CN109420760A - 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法 - Google Patents

一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109420760A
CN109420760A CN201710723358.0A CN201710723358A CN109420760A CN 109420760 A CN109420760 A CN 109420760A CN 201710723358 A CN201710723358 A CN 201710723358A CN 109420760 A CN109420760 A CN 109420760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
high energy
energy beam
scanning
subregion
scanned
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.)
Pending
Application number
CN201710723358.0A
Other languages
English (en)
Inventor
刘继常
齐利军
刘旭东
陈阳生
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.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
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 Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201710723358.0A priority Critical patent/CN109420760A/zh
Publication of CN109420760A publication Critical patent/CN109420760A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • B22F10/30—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
    • 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
    • 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
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • 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)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于增材制造的提高构件成形质量和效率的高能束扫描方法。不同扫描路径对成形构件的精度、强度、翘曲变形和加工效率方面有重要的影响。本发明提出基于内外轮廓偏移扫描与间隔分区直线往返扫描复合的高能束扫描路径规划方法，即在优化的工艺参数(包括高能束功率、扫描速度和搭接率等)条件下，根据待扫描的数字模型二维截面信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后依照特定的逻辑顺序对每个分区沿平行直线往返扫描。本发明的有益效果是，避免了热应力累积而减少变形，减少了空行程而提高效率和高能束器件的使用寿命，还可以确保成形件的尺寸精度和表面质量，提高构件性能。

Description

一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法
技术领域
本发明涉及一种高能束扫描路径规划方法。具体地说，是涉及一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法。
背景技术
高能束增材制造工艺利用三维模型分层切片得到的截面信息控制高能束逐层熔化材料，堆积成一个完全熔合(冶金结合)的构件。在增材制造过程中，工艺参数、高能束直径、扫描路径都可能对成形件的质量产生很大影响；同时，由于采用单点高能量加载方式，使得能量加载及其导致的各部位成形时间存在先后顺序，同一层内不同位置的温度和应力因扫描顺序不同而有所差异，导致工件产生不均匀的收缩，会引起成形件的变形，甚至开裂，这在很大程度上提高了控制成形件质量的难度。尤其是对于大尺寸成形件，扫描时间过长，层内累积的残余应力过大，易引起构件发生翘曲变形、裂纹等缺陷，严重时导致构件成形过程的中断。因此，在合理选择其他工艺参数的条件下，合理规划高能束扫描路径，在提高制件精度和强度，减小翘曲变形方面有着重要的作用。
目前轮廓偏移扫描和往返平行扫描是增材制造工艺最基本的两种扫描方式，但这两种扫描方式过于简单，无法解决增材制造工艺过程中零部件残余应力过大，翘曲变形等问题。另外，往返平行扫描方式在扫描含有较大孔洞的轮廓时会产生相当大的空行程，影响成形效率。
发明内容
前述这两种基本的扫描方式不能在成形质量(如精度、强度、变形等)和成形效率之间达到理想的平衡。轮廓偏移扫描会使内层应力难于向外释放，制件容易变形；往返平行扫描的成形效果较好但在扫描带有孔洞或凹槽的截面时容易产生多次空行程，影响成形效率和高能束器件的有效使用。
本发明提出一种新的高能束扫描路径规划方法，即基于内外轮廓偏移扫描与间隔分区直线往返扫描复合的高能束扫描路径规划方法。该方法在优化的工艺参数(包括高能束功率、扫描速度、切片层厚和搭接率等)条件下，根据待成形件数字模型的二维截面轮廓信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后采用间隔分区直线往返扫描方法对每个分区进行扫描。先进行内外轮廓的扫描可以提高构件轮廓的精度，防止高能束扫描变向时对构件外表面造成不良的影响。合理的分区有利于避开孔洞及凹槽，减少平行扫描时的空行程以及减少高能束器件开关的次数，利于延长高能束器件的使用寿命。间隔分区直线往返扫描方法生成的合理的分区扫描顺序则可以减少局部区域的热应力累积，减少变形。
本发明提出了一种新的高能束扫描路径规划方法的规划要领。在实施本发明之前，必须先对有关工艺参数进行设置，包括合适的高能束功率、扫描速度与间距(由高能束熔融线宽及设定的搭接率决定)和切片层厚。在获得待成形件数字模型的二维截面轮廓后，首先根据扫描间距对轮廓向待扫描的区域内进行适量偏移，生成第一条偏移扫描线，接着再根据熔扫描间距对这条扫描线向待扫描的区域内进行适量偏移，生成第二条偏移扫描线，直至生成的偏移扫描线达到足以保证形成满足要求的该截面壳体所需要的位置。对于剩余区域，使用平行于X轴或Y轴的线段将它划分成不包含孔洞与内槽的分区。在对多个分区进行扫描时，使用间隔分区扫描方法对分区进行编号排序，使得高能束在结束本分区扫描跳转下一分区时优先扫描与当前分区不相邻的分区，即高能束在完成扫描当前分区后，迅速移动到距离相对较远的分区进行扫描，以免热量累计。
本发明的有益效果是：避免了热应力累积而减少变形，减少了空行程而提高效率和高能束器件的使用寿命，还可以确保待成形件的尺寸精度和表面质量，提高性能。
附图说明
图1为待成形件三维数字模型分层切片后的二维截面；
图2为规划了沿内外轮廓偏移扫描路径后进行了分区的二维截面；
图3为规划了沿内外轮廓偏移扫描路径和间隔分区直线往返扫描路径的二维截面。
图中1为三维数字模型分层切片后的二维截面的外轮廓，2为三维数字模型分层切片后的二维截面的内轮廓，3为沿外轮廓偏移线的扫描路径，4为沿内轮廓偏移线的扫描路径，5为轮廓偏移扫描后的二维截面的分区，6为分区扫描路径。
具体实施方式
结合附图，本发明实施过程如下：1)准备好增材制造软硬件系统，确定在一定材料、设备条件下的高能束功率、扫描速度、扫描间距、切片层厚等工艺参数；2)建立待成形件的三维数字模型，将三维数字模型文件导入增材制造软件系统，计算机根据切片规则将三维模型转换为数层二维截面；3)整理出每层二维截面的轮廓数据，某层二维截面如图1所示；4)对外轮廓1和内轮廓2按一定的扫描间距进行偏移，生成外、内环偏移扫描路径3、4；5)对剩余截面进行分区，得到分区5，如图2所示；6)依照间隔分区扫描方法对分区进行编号排序，并依次生成各分区的直线往返扫描路径6，得到整个二维截面的扫描路径，如图3所示；7)对其余各层截面进行扫描路径规划；8)扫描路径规划后，生成G-code数控代码；9)高能束扫描系统根据数控指令在每层截面上依次扫描成形；10)数控指令运行完成，构件成形过程结束，高能束扫描系统停止动作。

