[發(fā)明專利]一種交替進(jìn)行外壁堆焊和內(nèi)部填充的金屬實(shí)體打印方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910905020.6
• 申請(qǐng)日: 2019-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN110605392B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈洪垚;劉冰;鄧榮新;唐勝;李順
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種交替進(jìn)行外壁堆焊和內(nèi)部填充的金屬實(shí)體打印方法，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過對(duì)工件容易產(chǎn)生掛流的區(qū)域進(jìn)行變姿態(tài)打印，避免了垂直打印某些傾斜位置時(shí)發(fā)生掛流坍塌的問題，保證了成形的穩(wěn)定性；同時(shí)外壁非掛流區(qū)和實(shí)體內(nèi)部均仍采用傳統(tǒng)三軸增材而不都采用變姿態(tài)加工能更好地規(guī)避干涉，減弱路徑規(guī)劃復(fù)雜度。為了避免工件在打印其他待打印的區(qū)域時(shí)焊槍與已打印的外壁掛流區(qū)發(fā)生干涉，采用了每8mm交替進(jìn)行打印外壁掛流區(qū)域和其他區(qū)域的策略，保證了堆焊過程的可持續(xù)性。利用本發(fā)明的打印方法，解決了傳統(tǒng)三軸增材中工件某些位置會(huì)產(chǎn)生掛流的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種交替進(jìn)行外壁堆焊和內(nèi)部填充的金屬實(shí)體打印方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)俗稱3D打印，是通過將材料逐層添加堆積最終得到所需工件的數(shù)字化制造技術(shù)。近年隨著金屬的增材制造技術(shù)飛速發(fā)展，很多通過傳統(tǒng)方法難以加工或成本高昂的金屬部件，可通過金屬增材制造工藝快速實(shí)現(xiàn)。目前，金屬增材制造技術(shù)已經(jīng)在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。其中，電弧增材制造具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如高沉積率、制造周期短、絲材利用率高、低成本等。另外其成形件的致密度高、化學(xué)成分均勻，機(jī)械性能優(yōu)良。

如公開號(hào)為CN207642290U的中國專利文獻(xiàn)公開了一種單金屬電弧式3D打印裝置，包括X軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Z軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及用于控制X軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Z軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三軸聯(lián)動(dòng)的控制系統(tǒng)，所述X軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有一個(gè)用于打印工件的焊槍，且該X軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在Z軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上可帶動(dòng)焊槍實(shí)現(xiàn)X方向和Z方向的移動(dòng)；所述Y軸聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)有可隨其進(jìn)行Y方向移動(dòng)的工件基板，該工件基板位于焊槍的下方。

但電弧增材制造過程中，絲材變成高溫融熔狀態(tài)，如果采用傳統(tǒng)的三自由度打印模式，堆焊成形一些傾斜結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的掛流坍塌現(xiàn)象。因此一般利用多自由度的機(jī)械臂進(jìn)行金屬堆焊成形。

但是如果打印金屬實(shí)體時(shí)，整個(gè)堆焊加工過程均采用多自由度變姿態(tài)打印，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多的干涉情況，并且路徑規(guī)劃更為復(fù)雜，因此若能將傳統(tǒng)固定姿態(tài)豎直打印和多自由度變姿態(tài)打印結(jié)合起來在金屬實(shí)體打印中將大大提高加工效率并保證成形的穩(wěn)定性。但是，現(xiàn)在還沒有結(jié)合兩種打印形式的方法用于金屬成形。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種交替進(jìn)行外壁堆焊和內(nèi)部填充的金屬實(shí)體打印方法，解決了傳統(tǒng)三軸增材中工件某些位置會(huì)產(chǎn)生掛流的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種交替進(jìn)行外壁堆焊和內(nèi)部填充的金屬實(shí)體打印方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取待加工的工件STL模型，設(shè)定打印參數(shù)，所述打印參數(shù)包括增材過程層高、送絲速度、打印速度和焊道間距；

(2)對(duì)整個(gè)模型按設(shè)定的增材過程層高進(jìn)行水平切片，得到切片輪廓線段集合A，對(duì)切片輪廓線的內(nèi)部進(jìn)行填充得到內(nèi)部路徑線段集合S；

(3)對(duì)工件STL模型進(jìn)行分析，得到模型外壁掛流區(qū)和外壁非掛流區(qū)，并獲取模型高度H；

(4)對(duì)于集合A中落在掛流區(qū)內(nèi)的切片輪廓線段，將最低輪廓線段之外的其他所有輪廓線段刪除，并選取該最低輪廓線段作為基線，在外壁曲面上以增材層高進(jìn)行連續(xù)等距偏置獲得偏置輪廓線段集合B；

(5)對(duì)集合A、B、S中的線段進(jìn)行排序規(guī)劃構(gòu)成模型的增材路徑；

(6)構(gòu)建平面z1＝h和z2＝0，其中h的取值小于焊絲的干伸長；

(7)依次選取集合B、集合A∪S中位于平面z1和z2之間的線段，形成增材打印序列；

(8)判斷z1與H的關(guān)系，若z1H，則更新z1和z2的值，z1＝z1+h、z2＝z2+h并返回步驟(7)，否則，執(zhí)行步驟(9)；