CN111097906A

CN111097906A - 基于多激光器的扫描分配方法、装置以及三维物体制造设备

Info

Publication number: CN111097906A
Application number: CN201911325508.8A
Authority: CN
Inventors: 陈璨; 王鹏为
Original assignee: Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Current assignee: Hunan Farsoon High Tech Co Ltd
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: CN111097906B

Abstract

一种基于多激光器的扫描分配方法、装置以及三维物体制造设备，其中方法包括：将待打印所有工件的STL图档导入切片软件中，通过切片处理得到各工件的所有切片信息；根据所有工件的切片信息，并按照每一层所有工件的扫描路径平均分配的原则对工件的填充区域进行激光器分配，以获得各个工件的各层填充区域分别所分配的激光器数量；获取至少一层所分配的激光器大于或等于2的工件记作为待处理工件；获取待处理工件的各激光器分配的各层扫描路径，计算得到各激光器分配的各层扫描路径之和记为扫描路径总长，选取扫描路径最长的激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。本发明提高了增材制造零件的表面质量，尺寸精度，减少了因搭接产生的台阶痕。

Description

基于多激光器的扫描分配方法、装置以及三维物体制造设备

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种基于多激光器的扫描分配方法、装置以及三维物体制造设备。

背景技术

增材制造技术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，由于其不受工件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。

随着增材制造技术的不断发展，用户的需求也日益增多，因此单激光器越来越不能满足客户的所有需求。多激光器全覆盖打印设备，其可通过多个激光器来提高增材制造的生产效率，每个激光既可以分别制造烧结区域内的每一个独立的工件，也可以协同制造一个单件大型部件。这样的灵活性，使得增材制造生产效率得到了大大提升。

然而，多激光器产生的多激光在扫描过程中一般会出现激光与激光的搭接，由于多个激光在成型区域的位置精度无法做到完全的重合，搭接区域会出现明显的搭接痕迹，如图1所示中4个激光器（包括A激光器1、B激光器2、C激光器3和D激光器4）扫描容易出现4个明显的搭接区域，严重影响了外观质量与尺寸精度。而且，多激光在扫描过程中为了保证成型效率，随着工件横截面积的变化扫描激光的数量也会发生变化，激光的减少或增多都容易造成工件错层，严重的话最终导致工件报废。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种减少了因搭接产生的台阶痕，从而提高工件打印质量的扫描路径规划方法、装置以及三维物体制造设备。

为实现上述目的，本申请提供了一种基于多激光器的扫描分配方法，包括以下步骤：

步骤一、将待打印的所有工件的STL图档导入切片软件中，通过切片处理得到各工件的所有切片信息；

步骤二、根据所有工件的切片信息，并按照每一层所有工件的扫描路径平均分配的原则对工件的填充区域进行激光器分配，以获得各个工件的各层填充区域分别所分配的激光器数量；

步骤三、获取至少一层所分配的激光器大于或等于2的工件记作为待处理工件；

步骤四、获取待处理工件的各激光器分配的各层扫描路径，计算得到各激光器分配的各层扫描路径之和记为扫描路径总长，并比较选取扫描路径最长的激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。

作为本发明的进一步优选方案，当各激光器分配的扫描路径总长相等时，选取各激光器中任一激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。

作为本发明的进一步优选方案，计算每一激光器分配的各层扫描路径之和具体包括：

分别计算每一激光器分配的每一层扫描路径Ski（i=1,2,3......n），i为层数；

通过公式Sk=（Sk1+ Sk2+......+ Skn）计算每一激光器分配的各层扫描路径之和Sk。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：

获取待打印的工件当前层中横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域，并采用与该待打印的工件的轮廓扫描相同的激光器对该封闭区域进行扫描。

作为本发明的进一步优选方案，获取待处理工件当前层中横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域具体包括：

获取待处理工件当前层中所有封闭区域；

分别判断每一封闭区域的横截面最大直径是否小于或等于预设值，并选取横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域。

