CN110193603B - 一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法,包括以下步骤:采用第一分区线对所述轮廓文件进行条形分区,获得若干第一分区;采用第二分区线对每一第一分区进行条形分区,将每一第一分区划分为两部分;以第二分区线与轮廓文件边界线的交点为原点,在轮廓文件区域内,分别向与之相邻的第一分区线做垂线段,根据第一分区线和垂线段,确定第三分区线,并根据第三分区线划分轮廓文件确定最终分区。经优化后的最终分区内填充线长度适中,避免了因填充线过短或过短,导致加工扫描时,造成热量瞬时堆积,或,在同一加工区域内,一部分区域处于熔化状态,而另一部分区域却已经冷却的现象,从而影响零件质量。
Description
技术领域
本发明涉及三维打印技术领域,具体涉及一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法。
背景技术
激光选区熔化技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术,通过专用软件对零件三维数模进行切片分层,获得各截面的轮廓数据后,利用高能量激光束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末,通过逐层铺粉,逐层熔化凝固堆积的方式,制造三维实体零件。
在激光选区熔化加工过程中,工件的加工质量受到了如激光光斑尺寸、扫描速度、扫描间距、扫描路径、扫描线长度等工艺参数的制约;在众多的加工工艺参数中,扫描线的长度一直是被忽略的对象;但是采用不同的扫描线长度进行加工,会导致最终产品质量的不同,具体地,扫描线过长,会造成在同一加工区域内,一部分区域处于熔化状态,而另一部分区域却已经冷却的现象,使得零件上同一加工区域内的应力分布不均,从而降低产品质量;而扫描线过短,则会造成热量瞬时堆积的现象,最终也会降低零件的性能。
目前,在采用激光选区熔化技术加工过程中,大多采用条形分区的方式对一层轮廓文件进行分区,在这种情况下,填充线的长度受制于条形分区宽度和角度的影响;因此,如何合理规划填充线长度的问题就转变为如何合理规划条形分区的问题。
发明内容
为了克服现有技术中因条形分区设置不合理,致使扫描线长度过短或过长,从而影响加工工件品质的技术问题,进而提供一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法。
本发明所述的基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法,包括以下步骤:
向激光选区熔化设备导入所需制备工件的三维模型;
对三维模型切片,获取并识别工件的一层截面轮廓文件;
采用第一分区线对轮廓文件进行条形分区,获得若干第一分区,其中,相邻第一分区线之间的分区宽度为d,第一分区线与水平方向的夹角为α;
采用第二分区线对每一第一分区进行条形分区,将每一第一分区划分为两部分,其中,第二分区线与其所在的第一分区一侧的第一分区线之间的距离为e,e的取值范围为0<e<d,第二分区线与水平方向的夹角为α;
以第二分区线与轮廓文件边界线的交点为原点,在轮廓文件区域内,分别向与之相邻的第一分区线做垂线段,根据第一分区线和垂线段,确定第三分区线,并根据第三分区线划分轮廓文件确定最终分区。
优选地,采用第一分区线对轮廓文件进行条形分区,具体包括如下操作步骤:
设定相邻第一分区线之间的分区宽度为d、第一分区线与水平方向的夹角为α;
在轮廓文件区域内,以第一分区线等间距排布的方式,进行条形分区,获得若干第一分区。
优选地,确定第三分区线,并根据第三分区线划分轮廓文件确定最终分区,具体包括如下操作步骤:
获取第一分区线与轮廓文件边界线的第一交点,以及第二分区线与轮廓文件边界线的第二交点;
在轮廓文件区域内,以每一第二交点为原点,分别向与之相邻的第一分区线做垂线段,每一垂线段将与之相交的第一分区线划分为两部分;
确定长分区线和短分区线;其中,长分区线为第一分区线上,垂线段的垂足与两第一交点之间长度较长的线段,短分区线为第一分区线上,垂线段的垂足与两第一交点之间长度较短的线段;
将短分区线删除,并判断删除短分区线后,每一垂线段是否与长分区线相交,若相交,则将垂线段与长分区线合并,若不相交,则将没有与长分区线相交的垂线段删除,得到第三分区线;
删除第二分区线,以第三分区线作为划分依据,确定最终分区。
优选地,分区宽度e的优选值为d/2。
优选地,切片层厚度为15至50微米。
优选地,切片层厚度的优选值为30微米。
优选地,分区角度α的取值范围为0<α<180度。
优选地,分区角度α的优选值为60度。
优选地,步骤S4中,分区宽度d的取值范围为5至10毫米。
优选地,填充线与第一分区线垂直。
