本發(fā)明屬于金屬粉末激光熔化增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3d打印激光掃描新方法。

背景技術(shù)：

3d打印技術(shù)，又稱為金屬材料增材制造技術(shù)、激光快速成型技術(shù)，自其產(chǎn)生至今，從最初的原理式用于制造零部件模型的裝置到目前工業(yè)化終端零件生產(chǎn)設(shè)備，不過三十多年的歷史，而且其應(yīng)用發(fā)展的潛力日益得到國際社會的關(guān)注。未來制造業(yè)的發(fā)展水平依然是衡量一個(gè)國家整體實(shí)力的關(guān)鍵標(biāo)志之一，而未來制造技術(shù)在數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、材料等關(guān)聯(lián)技術(shù)發(fā)展的帶動下，必然走向數(shù)字化和智能化?，F(xiàn)今西方國家已經(jīng)將3d打印技術(shù)納入了工業(yè)4.0規(guī)劃中重要的核心技術(shù)之一，而我國也將3d打印技術(shù)作為中國制造2025發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃中的支撐技術(shù)。3d打印技術(shù)作為整個(gè)先進(jìn)制造技術(shù)當(dāng)中數(shù)字化和智能化突出的一類，其發(fā)展必然在不同層面深刻地對制造業(yè)整體構(gòu)成影響。首先，3d打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大(廣度)；其次，3d打印技術(shù)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用層面不斷深入(深度)；再者，3d打印技術(shù)自身的物化形式(裝備與工藝)將更加豐富。由此，該技術(shù)必然會逐步滲透到國防、航空航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域，影響著上述各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)理論和理念，并配合其他傳統(tǒng)技術(shù)，完善甚至更新某些司空見慣的制造方案，致使制造更為智能、簡捷、綠色，產(chǎn)品性能更加貼近理想狀態(tài)。

在眾多的3d打印技術(shù)當(dāng)中，作為復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)金屬零部件的首選，激光選區(qū)熔化金屬3d打印技術(shù)在整個(gè)3d打印技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的潮流中起到了重大推動作用，備受青睞。

激光選區(qū)熔化金屬3d打印技術(shù)以金屬粉末為原料，通過激光束掃描鋪設(shè)在粉床表面的松散粉末，使其迅速熔化焊合，層層堆積焊接而成形零部件。掃描過程中，激光束掃描路徑與被熔化粉末的特性關(guān)系極大，而且與粉末熔化焊合的質(zhì)量密切相關(guān)。

鑒于激光掃描路徑的重要性，對激光掃描路徑的研究一直是個(gè)熱點(diǎn)問題。現(xiàn)有技術(shù)中，激光掃描路徑的規(guī)劃方式通常為：參考圖1，將某一界面的圖形分成各自獨(dú)立閉合的幾個(gè)單元區(qū)域，如圖1所示的a，b兩個(gè)單元區(qū)域，然后，對a，b兩個(gè)單元區(qū)域分別進(jìn)行掃描，并且，掃描方法為：激光沿著與x軸平行的方向來回掃描。該種激光掃描方式存在的主要不足為：掃描線的長短直接根據(jù)識別的封閉的單元圖形的輪廓決定，具有很大的不確定性，尤其是激光掃描質(zhì)量不均勻，容易使整個(gè)零部件產(chǎn)生各向異性的問題，因此，具有掃描質(zhì)量有限的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種3d打印激光掃描新方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種3d打印激光掃描新方法，包括以下步驟：

步驟1，在計(jì)算機(jī)上生成待加工零件的三維cad模型；

步驟2，對所述三維cad模型進(jìn)行切片，得到按自下而上方向編號分別為截面1、截面2…截面n的n個(gè)截面的輪廓信息；

步驟3，規(guī)劃得到分別對各個(gè)截面的激光掃描路徑；

本步驟具體為：

步驟3.1，根據(jù)截面1的截面形狀，以將截面1分割成盡可能多的相似區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)，設(shè)置平行線組中相鄰兩條平行線之間的線寬為l1，還設(shè)置平行線組與二維坐標(biāo)平面中軸線的夾角α1；

采用線寬為l1、夾角為α1的若干條平行線，將截面1分割成若干個(gè)單元圖形；其中，位于中央?yún)^(qū)域的單元圖形是指：兩條相鄰的平行線與截面1輪廓線圍成的封閉圖形；位于邊緣區(qū)域的單元圖形是指：截面1輪廓線與1條最相近的平行線圍成的封閉圖形；

步驟3.2，根據(jù)激光成形粉末材料性質(zhì)，設(shè)置掃描線方向，進(jìn)而規(guī)劃得到對各個(gè)單元圖形的掃描路徑；

步驟3.3，按預(yù)設(shè)規(guī)則，規(guī)劃得到與截面2對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，包括：平 行線組的線寬l2以及夾角α2，進(jìn)而將截面2劃分為若干個(gè)單元圖形；最終規(guī)劃得到對截面2進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑；

步驟3.4，依此類推，依次得到與截面3對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，并最終規(guī)劃得到對截面3進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑…直到得到與截面n對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，并最終規(guī)劃得到對截面n進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑；

