CN104841937A - 用于制造三维物体的激光扫描方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括步骤：当接收到扫描信号时，通过分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭，使得激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态，这样工作平面中需烧结的粉末接收的激光功率密度更均匀，从而避免了三维物体制件边缘过烧的弊端，因此，本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法提高了三维物体制件的表面质量和内部性能。

Description

用于制造三维物体的激光扫描方法

技术领域

本发明属于快速成型技术领域，具体涉及一种用于制造三维物体的激光扫描方法。 

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。其具体工艺主要包括分层切片、送铺粉、激光扫描步骤，其中激光扫描步骤是影响三维物体制件精度以及成型速度的关键因素。现有技术中，当启动激光扫描系统时，振镜和激光器同时开启并配合进行扫描，这样虽然可以完成三维物体制件的烧结成型，但烧结的三维物体制件，其边缘却存在过烧现象，从而影响了三维物体制件的表面质量以及内部性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种避免制件边缘过烧，提高制件表面质量和内部性能的用于制造三维物体的激光扫描方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

用于制造三维物体的激光扫描方法，包括：当接收到扫描信号时，通过分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭，使得激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态。

进一步优选地，所述分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭具体包括以下步骤： 

开启振镜系统，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光在匀速运动状态的振镜系统控制下扫描相应区域；

当相应区域扫描完成时，关闭激光器，并控制振镜系统减速至关闭。

进一步优选地，在匀速运动状态的振镜系统控制下，激光器发射的激光采用逐行扫描的方式扫描相应区域。

进一步优选地，所述方法还包括：

当激光器发射的激光完成相应区域的当前行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速；

当振镜系统减速至零时，静止跳转，跳转后加速，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的下一行。

进一步优选地，所述方法还包括：

当激光器发射的激光完成相应区域的当前行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速并跳转；

振镜系统跳转后加速，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的下一行。

进一步优选地，通过以下方式判断振镜系统是否为匀速运动：

开启振镜系统，同时启动定时器；

当定时器达到定时时间，则表明振镜系统达到匀速运动；

其中，定时时间为预先通过实验得到的所述振镜系统从开启到匀速运动所需要的时间。

进一步优选地，通过以下方式判断振镜系统是否为匀速运动：

采用速度传感器实时采集振镜系统的速度信号；

当采集的速度信号与前一时刻采集的速度信号相同时，则表明振镜系统为匀速运动。

本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法，通过分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭，使得激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态，这样便使得工作平面中需烧结的粉末接收的激光功率密度更均匀，从而避免了三维物体制件边缘过烧的弊端，因此，本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法提高了三维物体制件的表面质量和内部性能。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，以下通过具体实施例做进一步详细说明。

快速成型技术作为一种先进制造技术，随着科技的不断发展，其技术日趋成熟，其制造的三维物体制件已基本能够满足人们的要求，但随着人们对三维物体要求的不断提高，近段时间却发现了烧结的三维物体制件的边缘存在过烧问题，这样便影响了三维物体制件的表面质量以及内部性能。

面对现有技术存在的上述技术问题，本申请的发明人尝试过很多种方法，例如通过控制激光器的功率和/或速度大小，但效果均不理想。发明人通过创造性劳动发现，三维物体制件边缘过烧的主要原因如下：

振镜系统在接收到开启指令后，其不会马上达到某一速度，而是会存在加速阶段（从速度为零逐渐加速到某一速度），同理，振镜系统在收到关闭指令后，也会存在减速阶段（从某一速度逐渐减速至零），其中，开启与关闭之间可在指令的控制下保持速度值为某一速度的匀速阶段，这样在激光功率不变的情况下，则会使得扫描线两端（是指振镜系统加速和减速阶段）所接收的能量将远远大于振镜匀速运行过程中接收的能量，从而带来三维物体制件烧结过烧的问题。

本申请的发明人基于上述发明构思，提供了一种用于制造三维物体的激光扫描方法，包括：当接收到扫描信号时，通过分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭，使得激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态。

本发明通过采用上述技术方案，可使得扫描线两端所接收的激光能量与中间区域所接收的激光能量相同，进而使得工作平面中需烧结的粉末接收的激光功率密度更均匀，从而避免了三维物体制件边缘过烧的弊端，因此，本发明的用于制造三维物体的激光扫描方法提高了三维物体制件的表面质量和内部性能（例如致密度更好、强度更高）。

具体实施中，为了在激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态，所述分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭具体包括以下步骤：

打开振镜系统，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光在匀速运动状态的振镜系统控制下扫描相应区域；

