CN106426907B - 一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法 - Google Patents

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Abstract

一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，首先通过数据处理软件获得零件沿Z方向的扫描单层信息，将单层数据划分为轮廓数据和填充数据，其中填充数据和轮廓数据均为已经生成的扫描路径数据；在每一单层的扫描中，都按照获得的轮廓数据进行连续的轮廓扫描；在进行填充数据扫描时，使用控制程序实时调整激光功率和光斑，使得激光光束对于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多层层厚，在多层内只进行一次填充扫描及相应层数的轮廓扫描；填充数据扫描完成后，通过控制程序将激光功率恢复至初始状态，重复直至完成零件的制作，本发明在兼顾成型精度和成型质量的前提条件下，能够大幅度提高制作工艺的成型效率。

Description

一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法。
背景技术
激光增材制造技术是指以激光器作为加工光源的增材制造技术，由于其可采用的激光器类型丰富，制作的材料种类众多，包括液体树脂、高分子粉末材料、金属粉末材料、陶瓷粉末材料等，因此，在各个行业和领域得到了广泛的应用。激光增材制造工艺过程中，实体零件的三维数据模型被切分成包含轮廓和内部填充的二维矢量数据，聚焦在成型材料表面的激光光斑按照路径扫描算法逐层进行填充和轮廓扫描，单层之间相互粘接，最终形成制作的零件。
沿Z方向的扫描单层包含若干个由轮廓和填充组成的扫描区域，其中，轮廓区域作为三维实体零件的最外层部分，其目的是为了提高零件的外围的精度和光洁度；填充区域则由按照路径扫描算法生成的扫描矢量组成，现有的激光增材制造工艺过程中，必须通过连续的上下单层扫描单线相互粘结实现连续的成形，而在扫描单线中填充区域的单线扫描过程占整个制作时间的绝大部分。随着工业发展对于增材制造效率要求的不断提高，现有的成型效率已经难以满足实际的生产需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，在兼顾成型精度和成型质量的前提条件下，能够大幅度提高制作工艺的成型效率。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，包括下列步骤：
1)首先通过数据处理软件获得零件沿Z方向的扫描单层信息，将单层数据划分为轮廓数据和填充数据，其中填充数据和轮廓数据均为已经生成的扫描路径数据；
2)在每一单层的扫描中，都按照获得的轮廓数据进行连续的轮廓扫描；
3)在进行填充数据扫描时，使用控制程序实时调整激光功率和光斑，使得激光光束对于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多层层厚，根据调整后的光束实际的穿透层厚，在多层内只进行一次填充扫描及相应层数的轮廓扫描，根据实际的光束对材料的影响区域设定在单层内的填充间距；
4)填充数据扫描完成后，通过控制程序将激光功率恢复至初始状态；
5)重复步骤1)-步骤4)，直至完成零件的制作。
所述的步骤3)的具体步骤为：在基础层之上的实体层，每一层均只扫描轮廓数据，通过实时增大激光功率P，以获得对应的功率密度W，其中，功率密度W的调整应该满足使用增大后的光斑穿透N层制作材料，并使用调整后的光斑直径和激光功率间隔设定的层厚扫描填充数据，间隔层厚N的设定综合制件几何特征和激光对于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的总层厚。
所述的步骤3)的具体步骤为：在基础层之上的实体层，每一层均扫描L层轮廓数据，L层轮廓的扫描从最外层向内部偏移，每次偏移光斑直径的80％，其中2≤L≤4，L的选取根据实际制作精度的要求选取，L越大，整体零件表面精度越高，同时效率越低；同时，实时调整激光功率P与光斑直径功率密度W与光斑直径存在反比关系，以获得对应的功率密度W，其中，功率密度W的调整应该满足使用增大后的光斑穿透N层制作材料，并使用调整后的光斑直径和激光功率间隔设定的层厚扫描填充数据，间隔层厚N的设定综合制件几何特征和激光对于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的总层厚。
本发明的有益效果为：
本发明通过实时控制激光功率，以连续的方式逐层扫描轮廓数据，以非连续的方式间隔一定层厚扫描填充数据。相邻单层通过轮廓扫描实现了单层间的粘结，保证了制件的精度，间隔式的填充数据扫描可以有效减少填充扫描的时间，提高了成形效率。填充扫描的减少能够减缓由于填充密集区域重复扫描产生的热量累计，降低整体之间的温度梯度，有效减少了制件由于扫描过程中温度场能量分布不均造成的零件翘曲、开裂等缺陷。
本发明方法适合于以激光器作为能量源的多种增材制造技术，如光固化、选择性激光烧结、选择性激光熔覆等，制作的材料包含液体材料和粉体高分子材料和金属材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述。
实施例1，一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，包括下列步骤：
1)首先通过数据处理软件获得零件沿Z方向的扫描单层信息，将单层数据划分为轮廓数据和填充数据，其中填充数据和轮廓数据均为已经生成的扫描路径数据；
2)在每一单层的扫描中，都按照获得的轮廓数据进行连续的轮廓扫描，具体为：在成型腔内的网板依据分层数据下降一个层厚，激光光束按照生成的轮廓数据，依次进行填充数据和轮廓数据的扫描，形成完整的扫描单层，重复这一过程，成形一定厚度的制作基础层；
3)在进行填充数据扫描时，使用控制程序实时调整激光功率和光斑，使得激光光束对于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多层层厚，根据调整后的光束实际的穿透层厚，在多层内只进行一次填充扫描及相应层数的轮廓扫描，由于功率密度的增大，激光光束在单层内的影响区域也会发生变化，根据实际的光束对材料的影响区域设定在单层内的填充间距；
具体为：在基础层之上的实体层，每一层均只扫描轮廓数据，激光光斑的功率密度W与光斑直径存在反比关系，此时，通过实时增大激光功率P，以获得对应的功率密度W，其中，功率密度W的调整应该满足使用增大后的光斑穿透N层制作材料，并使用调整后的光斑直径和激光功率间隔设定的层厚扫描填充数据，间隔层厚N的设定综合制件几何特征和激光对于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的总层厚；
4)填充数据扫描完成后，通过控制程序将光斑直径和功率恢复至初始状态；
5)重复步骤1)-步骤4)，直至完成零件的制作。
实施例2，一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，包括下列步骤：
1)首先通过数据处理软件获得零件沿Z方向的扫描单层信息，将单层数据划分为轮廓数据和填充数据，其中填充数据和轮廓数据均为已经生成的扫描路径数据；
2)在每一单层的扫描中，都按照获得的轮廓数据进行连续的轮廓扫描，具体为：在成型腔内的网板依据分层数据下降一个层厚，激光光束按照生成的轮廓数据，依次进行填充数据和轮廓数据的扫描，形成完整的扫描单层，重复这一过程，成形一定厚度的制作基础层；
3)在进行填充数据扫描时，使用控制程序实时调整激光功率和光斑，使得激光光束对于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多层层厚，根据调整后的光束实际的穿透层厚，在多层内只进行一次填充扫描及相应层数的轮廓扫描，由于功率密度的增大，激光光束在单层内的影响区域也会发生变化，根据实际的光束对材料的影响区域设定在单层内的填充间距；
具体为：在基础层之上的实体层，每一层均扫描L层轮廓数据，L层轮廓的扫描从最外层向内部偏移，每次偏移光斑直径的80％，其中2≤L≤4，L的选取根据实际制作精度的要求选取，L越大，整体零件表面精度越高，同时效率越低；同时，实时调整激光功率P与光斑直径激光光斑的功率密度W与光斑直径存在反比关系，以获得对应的功率密度W，其中，W的调整应该满足使用增大后的光斑穿透N层制作材料，并使用调整后的光斑直径和激光功率间隔设定的层厚扫描填充数据，间隔层厚N的设定综合制件几何特征和激光对于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的总层厚；
4)填充数据扫描完成后，通过控制程序将光斑直径和功率恢复至初始状态；
5)重复步骤1)-步骤4)，直至完成零件的制作。

