CN105710366A - 一种用于增材制造三维物体的扫描方法 - Google Patents

一种用于增材制造三维物体的扫描方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于增材制造三维物体的扫描方法，包括设置某一值作为三维物体表层区域阈值，然后根据该阈值将三维物体整体分为表层区域和内部区域，并对表层区域采用小光斑热源扫描，对内部区域采用大光斑热源扫描，完成扫描。通过本发明，用户可以根据加工要求自由设置表层区域厚度阈值，将三维物体单层切片待扫描区域划分为表层区域和内部区域，进而采用不同的扫描参数对表层区域和内部区域进行分区域扫描，既保证了三维物体的加工精度，又提高了三维物体的扫描加工效率。用户还可以根据加工要求，采用扫描多层表层区域后，进行一次内部区域的扫描加工的扫描策略，最大程度上均衡了加工精度和加工效率。

Description

一种用于增材制造三维物体的扫描方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，涉及一种用于增材制造三维物体的扫描方法。
背景技术
现有技术在对实心三维物体进行分层扫描加工时，针对整个零件单层切片待扫描区域均采用相同的激光参数进行扫描加工，然而对于大部分实心三维物体而言，其对三维物体内部的加工精度要求远没有对零件表面精度的要求高，采用现有的扫描加工方法，在进行三维物体内部扫描加工时消耗了大量的时间，特别是对于大尺寸三维物体，严重影响了三维物体的扫描加工效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于增材制造三维物体的扫描方法，解决了现有三维物体内部扫描加工时效率低的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种用于增材制造三维物体的扫描方法，包括：设置某一值作为三维物体表层区域阈值，然后根据该阈值将三维物体整体分为表层区域和内部区域，并对表层区域采用小光斑热源扫描，对内部区域采用大光斑热源扫描，完成扫描。
本发明的特点还在于，
包括以下步骤：
步骤1：输入三维物体模型的m层切片文件、表层区域阈值L1、内部区域多层单烧系数c，三维物体沿Z轴方向的总高度H、单层切片厚度Δh，第i层切片为当前层切片，其中，1≤i≤m，表示取整，m、i、c均为整数；
步骤2：若i·Δh≤L1或H－(i·Δh)≤L1，跳至步骤6；否则，跳至步骤3；
步骤3：将当前层切片轮廓线向轮廓范围内偏置L1，得到的偏置轮廓线(5)将该层切片待扫描区域划分为表层区域和内部区域；
步骤4：对由步骤3得到的该层切片的表层区域采用小光斑热源进行扫描；
步骤5：若为大于等于1的整数，则对该层切片的内部区域采用大光斑热源进行扫描，否则，对该层切片的内部区域不执行扫描，跳至步骤7；
步骤6：对当前层切片待扫描区域采用小光斑热源进行扫描；
步骤7：更新i值，得到的第i层切片作为当前层切片，跳至步骤2直至完成三维物体所有层切片的扫描，完成三维物体扫描成型。
对表层区域和内部区域结合处采用大小光斑热源搭接方式进行扫描。
内部区域多层单烧系数2≤c≤4。
步骤5为：若为大于等于1的整数，则对该层切片的内部区域在X和/或Y方向上轮廓的截面宽度小于两倍搭接宽度的区域采用小光斑热源进行扫描，对该层切片的其余内部区域采用大光斑热源进行扫描；否则，对该层切片的内部区域不执行扫描，跳至步骤7。
表层区域阈值由用户根据三维物体加工精度要求设定。
热源包括激光束、电子束和等离子束。
扫描方法包括激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化。
本发明的有益效果是：一种用于增材制造三维物体的扫描方法，用户可以根据加工要求自由设置表层区域厚度阈值，将三维物体单层切片待扫描区域划分为表层区域和内部区域，进而采用不同的扫描参数对表层区域和内部区域进行分区域扫描，既保证了三维物体的加工精度，又提高了三维物体的扫描加工效率。用户还可以根据加工要求，采用扫描多层表层区域后，进行一次内部区域的扫描加工的扫描策略，最大程度上均衡了加工精度和加工效率。
附图说明
图1是本发明一种用于增材制造三维物体的扫描方法中选用不同大小光斑对零件进行烧结的示意图；
图2是本发明扫描方法中对待零件进行分区的示意图；
图3是本发明扫描方法中对待零件进行分区的俯视图；
图4是本发明实施例2步骤5中当某层零件内部区域截面宽度小于两倍搭接宽度时的示意图；
图5是本发明实施例2步骤5中的烧结的示意图。
图中，1.大光斑热源，2.小光斑热源，3.三维物体，4.表层区域，5.偏置轮廓线，6.内部区域。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明一种用于增材制造三维物体的扫描方法，包括：设置某一值作为三维物体3表层区域4阈值，根据该阈值将三维物体3划分为表层区域4和内部区域6，如图1所示，对表层区域4采用小光斑热源2进行扫描，对内部区域6采用大光斑热源进行扫描，其中热源包括激光束、电子束和等离子束；扫描方法包括激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化。
实施例1：
进一步地，在保证三维物体3加工精度的前提下，为了进一步提高三维物体3的加工效率，对既包含表层区域4又包含内部区域6的切片进行扫描时，小光斑热源2按照扫描路径，每扫描c层切片的表层区域4后，大光斑热源1对该c层切片的内部区域6进行一次整体扫描，其中，c为内部区域6多层单烧系数，c为整数。其具体实施步骤如下：
步骤1：输入三维物体3模型的m层切片文件、表层区域4阈值L1、内部区域6多层单烧系数c，三维物体3沿Z轴方向的总高度H、单层切片厚度Δh，第i层切片为当前层切片，其中，1≤i≤m，表示取整，m、i、c均为整数，且2≤c≤4，表层区域4阈值由用户根据三维物体3加工精度要求设定；
步骤2：若i·Δh≤L1或H－(i·Δh)≤L1，跳至步骤6；否则，跳至步骤3；
步骤3：将当前层切片轮廓线向轮廓范围内偏置L1，如图2及图3所示，得到的偏置轮廓线5将该层切片待扫描区域划分为表层区域4和内部区域6；
步骤4：对由步骤3得到的该层切片的表层区域4采用小光斑热源2进行扫描，对表层区域4和内部区域6结合处采用大小光斑热源2搭接方式进行扫描；
步骤5：若为大于等于1的整数，则对该层切片的内部区域6采用大光斑热源1进行扫描，否则，对该层切片的内部区域6不执行扫描，跳至步骤7；
步骤6：对当前层切片待扫描区域采用小光斑热源2进行扫描；
步骤7：更新i值，得到的第i层切片作为当前层切片，跳至步骤2直至完成三维物体3所有层切片的扫描，完成三维物体3扫描成型。
实施例2：
为了更进一步提高三维物体3的加工效率，在完成三维物体3单层切片表层区域4和内部区域6划分后，若内部区域6在X和/或Y方向上轮廓的截面宽度小于两倍搭接宽度时，则在三维物体3截面内部区域6在X和/或Y方向上轮廓的截面宽度小于两倍搭接宽度的区域采用小光斑热源2进行扫描，其余内部区域6采用大光斑热源1进行扫描。具体实施步骤如下：
步骤1：输入三维物体3模型的m层切片文件、表层区域4阈值L1、内部区域6多层单烧系数c，三维物体3沿Z轴方向的总高度H、单层切片厚度Δh，第i层切片为当前层切片，其中，1≤i≤m，表示取整，m、i、c均为整数，且2≤c≤4，表层区域4阈值由用户根据三维物体3加工精度要求设定；
步骤2：若i·Δh≤L1或H－(i·Δh)≤L1，跳至步骤6；否则，跳至步骤3；
步骤3：将当前层切片轮廓线向轮廓范围内偏置L1，如图2及图3所示，得到的偏置轮廓线5将该层切片待扫描区域划分为表层区域4和内部区域6；
步骤4：对由步骤3得到的该层切片的表层区域4采用小光斑热源2进行扫描，对表层区域4和内部区域6结合处采用大小光斑热源2搭接方式进行扫描；
步骤5：若为大于等于1的整数，如图4及图5所示，则对该层切片的内部区域6在X和/或Y方向上轮廓的截面宽度小于两倍搭接宽度的区域采用小光斑热源2进行扫描，对该层切片的其余内部区域6采用大光斑热源1进行扫描；否则，对该层切片的内部区域6不执行扫描，跳至步骤7；
步骤6：对当前层切片待扫描区域采用小光斑热源2进行扫描；
步骤7：更新i值，得到的第i层切片作为当前层切片，跳至步骤2直至完成三维物体3所有层切片的扫描，完成三维物体3扫描成型。