Claims (4)

1.一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征是：根据待成形件的数字模型二维截面信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再根据分区规则对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后依照间隔分区扫描方法依次对每个分区进行直线往返扫描。
2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：在获得待成形件数字模型的二维截面后，首先根据扫描间距对轮廓向待扫描的区域内进行适量偏置，生成第一条偏移扫描线，接着再根据扫描间距对这条扫描线向待扫描的区域内进行适量偏置，生成第二条偏移扫描线，直至生成的偏移扫描线达到足以保证形成满足要求的该截面壳体所需要的位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：分区规则为使用平行于X轴(或Y轴)的线段将对轮廓偏移线包围的剩余区域划分成不包含孔洞与内槽的分区。
4.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：在对多个分区进行扫描时，使用间隔分区扫描方法进行扫描，对分区进行编号排序，使得高能束在结束本分区扫描跳转下一分区时优先扫描与当前分区不相邻的分区，即高能束在完成扫描当前分区后，迅速移动到距离相对较远的分区进行扫描。
CN201710723358.0A 2017-08-22 2017-08-22 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法 Pending CN109420760A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710723358.0A CN109420760A (zh) 2017-08-22 2017-08-22 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710723358.0A CN109420760A (zh) 2017-08-22 2017-08-22 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109420760A true CN109420760A (zh) 2019-03-05

