CN110126266A - 一种三维物体制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维物体制造方法，包括：针对待打印三维物体的所有层中的至少一层采用第一方式进行扫描，直至获得打印成型的三维物体；将该打印成型的三维物体置于熔炼炉内，使该打印成型的三维物体的轮廓包含区域内填充的粉末熔融烧结，以得到最终的三维物体；其中，第一方式具体包括：获取待打印三维物体的当前层截面信息；识别当前层截面的所有轮廓边界线，计算轮廓边界线所形成的至少一个轮廓间距参数；根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线；对当前层截面包含的所有轮廓边界线和支撑线进行扫描，本发明由于支撑线的扫描工作量要远小于填充扫描的工作量，因此原本填充部分的大量扫描任务被大大缩减，提高了工作效率。

Description

一种三维物体制造方法
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种三维物体制造方法。
背景技术
增材制造技术（Additive Manufacturing，简称AM）也称为3D打印，是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。粉床熔融技术是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一，其基本工作原理是：需在前处理软件中对工件三维模型进行切片处理，得到工件每一层打印的信息，并规划激光扫描路径。在打印过程中送粉装置将一定量粉末送至工作台面，铺粉刮刀将一层粉末材料平铺在成型缸已成型工件的上表面，振镜系统控制激光器按照该层的截面轮廓，根据之前规划好的扫描路径对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉刮刀又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
随着科技的不断进步，目前的增材制造技术也日趋成熟，然而如何进一步提高打印的三维物体的精度，以及打印速度已成为业界十分重视，并不断探索的技术难点。
现有技术中，一般采用多激光器和多振镜同时扫描的方式提升加工效率，然而，此方案实施起来成本高昂，技术难度较大，拼接效果也较差，且效率提升有限。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种提高工作效率的三维物体制造方法。
为实现上述目的，本申请提供了一种三维物体制造方法，包括以下步骤：
针对待打印三维物体的所有层中的至少一层采用第一方式进行扫描，直至获得打印成型的三维物体；
将该打印成型的三维物体置于熔炼炉内，使该打印成型的三维物体的轮廓包含区域内填充的粉末熔融烧结，以得到最终的三维物体；
其中，所述第一方式具体包括：
获取待打印三维物体的当前层截面信息；
识别当前层截面的所有轮廓边界线，计算轮廓边界线所形成的至少一个轮廓间距参数；
根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线；
对当前层截面包含的所有轮廓边界线和支撑线进行扫描。
作为本发明的进一步优选方案，根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线具体包括：
当轮廓间距参数小于或等于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内不设置支撑线；
当轮廓间距参数大于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置若干条支撑线。
作为本发明的进一步优选方案，所述若干条支撑线平行设置于轮廓区域内。
作为本发明的进一步优选方案，所述若干条支撑线呈阵列式设置于轮廓区域内。
作为本发明的进一步优选方案，当轮廓间距参数大于第二预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内还设置若干加强筋，并对所有加强筋进行扫描，所述第二预设距离为第一预设距离的2-3倍。
作为本发明的进一步优选方案，所述支撑线、加强筋的宽度和长度根据待打印三维物体所需的结构强度调整。
作为本发明的进一步优选方案，所述待打印三维物体的所有层均采用第一方式进行扫描。
作为本发明的进一步优选方案，所述熔炼炉的温度为待打印粉末材料熔点的95%-99%之间。