作为本发明的进一步优选方案，所述预设值为5mm-10mm。

本发明还提供了一种基于多激光器的扫描分配装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述基于多激光器的扫描分配方法的步骤。

本发明还提供了一种三维物体制造设备，包括上述所述的基于多激光器的扫描分配装置。

本发明的基于多激光器的扫描分配方法、装置以及三维物体制造设备，通过将待打印的所有工件的STL图档导入切片软件中，通过切片处理得到各工件的所有切片信息；根据所有工件的切片信息，并按照每一层所有工件的扫描路径平均分配的原则对工件的填充区域进行激光器分配，以获得各个工件的各层填充区域分别所分配的激光器数量；获取至少一层所分配的激光器大于或等于2的工件记作为待处理工件；获取待处理工件的各激光器分配的各层扫描路径，计算得到各激光器分配的各层扫描路径之和记为扫描路径总长，并比较选取扫描路径最长的激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器，使得本发明不仅提高了增材制造零件的表面质量，尺寸精度，减少了因搭接产生的台阶痕，而且减少了多激光扫描过程中激光切换产生的错层现象，即提高了工件的成功率和成型质量。

附图说明

图1为现有技术多激光扫描分配示意图；

图2为本发明提供的一实施例中基于多激光器的扫描分配方法的方法流程图；

图3为本发明提供的一实施例的多激光扫描分配示意图；

图4为本发明提供的一优选实施例的多激光扫描分配示意图。

图中标记说明:

1、A激光器，2、B激光器，3、C激光器，4、D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。

为实现上述目的，本申请提供了一种基于多激光器的扫描分配方法，该方法在工件进行多激光扫描时，不是简单的由多激光器平均分配，而是选择合适的一个激光器负责整个工件的所有层的轮廓扫描，从而避免了多激光扫描容易出现明显的搭接区域，严重影响外观质量与尺寸精的弊端，因此，本发明提高了增材制造零件的表面质量，尺寸精度，减少了因搭接产生的台阶痕，而且减少了多激光扫描过程中激光切换产生的错层现象，即提高了工件的成功率和成型质量。

如图2所示，本发明提供的一实施例的基于多激光器的扫描分配方法具体包括以下步骤：

步骤S1、将待打印的所有工件的STL图档导入切片软件中，通过切片处理得到各工件的所有切片信息；

步骤S2、根据所有工件的切片信息，并按照每一层所有工件的扫描路径平均分配的原则对工件的填充区域进行激光器分配，以获得各个工件的各层填充区域分别所分配的激光器数量；

在此需说明的是，按照每一层所有工件的扫描路径平均分配的原则属于本领域的现有技术，因此在此对其不做具体阐述。

步骤S3、获取至少一层所分配的激光器大于或等于2的工件记作为待处理工件；针对每一待处理工件均采用下面的步骤S4确定轮廓扫描激光器。需说明的是，由于本发明仅针对多激光扫描拼接所存在的技术问题提出的方案，因此，当至少一层所分配的激光器小于2的工件则不属于本申请的涉及范围，其可按照现有技术扫描进行扫描，在此不做具体阐述。

步骤S4、获取待处理工件的各激光器分配的各层扫描路径，计算得到各激光器分配的各层扫描路径之和记为扫描路径总长，并比较选取扫描路径最长的激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。

该步骤S4中，当各激光器分配的扫描路径总长相等时，选取各激光器中任一激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器，具体选择哪一激光器可由设计人员自由设定。

具体地，计算各激光器分配的各层扫描路径之和，可先按照以下方式计算每一激光器分配的各层扫描路径之和：

作为本实施例的进一步优选方案，所述方法还包括：

获取待打印的工件当前层中横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域，并采用与该待打印的工件的轮廓扫描相同的激光器对该封闭区域进行扫描。这样可针对工件的细小结构部分在激光分配上做了进一步优化，即通过保证工件的扫描轮廓与填充区域中细小结构部分的激光保持一致，充分保证了细小结构的完整性，以及力学性能不受多激光影响。

