CN111215628B - 一种3d打印点阵材料扫描路径的规划方法 - Google Patents

一种3d打印点阵材料扫描路径的规划方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，包括以下步骤：一、将点阵材料的三维模型分层，得到点阵材料的切片层；二、将切片层进行点阵材料识别，得到独立熔化单元，然后编号；三、将独立熔化单元进行扫描，得到独立熔化单元轮廓线；四、将独立熔化单元的轮廓线进行缩进；五、将经缩进后的独立熔化单元进行网格化；六、编号；七、逐层进行步骤二到六，得到3D打印点阵材料的扫描路径。本发明将点阵材料的独立熔化单元和经网格化的独立熔化单元的网格进行编号处理，得到3D打印点阵材料的扫描路径，提高了点阵材料的成形精度和表面质量，步骤简单、设计合理、实现方便、使用效果好，能简便、快速设计出点阵材料合理的扫描路径。

Description

一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法。
背景技术
点阵材料是一种典型的结构功能一体化材料，属于多孔材料的范畴，是由节点及连接杆单元组成的具有高孔隙率、周期性结构的有序多孔材料。与传统的金属泡沫和金属蜂窝材料相比，以金属钛、铝合金等轻金属为基体的三维金属点阵材料具有更高的比强度、比刚度和单位质量吸能性，尤其是当相对密度较低时，三维点阵材料具有尤为突出的质量效率和性能优势，是目前国际上公认的最有前景的超强韧轻质结构材料之一。
传统点阵材料制备方法，如熔模铸造法、冲压法、拉伸网折叠法、搭接拼装法、挤压切割法，工序复杂，制造成本高昂且难以实现点阵单元的自由设计。以激光选区熔化和电子束选区熔化技术为代表的粉末床3D打印技术，是以数字化的三维结构模型为基础，可以实现任意复杂结构的成形，尤其适合于三维点阵材料的制备。因此，3D打印技术的不断成熟，使得点阵材料的逐渐成为了领域内的研究热点之一。
在粉末床3D打印技术中，高能束的扫描路径规划是影响零件成形质量以及缺陷分布的关键，尤其是对于结构复杂的薄壁、镂空、悬空以及细长杆结构。然而，现有的高能束扫描策略主要是针对大面积成形的块体材料而言，为了保证内部的熔化质量，往往需要采用连续的扫描线对熔化区进行完全填充，其形式主要包括：轮廓+直线填充、轮廓+棋盘式扫描、轮廓+格栅式扫描等。但点阵材料的二维截面是由众多独立的小面积熔化单元构成，传统扫描策略难以确保三维点阵材料的成形精度和熔化质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法。本发明采用离散化的思想，将点阵材料的二维截面信息进行处理并编号，得到了3D打印点阵材料的扫描路径，实现了对点阵材料成形精度的精确控制，解决了现有扫描策略成形精度不足和表面质量差的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，n；其中，n为不小于1的正整数；所述独立熔化单元为切片层上独立的点阵材料结构；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，Pn,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，Pn,2；
…，…，…，……，…；
P1,m，P2,m，P3,m，……，Pn,m；其中，Pn,m为组成扫描路径的点，n为独立熔化单元的编号，m为独立熔化单元网格的编号，n和m均为不小于1的正整数；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
上述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤一中所述切片层的层厚为20μm～100μm。本发明采用切片层的层厚为20μm～100μm保证了3D打印点阵材料的成形质量和成形精度。
上述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤四中所述缩进处理的距离为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％，所述独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池的宽度采用单道次扫描的方法来确定。本发明采用缩进处理的距离为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％，有效避免了熔池外延至轮廓外造成的尺寸偏大以及表面粗糙等缺点，确保了3D打印点阵材料的成形质量和成形精度，本发明采用单道次扫描的方法来确定独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池的宽度，使得到的宽度更加精确，确保了3D打印点阵材料的成形质量和成形精度。
上述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤五中所述正方形小网格的边长为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％～80％。本发明采用正方形小网格的边长为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％～80％，实现了熔池的均匀搭接，提高了熔化质量，避免了因宽度过大或过小导致的变形、效率低、搭接不足、易出现熔合不良等缺陷。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明基于离散化的思想，将独立熔化单元进行网格化处理，消除了轮廓和填充等连续扫描方式产生的连续熔池，打破了3D打印过程中快速移动的热影响区，从而显著提高了点阵材料的成形精度，实现了熔池的均匀搭接即熔池与熔池之间形成冶金结合，避免了因搭接量过小或过大导致的产生孔隙，能量浪费和变形等缺点，确保了熔化质量；本发明在网格化处理过程中，经缩进处理后的独立熔化单元上占小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则进行步骤六中的编号处理，否则忽略此网格，避免了对该区域进行进一步的熔化导致的该区域的熔化面积过大，有效提高了打印精度，确保了独立熔化单元的熔化质量；本发明采用双下标进行编号，简洁明了，对计算机的内存占用小，计算速度快，易反馈检查。
2、本发明基于提前对高能束熔化金属粉末产生的熔池宽度进行标定，在扫描策略层面实现了对熔化精度的高效控制，实现了熔池的均匀搭接，提高了熔化质量，避免因熔池宽度过大或过小导致的变形，效率低，搭接不足和易出现熔合不良等缺陷。
3、本发明采用离散式扫描策略，降低了整个粉末床以及独立熔化单元内部的温度，从而减弱了熔化单元之间粉末的烧结程度，降低了点阵材料成型后孔道内部粉末的清理难度，极大地提高了成形效率；本发明所采用的离散式扫描策略，不仅适用于点阵材料，同样适用于薄壁、异形零件，尤其是对于金属材料而言，离散化的扫描策略显著降低由于温度差异产生的热应力，从而避免了薄壁、异形零件在成形过程中，变形开裂的风险。
4、本发明工艺简单，易于实现，应用范围广，利于广泛推广该方法在3D打印中使用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1中点阵材料的三维模型示意图。
图2为本发明实施例1中切片层进行点阵材料识别处理后的示意图。
图3为本发明实施例1中独立熔化单元进行编号处理后的示意图。
图4为本发明实施例1中独立熔化单元轮廓线的示意图。
图5为本发明实施例1中独立熔化单元进行缩进处理后的示意图。
图6为本发明实施例1中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理后的示意图。
图7为本发明实施例1中经网格化处理后的独立熔化单元上的网格在每个独立熔化单元上进行编号处理后的示意图。
图8为采用本发明实施例1的得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的SEM图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为85％，孔棱直径为345μm，所述点阵材料的三维模型，见图1，所述切片层的层厚为100μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，见图2，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，41；见图3；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线，见图4；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理，见图5，图5中灰色区域为缩进区域，黑色区域为内部区域；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为128μm；所述缩进处理的距离为64μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理，见图6；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为64μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，见图7，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P41,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P41,2；
