CN106853526B - 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法 - Google Patents

一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106853526B
CN106853526B CN201611202579.5A CN201611202579A CN106853526B CN 106853526 B CN106853526 B CN 106853526B CN 201611202579 A CN201611202579 A CN 201611202579A CN 106853526 B CN106853526 B CN 106853526B
Authority
CN
China
Prior art keywords
slice
quadrant
bounding box
order
pseudorandom
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201611202579.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106853526A (zh
Inventor
张长东
强旭辉
刘婷婷
石立
韩邢峰
廖文和
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201611202579.5A priority Critical patent/CN106853526B/zh
Publication of CN106853526A publication Critical patent/CN106853526A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106853526B publication Critical patent/CN106853526B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Error Detection And Correction (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法。该方法包括以下步骤：步骤一，根据输入的三维模型切片数据计算获取切片的轮廓包围盒；步骤二，根据步骤一所得到的切片轮廓包围盒布置正方形格子，正方形格子的集合记为{Sij}p×q；步骤三，将集合{Sij}p×q中的格子逐个与输入的格子与输入的切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1ij}p×q；步骤四，滤除{C1ij}p×q中为空的切片得到集合{C2ij}p×q；步骤五，对于{C2ij}p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{Cij}p×q；步骤六，遍历集合{Cij}p×q，针对每一个离散切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{Pij}p×q。

Description

一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法
技术领域
本发明设计一种增材制造技术领，特别是一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法。
背景技术
激光选区熔化技术的机理无非是高能激光束与粉末状材料之间的作用，即成形过程中能量吸收与传递范围控制机理与机制。然而，对于激光选区熔化技术，粉末在快速熔化凝固过程中产生热量及其传递及其传递对成形能力、残余应力与变形具有重大影响。因此，合理的激光扫描路径是对热量的有效管理和控制，能够在很大程度上避免零件产生过大变形。
目前，增材制造技术对金属实体采用四种扫描路径生成方式，即轴平行扫描、等距、变角度平行扫描以及棋盘分区扫描。其中主要采取的对热量进行分配和控制的方法是通过平面轮廓生成棋盘状分区并生成扫描路径。
棋盘分区扫描对输入热量的管理和控制主要体现在其棋盘格子的加载策略上，目前大多数软件所采用的加载策略为，回形加载，或者随机加载，这些加载策略难以对高能束激光的输入热量进行有效管理和控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法，该方法能够克服高能束激光加工过程中无法对输入热量进行有效管理和控制的问题。
该方法包括以下步骤：
步骤1，建立直角坐标系将切片放置于直角坐标系中获取切片轮廓坐标信息并获取切片轮廓包围盒，其中包围盒边界由切片轮廓在直角坐标系中x、y轴最大值、最小值对应的平行于x、y轴的直线组成；
步骤2，布置正方形格子覆盖包围盒，正方形格子的集合记为{Sij}p×q，其中p、q分别为正方形格子的行数和列数，i∈p，j∈q；
步骤3，将集合{Sij}p×q中的格子逐个与切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1ij}p×q；
步骤4，滤除{C1ij}p×q为空的切片得到集合{C2ij}p×q；
步骤5，对于{C2ij}p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{Cij}p×q；
步骤6，遍历集合{Cij}p×q针对每一个切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{Pij}p×q。
基于上述方法，所述步骤5具体包括以下步骤：
步骤5.1，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；
步骤5.2，遍历{C2ij}p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；
步骤5.3，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列且不同象限中的同一随机数代表的切片不相邻；
步骤5.4，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为不同象限中相同次序代表的切片存入{Cij}p×q后再存入不同象限中另一相同次序代表的切片。
作为上述方法的一种改进，采用下述步骤替代：
步骤5.31，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列；
步骤5.41，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为每个象限相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q后再将每个象限中另一相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q；
所述步骤5.41中四个象限存入顺序可以用以下方式替代：
第一顺位和第三顺位为其中一对相对象限的排列组合，第二顺位和第四顺位为另一对相对象限的排列组合。
现有技术的岛形扫描所采用的加载策略是完全随机的加载策略，这就使得在岛(即相交所得的切片)的数目较多的情况下，可能会出现相邻次序的两个岛在几何位置上也相邻，从而使得局部区域激光输入能量过高，产生较大的热变形。而本发明所采用的这种加载策略能够完全使得次序上能够相邻的两个岛在几何位置上不相邻，从而使得激光的能量输入均匀化，减少了增材制造过程中的热变形，能够很好的解决激光选区熔化技术无法对输入热量进行有效管理和控制的问题。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2是轮廓包围盒示意图。
具体实施方式
结合图1，一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法，包括以下步骤：
步骤1，建立直角坐标系将切片放置于直角坐标系中获取切片轮廓坐标信息并获取切片轮廓包围盒，其中包围盒边界由切片轮廓在直角坐标系中x、y轴最大值、最小值对应的平行于x、y轴的直线组成；
步骤2，布置正方形格子覆盖包围盒，正方形格子的集合记为{Sij}p×q，其中p、q分别为正方形格子的行数和列数，i∈p，j∈q；
步骤3，将集合{Sij}p×q中的格子逐个与切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1ij}p×q；
步骤4，滤除{C1ij}p×q为空的切片得到集合{C2ij}p×q；
步骤5，对于{C2ij}p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{Cij}p×q；
步骤6，遍历集合{Cij}p×q针对每一个切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{Pij}p×q。
切片材料包括：钢、铝合金、钛合金以及陶瓷。
所述步骤5具体包括以下步骤：
步骤5.11，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；
步骤5.12，遍历{C2ij}p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；
步骤5.13，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列且不同象限中的同一随机数代表的切片不相邻；
步骤5.14，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为不同象限中相同次序代表的切片存入{Cij}p×q后再存入不同象限中另一相同次序代表的切片。
所述步骤5还可以通过以下步骤来实现：
步骤5.21，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；
步骤5.22，遍历{C2ij}p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；
步骤5.23，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列；
步骤5.24，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为每个象限相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q后再将每个象限中另一相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q；
所述步骤5.24中四个象限存入顺序可以用以下方式替代：
第一顺位和第三顺位为其中一对相对象限的排列组合，第二顺位和第四顺位为另一对相对象限的排列组合，所谓第一象限和第三象限为相对象限，第二象限和第四象限为相对象限，顺序可以为3-1-2-4或1-3-4-2或3-1-4-2等。