本发明的三维物体制造方法，通过获取待打印三维物体的当前层截面信息；
识别当前层截面的所有轮廓边界线，计算轮廓边界线所形成的至少一个轮廓间距参数；根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线；对当前层截面包含的所有轮廓边界线和支撑线进行扫描，使得本发明的三维物体制造方法，由于支撑线的扫描工作量要远远小于填充扫描的工作量，因此原本填充部分的大量扫描任务被极大的缩减，零件的3D打印总时间得到了大大减少，从而提高了工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的一实施例中三维物体制造方法的方法流程图；
图2为本发明提供的一实施例中步骤11的执行步骤图；
图3为本发明提供的一实施例中三维物体制造过程的结构示意图；
图4为本发明提供的一实施例中待打印三维物体的结构示意图；
图5为本发明提供的另一实施例中待打印三维物体的结构示意图。
图中标记如下：
1、外轮廓，2、内轮廓，3、支撑线，4、加强筋，5、送粉缸，6、铺粉器，7、振镜系统，8、成型缸，9、待打印三维物体，10、激光器。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图3所示，粉床熔融技术一般需在前处理软件中对工件三维模型进行切片处理，得到工件每一层打印的信息，并规划激光扫描路径。在打印过程中送粉缸5将一定量粉末送至工作台面，铺粉器6将一层粉末材料平铺在成型缸8已成型工件的上表面，振镜系统7控制激光器10按照该层的截面轮廓，根据之前规划好的扫描路径对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺粉器6又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
在现有技术的粉床熔融技术中，零件一般分为填充和轮廓两部分，填充部分用来打印零件实体，轮廓部分用来描边，而零件填充部分的扫描时间占用了零件加工总时间的绝大部分。为了减少3D打印时间，本申请的发明创造人提出了这样一个构思：在3D打印零件在形成切片数据时，将零件实体分为内、外轮廓1两部分，而原本的填充部分则被必要的支撑结构所取代。这样在零件内外轮廓1之间便充满了大量未烧结的粉末和必要的支撑结构。由于支撑结构的工作量要远远小于实体填充的工作量，因此原本填充部分的大量扫描任务被极大的缩减，零件的3D打印总时间得到大大的减少。最后，再将打印完的零件放入熔炼炉内进行二次加工，以使零件内部未烧结的粉末进行烧结，最终粉末与支撑结构和内外轮廓1完全烧结在一起，即完成了三维物体的整个打印过程。
基于以上发明构思，本发明提供了一种三维物体制造方法，参照图1和图3，其包括以下步骤：
步骤11、针对待打印三维物体9（简称零件）的所有层中的至少一层采用第一方式进行扫描，直至获得打印成型的三维物体；
进一步参照图2，所述步骤11中第一方式具体包括：
步骤111、获取待打印三维物体9的当前层截面信息；
步骤112、识别当前层截面的所有轮廓边界线，计算轮廓边界线所形成的至少一个轮廓间距参数；具体地，由于轮廓边界线的不同形状，所以其可能形成一个或多个轮廓间距；
步骤113、根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线3；
具体地，该步骤113的根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线3具体包括：
当轮廓间距参数小于或等于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内不设置支撑线3；
当轮廓间距参数大于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置若干条支撑线3。
所述第一预设距离可为5毫米，当然其具体数值还可根据设计需要具体设定。
具体实施中，可根据需要设计的强度以及轮廓区域内填充的粉量确定支撑线3的数量、宽度和长度，且所述若干条支撑线3可平行地、或者呈阵列式设置于轮廓区域内，当然其还可以呈其它方式设置于轮廓区域内，例如交错设置等。在此需说明的是，本发明对于支撑线3的形状、设置方式不做限定，其可根据设计需要自由设定。
另外，当轮廓间距参数大于第二预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内还设置若干加强筋4，并对所有加强筋4进行扫描，所述第二预设距离为第一预设距离的2-3倍，这样可以更好的保证结构强度和填充的粉量。
