CN105463452A - 一种激光快速成形件的成形方法 - Google Patents

Abstract

一种激光快速成形件的成形方法，包括S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数。S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓。S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。如此，解决了激光快速成形件边缘塌陷的问题，减小了快速成形件的废品率，节约了成本。

Description

一种激光快速成形件的成形方法

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体地说，涉及一种激光快速成形件的成形方法。

背景技术

近年来，为了适应产品变化快、生产周期短的特点，传统的制造技术有了新发展，出现了快速成形技术。它是制造成形技术的革新。传统的方法是将原材料除去多余部分形成零件，而这种方法是将材料逐层积累形成零部件，彻底改变了成形制造技术的设计思想。它的基本原理是：根据零部件的形状首先利用CAD制作三维模形，再通过数据处理将三维模形横截成一系列平面模形，将材料置于容器内，用数控激光机床按照平面模形的形状进行扫描，使光敏聚合物按照激光束路径固化，通过激光束逐层扫描，最终制成各种形面的零件。

然而，在生产实际过程中，成形件存在各式各样的缺陷。例如成形件的边缘会存在塌陷的趋势，影响成形件的成形质量甚至导致成形过程无法继续进行。因此，如何在现有的技术基础上，通过工艺控制方法减小乃至消除这样的缺陷变得刻不容缓。

于现有技术中，申请号为201310303998.8的发明专利公开了一种利用激光边缘切割提高金属熔覆沉积增材制造精度的方法及装置，该方法包括：1)金属熔滴沉积第一层：利用激光对第一层沉积金属的侧面进行切削加工；2)金属熔滴沉积第二层：利用激光对第二层沉积金属的侧面进行切削加工；3)金属熔滴沉积第N层：利用激光对第N层沉积金属的侧面进行切削加工；4)直至金属熔滴沉积完毕并且利用激光对最后一层沉积金属的侧面进行切削加工，以提高金属熔覆沉积的成形精度。本发明采用激光边缘切割的方式能够使加工灵活性高，产品质量稳定，热影响区小，后续加工量小。

在上述方案中，是利用激光边缘切割提高成形精度，需要额外增加工作量，使得生产过程更加复杂。

鉴于上述原因，需要一种激光快速成形件的成形方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种激光快速成形件的成形方法。

本发明提供一种激光快速成形件的成形方法，包括以下步骤：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数；

S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓；

S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。

优选的，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层偏置一个距离所得的填充路径。

优选的，所述偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。

优选的，所述熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n，其中第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2。

优选的，第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。

优选的，在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓，第二激光加工工艺参数对应内轮廓。

优选的，所述外轮廓为最外侧的填充路径，内轮廓为其余的填充路径。

优选的，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度、激光功率、离焦量及送粉速率。

根据本发明提供的激光快速成形件的成形方法，包括S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数。S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓。S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。如此，有效减小了快速成形件的边缘塌陷。

进一步优化的，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层偏置一个距离所得的填充路径。所述偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。所述熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n，其中第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2，且第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓，第二激光加工工艺参数对应内轮廓。所述外轮廓为最外侧的填充路径，内轮廓为其余的填充路径。通过上述方案设计，有效分散了内应力方向，有利于减少边缘翘曲变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法流程图；

图2是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法填充路径宽高比示意图；

图3是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法扫描路径示意图；

图4a是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法由内向外的偏置方式示意图；

图4b是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法由外向内的偏置方式示意图。

具体实施方式

本发明提供一种激光快速成形件的成形方法，包括以下步骤：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数；

S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓；

S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。

优选的，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层偏置一个距离所得的填充路径。

优选的，所述偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。

优选的，所述熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n，其中第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2。

优选的，第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。

优选的，在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓，第二激光加工工艺参数对应内轮廓。

优选的，所述外轮廓为最外侧的填充路径，内轮廓为其余的填充路径。

优选的，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度、激光功率、离焦量及送粉速率。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法流程图。如图1所示，本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法包括步骤S1～S3。

步骤S1：建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从表格中选取两组参数，两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数。