Claims (1)

1.一种非连续填充激光增材制造高效率的扫描方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)首先通过数据处理软件获得零件沿Z方向的扫描单层信息，将单层数据划分为轮廓数据和填充数据，其中填充数据和轮廓数据均为已经生成的扫描路径数据；
2)在每一单层的扫描中，都按照获得的轮廓数据进行连续的轮廓扫描；
3)在进行填充数据扫描时，使用控制程序实时调整激光功率和光斑，使得激光光束对于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多层层厚，根据调整后的光束实际的穿透层厚，在多层内只进行一次填充扫描及相应层数的轮廓扫描，根据实际的光束对材料的影响区域设定在单层内的填充间距；
4)填充数据扫描完成后，通过控制程序将激光功率恢复至初始状态；
5)重复步骤1)-步骤4)，直至完成零件的制作；
所述的步骤3)的具体步骤为：在基础层之上的实体层，每一层均只扫描轮廓数据，通过实时增大激光功率P，以获得对应的功率密度W，其中，功率密度W的调整应该满足使用增大后的光斑穿透N层制作材料，并使用调整后的光斑直径和激光功率间隔设定的层厚扫描填充数据，间隔层厚N的设定综合制件几何特征和激光对于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的总层厚；
在基础层之上的实体层，每一层均扫描L层轮廓数据，L层轮廓的扫描从最外层向内部偏移，每次偏移光斑直径的80％，其中2≤L≤4，L的选取根据实际制作精度的要求选取，L越大，整体零件表面精度越高，同时效率越低；同时，实时调整激光功率P与光斑直径功率密度W与光斑直径存在反比关系，以获得对应的功率密度W。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108819256B (zh) * 2018-06-15 2020-09-11 湖南华曙高科技有限责任公司 扫描控制方法、装置、计算机设备和存储介质
CN109094003B (zh) * 2018-07-10 2020-10-23 广东汉邦激光科技有限公司 薄壁件的打印方法及其打印机和薄壁打印件
CN110370646B (zh) * 2019-07-25 2022-03-15 杭州先临易加三维科技有限公司 3d打印方法、装置、电子设备及存储介质
CN114454476B (zh) * 2021-01-29 2023-11-17 上海普利生机电科技有限公司 下表面隔层曝光的三维打印方法、设备和可读介质
CN114570943B (zh) * 2022-03-02 2024-01-12 西安国宏玖合科技有限公司 一种选区激光固化、熔化跃层扫描成形方法
CN115592133B (zh) * 2022-12-13 2023-03-10 中车工业研究院(青岛)有限公司 一种激光烧结扫描方法、装置、设备及可读存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103658647A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 华南理工大学 基于四激光双工位的激光选区熔化slm设备及加工方法
JP2015017294A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
CN105665704A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 上海拓宝机电科技有限公司 金属激光选区熔化方法
CN105710366A (zh) * 2016-03-03 2016-06-29 西安铂力特激光成形技术有限公司 一种用于增材制造三维物体的扫描方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015199195A (ja) * 2014-04-04 2015-11-12 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015017294A (ja) * 2013-07-10 2015-01-29 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
CN103658647A (zh) * 2013-12-10 2014-03-26 华南理工大学 基于四激光双工位的激光选区熔化slm设备及加工方法
CN105710366A (zh) * 2016-03-03 2016-06-29 西安铂力特激光成形技术有限公司 一种用于增材制造三维物体的扫描方法
CN105665704A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 上海拓宝机电科技有限公司 金属激光选区熔化方法

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