Claims (2)

1.一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，建立直角坐标系将切片放置于直角坐标系中获取切片轮廓坐标信息并获取切片轮廓包围盒，其中包围盒边界由切片轮廓在直角坐标系中x、y轴最大值、最小值对应的平行于x、y轴的直线组成；
步骤2，布置正方形格子覆盖包围盒，正方形格子的集合记为{Sij}p×q，其中p、q分别为正方形格子的行数和列数，i∈p，j∈q；
步骤3，将集合{Sij}p×q中的格子逐个与切片轮廓进行布尔求交运算得到离散切片集合{C1ij}p×q；
步骤4，滤除{C1ij}p×q为空的切片得到集合{C2ij}p×q；
步骤5，对于{C2ij}p×q定义基于象限区域引导的伪随机岛形加载策略，得到最终的切片集合{Cij}p×q；
步骤6，遍历集合{Cij}p×q针对每一个切片求取内部扫描填充路径，得到格子路径集合{Pij}p×q；
所述步骤5具体包括以下步骤：
步骤5.1，以包围盒的中心点为原点建立相对坐标系，将包围盒分为四个象限区域；
步骤5.2，遍历{C2ij}p×q，将每个切片存入其所在的象限容器中且各个象限容器中所存储的切片的数目分别为n1、n2、n3、n4；
步骤5.3，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列且不同象限中的同一随机数代表的切片不相邻；
步骤5.4，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为不同象限中相同次序代表的切片存入{Cij}p×q后再存入不同象限中另一相同次序代表的切片；
所述步骤5.3和步骤5.4，采用下述步骤替代：
步骤5.31，生成四组连续的随机数范围分别为1到n1，1到n2，1到n3，1到n4，并按照随机数的次序对于每个象限的切片次序进行重新排列；
步骤5.41，将重新分配次序后的切片存入集合{Cij}p×q且存入顺序为每个象限相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q后再将每个象限中另一相同次序代表的切片按照1-3-2-4的象限顺序存入{Cij}p×q；
所述步骤5.41中四个象限存入顺序可以用以下方式替代：
第一顺位和第三顺位为其中一对相对象限的排列组合，第二顺位和第四顺位为另一对相对象限的排列组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6采用栅格扫描求取内部扫描填充路径。
CN201611202579.5A 2016-12-23 2016-12-23 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法 Active CN106853526B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202579.5A CN106853526B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611202579.5A CN106853526B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106853526A CN106853526A (zh) 2017-06-16
CN106853526B true CN106853526B (zh) 2019-01-18

