CN102172774A - 一种选择性激光烧结扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种选择性激光烧结扫描方法，在选择性激光烧结过程中遇到尖锐拐角时，通过一段封闭曲线形空跳来改变扫描方向、保证拐角前后扫描速度大小一致，从而保证均匀的激光扫描强度与尖锐拐角的扫描精确度。

Description

一种选择性激光烧结扫描方法
技术领域
本发明涉及一种在选择性激光烧结过程中使用的激光扫描方法，具体涉及一种在选择性激光烧结过程中对尖锐拐角进行激光扫描的方法。
背景技术
快速成型技术（Rapid Prototyping，简称RP）是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）是近年来发展最为迅速的快速成型技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。SLS工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，加热装置将粉末加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，振镜系统控制激光束按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末的温度升至熔化点，粉末熔化烧结并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
在SLS技术中，通过振镜系统的x、y两个振镜镜片配合运动，将从激光器发出的激光束投射到截面的指定位置，使激光束沿x-y平面进行快速扫描，完成激光束对制件截面的扫描烧结。在SLS激光扫描过程中，激光功率要与振镜运动速度相匹配，否则将导致激光强度的不均匀性，在同样的激光功率条件下，速度越慢激光强度越大，反之激光强度越小，激光强度不均匀将直接影响制件质量。在对制件截面进行扫描时，通常遇到尖锐的拐角，此时扫描方向在拐角处发生突变，需要振镜变换摆动方向来控制扫描路线，轴振镜从运动到静止或者从静止到运动必然经历一个减速或加速的过程。以90°拐角为例，当前扫描线沿+X方向前进，扫描过程中Y轴位置不变，Y轴振镜处于一个固定的角度，X轴振镜向+X方向作匀速摆动，扫描至拐角顶点时，扫描方向发生90°变化，X轴坐标不变，描线沿-Y方向前进，此时X轴振镜逐渐减速至停止摆动，Y轴振镜逐渐加速至以一定速度向-Y方向摆动。常用的拐点扫描处理方法有两种：一是在近拐角处开始减速并同时减小激光功率，到达拐角顶点瞬间速度为零、激光关闭，再以拐角顶点为起始点开始加速、同时开启激光并逐渐增大激光功率沿拐角后方向进行激光扫描，该方法控制简单，但对扫描速度与激光功率匹配要求非常高，容易导致激光强度不均匀，致使近拐角处的扫描质量差，并且扫描速度较慢；二是将尖锐拐角处理为有弧度的圆角，振镜沿曲线方向按原有速度大小进行扫描，可以保证较均匀的激光强度、扫描速度较快，但降低了制件的精确度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择性激光烧结扫描方法，采用该方法在选择性激光烧结过程中对尖锐的拐角进行激光扫描时，既可以保证均匀的激光扫描强度，又可以保证拐角的扫描精度与扫描效率，工艺简便可行。
本发明提供的一种选择性激光烧结扫描方法，是在选择性激光烧结过程中，利用激光对制件的截面进行扫描，当扫描遇到尖锐拐角时，一定功率的激光以一定速度先扫描至拐角顶点，在保持原有扫描速度大小与方向的情况下关闭激光，再进行一段封闭曲线形空跳，完成空跳回至拐角顶点，开启激光，该瞬间扫描方向已完成拐角变化，扫描速度与拐角前一定速度大小一致，激光以拐角顶点为起始点、以一定速度沿拐角后方向进行扫描。其中所述一定速度为匀速度。
采用本发明提供的方法对SLS激光扫描过程中遇到的尖锐拐角进行激光扫描时，在以匀速度扫描至拐角顶点时，将激光器关闭，关闭的瞬间轴振镜依然保持原有运动状态，扫描速度和方向不变；在封闭曲线形空跳过程中，轴振镜进行加速及减速运动完成摆动速度渐变，完成空跳后开启激光器，开启的瞬间，扫描方向与拐角后方向一致，扫描速度达到拐角前扫描速度大小，激光以同样速度大小由拐角顶点开始沿拐角后方向进行均匀扫描。在整个尖锐拐角的激光扫描过程中，扫描速度大小一致、激光扫描强度均匀，能高精度扫描出尖锐拐角形状，保证产品品质。封闭曲线形空跳的路径随尖锐拐角角度及扫描速度不同而发生变化，一般情况下，拐角角度越大、扫描速度越快则空跳路线越长，本领域技术人员根据现有理论知识进行计算、通过软件控制振镜摆动即可以实现，工艺控制简便可行。
下面结合附图进一步说明本发明提供的选择性激光烧结扫描方法。
附图说明
图1是本发明方法所采用的 SLS设备平面示意图。
图2是两种不同角度的拐角SLS激光扫描示意图。
具体实施方式
实施例
本发明方法采用的设备如图1所示，在该SLS设备中，送粉装置9将一定量粉末送至工作台面，粉末预热好之后铺粉辊7将粉末钧匀平铺在工作缸8中已成型制件11的上表面，多余粉末回收至溢粉缸10，加热装置6将铺好的粉末加热至恰好低于该粉末烧结点的温度，从激光器1中发出的激光束5经棱镜2反射至振镜系统3，振镜系统3控制激光束5通过激光窗口4至工作台面对制件11的截面粉末进行填充扫描烧结。如图2-4所示，a为激光扫描的尖锐拐角，激光以速度v、功率w沿B边匀速扫描至顶点A，保持速度v及顶点A的扫描方向、关闭激光器，空跳矢量沿封闭曲线S运动，交替经历加、减速及方向变化，回至顶点A，振镜在封闭曲线形空跳过程中完成摆动速度渐变，空跳终点的速度为v、方向为C边的A点方向，此时开启激光器，以顶点A为起点，以速度v大小、功率w开始C边激光扫描，此时完成该尖锐拐角的精确扫描。激光继续扫描截面其他区域，直至完成整个截面烧结。当该层截面烧结完成后，工作台下降一个层的厚度，系统进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描与叠加，直至完成整个制件制造。
除本实施例外，还可以根据本发明方法采用其他SLS设备进行任意角度尖锐拐角的SLS激光扫描。

Claims (2)

1.本发明提供的一种选择性激光烧结扫描方法，是在选择性激光烧结过程中，利用激光对制件的截面进行扫描，其特征在于：当扫描遇到尖锐拐角时，一定功率的激光以一定速度先扫描至拐角顶点，在保持原有扫描速度大小与方向的情况下关闭激光，再进行一段封闭曲线形空跳，完成空跳回至拐角顶点，该瞬间扫描方向已完成拐角变化，扫描速度与拐角前一定速度大小一致，激光以拐角顶点为起始点、以一定速度沿拐角后方向进行扫描。
2.根据权利要求1所述的选择性激光烧结扫描方法，其特征在于所述一定速度为匀速度。
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