Claims (8)

1.一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，包括：设置某一值作为三维物体(3)表层区域(4)阈值，根据所述阈值将三维物体(3)划分为表层区域(4)和内部区域(6)，并对所述表层区域(4)采用小光斑热源(2)进行扫描，对所述内部区域(6)采用大光斑热源(1)进行扫描。
2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：输入三维物体(3)模型的m层切片文件、表层区域(4)阈值L1、内部区域(6)多层单烧系数c，三维物体(3)沿Z轴方向的总高度H、单层切片厚度Δh，第i层切片为当前层切片，其中，表示取整，m、i、c均为整数；
步骤2：若i·Δh≤L1或H－(i·Δh)≤L1，跳至步骤6；否则，跳至步骤3；
步骤3：将当前层切片轮廓线向轮廓范围内偏置L1，得到的偏置轮廓线(5)将该层切片待扫描区域划分为表层区域(4)和内部区域(6)；
步骤4：对由步骤3得到的该层切片的表层区域(4)采用小光斑热源(2)进行扫描；
步骤5：若为大于等于1的整数，则对该层切片的内部区域(6)采用大光斑热源(1)进行扫描，否则，对该层切片的内部区域(6)不执行扫描，跳至步骤7；
步骤6：对当前层切片待扫描区域采用小光斑热源(2)进行扫描；
步骤7：更新i值，得到的第i层切片作为当前层切片，跳至步骤2直至完成三维物体(3)所有层切片的扫描，完成三维物体(3)扫描成型。
3.根据权利要求2所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，对所述表层区域(4)和内部区域(6)结合处采用大小光斑热源(2)搭接方式进行扫描。
4.根据权利要求2所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述内部区域(6)多层单烧系数2≤c≤4。
5.根据权利要求3所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述步骤5为：若为大于等于1的整数，则对该层切片的内部区域(6)在X和/或Y方向上轮廓的截面宽度小于两倍搭接宽度的区域采用小光斑热源(2)进行扫描，对该层切片的其余内部区域(6)采用大光斑热源(1)进行扫描；否则，对该层切片的内部区域(6)不执行扫描，跳至步骤7。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述表层区域(4)阈值由用户根据三维物体加工精度要求设定。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述热源包括激光束、电子束和等离子束。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种用于增材制造三维物体的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法包括激光选区烧结、激光选区熔化、电子束选区熔化。
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Denomination of invention: Scanning method for material increase manufacturing three-dimensional body

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Granted publication date: 20171013

Pledgee: Shaanxi SME financing Company limited by guarantee

Pledgor: Xi'an platinum power technology Limited by Share Ltd

Registration number: 2018610000079

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20191008

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