综上所述,本发明采用分区角度为α,且相邻之间的分区宽度为d的第一分区线,对加工工件的一层截面轮廓文件进行条形分区,得到若干第一分区后,采用第二分区线,再对每一第一分区进行条形分区,将每一第一分区划分为两部分,在轮廓文件区域内,以每一第二分区线与轮廓文件边界线为原点,向与之相邻的第一分区线做垂线段,每一垂线段将与之相交的第一分区线划分为两部分,删除每一第一分区线上长度较短的短分区线后,将长分区线以及与长分区线相交的垂线段合并,构成第三分区线,以第三分区线为划分依据,得到这一层截面轮廓文件的最终分区。
与现有技术相比,轮廓文件的最终分区内,最短的扫描线长度不小于d/2,可以避免因扫描线长度过短,导致打印时热量瞬时堆积,影响工件品质,同时,最长的扫描线长度不大于2d,可以避免因扫描线长度过长,导致打印时,同一分区内,一部分材料处于熔化状态,而另一部分材料因加工时间间隔较长,已处于冷却状态,从而使得工件同一区域内应力分布不均。
附图说明
图1是未优化分区的填充示意图;
图2是本发明中经第一分区线和第二分区线进行条形分区后示意图;
图3是本发明中优化分区后的填充示意图。
其中,1为第一分区线,2为第二分区线,3为第三分区线,4为边界线,5为填充线。
具体实施方式
下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
参见图1,为未经优化分区的填充效果图,设定分区角度和分区宽度后,采用相应分区线对一层轮廓文件进行条形分区,并对经条形分区后的轮廓文件进行填充,可以看出,位于分区线与边界线4交点附件区域的填充线5的长度较短,而填充线5过短,则会造成沿填充线加工扫描时,热量瞬时堆积的现象,从而降低零件的性能;若仅通过增加分区宽度的方式,调整填充线5的长度,会使得部分填充线5长度较长,造成在同一加工区域内,一部分区域处于熔化状态,而另一部分区域却已经冷却的现象,使得零件上同一加工区域内的应力分布不均,最终也会降低产品质量。
为了克服现有技术中因条形分区设置不合理,致使扫描线长度过短或过长,从而影响加工工件品质的技术问题,进而提供一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法。
本发明所述的基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法,包括以下步骤:
S1、向激光选区熔化设备导入所需制备工件的三维模型;
S2、对三维模型切片,获取并识别工件的一层截面轮廓文件;
本实施例中,切片层厚度为15至50微米。
较优选实施例为,切片层厚度的优选值为30微米。
S3、采用第一分区线1对轮廓文件进行条形分区,获得若干第一分区,其中,相邻第一分区线1之间的分区宽度为d,第一分区线1与水平方向的夹角为α;
其中,采用所述第一分区线对所述轮廓文件进行条形分区,具体包括如下操作步骤:
S31、设定相邻第一分区线1之间的分区宽度为d、第一分区线1与水平方向的夹角为α;
S32、如图1所示,在轮廓文件区域内,以第一分区线1等间距排布的方式,进行条形分区,获得若干第一分区。
本实施例中,分区角度α的取值范围为0<α<180度,分区宽度d的取值范围为5至10毫米。
较优选实施例为,分区角度α的优选值为60度。
S4、如图2所示,采用第二分区线2对每一第一分区进行条形分区,将每一第一分区划分为两部分,其中,第二分区线2与其所在的第一分区一侧的第一分区线1之间的距离为e,e的取值范围为0<e<d,第二分区线2与水平方向的夹角为α;
较优选实施例为,分区宽度e的优选值为d/2,采用d/2的分区宽度,作为第二分区线2与其所在的第一分区一侧的第一分区线1之间的距离,使得第一分区线与轮廓文件边界线交点附近区域得到充分优化,以使这部分区域内的填充线不会过短。
S5、以第二分区线2与轮廓文件边界线4的交点为原点,在轮廓文件区域内,分别向与之相邻的第一分区线1做垂线段,根据第一分区线1和垂线段,确定第三分区线3,并根据第三分区线3划分轮廓文件确定最终分区。
其中,确定所述第三分区线,并根据所述第三分区线划分所述轮廓文件确定最终分区,具体包括如下操作步骤:
S51、获取第一分区线1与轮廓文件边界线4的第一交点,以及第二分区线2与轮廓文件边界线4的第二交点;
S52、在轮廓文件区域内,以每一第二交点为原点,分别向与之相邻的第一分区线1做垂线段,每一垂线段将与之相交的第一分区线1划分为两部分;
S53、确定长分区线和短分区线;其中,长分区线为第一分区线1上,垂线段的垂足与两第一交点之间长度较长的线段,短分区线为第一分区线1上,垂线段的垂足与两第一交点之间长度较短的线段;
S54、将短分区线删除,并判断删除短分区线后,每一垂线段是否与长分区线相交,若相交,则将垂线段与长分区线合并,若不相交,则将没有与长分区线相交的垂线段删除,得到第三分区线3;