Family

ID=65498934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710723358.0A Pending CN109420760A (zh) 2017-08-22 2017-08-22 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109420760A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110340359A (zh) * 2019-07-22 2019-10-18 西安赛隆金属材料有限责任公司 多孔钽植入物及多孔钽增材制备方法
CN110695492A (zh) * 2019-09-24 2020-01-17 华中科技大学 一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法
CN111014670A (zh) * 2019-12-13 2020-04-17 株洲国创轨道科技有限公司 多加工头增材制造设备的加工区域划分及加工方法
CN111186140A (zh) * 2020-01-20 2020-05-22 浙江大学 一种力线分布的掩模打印路径生成方法
CN113987828A (zh) * 2021-11-10 2022-01-28 中国兵器装备集团自动化研究所 一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法
CN114834044A (zh) * 2022-05-11 2022-08-02 五邑大学 一种无权重的扫描线分区连接增材制造路径规划方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1752240A1 (en) * 2004-05-26 2007-02-14 Matsushita Electric Works, Ltd. Three-dimensional shape model producing method and apparatus
CN101125391A (zh) * 2007-09-01 2008-02-20 南昌大学 快速成型机的复合扫描填充方法
CN102962452A (zh) * 2012-12-14 2013-03-13 沈阳航空航天大学 基于红外测温图像的金属激光沉积制造扫描路径规划方法
CN104175556A (zh) * 2014-07-26 2014-12-03 河北工业大学 一种基于双成形头的快速成型方法
CN104985181A (zh) * 2015-08-05 2015-10-21 湖南华曙高科技有限责任公司 用于制造三维物体的激光扫描方法
CN105537590A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 合肥中加激光技术有限公司 一种金属slm三维打印减小热堆积影响的方法
CN105903961A (zh) * 2016-04-20 2016-08-31 华南理工大学 一种提高金属零件增材制造成型质量的扫描成型方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1752240A1 (en) * 2004-05-26 2007-02-14 Matsushita Electric Works, Ltd. Three-dimensional shape model producing method and apparatus
CN101125391A (zh) * 2007-09-01 2008-02-20 南昌大学 快速成型机的复合扫描填充方法
CN102962452A (zh) * 2012-12-14 2013-03-13 沈阳航空航天大学 基于红外测温图像的金属激光沉积制造扫描路径规划方法
CN104175556A (zh) * 2014-07-26 2014-12-03 河北工业大学 一种基于双成形头的快速成型方法
CN104985181A (zh) * 2015-08-05 2015-10-21 湖南华曙高科技有限责任公司 用于制造三维物体的激光扫描方法
CN105537590A (zh) * 2016-02-01 2016-05-04 合肥中加激光技术有限公司 一种金属slm三维打印减小热堆积影响的方法
CN105903961A (zh) * 2016-04-20 2016-08-31 华南理工大学 一种提高金属零件增材制造成型质量的扫描成型方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110340359A (zh) * 2019-07-22 2019-10-18 西安赛隆金属材料有限责任公司 多孔钽植入物及多孔钽增材制备方法
CN110695492A (zh) * 2019-09-24 2020-01-17 华中科技大学 一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法
CN110695492B (zh) * 2019-09-24 2020-11-24 华中科技大学 一种基于温度分布的复杂零件分区制造方法
CN111014670A (zh) * 2019-12-13 2020-04-17 株洲国创轨道科技有限公司 多加工头增材制造设备的加工区域划分及加工方法
CN111186140A (zh) * 2020-01-20 2020-05-22 浙江大学 一种力线分布的掩模打印路径生成方法
CN111186140B (zh) * 2020-01-20 2021-03-26 浙江大学 一种力线分布的掩模打印路径生成方法
CN113987828A (zh) * 2021-11-10 2022-01-28 中国兵器装备集团自动化研究所 一种基于时间序列的多能场增材制造工艺规划方法
CN114834044A (zh) * 2022-05-11 2022-08-02 五邑大学 一种无权重的扫描线分区连接增材制造路径规划方法
CN114834044B (zh) * 2022-05-11 2023-11-03 五邑大学 一种无权重的扫描线分区连接增材制造路径规划方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109420760A (zh) 一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法
CN104550950B (zh) 用于选区激光熔化的激光扫描方法
CN103639411B (zh) 一种用于逐层制造三维物体的扫描方法
EP2962836B1 (en) An additive manufacturing system and method of additive manufacture utilizing layer-by-layer thermo-mechanical analysis
EP3593926B1 (en) Diode laser fiber array for powder bed fabrication or repair
Jin et al. A parallel-based path generation method for fused deposition modeling
CN106624826B (zh) 一种微束等离子3d打印与铣削复合加工设备与方法
US10144177B2 (en) Method and apparatus for controlling a laser beam for manufacturing three-dimensional objects by means of stacked layers
CN107217253B (zh) 一种光-粉-气同轴输送激光熔覆冲击锻打成形复合制造方法
CN109648080A (zh) 一种用于增材制造三维物体的激光扫描路径规划方法
CN106077638B (zh) 一种用于增材制造的蜂窝式分区扫描方法
CN107866567B (zh) 基于粉末床增材制造的大幅面多激光变接面扫描方法
CN203843168U (zh) 一种高能束增材制造大尺寸金属零部件的设备
KR101989410B1 (ko) 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치
CN104625876B (zh) 基于在机测量的增压器叶轮叶片加工方法
CN204414600U (zh) 一种大尺寸熔融沉积3d打印机调平装置
CN104626582A (zh) 一种大尺寸熔融沉积3d打印机调平装置及其调平方法
CN105463452A (zh) 一种激光快速成形件的成形方法
CN105710366A (zh) 一种用于增材制造三维物体的扫描方法
CN110153643A (zh) 一种增减材制造过程累积误差消除方法
CN104289797A (zh) 一种mig快速成形的系统
CN104005022B (zh) 一种铁基粉末激光熔覆管道成型方法
CN110625114A (zh) 一种用于同轴送粉的激光扫描方法
CN109079136B (zh) 一种3d打印方法
CN102248164A (zh) 一种激光微区再制造梯度功能模具的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190305