描路徑生成方法。

背景技術

3D打印機又稱三維打印機( 3DP )，是一種增材制造技術，即快速成形技術的一種機器，它是一種數字模型文件為基礎，運用光敏樹脂、粉末狀金屬或塑料等打印材料，通過打印一層層的粘合材料來制造三維的物體。

3D 打印技術按照成型原理可以分為：熔融沉積技術FDM、激光選區燒結成型技術SLS、光固化液態樹脂選區固化成型技術SLA和激光選區激光熔化成型技術SLM。FDM技術是通過融化熱塑性塑料或者共晶系統金屬并擠出噴頭，待冷卻固化得到所需要的工件來實現三維成型。SLA 則通過激光掃描固化光敏樹脂成型，激光選區燒結SLS是通過激光掃描將粉末燒結成型。激光選區激光熔化成型技術SLM是通過激光直接熔化金屬粉末材料，無需粘結劑，直接接受產品設計（CAD）數據快速制造出樣件、模具或模型。在3D 打印制造過程中，激光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，當樹脂或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，這是增材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。

目前常采用的填充掃描方式主要混合式掃描，界面輪廓的邊界按輪廓等距線掃描，內部按平行線掃描,如圖1所示。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。3D打印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，對于提高增材制造所制造出工件的質量具有重要意義。

發明內容

為解決上述技術問題，我們提出了一種掃描路徑更優且掃描時間更短的用于增材制造三維物體的激光掃描路徑生成方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種用于增材制造三維物體的激光掃描路徑生成方法，其包括如下步驟：

1）根據三維物體的3D物理模型進行分層、切片，獲得截面輪廓信息；

2）根據截面輪廓信息，計算出輪廓內的激光掃描路徑，所述激光掃描路徑為間隔均勻的若干組非直線掃描路徑，所述非直線掃描路徑由軌跡可重復且有規則性的圖形構成；

3）根據激光掃描路徑，激光束對截面輪廓內實體進行掃描，直至截面輪廓內的實體部分掃描完成；

4）在計算機的控制下，激光束按照逐層遞增完成對三維物體的所有截面輪廓進行掃描，直至制造出三維物體模型。

優選的，所述激光掃描路徑均由若干組間隔均勻的可重復且規則性的V型或W型線段組成，其中光斑直徑為D，每相鄰激光掃描路徑的寬度為d，3/2D≤d≤2D，每線段的兩端間距為L，L＞2D。

優選的，所述激光掃描路徑均由若干組間隔均勻的可重復且規則性的曲線組成，其中其中光斑直徑為D，每相鄰激光掃描路徑的寬度為d，3/2D≤d≤2D。