步驟4，按照步驟3規(guī)劃得到的激光掃描路徑進(jìn)行激光熔化成形，制備得到最終的零件。

優(yōu)選的，各個(gè)截面所對應(yīng)的平行線組與二維坐標(biāo)平面中軸線的夾角相同或不相同，取值范圍為0～180度。

優(yōu)選的，步驟3.2中，所設(shè)置的掃描線方向?yàn)椋簰呙杈€與x軸的夾角為0～180度。

優(yōu)選的，步驟3.3中，預(yù)設(shè)規(guī)則包括兩種，一種為線寬隨機(jī)設(shè)置規(guī)則，另一種為線寬增量設(shè)置規(guī)則。

優(yōu)選的，所述線寬隨機(jī)設(shè)置規(guī)則是指：

根據(jù)各個(gè)截面的截面形狀，預(yù)設(shè)置線寬取值上限為a，線寬取值下限為b，即：線寬取值范圍為(a，b)；

對于任意一個(gè)截面i，其中，i＝1、2…n，在(a，b)范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置每個(gè)截面所對應(yīng)的平行線組中相鄰兩條平行線之間的線寬。

優(yōu)選的，所述線寬增量設(shè)置規(guī)則是指：

預(yù)設(shè)定線寬增量值f、循環(huán)掃描次數(shù)值z以及截面1所對應(yīng)的線寬值l1；

則：

截面1所對應(yīng)的線寬值為l1；

截面2所對應(yīng)的線寬值為l1+f；

截面3所對應(yīng)的線寬值為l1+2f；

…

截面z所對應(yīng)的線寬值為l1+(z-1)f；

截面z+1所對應(yīng)的線寬值為l1；

截面z+2所對應(yīng)的線寬值為l1+f；

截面z+3所對應(yīng)的線寬值為l1+2f；

…

截面z+z所對應(yīng)的線寬值為l1+(z-1)f；

依此類推。

本發(fā)明提供的3d打印激光掃描新方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)將每個(gè)截面劃分為幾何性質(zhì)盡可能相近的若干個(gè)單元圖形，每個(gè)單元圖形即為一個(gè)掃描區(qū)域，因此，使激光掃描質(zhì)量均勻，抑制整個(gè)零部件各向異性的產(chǎn)生。

(2)對于各層截面，設(shè)置隨機(jī)和增量式線寬變化方式，使各層截面所采用的平行線組線寬不相同，從而避免了在逐層疊加過程中區(qū)域間結(jié)合面的固定特性，使上下層的區(qū)域結(jié)合面錯(cuò)開，減少了裂紋發(fā)生的危險(xiǎn)，提高了成形零件的質(zhì)量。

(3)根據(jù)區(qū)域帶寬的劃分方式，可調(diào)節(jié)激光掃描的路徑方向，使激光掃描與帶寬的劃分相互配合，提高了掃描質(zhì)量。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的3d打印激光掃描方法的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的3d打印激光掃描新方法的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種3d打印激光掃描新方法，主要思路為：并不簡單的將待成形截面分成若干個(gè)獨(dú)立閉合的單元圖形，而是通過規(guī)范加工界面的分區(qū)，盡可能使每個(gè)單元圖形的形狀與掃描路徑相配合，并使每個(gè)單元圖形的形狀盡可能的相近似，從而達(dá)到對每一個(gè)單元圖形的掃描過程近乎相同的效果，因此，使激光掃描質(zhì)量均勻，抑制整個(gè)零部件各向異性的產(chǎn)生；還能夠提高激光掃描成形效率。

具體的，本發(fā)明提供的3d打印激光掃描新方法，參考圖2，包括以下步驟：

步驟1，在計(jì)算機(jī)上生成待加工零件的三維cad模型；

步驟2，對所述三維cad模型進(jìn)行切片，得到按自下而上方向編號分別為截面1、截面2…截面n的n個(gè)截面的輪廓信息；

步驟3，規(guī)劃得到分別對各個(gè)截面的激光掃描路徑；

本步驟具體為：

步驟3.1，根據(jù)截面1的截面形狀，以將截面1分割成盡可能多的相似區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)，設(shè)置平行線組中相鄰兩條平行線之間的線寬為l1，還設(shè)置平行線組與二維坐標(biāo)平面中軸線的夾角α1；其中，平行線組與二維坐標(biāo)平面中軸線的夾角可調(diào)，如與x軸的夾角可調(diào)范圍0～180度。

采用線寬為l1、夾角為α1的若干條平行線，將截面1分割成若干個(gè)單元圖形；其中，位于中央?yún)^(qū)域的單元圖形是指：兩條相鄰的平行線與截面1輪廓線圍成的封閉圖形；位于邊緣區(qū)域的單元圖形是指：截面1輪廓線與1條最相近的平行線圍成的封閉圖形；

