[發明專利]基于薄壁特征識別的激光增材制造工藝路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201910820903.7
• 申請日: 2019-08-31
• 公開（公告）號: CN110508810B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張長東;管志方;王聰;劉婷婷;廖文和
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y50/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱寶慶

本發明提供了一種基于薄壁特征識別的激光增材制造工藝路徑規劃方法，包括：區分零件模型單層截面輪廓邊界中的薄壁區域，對薄壁區域和非薄壁區域分別規劃掃描路徑；所述薄壁區域為在單層截面輪廓進行多邊形的約束Delaunay三角剖分后輪廓邊所在三角形的高小于閾值的三角形區域。

技術領域

本發明涉及一種金屬增材制造技術，特別是一種基于薄壁特征識別的激光增材制造工藝路徑規劃方法。

背景技術

近年來，激光選區熔化技術得到了廣泛關注與快速發展，在航空、航天、模具、醫療等領域展現出廣闊的應用前景與技術優勢。其通過專用軟件對零件三維模型進行切片分層，獲得各截面的輪廓數據后，利用高能激光束束根據輪廓數據逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件。

激光選區熔化技術理論上可以成形任意復雜結構的零件，但在實際加工中仍然受到一些幾何特征結構的限制，其中最為典型的為薄壁特征結構。如激光掃描方向設置不合理，容易形成過短或者過長的掃描路徑。當掃描路徑過短時，在激光加工過程中需要不斷的加速減速、更換掃描方向，影響加工效率，且過短的掃描線容易造成熱積累，導致局部溫度過大；而過長的掃描線又容易在加工過程中產生變形、翹曲等缺陷，影響零件的成形質量甚至導致加工的失敗。

近年來，國內外學者對薄壁結構的成形質量開展了大量研究，從層厚、掃描路徑（掃描方向、掃描線長度、掃描間距等）、激光加工參數（激光功率、掃描速度、離焦量等）等方面分析了對薄壁結構成形質量的影響，得到了成形薄壁結構較優的掃描路徑和工藝參數。受限于商業軟件和商業設備的嚴重封裝，目前大多數實驗研究都是基于單一的薄壁模型進行分析處理，而針對復雜形貌的模型，單一、簡單的掃描路徑和工藝參數難以保證零件的最終成形質量，因此通過識別并劃分出薄壁區域，進行局部加工參數優化，是保證零件成形質量的有效方式。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于薄壁特征識別的激光增材制造工藝路徑規劃方法。

實現本發明目的的技術方案為：一種基于薄壁特征識別的激光增材制造工藝路徑規劃方法，包括：區分零件模型單層截面輪廓邊界中的薄壁區域，對薄壁區域和非薄壁區域分別規劃掃描路徑；所述薄壁區域為在單層截面輪廓進行多邊形的約束Delaunay三角剖分后輪廓邊所在三角形的高小于閾值的三角形區域。

進一步地，本方法具體包括以下步驟：

步驟1，輸入零件三維模型的所有切片數據，并確定薄壁的閾值W；

步驟2，對每一層的切片輪廓進行多邊形的約束Delaunay三角剖分；

步驟3，對于包含切片輪廓邊的約束Delaunay三角形，求取該三角形中以輪廓邊為底時的高h，若h小于W時，則該輪廓邊標記為薄壁邊；

步驟4，遍歷當前層的切片輪廓，結合薄壁輪廓邊的標記信息，從實體區域中提取出薄壁區域；

步驟5，分別對薄壁區域和非薄壁區域規劃掃描路徑，并分配工藝參數。

進一步地，所述各薄壁區域掃描方向相互垂直。

進一步地，所述各薄壁區域內經進行行線掃描路徑規劃。

進一步地，所述各薄壁區域內相鄰掃描路徑方向相同或相反。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：（1）本發明以切片輪廓為對象，識別并提取薄壁區域，分別對薄壁區域和非薄壁區域進行掃描路徑規劃，避免單一掃描方式在薄壁區域內生成不合適的掃描路徑；（2）本發明利用薄壁區域和非薄壁區域的結構特點分配合適的工藝參數，避免造成局部熱積累乃至產生熱變形，保證零件尤其零件薄壁部分的成形質量。

下面結合說明書附圖對本發明作進一步描述。

附圖說明