CN108262970A - 一种激光增材制造方法及系统 - Google Patents

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赵祖烨
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    • 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

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Abstract

本发明公开了一种激光增材制造方法及系统。该方法包括：获取制造物体的三维立体模型；根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点；判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息；根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值；根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率；根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。本发明能够保证激光扫描填充的均匀性，从而提高制件的质量。

Description

一种激光增材制造方法及系统
技术领域
本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种激光增材制造方法及系统。
背景技术
激光增材制造技术，是增材制造技术的一种，利用具有高能量密度的激光照射在液体或者粉末材料上，使材料的性质发生改变，通过激光的每层移动扫描的方式，逐层完成模型整体制造。
当需要处理的模型内部结构比较复杂时，传统激光路径工艺规划会由于复杂的内部结构导致激光扫描路径不均匀从而产生局部热量累积，影响最终制件的表面打印质量，如产生翘曲、裂纹等现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光增材制造方法及系统，用以保证激光扫描填充的均匀性，从而提高制件的质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种激光增材制造方法包括：
获取制造物体的三维立体模型；
根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点；
判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息；
根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值；
根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率；
根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
可选的，所述根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值，具体包括：
通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部；
若否，则标记所述像素点的灰度值为0；
若是，则判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域；
若是，则标记所述像素点的灰度值为255；
若否，则判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；
若是，则标记所述像素点的像素值为255；
若否，则标记所述像素点的像素值为0。
可选的，根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型，具体包括：
计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
可选的，根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
本发明还提供了一种激光增材制造系统，所述系统包括：
获取模块，用于获取制造物体的三维立体模型；
切片模块，用于根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点；
判断模块，用于判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息；
标记模块，用于根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值；
计算模块，用于根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率；
扫描打印模块，用于根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
可选的，所述标记模块具体包括：
第一判断单元，用于通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部；
第一标记单元，与所述第一判断单元连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型外部时，标记所述像素点的灰度值为0；
第二判断单元，与所述第一判断单元连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型内部时，判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域；
第二标记单元，与所述第二判断单元连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离小于设定的壁厚阈值时，标记所述像素点的灰度值为255；
第三判断单元，与所述第二判断单元连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离大于设定的壁厚阈值时，判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；
第三标记单元，与所述第三判断单元连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构内部时，标记所述像素点的像素值为255；
第四标记单元，与所述第三判断单元连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构外部时，标记所述像素点的像素值为0。
可选的，所述扫描打印模块具体包括：
计算单元，用于计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取单元，用于获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
扫描打印单元，用于根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述
像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
可选的，所述第三判断单元根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明以位图作为激光扫描数据，即根据位图中的像素点的灰度值以及激光功率对所述像素点所在的区域进行扫描打印，从而可以避免传统激光路径工艺规划中因为激光扫描路径不均匀而产生局部热量累积，影响最终制件的表面打印质量的问题，保证激光扫描填充的均匀性，提高制件的质量。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光增材制造方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的根据像素点对应的位置信息标记像素点的灰度值的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种激光增材制造系统的框图；
图4为本发明实施例提供的标记模块的框图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种激光增材制造方法及系统，用以保证激光扫描填充的均匀性，从而提高制件的质量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种激光增材制造方法包括以下步骤：
步骤101：获取制造物体的三维立体模型。
步骤102：根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点。
步骤103：判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息。
根据切片位图的尺寸信息，逐行逐点的判断每个像素点在所述三维立体模型中的位置。
步骤104：根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值。
具体的，如图2所示，根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值包括以下步骤：
