CN110722159B - 一种3d打印的切片方法、方法、产品及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增材制造技术领域，具体公开了一种3D打印的切片方法，包括以下步骤：建立待打印产品的三维模型，对三维模型进行切片处理，获得若干个切片层；采用随形分割对每一个切片层进行分区；随形分割的步骤包括：利用若干纬线对切片层进行分区；纬线为切片层的轮廓线的倍数缩小，纬线与切片层的轮廓线平行。本发明还公开了利用上述切片方法的3D打印的方法、3D打印的产品及3D打印的设备。本发明可使切片层分区更加均匀，提高成型构件表面平整度和成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种3D打印的切片方法、方法、产品及设备。
背景技术
在3D打印过程中，对产品进行三维建模和切片，是制定3D打印制造方案的必须步骤，目前对切片层进行分区较常用的方法为棋盘式或网格式分割方法，但对于复杂形状的零件，采用棋盘式或网格式进行分割，其靠近切片层边沿部位容易出现分区过小和死角的问题，网格式分割效果如图1所示，导致在激光沉积打印过程中发生能量过于集中和能量分布不均匀的问题，从而影响产品综合性能。
发明内容
为了解决现有技术中切片层分区时出现分区过小和存在死角的问题，提供一种3D打印的切片方法、方法、产品及设备。
本发明提供一种3D打印的切片方法，包括以下步骤：
建立待打印产品的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干个切片层；
采用随形分割对每一个所述切片层进行分区；所述随形分割的步骤包括：
利用若干纬线对所述切片层进行分区；所述纬线为所述切片层的轮廓线的倍数缩小，所述纬线与所述切片层的轮廓线平行。
采用上述技术方案，对于形状复杂的构件，尤其是弯折和尖锐突出部分较多的构件，在进行切片层分区时，切片层轮廓线的弯折、尖锐突出部位容易产生死角或分区过小的问题，例如，采用网格式分区时，弯折、尖锐突出部位分区过小，导致该部位激光扫描时能量过于集中，沉积层表面平整度差且构件容易开裂。而利用纬线进行随形分割，由于纬线与切片层的轮廓线平行，且纬线是轮廓线的倍数缩小，其形状与轮廓线相同，因此，纬线与轮廓线的距离处处相等，不会出现部分区域分区过小和死角的情况，切片层分区均匀，有利于均匀扫描打印，减少构件开裂，提高构件表面平整度，提高构件成型质量。
进一步的，所述随形分割的步骤还包括：
利用若干纬线对所述切片层进行分区之后，再利用若干经线对所述切片层进行再次分区，所述经线与所述纬线交叉。
采用上述技术方案，利用纬线进行分区后，由于纬线是切片层轮廓线的倍数缩小，因此，进行分区的纬线长度不等，各分区面积也各不相等，利用经线再次分区后，可将面积较大的分区进行再次分区，使同一切片层各分区面积均匀，从而进一步避免激光扫描能量分布不均匀，热量集中，构件容易开裂的问题，提高成型构件表面平整度，提高零件表面和侧面的成型质量。
进一步的，所述经线为纬线的法线。
采用上述技术方案，利用与纬线垂直的经线进行再次分区，可以避免经线与部分纬线的弯折、尖锐突起部位相重叠的情况，进一步避免分区过小和死角的产生，另一方面，经线与多个纬线垂直相交进行再次分区，减少分区线数量的同时达到均匀分区的目的。
进一步的，所述纬线被所述经线分割为若干子线段，所述子线段长为120~200mm。
采用上述技术方案，经过纬线和经线分区后，子线段在120~200mm范围时，各分区的子线段不会太长或太短，从而确保各分区不会太长或太短，便于激光进行扫描。
进一步的，相邻的所述纬线的间距为25~40mm。
采用上述技术方案，子线段和纬线间距在上述范围内时，各分区面积控制在0.003~0.008m2，分区扫描面积适中，且分区均匀，可以使激光扫描的能量分布更加均匀，从而提高表面平整度和成型零件质量。
进一步的，任意两个相邻的所述纬线的间距相等。
采用上述技术方案，相邻纬线间距相等，有利于进行均匀分区。
进一步的，分区后形成的分区间隙的宽度为0.5D+1mm，其中D为光斑直径。
采用上述技术方案，分区间隙有利于分区与分区之间相邻的熔道进行恰当的搭接。
本发明还提供一种3D打印的方法，利用上述的切片方法进行切片处理。
采用上述技术方案，利用纬线进行随形分割，由于纬线与切片层的轮廓线平行，且纬线是轮廓线的倍数缩小，其形状与轮廓线相同，因此，纬线与轮廓线的距离处处相等，不会出现部分区域分区过小和死角的情况，分区均匀，从而确保进行3D打印时，激光扫描能量分区均匀，表面平整，构件成型质量好。
本发明还提供一种3D打印的产品，所述3D打印的产品由上述的3D打印的方法制成。