在圖2中，平行線組共包括7條平行線，分別為平行線p1、平行線p2…平行線p7，從而將截面分割成6個(gè)單元圖形，分別為單元圖形1、單元圖形2…單元圖形6。在這6個(gè)單元圖形中，單元圖形2-5為位于中央?yún)^(qū)域的單元圖形，即：由兩條相鄰的平行線與截面輪廓線圍成的封閉圖形。單元圖形1和單元圖形6為位于邊緣區(qū)域的單元圖形，以單元圖形6為例，由于平行線p7與截面區(qū)域不相交，只有平行線p6與截面區(qū)域相交，這種情況下，由截面原有輪廓線與相交的平行線p6構(gòu)成掃描區(qū)域，形成單元圖形6。從圖2可以看出，單元圖形3和單元圖形4為非常相近似的圖形區(qū)域。

步驟3.2，根據(jù)激光成形粉末材料性質(zhì)以及各個(gè)單元圖形的形狀，設(shè)置掃描線方向，掃描線方向與x軸的角度為0～180度，進(jìn)而規(guī)劃得到對各個(gè)單元圖形的具體掃描路徑；

步驟3.3，按預(yù)設(shè)規(guī)則，規(guī)劃得到與截面2對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，包括：平行線組的線寬l2以及夾角α2，進(jìn)而將截面2劃分為若干個(gè)單元圖形；最終規(guī)劃得到對截面2進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑；

具體的，對于各層截面，設(shè)置隨機(jī)和增量式線寬變化方式，使各層截面所采用的平行線組線寬不相同，從而避免了在逐層疊加過程中區(qū)域間結(jié)合面的固定特性，使上下層的區(qū)域結(jié)合面錯(cuò)開，減少了裂紋發(fā)生的危險(xiǎn)。

具體的預(yù)設(shè)規(guī)則包括兩種，一種為線寬隨機(jī)設(shè)置規(guī)則，另一種為線寬增量設(shè)置規(guī)則。

線寬隨機(jī)設(shè)置規(guī)則是指：

根據(jù)各個(gè)截面的截面形狀，預(yù)設(shè)置線寬取值上限為a，線寬取值下限為b，即：線寬取值范圍為(a，b)；

對于任意一個(gè)截面i，其中，i＝1、2…n，在(a，b)范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置每個(gè)截面所對應(yīng)的平行線組中相鄰兩條平行線之間的線寬。

線寬增量設(shè)置規(guī)則是指：

預(yù)設(shè)定線寬增量值f、循環(huán)掃描次數(shù)值z以及截面1所對應(yīng)的線寬值l1；

則：

截面1所對應(yīng)的線寬值為l1；

截面2所對應(yīng)的線寬值為l1+f；

截面3所對應(yīng)的線寬值為l1+2f；

…

截面z所對應(yīng)的線寬值為l1+(z-1)f；

截面z+1所對應(yīng)的線寬值為l1；

截面z+2所對應(yīng)的線寬值為l1+f；

截面z+3所對應(yīng)的線寬值為l1+2f；

…

截面z+z所對應(yīng)的線寬值為l1+(z-1)f；

依此類推。

例如，設(shè)定截面1所對應(yīng)的線寬值為10mm，增量為2mm，循環(huán)掃描次數(shù)為3，則輸出結(jié)果：

截面1所對應(yīng)的線寬值為10mm；

截面2所對應(yīng)的線寬值為10+2＝12mm；

截面3所對應(yīng)的線寬值為12+2＝14mm；

截面4所對應(yīng)的線寬值回到初始寬度10mm；

截面5所對應(yīng)的線寬值為12mm；

截面6所對應(yīng)的線寬值為14mm；

…

即：

截面3n所對應(yīng)的線寬值為10mm；截面3n+1所對應(yīng)的線寬值為12mm；截面3n+2所對應(yīng)的線寬值為14mm。

步驟3.4，依此類推，依次得到與截面3對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，并最終規(guī)劃得到對截面3進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑…直到得到與截面n對應(yīng)的平行線組的參數(shù)，并最終規(guī)劃得到對截面n進(jìn)行掃描所采用的對各個(gè)單元圖形的掃描路徑；

本發(fā)明中，各個(gè)截面所對應(yīng)的平行線組與二維坐標(biāo)平面中軸線的夾角相同或不相同，取值范圍為0～180度。

步驟4，按照步驟3規(guī)劃得到的激光掃描路徑進(jìn)行激光熔化成形，制備得到最終的零件。

本發(fā)明提供的3d打印激光掃描新方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)將每個(gè)截面劃分為幾何性質(zhì)盡可能相近的若干個(gè)單元圖形，每個(gè)單元圖形即為一個(gè)掃描區(qū)域，因此，使激光掃描質(zhì)量均勻，抑制整個(gè)零部件各向異性的產(chǎn)生。

(2)對于各層截面，設(shè)置隨機(jī)和增量式線寬變化方式，使各層截面所采用的平行線組線寬不相同，從而避免了在逐層疊加過程中區(qū)域間結(jié)合面的固定特性，使上下層的區(qū)域結(jié)合面錯(cuò)開，減少了裂紋發(fā)生的危險(xiǎn)，提高了成形零件的質(zhì)量。

(3)根據(jù)區(qū)域帶寬的劃分方式，可調(diào)節(jié)激光掃描的路徑方向，使激光掃描與帶寬的劃分相互配合，提高了掃描質(zhì)量。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本發(fā)明的保護(hù)范圍。