[發明專利]一種增材制造與再制造快速路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201711076753.0
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107856309B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 楊光;彭暉杰;王偉;李長富;欽蘭云;王維
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 胡曉男

本發明提供一種增材制造與再制造快速路徑規劃方法，包括：將零件的損傷區域規則化成盡可能小且不干涉零件的其他結構的形狀；掃描獲得規則化后的損傷部位的一組點云數據；直接對點云數據利用平面進行等間距切片處理，得到一組離散點云環；將點云環投影到切片平面上，掃描填充得出掃描路徑。能夠避免復雜的建模過程，同時顯著減少大量的數據運算，有效提高了實際工作效率。去除繁瑣的CAD模型建立過程，并且采用相對較為簡單的算法實現掃描路徑規劃，能夠有效解決掃描路徑規劃過程中運算數據量大、計算效率低的問題，顯著縮短增材再制造的時間周期。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，特別是涉及一種增材制造與再制造快速路徑規劃方法。

背景技術

增材制造(Additive Manufacturing)技術是根據CAD/CAM設計，使用激光/電弧等高能束作為熱源熔化材料，采用逐層堆積的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的減材制造技術，它是一種材料累積的制造方法，其極大程度提高了材料的利用率、縮短產品的生產周期，大幅提高生產效率和制造技術的核心競爭力。

增材再制造是利用AM技術對因磨損、斷裂、腐蝕等緣由造成零部件尺寸缺失進行增材修復，并在增材修復的同時利用新材料、新工藝及新技術使其綜合性能到達甚至超過新品性能。增材再制造可極大程度的減少因服役損傷、加工失誤損傷和制造缺陷等造成的大型零件的報廢，極大程度上延長了零件的使用壽命，其在大型飛機結構件的修復上得到廣泛運用。

目前，如圖1所示的增材再制造中通用的掃描路徑規劃方法：將用三維軟件設計的零件CAD模型轉化為STL文件導入到成形軟件中，然后按照增材制造的分層厚度將三維模型進行分層切片處理，得到實體模型的邊緣輪廓線，最后確定每層的掃描路徑并逐層堆積完成零件的制造或修復。

其具體操作方法如下：

1)建立CAD模型：增材再制造的結構為零件的損壞區域，如何得到缺損部分的實物模型，顯然采用正向設計無法解決，這就需要用到逆向建模。逆向建模是采用三維掃描儀對實體模型進行點數據的采集，通過初步處理，然后將點云數據導入通用的三維CAD軟件，運用逆向模塊進行實體建模進而得到CAD模型。

2)模型切片處理：將CAD模型轉化為STL格式文件，其中STL文件是采用離散化的思想將實體模型表面三角面化，即用大量的三角面片去擬合原來的三維模型。因此，切片處理也即求出切割平面與各三角形邊的交點，并逐次連接各點從而求出切面輪廓，如圖2所示。

3)掃描路徑規劃：對于某層截面輪廓線，以掃描間距為寬度，采用等間距的直線段分割輪廓線，求出各直線與輪廓線的交點，連接對應交點即為掃描路徑，如圖3所示。

4)按各層掃描線逐層掃描制造：按規劃得到的每層掃描軌跡進行掃描，逐層累加制造，直至最終完成零件的增材制造或再制造。

在實際工作過程中發現，常用的掃描路徑規劃方法需要通過獲取的點云數據建立CAD模型，然后對比標準模型從而獲取零件損傷區域模型，其過程較為繁瑣。同時，切片處理和路徑規劃兩個過程均傳統計算機算法，其計算數據量大，計算效率低，從而導致實際工作中零件修復效率低。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種增材制造與再制造快速路徑規劃方法，能夠避免復雜的建模過程，同時顯著減少大量的數據運算，有效提高了實際工作效率。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種增材制造與再制造快速路徑規劃方法，包括：

將零件的損傷區域規則化成盡可能小且不干涉零件的其他結構的形狀；

掃描獲得規則化后的損傷部位的一組點云數據；

直接對點云數據利用平面進行等間距切片處理，得到一組離散點云環；