采用上述技术方案，利用纬线进行随形分割，由于纬线与切片层的轮廓线平行，且纬线是轮廓线的倍数缩小，其形状与轮廓线相同，因此，纬线与轮廓线的距离处处相等，不会出现部分区域分区过小和死角的情况，分区均匀，从而确保进行3D打印时，激光扫描能量分区均匀，3D打印的产品表面平整，成型质量好。
本发明还提供一种3D打印的设备，所述3D打印的设备上设有实现上述3D打印的方法的控制部件。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明利用纬线进行随形分割，由于纬线与切片层的轮廓线平行，且纬线是轮廓线的倍数缩小，其形状与轮廓线相同，因此，纬线与轮廓线的距离处处相等，不会出现部分区域分区过小和死角的情况，切片层分区均匀，有利于均匀扫描打印，减少构件开裂，提高表面平整度，提高构件成型质量。
2、本发明先利用纬线进行分区，再用经线再次分区后，可将面积较大的分区进行再次分区，使同一切片层各分区面积均匀，从而进一步避免激光扫描能量分布不均匀，热量集中，构件容易开裂的问题，提高成型构件表面平整度，提高零件表面和侧面的成型质量。
附图说明
图1是现有技术的网格式分区示意图；
图2是本发明的3D打印的切片方法的流程图；
图3是本发明的3D打印的切片方法的切片层示意图；
图4是本发明的纬线分区后的切片层示意图；
图5是本发明经线分区后的切片层示意图；
图6是本发明实施例1制备的金属构件的纵向100倍金相图；
图7是本发明实施例1制备的金属构件的纵向500倍金相图；
图8是本发明实施例1制备的金属构件的横向100倍金相图；
图9是本发明实施例1制备的金属构件的横向500倍金相图。
图中，1-纬线，2-经线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图2所示，提供本发明涉及的一种3D打印的切片方法，包括以下步骤：
S1.建立待打印产品的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干个切片层。
需要进一步说明的是，以待打印产品的高度方向建立实体三维模型；沿高度方向对零件三维模型进行平面分层切片。下述的随性分割分区针对每个切片层进行操作，遍历所有切片层。
本发明的切片方法适用于所有可3D打印的产品，在复杂形状的构件切片时效果更为显著，例如胫格形构件。
示例地，对环形构件，其切片层如图3所示。
S2.采用随形分割对每一个所述切片层进行分区；所述随形分割的步骤包括：
S201.利用若干纬线1对所述切片层进行分区；所述纬线1为所述切片层的轮廓线的倍数缩小，所述纬线1与所述切片层的轮廓线平行。
需要进一步说明的是，纬线1与轮廓线位置对应，当然错位设置也可以实现同样的目的。
作为本步骤的一个优选实施例，相邻的所述纬线1的间距为25~40mm。
需要说明的是，纬线1间距可以是25mm、40mm或30mm等，只要纬线1间距处于25~40mm之间的范围，进行分区时，可以防止分区过窄或过宽的情况产生。
纬线1的数量，可以根据待打印构件的长宽尺寸来决定，例如，待打印构件长宽尺寸为120mm时，用于分区的纬线1适宜三条或四条。
作为本步骤的一个优选实施例，任意两个相邻的所述纬线1的间距相等，如图4所示。
需要说明的是，纬线1间距相等时，可以防止部分分区狭窄的情况。当然，相邻纬线1的间距也可以不等，同样可以实现相同的目的。
作为步骤S2的一个优选实施例，所述随形分割的步骤还包括：
S202.利用若干纬线1对所述切片层进行分区之后，再利用若干经线2对所述切片层进行再次分区，所述经线2与所述纬线1交叉。
需要说明的是，当纬线1长度较长时，分区较大且不易进行均匀分区，经线2可垂直或与纬线1成一定角度的方式进行再次分区，将分区进一步细化，便于均匀分区。
经线2可以采用直线或曲线，只要能完成均匀化的再次分区即可，另一方面，各经线2可以与纬线1的各部分垂直、或形成一定角度相交，都可以实现再次均匀分区的目的。
需要说明的是，步骤S202和步骤S201的顺序可以颠倒，即可以先利用经线2分区，再利用纬线1进行分区。
作为本步骤的一个优选实施例，所述经线2为纬线1的法线。
需要说明的是，经线2有多条，且各条经线2分别是纬线1各位置的法线，即各经线2分别垂直纬线1的各个位置，以达到均匀分区的目的。经线2的具体数量及位置，可根据纬线1分区后各分区面积进行设置，较大面积的分区则进一步设置若干个经线2再次分区，较小面积的分区则无需设置经线2。
作为本步骤的一个优选实施例，所述纬线1被所述经线2分割为若干子线段，所述子线段长为120~200mm。效果如图5所示。
需要说明的是，未被经线2分割的纬线1，则该纬线1长度为120~200mm，有利于切片层均匀分区。
子线段及未被经线2分割的纬线1长度可以是120mm、200mm或者150mm、180mm，可根据待打印构件的尺寸进行设置，选择120~200mm之间的合适数值。
作为本步骤的一个优选实施例，分区后形成的分区间隙的宽度为0.5D+1mm，其中D为光斑直径。