S55、删除第二分区线2,以第三分区线3作为划分依据,确定最终分区。
进一步地,如图3所示,填充线5与第一分区线1垂直,这样不会因填充线5与第一分区线1之间的夹角过小或过大,使得各分区内的填充线5过长;当然,可以想到的是,当填充线5与第一分区线1垂直时,此时填充线5与第一分区线1、第二分区线2之间的垂线段平行,使得经优化后的最终分区内,在垂线段附近区域的填充线5长度不会过短。
综上所述,本发明基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法,通过对轮廓文件内的条形分区进行优化,获得优化后的最终分区,以使最终分区内,最短的扫描线长度不小于d/2,同时,最长的扫描线长度不大于2d,可以避免因扫描线长度过短,导致打印时热量瞬时堆积,或者,避免因扫描线长度过长,使得打印时,同一分区内,一部分材料处于熔化状态,而另一部分材料因加工时间间隔较长,已处于冷却状态,导致工件同一区域内应力分布不均,影响工件品质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于扫描线长度优化的激光选区熔化分区方法,其特征在于,包括以下步骤:
向激光选区熔化设备导入所需制备工件的三维模型;
对所述三维模型切片,获取并识别所述工件的一层截面轮廓文件;
采用第一分区线对所述轮廓文件进行条形分区,获得若干第一分区,其中,相邻所述第一分区线之间的分区宽度为d,所述第一分区线与水平方向的夹角为α;
采用第二分区线对每一所述第一分区进行条形分区,将每一所述第一分区划分为两部分,其中,所述第二分区线与其所在的第一分区一侧的第一分区线之间的距离为e,e的取值范围为0<e<d,所述第二分区线与水平方向的夹角为α;
以所述第二分区线与所述轮廓文件边界线的交点为原点,在所述轮廓文件区域内,分别向与之相邻的所述第一分区线做垂线段,根据所述第一分区线和垂线段,确定第三分区线,并根据所述第三分区线划分所述轮廓文件确定最终分区;其中,
确定所述第三分区线,具体包括如下操作步骤:
获取所述第一分区线与所述轮廓文件边界线的第一交点,以及所述第二分区线与所述轮廓文件边界线的第二交点;
在所述轮廓文件区域内,以每一所述第二交点为原点,分别向与之相邻的所述第一分区线做垂线段,每一所述垂线段将与之相交的所述第一分区线划分为两部分;
确定长分区线和短分区线;其中,所述长分区线为所述第一分区线上,所述垂线段的垂足与两所述第一交点之间长度较长的线段,所述短分区线为所述第一分区线上,所述垂线段的垂足与两所述第一交点之间长度较短的线段;
将所述短分区线删除,并判断删除所述短分区线后,每一所述垂线段是否与所述长分区线相交,若相交,则将所述垂线段与所述长分区线合并,若不相交,则将没有与所述长分区线相交的所述垂线段删除,得到第三分区线。
2.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,采用所述第一分区线对所述轮廓文件进行条形分区,具体包括如下操作步骤:
设定相邻所述第一分区线之间的分区宽度为d、所述第一分区线与水平方向的夹角为α;
在所述轮廓文件区域内,以第一分区线等间距排布的方式,进行条形分区,获得若干第一分区。
3.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,根据所述第三分区线划分所述轮廓文件确定最终分区,具体包括如下操作步骤:
删除所述第二分区线,以所述第三分区线作为划分依据,确定最终分区。
4.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,所述第二分区线与其所在的第一分区一侧的第一分区线之间的距离e的值为d/2。
5.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,切片层厚度为15至50微米。
6.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,切片层厚度的值为30微米。
7.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,夹角α的取值范围为0<α<180度。
8.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,夹角α的值为60度。
9.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,所述分区宽度d的取值范围为5至10毫米。
10.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,扫描线与所述第一分区线垂直。
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