当相应区域扫描完成时，关闭激光器，并控制振镜系统减速至关闭，即完成该工作平面的扫描烧结。

可理解的是，本发明中的扫描方式可包括逐行扫描和环形扫描方式，其中，逐行扫描方式是指，将需扫描的相应区域划分为多个平行的扫描线，激光器在振镜系统的控制下，进行逐行扫描；环形扫描方式是指，将需扫描的相应区域划分为轮廓区和填充区，激光器在振镜系统的控制下，分别进行轮廓区和填充区扫描。在此需说明的是，此处仅例举了两种扫描方式，但本发明不局限于这两种扫描方式，其还可以采用其它任意扫描方式，在此不做一一列举。

在本发明的具体实施中，可通过以下方式判断振镜系统是否为匀速运动：

方式一

开启振镜系统，同时启动定时器；

当定时器达到定时时间，则表明振镜系统达到匀速运动；

其中，定时时间为预先通过实验得到的所述振镜系统从开启到匀速运动所需要的时间。

方式二

采用速度传感器实时采集振镜系统的速度信号；

当采集的速度信号与前一时刻采集的速度信号相同时，则表明振镜系统为匀速运动。

可以理解的是，以上给出了两种判断振镜系统是否为匀速运动的具体方式，但在此需说明的是，本发明不局限于这两种判断方式，其还可以采用其它任意方式判断振镜系统是否为匀速运动，在此不做一一列举。

为了让本领域的技术人员更加清楚地理解并实现本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。

实施例一

用于制造三维物体的激光扫描方法，包括以下步骤：

步骤11：当接收到扫描信号时，开启振镜系统；

可以理解的是，振镜系统是根据指令工作，例如其运动速度也是由指令控制，但在此需说明的是，振镜系统开启时，不会马上达到指令要求速度，而需要从零开始，通过加速而达到指令要求速度；同理，振镜系统在收到关闭指令时，也不可能马上停止，而需要从某一速度，通过减速而停止。

步骤12：当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光在匀速运动状态的振镜系统控制下扫描相应区域的第一行；

步骤13：当激光器发射的激光完成相应区域的第一行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速；

步骤14：当振镜系统减速至零时，静止跳转，跳转后加速；

步骤15：当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的第二行；

步骤16：当激光器发射的激光完成相应区域的第二行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速；

步骤17：当振镜系统减速至零时，静止跳转，跳转后加速；

步骤18：当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的第三行；

以此类推，对相应区域的第四行、第五行……进行逐行扫描，直到相应区域扫描完毕，结束流程。

该实施例中的跳转，是指振镜系统在指令的控制下进行的角度偏转，从而可以控制激光器发射的激光从当前行扫描跳转到下一行扫描。

实施例二

该实施例是本发明的一优选方案，与实施例一的区别特征如下：

当激光器发射的激光完成相应区域的当前行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速并跳转；

当振镜系统跳转后加速，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的下一行。

在此需说明的是，本实施例中，跳转与振镜系统减速是同时开始的，在整个跳转过程中，振镜系统可以为以下几种状态，第一种是减速至零，另一种是减速至大于零的某一速度，再加速，当然振镜系统还可以包括其它状态，在此不做一一例举。

本实施例是在减速的同时实现跳转，相比于实施例一中在减速至零后实现跳转来讲，本实施例可大大节省工作时间，因此，本实施例进一步提高了本发明用于制造三维物体的激光扫描方法的工作效率。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均应属于本发明的保护范围。应当指出，在不脱离本发明原理前提下的若干修改和修饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，当接收到扫描信号时，通过分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭，使得激光器发射激光进行扫描的过程中，振镜系统处于匀速运动状态。

2.根据权利要求1所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，所述分别控制振镜系统和激光器的开启和关闭具体包括以下步骤：

开启振镜系统，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光在匀速运动状态的振镜系统控制下扫描相应区域；

当相应区域扫描完成时，关闭激光器，并控制振镜系统减速至关闭。

3.根据权利要求2所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，在匀速运动状态的振镜系统控制下，激光器发射的激光采用逐行扫描的方式扫描相应区域。

4.根据权利要求3所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

当激光器发射的激光完成相应区域的当前行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速；

当振镜系统减速至零时，静止跳转，跳转后加速，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的下一行。

5.根据权利要求3所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，所述方法还包括：

当激光器发射的激光完成相应区域的当前行扫描时，关闭激光器，同时控制振镜系统减速并跳转；

振镜系统跳转后加速，当振镜系统为匀速运动时，开启激光器，使得激光器发射的激光扫描相应区域的下一行。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，通过以下方式判断振镜系统是否为匀速运动：

开启振镜系统，同时启动定时器；

当定时器达到定时时间，则表明振镜系统达到匀速运动；

其中，定时时间为预先通过实验得到的所述振镜系统从开启到匀速运动所需要的时间。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于制造三维物体的激光扫描方法，其特征在于，通过以下方式判断振镜系统是否为匀速运动：

采用速度传感器实时采集振镜系统的速度信号；

当采集的速度信号与前一时刻采集的速度信号相同时，则表明振镜系统为匀速运动。