[發明專利]電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算方法

有效

• 申請號: 201711226189.6
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107944154B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 熊俊;柯揚;尹紫秋
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/18;G06F111/06
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明公開了一種電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算方法，首先分層切片并設定層片的堆積尺寸，設計樣本數據并建立由工藝變量計算堆積層尺寸的數學模型；設定初始工藝變量值，代入數學模型計算堆積層尺寸，將計算與設定的堆積層尺寸進行比較；如果誤差超出設定閾值，根據工藝變量與堆積層尺寸的作用關系，調節工藝變量并代入數學模型計算新的堆積層尺寸，如此反復循環計算，直至調節的工藝變量計算出的堆積層尺寸誤差在設定閾值內，本發明方法可以自動計算分層切片工藝變量，無需建立由堆積層尺寸計算工藝變量的數學模型，避免了工藝變量計算精度低的問題，同時有效解決了人工調試工藝變量自動化程度低的缺點。

技術領域

本發明屬于電弧填絲增材制造技術領域，具體涉及一種電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算方法。

背景技術

電弧填絲增材制造以焊接電弧作為熱源，金屬絲材為熔化材料，根據金屬構件的三維模型分層切片，逐層堆積形成全焊縫的金屬構件。該技術有設備成本低、堆積效率高、成形件冶金結合性能好等一系列優點，因而廣泛用于大型尺寸金屬結構件的制造。

在電弧填絲增材制造中，首先需要根據金屬構件的三維模型進行分層切片，獲得每個層片的層高與層寬參量，然后設計合適的試驗工藝變量完成層片內堆積層尺寸的成形。因此，前期需要設計試驗數據建立工藝變量與層寬、層高的數學模型，常用的方法有傳統回歸建模和神經網絡方法。由于工藝變量多，層片尺寸變量少，目前建立的數學模型都是已知試驗工藝變量來計算層寬和層高。但是，一般在三維模型分層切片后，已知參量是設定的層寬和層高，故而需要計算試驗工藝變量。解決此類問題的方法有兩種：一種是對數學模型進行工藝變量的多自變量求解，但是工藝變量個數多于因變量個數，方程難以求解或模型計算精度低；另一種方法是根據建立的數學模型不斷進行人工調試工藝變量，直至計算出預設的層高和層寬為止，但過程自動化程度低且耗時量大。因此，亟需開發一種由已知的分層切片尺寸自動計算堆積工藝變量的方法，從而解決電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算的難題。

發明內容

本發明的目的是為了解決電弧填絲增材制造分層切片過程工藝變量難以求解及自動計算的難題，提供一種電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種電弧填絲增材制造分層切片工藝變量自動計算方法，包括以下步驟：

(1)對金屬構件三維模型進行分層切片，獲得每個層片的設定層高LH_set和層寬LW_set；

(2)設計電弧填絲增材制造試驗工藝變量樣本，確定每個工藝變量的取值范圍，完成所有工藝變量樣本的工藝試驗，測量對應工藝變量組合下的層高和層寬尺寸；

(3)將設計的電弧填絲增材制造工藝變量樣本和測量的層高、層寬尺寸作為建模數據，以工藝變量為輸入變量，測量的層高和層寬為輸出變量，建立由工藝變量計算層高和層寬的數學模型；設計驗證樣本數據，對所述數學模型的精度進行驗證；

(4)任意選定一組工藝變量初始值，每個工藝變量初始值在步驟(2)所述的對應工藝變量取值范圍內，將工藝變量初始值導入步驟(3)建立的數學模型中，計算層高LH和層寬LW尺寸，令設定層高與計算層高的誤差E_LH＝100％×(LH-LH_set)/LH_set，設定層寬與計算層寬的誤差E_Lw＝100％×(LW-LW_set)/LW_set；設定誤差閾值E_set(E_set0)，循環次數初始值n＝0，總循環次數為N；

(5)如果|E_LH|≤E_set且|E_Lw|≤E_set，則表示分層切片工藝變量計算成功；