Family

ID=59126568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611202579.5A Active CN106853526B (zh) 2016-12-23 2016-12-23 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106853526B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110773738B (zh) * 2019-11-26 2020-11-03 南京理工大学 基于多边形几何特征识别的激光扫描路径分区域规划方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105045B3 (de) * 2011-06-20 2012-06-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels selektivem Laserschmelzen
CN103894608A (zh) * 2014-03-04 2014-07-02 浙江大学 一种三维打印大光斑扫描路径生成方法
CN105163922A (zh) * 2012-11-08 2015-12-16 Ddm系统有限责任公司 用于制造三维物体的系统和方法
CN105705319A (zh) * 2013-09-19 2016-06-22 马克弗巨德有限公司 纤维增强增材制造的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105045B3 (de) * 2011-06-20 2012-06-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mittels selektivem Laserschmelzen
CN105163922A (zh) * 2012-11-08 2015-12-16 Ddm系统有限责任公司 用于制造三维物体的系统和方法
CN105705319A (zh) * 2013-09-19 2016-06-22 马克弗巨德有限公司 纤维增强增材制造的方法
CN103894608A (zh) * 2014-03-04 2014-07-02 浙江大学 一种三维打印大光斑扫描路径生成方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106853526A (zh) 2017-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104148636B (zh) 一种控制金属零件增材制造热变形的扫描路径生成方法
JP7460544B2 (ja) レーザ焼結における熱制御
CN104550950B (zh) 用于选区激光熔化的激光扫描方法
WO2018029478A1 (en) Methods and system involving additive manufacturing and additively-manufactured article
CN103752823B (zh) 一种用于选择性激光烧结的三角网格式激光扫描方法
US12023859B2 (en) Methods and systems for vacuum powder placement in additive manufacturing systems
CN108648220A (zh) 一种三维打印扫描方法、可读存储介质及三维打印扫描控制设备
EP3901809A1 (en) System and method of simulating and optimizing surface quality based on location and orientation of additively manufactured build parts
JP2016198974A (ja) スライスモデル生成装置および３次元造形システム
US20130280439A1 (en) Method for the layered manufacturing of a structural component and device
CN109532006A (zh) 一种自适应层厚切片方法及打印系统
CN106825570B (zh) 用于三维物体制造的切片扫描处理方法及系统
CN106493367A (zh) 一种用于激光选区熔化的激光扫描方法
JPWO2020039581A1 (ja) 情報処理装置、情報処理方法、情報処理プログラム、積層造形装置およびプロセスウィンドウ生成方法
DE102017118831A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen mindestens einer Bauteilschicht eines Bauteils und Speichermedium
CN106853526B (zh) 一种基于象限区域引导的伪随机岛型扫描路径规划方法
CN108637252A (zh) 基于slm技术的3d打印扫描方法及3d打印机
CN107953552A (zh) 激光扫描方法、可读存储介质及激光扫描控制设备
DE102022117935A1 (de) Generierung von optimierten Prozessgrößenwerten und Steuerdaten für einen additiven Aufbauprozess
CN105710369B (zh) 用于逐层制造三维物体的装置
JP6573335B2 (ja) 高速ｓｔｌファイル変換を用いる３次元印刷
DE102017127148A1 (de) Bestrahlungsstreifensortierung
CN108248012A (zh) 三维造型物的造型角度的设定方法
JP2020128099A (ja) ３次元の物体を付加製造する方法、照射ユニット、照射ユニットを備える装置、及び非一過性のコンピュータ可読記憶媒体
CN117182104A (zh) 一种选区激光熔化制作高温合金悬桥的方法、装置及设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant