[發(fā)明專利]基于金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)的掃描路徑設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110677432.6
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113385690A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王開甲;沈顯峰;王國偉;張文康;楊家林;王超;陳金明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/366;B22F10/80;B33Y10/00;B33Y50/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 伍旭偉

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)的掃描路徑設(shè)計方法，包括下列步驟：a.將預(yù)打印零件的三維模型進(jìn)行切片得到多個切片層，獲得每個切片層的零件輪廓；b.將步驟a中單個切片層的零件輪廓劃分區(qū)域，獲取每個區(qū)域的幾何特征；c.根據(jù)步驟b中每個區(qū)域的幾何特征對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行激光填充光斑熔融；d.對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行激光投射輪廓熔融；e.重復(fù)步驟b、步驟c、步驟d，逐層加工步驟a中各切片層，以此獲得所需零件。本方案中的激光掃描路徑被設(shè)計為，先分區(qū)激光填充光斑熔融，再進(jìn)行激光投射輪廓熔融將各區(qū)塊進(jìn)行粘接，避免成形過程中溫度場及應(yīng)力分布不良的情況，從而保障整個零件的宏觀性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)的掃描路徑設(shè)計方法。

背景技術(shù)

選區(qū)激光熔化技術(shù)(SLM-Selective Laser Melting)是金屬材料增材制造中的一種主要技術(shù)途徑。該技術(shù)選用激光作為能量源，按照三維CAD切片模型中規(guī)劃好的路徑在金屬粉末床層進(jìn)行逐層掃描，掃描過的金屬粉末通過熔化、凝固從而達(dá)到冶金結(jié)合的效果，最終獲得模型所設(shè)計的金屬零件。金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)是在傳統(tǒng)SLM技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的一種新興的增材制造工藝方法。該工藝技術(shù)的原理是將激光填充光斑調(diào)制成切片形狀，單次曝光即可完成當(dāng)前層的成型任務(wù)。

選區(qū)激光熔化過程中，激光的各項參數(shù)，比如激光功率、掃描速度、掃描間距、掃描路徑等，對零件成形質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。其中掃描路徑將影響成形過程中的溫度場及應(yīng)力分布情況。因此掃描路徑規(guī)劃是否合理、優(yōu)劣程度將直接影響到整個零件的宏觀性能。而金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)作為新興的增材制造工藝方法，合理的掃描路徑設(shè)計方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供一種基于金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)的掃描路徑設(shè)計方法，目的在于合理規(guī)劃掃描路徑，消除成形過程中溫度場及應(yīng)力分布不良的情況，保障整個零件的宏觀性能。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

提供一種基于金屬面曝光選區(qū)激光熔化技術(shù)的掃描路徑設(shè)計方法，包括下列步驟：

a.將預(yù)打印零件的三維模型進(jìn)行切片得到多個切片層，獲得每個切片層的零件輪廓；

b.將步驟a中單個切片層的零件輪廓劃分區(qū)域，獲取每個區(qū)域的幾何特征；

c.根據(jù)步驟b中每個區(qū)域的幾何特征對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行激光填充光斑熔融；

d.根據(jù)步驟b中每個區(qū)域的幾何特征對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行激光投射輪廓熔融；

e.重復(fù)步驟b、步驟c、步驟d，逐層加工步驟a中各切片層，以此獲得所需零件。

本方案中的激光掃描路徑被設(shè)計為，通過對每個切片層進(jìn)行區(qū)域劃分，先分區(qū)激光填充光斑熔融，實現(xiàn)單個切片層內(nèi)不同區(qū)域的加工，再進(jìn)行激光投射輪廓熔融將各區(qū)塊進(jìn)行粘接，降低熱應(yīng)力集中可能性，避免成形過程中溫度場及應(yīng)力分布不良的情況，從而保障整個零件的宏觀性能。

作為優(yōu)選方案，步驟b中，如單個切片層的零件輪廓在設(shè)備最大激光填充光斑的投射范圍內(nèi)，則僅劃分一個區(qū)域。對于某些較為特殊的零件，可能存在某一切片層輪廓非常小的情況，且零件切片輪廓在設(shè)備大激光填充光斑的投射范圍內(nèi)，則無需劃分區(qū)域，可直接進(jìn)入步驟c進(jìn)行激光填充光斑熔融，在進(jìn)入步驟d進(jìn)行激光投射輪廓熔融，即該層打印完成。

作為優(yōu)選方案，步驟b中，如單個切片層的零件輪廓超出設(shè)備最大激光填充光斑的投射范圍，則劃分為多個區(qū)域，劃分的單個區(qū)域不超出設(shè)備最大激光填充光斑的投射范圍。當(dāng)單切片層輪廓非常大，且超過設(shè)備最大激光填充光斑的投射范圍時，則進(jìn)行區(qū)域劃分后進(jìn)行打印。