待打印三维物体9一般可分为实心零件和具有壁的非实心零件，所谓的实心零件并不意味着零件是完全的实体，它也可以具有局部的中空结构。如图4所示，其为一种具有壁的非实心零件，在进行3D打印时，将该零件设计成3部分，外轮廓1、内轮廓2（外轮廓1和内轮廓2均属于轮廓边界线）和位于两层轮廓之间的轮廓区域。内轮廓2和外轮廓1的打印厚度，可根据零件内填充粉末的量的多少来进行具体设计，而轮廓区域内设置的支撑线3，也可根据粉量的多少来设计其支撑结构的粗细长短等参数。如内外壁之间距离较大，零件高度较高，导致填充部分的粉末量较大，即可将内外壁的厚度增大，粉末内部的支撑结构设计的相对粗壮一些。
如图5所示的实心结构零件，由于其为实心结构，因此零件只有外轮廓1，没有内轮廓2。由于轮廓之间的轮廓间距参数大于第二预设距离，即零件内部填充的粉末量较大，为了增加3D打印零件的结构强度，除了设计有正常的网格状支撑线3外，在零件内部还设计了若干条加强筋4，这样可使得零件内部的结构强度大大加强。同理，所述加强筋4的宽度和长度也可根据待打印三维物体9所需的结构强度调整。
步骤114、对当前层截面包含的所有轮廓边界线和支撑线3进行扫描。
步骤12、将该打印成型的三维物体置于熔炼炉内，使该打印成型的三维物体的轮廓包含区域内填充的粉末熔融烧结，以得到最终的三维物体；
具体地，当待打印三维物体9完成3D打印后，将其转移至熔炼炉内，由熔炼炉将零件内未烧结的粉末进行熔融烧结，与支撑和内外壁烧结成一体，完成零件的加工。所述熔炼炉的温度接近待打印的粉末材料熔点，但不等于其熔点，优选为待打印粉末材料熔点的95%-99%之间的某一温度，当然其还可以根据具体种类的待打印粉末材料进行稍微调整，以满足轮廓填充区域内少量粉末熔化而不影响已成型的打印零件质量即可。
在此需说明的是，优选地，所述待打印三维物体9的所有层均采用第一方式进行扫描，这样可更多的节约扫描时间，但在具体实施中，设计人员可根据设计需要在某一层、某几层选择上述第一方式进行扫描，而其余各层参照现有技术的扫描方式进行，现有技术的扫描方式可为任一种，在此不做限制，且由于是现有技术，也不做具体阐述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种三维物体制造方法，其特征在于，包括：
针对待打印三维物体的所有层中的至少一层采用第一方式进行扫描，直至获得打印成型的三维物体；
将该打印成型的三维物体置于熔炼炉内，使该打印成型的三维物体的轮廓包含区域内填充的粉末熔融烧结，以得到最终的三维物体；
其中，所述第一方式具体包括：
获取待打印三维物体的当前层截面信息；
识别当前层截面的所有轮廓边界线，计算轮廓边界线所形成的至少一个轮廓间距参数；
根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线；
对当前层截面包含的所有轮廓边界线和支撑线进行扫描。
2.根据权利要求1所述的三维物体制造方法，其特征在于，根据轮廓间距参数的大小判断是否在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置支撑线具体包括：
当轮廓间距参数小于或等于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内不设置支撑线；
当轮廓间距参数大于第一预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内设置若干条支撑线。
3.根据权利要求2所述的三维物体制造方法，其特征在于，所述若干条支撑线平行设置于轮廓区域内。
4.根据权利要求2所述的三维物体制造方法，其特征在于，所述若干条支撑线呈阵列式设置于轮廓区域内。
5.根据权利要求3或4所述的三维物体制造方法，其特征在于，当轮廓间距参数大于第二预设距离时，在该轮廓间距对应的轮廓区域内还设置若干加强筋，并对所有加强筋进行扫描，所述第二预设距离为第一预设距离的2-3倍。
6.根据权利要求5所述的三维物体制造方法，其特征在于，所述支撑线、加强筋的宽度和长度根据待打印三维物体所需的结构强度调整。
7.根据权利要求6所述的三维物体制造方法，其特征在于，所述待打印三维物体的所有层均采用第一方式进行扫描。
8.根据权利要求7所述的三维物体制造方法，其特征在于，所述熔炼炉的温度为待打印粉末材料熔点的95%-99%之间。
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