步骤1041：通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部。
步骤1042：若否，则标记所述像素点的灰度值为0。
步骤1043：若是，则判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域。
步骤1044：若是，则标记所述像素点的灰度值为255。
步骤1045：若否，则判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
步骤1046：若是，则标记所述像素点的像素值为255。
步骤1047：若否，则标记所述像素点的像素值为0。
步骤105：根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率。
按照下述公式将各所述像素点的灰度值进行线性转化为相应的激光功率；显然，当像素灰度值为255时，当前激光器的功率参数即为粉末材料打印的激光功率值，当像素灰度值为0时，则当前的激光功率为0；
其中，Pset表示当前像素点的激光功率，PixelValvue表示像素的灰度值，Pstd表示粉末材料打印的激光功率值。
步骤106：根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
具体的，计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
如图3所示，本发明还提供了一种激光增材制造系统，该系统包括：
获取模块301，用于获取制造物体的三维立体模型。
切片模块302，用于根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点。
判断模块303，用于判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息。
标记模块304，用于根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值。
如图4所示，标记模块304具体包括：
第一判断单元3041，用于通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部。
第一标记单元3042，与所述第一判断单元3041连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型外部时，标记所述像素点的灰度值为0。
第二判断单元3043，与所述第一判断单元3041连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型内部时，判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域。
第二标记单元3044，与所述第二判断单元3043连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离小于设定的壁厚阈值时，标记所述像素点的灰度值为255。
第三判断单元3045，与第二判断单元3043连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离大于设定的壁厚阈值时，判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；所述第三判断单元根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
第三标记单元3046，与所述第三判断单元3045连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构内部时，标记所述像素点的像素值为255。
第四标记单元3047，与所述第三判断单元3045连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构外部时，标记所述像素点的像素值为0。
计算模块305，用于根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率。
扫描打印模块306，用于根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
具体的，所示扫描打印模块306包括：
计算单元，用于计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取单元，用于获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
扫描打印单元，用于根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述
像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种激光增材制造方法，其特征在于，所述方法包括：
获取制造物体的三维立体模型；
根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点；
判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息；
根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值；
根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率；
根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值，具体包括：
通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部；
若否，则标记所述像素点的灰度值为0；
若是，则判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域；
若是，则标记所述像素点的灰度值为255；
若否，则判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；
若是，则标记所述像素点的像素值为255；
若否，则标记所述像素点的像素值为0。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型，具体包括：
计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
5.一种激光增材制造系统，其特征在于，所述系统包括：
获取模块，用于获取制造物体的三维立体模型；
切片模块，用于根据设定的高度阈值对所述三维立体模型进行切片，得到多个切片位图，所述切片位图包括多个像素点；
判断模块，用于判断各所述像素点在所述三维立体模型中的位置，得到各所述像素点对应的位置信息；
标记模块，用于根据各所述像素点对应的位置信息标记各所述像素点的灰度值；
计算模块，用于根据各所述像素点的灰度值计算各所述像素点的激光功率；
扫描打印模块，用于根据各所述像素点的激光功率对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述标记模块具体包括：
第一判断单元，用于通过扫描线填充算法判断各所述像素点是否在所述三维立体模型内部；
第一标记单元，与所述第一判断单元连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型外部时，标记所述像素点的灰度值为0；
第二判断单元，与所述第一判断单元连接，用于当所述像素点在所述三维立体模型内部时，判断各所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离是否小于设定的壁厚阈值；所述三角面片为所述切片位图的三个顶点连接构成的区域；
第二标记单元，与所述第二判断单元连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离小于设定的壁厚阈值时，标记所述像素点的灰度值为255；
第三判断单元，与第二判断单元连接，用于当所述像素点与所述切片位图中三角面片的最短距离大于设定的壁厚阈值时，判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部；
第三标记单元，与所述第三判断单元连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构内部时，标记所述像素点的像素值为255；
第四标记单元，与所述第三判断单元连接，用于当所述像素点位于所述三维立体模型的空间微结构外部时，标记所述像素点的像素值为0。
7.根据权利要求5所述系统，其特征在于，所述扫描打印模块具体包括：
计算单元，用于计算相邻所述像素点之间的距离，得到距离信息；
获取单元，用于获取每个所述像素点的扫描时间，得到扫描时间；
扫描打印单元，用于根据所述激光功率、距离信息以及扫描时间对各所述像素点所在的区域进行扫描打印，得到对应所述制造物体的三维打印模型。
8.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述第三判断单元根据所述三维立体模型的内部填充结构的域函数判断各所述像素点是否位于所述三维立体模型的空间微结构内部。
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