具体地，获取待打印的工件当前层中横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域具体包括：

获取待处理工件当前层中所有封闭区域；

具体实施中，所述预设值为5mm-10mm，当然，其具体数值还可根据具体要求具体设定，在此不做具体阐述。

在此需说明的是，本发明中的多激光器是指两个或两个以上激光器。

本发明还提供了一种基于多激光器的扫描分配装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述基于多激光器的扫描分配方法的步骤。

本发明又提供了一种三维物体制造设备，包括上述任一实施例的基于多激光器的扫描分配装置。

为了让本领的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以4个激光器为例并结合附图进行具体阐述：

步骤11，将需要打印的零件STL图档导入切片软件中，根据软件设置的层厚对三维零件开始切片处理，得到所有层的切片信息。

步骤12，根据所有零件的切片信息，对零件的填充区域进行激光分配，分配方法则是按每一层所有工件的扫描路径平均分配。

步骤13，获取至少一层所分配的激光器大于或等于2的工件记作为待处理工件；并对于获取的每个待处理工件按照下面步骤确定其扫描轮廓的激光器，下面仅针对一个待处理工件进行具体阐述，其它待处理工件参照执行即可，在本发明中不做重复说明。

步骤14：获取待处理工件每一层四个激光的扫描路径分别为：A激光器1每一层的扫描路径为Sai(i=1,2,3......n)，B激光器2每一层的扫描路径为Sbi(i=1,2,3......n)，C激光器3每一层的扫描路径为Sci(i=1,2,3......n)，D激光器4每一层的扫描路径为Sdi(i=1,2,3......n)，然后根据每一层的扫描路径长度计算此零件四个激光的扫描路径总长分别为：SA=（Sa1+ Sa2+......+ San），SB=（Sb1+ Sb2+......+ Sbn），SC=（Sc1+ Sc2+......+Scn），SD=（Sd1+ Sd2+......+ Sdn），然后再比较SA，SB，SC，SD的大小选出最大值，若SA，SB，SC，SD的值都相等则选择默认SA 为最大值。

步骤15：根据步骤14得到扫描此零件路径最长的激光，并将此激光作为该零件唯一的轮廓扫描激光，每层轮廓都采用此激光器扫描，如图3所示，A激光器1为扫描路径总长最长的激光器，所以选择A激光器1作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。

作为本实施例的进一步优选方案，所述方法还包括：

获取待处理工件当前层中横截面最大直径小于或等于10mm的所有封闭区域，具体地，如图4所示，待处理工件中每个封闭区域的最大直径di(i=1,2,......n)，由于d1、d3和d4封闭区域的最大横截面最大直径小于10mm，因此，其满足条件；而d2的最大横截面最大直径大于10mm，因此，其不满足条件；采用与该待打印的工件的轮廓扫描相同的激光器对该封闭区域进行扫描，例如，当上一实施例的该待处理工件选择A激光器扫描轮廓时，此满足条件的所有封闭区域均采用A激光器1进行扫描。这样可针对工件的细小结构部分在激光分配上做了进一步优化，即通过保证工件的扫描轮廓与填充区域中细小结构部分的激光保持一致，充分保证了细小结构的完整性，以及力学性能不受多激光影响。

此实施例虽然仅针对一层截面进行了封闭区域获取及激光器选择，但在此需说明的是，其它各层参照该方法执行，在此不做具体阐述。

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

1.一种基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，当各激光器分配的扫描路径总长相等时，选取各激光器中任一激光器作为该待处理工件的每层轮廓的扫描激光器。

3.根据权利要求2所述的基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，计算每一激光器分配的各层扫描路径之和具体包括：

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，获取待处理工件当前层中横截面最大直径小于或等于预设值的所有封闭区域具体包括：

获取待处理工件当前层中所有封闭区域；

6.根据权利要求5所述的基于多激光器的扫描分配方法，其特征在于，所述预设值为5mm-10mm。

7.一种基于多激光器的扫描分配装置，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述基于多激光器的扫描分配方法的步骤。

8.一种三维物体制造设备，其特征在于，包括权利要求7所述的基于多激光器的扫描分配装置。