需要说明的是，分区间隙需要根据激光扫描的光斑直径进行设置，以便于控制相邻分区相接熔道的搭接率。例如，光斑直径为10mm，分区间隙为6mm。
本发明还提供一种3D打印的方法，利用上述的切片方法进行切片处理。
需要说明的是，采用上述切片方法的3D打印的方法，优选同轴送粉激光沉积方法。
本发明还提供一种3D打印的产品，所述3D打印的产品由上述的3D打印的方法制成。
需要说明的是，本发明的切片方法可以应用于各种能够3D打印制造的产品。
本发明还提供一种3D打印的设备，所述3D打印的设备上设有实现上述3D打印的方法的控制部件。
需要说明的是，可在现有技术中任意一种3D打印的设备上设置该控制部件。
以下为本发明提供的具体实施例
实施例1
一种3D打印的切片方法，包括以下步骤：
S1.建立待打印产品的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干个切片层；切片层如图3所示。
S2.采用随形分割对每一个所述切片层进行分区；所述随形分割的步骤包括：
S201.利用若干纬线1对所述切片层进行分区；所述纬线1为所述切片层的轮廓线的倍数缩小，所述纬线1与所述切片层的轮廓线平行。任意两个相邻的所述纬线1的间距相等，且相邻的所述纬线1的间距为25mm，如图4所示。
S202.利用若干纬线1对所述切片层进行分区之后，再利用若干经线2对所述切片层进行再次分区，所述经线2为纬线1的法线，所述经线2与所述纬线1交叉。所述纬线1被所述经线2分割为若干子线段，所述子线段长为120mm。分区后形成的分区间隙的宽度为6mm。如图5所示。
在本实施例中，采用上述3D打印切片方法进行同轴送粉激光沉积3D打印，制备TC4金属的环形构件，原料粉末为TC4金属粉末，激光扫描设备选择TSC-S4510设备，基板选择纯钛基板，激光扫描过程中全程氩气保护进行操作。
激光扫描的具体工艺参数如下：光斑直径为10mm，扫描间距为6.0mm，搭接率为40%；激光功率为7000 W~8000W，扫描速度0.8m/min~1.2 m/min，层提升0.4 mm~1.0 mm，能量密度120 J/ mm3，送粉率1.2 kg/h~1.6 kg/h。
需要说明的是，采用本实施例的3D打印的切片方法也可以制备其他的构件，进行3D打印的设备、原料、基板、工艺参数等可根据具体的待加工工件进行设置。
对本实施例的金属构件进行观察，表面平整，无开裂。金相显微镜观察结果如图6~9所示。
实施例2
本实施例的3D打印的切片方法，与实施例1基本相同，不同点仅在于：相邻的纬线1的间距为40mm，子线段长为200mm，进行切片层分区时，先利用经线2分区，再利用纬线1分区，即先执行步骤S202，再执行步骤S201。
对本实施例的金属构件进行观察，表面平整，无开裂。
实施例3
本实施例的3D打印的切片方法，与实施例1基本相同，不同点仅在于：相邻的纬线1的间距为32mm，子线段长为170mm。
对本实施例的金属构件进行观察，表面平整，无开裂。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (8)
1.一种3D打印的切片方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立待打印产品的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干个切片层；
采用随形分割对每一个所述切片层进行分区；所述随形分割的步骤包括：
利用若干纬线对所述切片层进行分区；所述纬线为所述切片层的轮廓线的倍数缩小，所述纬线与所述切片层的轮廓线平行；
所述随形分割的步骤还包括：利用若干纬线对所述切片层进行分区之后，再利用若干经线对所述切片层进行再次分区，所述经线与所述纬线交叉；所述经线为纬线的法线。
2.根据权利要求1所述的切片方法，其特征在于，所述纬线被所述经线分割为若干子线段，所述子线段长为120～200mm。
3.根据权利要求1所述的切片方法，其特征在于，相邻的所述纬线的间距为25～40mm。
4.根据权利要求1所述的切片方法，其特征在于，任意两个相邻的所述纬线的间距相等。
5.根据权利要求1所述的切片方法，其特征在于，分区后形成的分区间隙的宽度为0.5D+1mm，其中D为光斑直径。
6.一种3D打印的方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的切片方法进行切片处理。
7.一种3D打印的产品，其特征在于，所述3D打印的产品由权利要求6所述的3D打印的方法制成。
8.一种3D打印的设备，其特征在于，所述3D打印的设备上设有实现权利要求6所述3D打印的方法的控制部件。
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