[發(fā)明專利]一種高效的連續(xù)不間斷的多層螺旋切片及打印方法

有效

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• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112496338B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王志翔;盧秉恒;王紅宇;王磊;凌楷
• 申請（專利權(quán)）人: 西安增材制造國家研究院有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F12/50;B22F10/31;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y80/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明涉及一種螺旋切片及打印方法，尤其涉及一種高效的連續(xù)不間斷的多層螺旋切片及打印方法。解決現(xiàn)有的螺旋打印效率低、精度差的問題，包括切片參數(shù)規(guī)劃、根據(jù)規(guī)劃的切片參數(shù)對工件進行扇形切片、填充各扇形區(qū)的工件輪廓，獲得掃描路徑以及根據(jù)切片參數(shù)，確定旋轉(zhuǎn)粉床的轉(zhuǎn)速、打印順序、打印掃描區(qū)及下粉范圍及利用上述路徑及參數(shù)進行打印的過程。本發(fā)明螺旋切片方法配合連續(xù)不斷的多螺旋鋪粉、多螺旋打印，旋轉(zhuǎn)粉床旋轉(zhuǎn)一周，可實現(xiàn)多層打印，可實現(xiàn)更高效生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種螺旋切片及打印方法，尤其涉及一種高效的連續(xù)不間斷的多層螺旋切片及打印方法。

背景技術(shù)

電子束選區(qū)熔化(EBSM)金屬增材制造技術(shù)采用電子束作為能量源，在高真空環(huán)境下通過逐層熔化金屬粉末的方式制造實體部件。由于電子束的功率高、材料對電子束能量吸收率高，其制件致密度高、氧含量少、熱應力低、不易變形開裂、打印效率高、材料利用率等特點，在醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域應用廣泛。其的工藝過程為：先在鋪粉平面上鋪展一層粉末；然后，電子束在計算機的控制下按照截面輪廓的信息進行有選擇的熔化，金屬粉末在電子束的轟擊下被熔化在一起，并與下面已成型的部分粘接，層層堆積，直至整個工件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三維產(chǎn)品。

針對大尺寸工件，單電子槍打印方式中電子束需經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈后才能實現(xiàn)，但是電子束經(jīng)過偏轉(zhuǎn)線圈后并不是完全垂直于工作表面，而是與豎直方向成一定夾角。隨著電子束偏轉(zhuǎn)角度的增大，電子束束流品質(zhì)大幅下降，束斑有一定變形，導致粉床邊緣區(qū)熔池形狀和能量分布發(fā)生偏差，從而造成成型工件精度和成型質(zhì)量差。若采用機械運動移動電子槍或粉缸，則會大大降低成型效率和成型精度。

為了解決上述問題，多電子槍打印方式應用而生，多個電子槍按一定方式進行有序排列，從而每一個電子槍負責一個區(qū)域，所有區(qū)域組成了整個打印面。各個區(qū)域通過有效的銜接，從而在保證工件成型精度和質(zhì)量的前提下，可有效減小電子束的偏轉(zhuǎn)角度，保證了電子束束流品質(zhì)和成型區(qū)域邊緣部位的束斑形狀，從而改善電子束掃描熔化成型時熔池形狀和能量分布。

目前有多個電子束發(fā)生單元以N×M矩形陣列形式排布在一體化箱體內(nèi)，陣列形式可以是1×2矩形陣列、2×2矩形陣列、2×3矩形陣列或3×3矩形陣列等排列方式。電子槍控制系統(tǒng)根據(jù)獨立電子束發(fā)射單元的數(shù)量和陣列排布位置將粉床分為相應的陣列掃描區(qū)域，每個獨立電子束發(fā)射單元對應一塊陣列掃描區(qū)域，由電子槍控制系統(tǒng)控制相應區(qū)域上方的獨立電子槍對應的陣列掃描區(qū)域進行精確掃描成型。

使用目前的多電子槍打印方式，打印件越大電子槍數(shù)量越多，但電子槍無限增多也是不現(xiàn)實的。因此實現(xiàn)大尺寸件打印的方法還需另辟蹊徑。

采用多電子槍配合螺旋鋪粉進行螺旋打印可以實現(xiàn)用盡量少的電子槍，滿足實現(xiàn)大尺寸工件打印的效率。但是現(xiàn)有的螺旋打印方式，分管旋轉(zhuǎn)粉床內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)區(qū)域打印的兩電子槍分別在旋轉(zhuǎn)粉床180度的兩半徑上，其掃描范圍分別為圖1所示的第一區(qū)域2與第二區(qū)域3。1為旋轉(zhuǎn)粉床，箭頭所示方向為旋轉(zhuǎn)粉床的旋轉(zhuǎn)方向。這種排布方式使得電子槍數(shù)量受限，且旋轉(zhuǎn)粉床旋轉(zhuǎn)一周只能實現(xiàn)單層螺旋打印，打印效率較低。

同時目前的切片方式都是針對于水平鋪粉的，即鋪粉面、打印面都是水平的。各種切片軟件也都是基于以Z軸正方向為法方向的平面進行的。

當采用螺旋打印方式時，因打印面與Z軸正方向不垂直，因此若利用現(xiàn)有的切片方式切片，則會影響打印精度和效率。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有的螺旋打印效率低、精度差的問題，本發(fā)明提供一種高效的連續(xù)不間斷的多層螺旋切片及打印方法。可使用盡量少的電子槍而達到數(shù)量更多的電子槍水平打印的效果，而滿足效率要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種高效的連續(xù)不間斷的多螺旋切片及打印方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟1、包括以下步驟：沿Z軸方向，將待成型工件與隨動粉缸合為一起的三維模型均分為m個螺旋層組；每個螺旋層組的Z向高度對應一個螺距；