具体而言，激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格示例请参见表1。

表1

请参照表1，激光加工工艺参数包括激光扫描速度、激光功率、离焦量及送粉速率。熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n。

请参见图2，本实施例中，为了减小成形件边缘塌陷的趋势，第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2，类似地，为了保证具有较高的成形效率，需要设置第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。

步骤S2：确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓。

具体地，请参见图3，s为基板，t为成形件。在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓l，第二激光加工工艺参数对应内轮廓m。本实施例中，外轮廓l为最外侧的填充路径，内轮廓m为其余的填充路径。

步骤S3：使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。

具体而言，激光快速成形件的扫描方式分为栅格、偏置、螺旋以及复合扫描方式。其中选取偏置扫描方式进行零件的快速成形具有生成的路径规划简单，填充致密的特点。另外由于这种填充方式的轨迹线在不断地改变方向，这就使填充线的收缩量得以减小，同时使由收缩而引起的内应力方向分散开，从而有利于减少翘曲变形。尤其对于壁厚均匀的零件它生成的截面外形精度高，能很好的解决成形过程中的变形、翘曲等问题。

请参见图4a及图4b，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层一层偏置一个距离所得的填充路径。偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。偏置方式中，分为由外轮廓向内轮廓偏置的方式以及由内轮廓向外轮廓偏置的方式。经发明人采用大量实验数据以及理论分析得出，由外轮廓向内轮廓偏置的方式能够减缓激光快速成形件边缘塌陷的趋势。

如前所述，本发明的实质是解决激光快速成形件边缘塌陷的工艺，通过对填充路径赋予不同的工艺参数以及选择由外轮廓向内轮廓偏置的方式来减缓熔覆层塌陷的趋势。运动过程中光头沿着截面的轮廓线向实心部分一层一层偏置。该工艺减缓了激光快速成形件边缘塌陷的趋势，为解决激光快速成形件边缘塌陷提供理论基础。

综上所述，根据本发明较佳实施例提供的激光快速成形件的成形方法，包括S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数。S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓。S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。如此，解决了激光快速成形件边缘塌陷的问题，减小了快速成形件的废品率，节约了成本。

进一步优化的，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层偏置一个距离所得的填充路径。所述偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。所述熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n，其中第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2，且第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓，第二激光加工工艺参数对应内轮廓。所述外轮廓为最外侧的填充路径，内轮廓为其余的填充路径。通过上述方案设计，减缓了激光快速成形件边缘塌陷的趋势，提高了成形件的形状精度，减小废品率从而提高了经济效益。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种激光快速成形件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立激光加工工艺参数与熔道参数的关系表格，并从所述表格中选取两组参数，所述两组参数分别为第一参数及第二参数，且每组参数包括激光加工工艺参数以及熔道参数；

S2、确定两条熔道的填充路径及扫描方向，其中两个填充路径分别对应外轮廓及内轮廓；

S3、使用外轮廓向内轮廓偏置的方式进行激光扫描熔覆，完成本步骤后回到步骤S1重新选取参数。

2.根据权利要求1所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，偏置扫描方式的扫描路径是沿着截面的轮廓线向实心部分一层偏置一个距离所得的填充路径。

3.根据权利要求1或2所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，所述偏置扫描方式的扫描路径，其扫描方向在扫描过程中沿预定设置不断改变。

4.根据权利要求1所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，所述熔道参数包括熔道的宽度w、高度h及宽高比n，其中第一熔道的高度h1与第二熔道的高度h2满足h1:h2＝3:2。

5.根据权利要求4所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，第二熔道的宽度w2远大于第一熔道的宽度w1。

6.根据权利要求1所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，在两组激光加工工艺参数中，第一激光加工工艺参数对应外轮廓，第二激光加工工艺参数对应内轮廓。

7.根据权利要求1所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，所述外轮廓为最外侧的填充路径，内轮廓为其余的填充路径。

8.根据权利要求1所述的激光快速成形件的成形方法，其特征在于，所述激光加工工艺参数包括激光扫描速度、激光功率、离焦量及送粉速率。