[發明專利]一種復雜表面垂直金屬薄壁件的激光快速成形方法

有效

• 申請號: 201611181487.3
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106583724B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 鄧德偉;張林;楊樹華;張勇
• 申請（專利權）人: 沈陽鼓風機集團股份有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 王書彪

本發明提供復雜表面垂直金屬薄壁件的激光快速成形方法，包括對待成形的復雜表面垂直金屬薄壁件建立三維實體模型，并將復雜表面垂直金屬薄壁件的上表面分成M個點，確定各點的高度值；根據各點的高度值，確定各點位置處的Z軸單層行程；獲取復雜表面垂直金屬薄壁件的底面輪廓數據；將Z軸單層行程和所述底面輪廓數據導入激光快速成形設備，啟動激光快速成形系統，開始成形復雜表面垂直金屬薄壁件。本發明能夠在3軸開環條件下，利用空間分層方法，無需改變激光功率和掃描速度，通過控制不同位置處的Z軸單層行程成形出復雜表面垂直金屬薄壁件，降低了設備復雜性；避免了每層輪廓的間斷，連續的輪廓路徑避免了復雜表面垂直金屬薄壁件表面的階梯效應，提高表面質量。

技術領域

本發明屬于激光直接制造技術領域，涉及一種復雜表面垂直金屬薄壁件的激光快速成形方法。

背景技術

激光快速成形技術是一種集激光技術、CAD/CAM技術和材料技術于一體的新型增材制造技術。根據零件的CAD模型，進行分層切片，得到各層截面的輪廓，再按照這些等厚度的二維平面輪廓，無需特定模具而在特定的時間內沿某一坐標方向制造出復雜的立體模型或實體。激光快速成形技術具有較高的材料利用率，較低的能量消耗率，能夠成形出任意復雜程度的致密原型和零部件等優點，其在航空航天、汽車工業、模具設計與制造、醫學等領域的應用越來越廣泛。

薄壁件因為有著能夠在保證性能要求的前提下減輕零件重量的優點，尤其在航空航天領域內應用廣泛。薄壁件的上表面往往表現出凹凸不平的形狀特征。目前，在此類薄壁件的激光快速成形中，三維實體被切分成很多等高度的X-Y平面輪廓，沿Z方向逐層疊加，由于薄壁件上表面的凹凸不平，同一平面輪廓內掃描路徑出現間斷，隨著沉積層數的增加，這種間斷會造成階梯效應，嚴重影響薄壁成形件的表面質量。

發明內容

為解決復雜表面垂直薄壁件的激光快速成形過程中出現的階梯效應，本發明提出了一種復雜表面垂直薄壁件的激光快速成形方法。

根據本發明的一個方面，提供一種復雜表面垂直金屬薄壁件的激光快速成形方法，包括：

對待成形的復雜表面垂直金屬薄壁件建立三維實體模型，并將復雜表面垂直金屬薄壁件的上表面分成M個點，確定各點的高度值；

根據各點的高度值，確定各點位置處的Z軸單層行程；

獲取復雜表面垂直金屬薄壁件的底面輪廓數據；

將所述Z軸單層行程和所述底面輪廓數據導入激光快速成形設備，啟動激光快速成形系統，開始成形復雜表面垂直金屬薄壁件。

進一步地，所述將復雜表面垂直金屬薄壁件的上表面分成M個點，確定各點的高度值包括：

將復雜表面垂直金屬薄壁件的上表面分成M個點，并將這些點的高度值用Z坐標(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)表示出來。

進一步地，所述根據各點的高度值，確定各點位置處的Z軸單層行程包括對于所述的坐標點(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)，找出其中的最大值Z_max，并確定所述的最大值Z_max處的Z軸單層行程ΔZ_max；

確定出激光快速成型復雜表面金屬薄壁件需要的層數N；

確定出各點處的Z軸單層行程(ΔZ₁,ΔZ₂,ΔZ₃……ΔZ_M)為(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)/N。

進一步地，所述獲取復雜表面垂直金屬薄壁件的底面輪廓數據包括：