…，…，…，……，…；
P1,200，P2,200，P3,200，……，P41,200；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
将点阵材料的三维模型数据和本实施得到的扫描路径导入电子束选区熔化3D打印设备中，采用Ti-6Al-4V合金为原料，按照上述扫描路径逐层逐点完成3D打印，粉末清理后得到Ti-6Al-4V三维点阵材料，见图8。
图8为采用本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的SEM图，从图8可以看出，本实施例制备的三维点阵材料内部规整、连通，表面光洁度高。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为86％，孔棱直径为353μm，孔棱的表面粗糙度仅为21.4μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为94％，孔棱直径为125μm，所述切片层的层厚为20μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，121；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为78μm；所述缩进处理的距离为39μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为39μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P121,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P121,2；
…，…，…，……，…；
P1,342，P2,342，P3,342，……，P121,342；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为96.3％，孔棱直径为131μm，孔棱的表面粗糙度仅为14.3μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为63％，孔棱直径为250μm，所述切片层的层厚为70μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，141；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为110μm；所述缩进处理的距离为55μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为66μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P141,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P141,2；
…，…，…，……，…；
P1,202，P2,202，P3,202，……，P141,202；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为62.8％，孔棱直径为247μm，孔棱的表面粗糙度仅为15.9μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为76％，孔棱直径为450μm，所述切片层的层厚为50μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，98；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为179μm；所述缩进处理的距离为89.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为89.5μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P98,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P98,2；
…，…，…，……，…；
P1,561，P2,561，P3,561，……，P98,561；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为75.3％，孔棱直径为430μm，孔棱的表面粗糙度仅为23.5μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为75％，孔棱直径为200μm，所述切片层的层厚为60μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，76；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为109μm；所述缩进处理的距离为54.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为87.2μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P76,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P76,2；
…，…，…，……，…；
P1,131，P2,131，P3,131，……，P76,131；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为76.0％，孔棱直径为203μm，孔棱的表面粗糙度仅为12.3μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为79％，孔棱直径为480μm，所述切片层的层厚为50μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，56；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为197μm；所述缩进处理的距离为98.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为157.6μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P56,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P56,2；
…，…，…，……，…；
P1,190，P2,190，P3,190，……，P56,190；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为79.6％，孔棱直径为488μm，孔棱的表面粗糙度仅为13.5μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例7
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为86％，孔棱直径为750μm，所述切片层的层厚为100μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，231；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为367μm；所述缩进处理的距离为183.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为293.6μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P231,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P231,2；
…，…，…，……，…；
P1,1931，P2,1931，P3,1931，……，P231,1931；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为84.4％，孔棱直径为772μm，孔棱的表面粗糙度仅为26.9μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例8
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为88％，孔棱直径为560μm，所述切片层的层厚为50μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，782；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为215μm；所述缩进处理的距离为107.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为172μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P782,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P782,2；
…，…，…，……，…；
P1,282，P2,282，P3,282，……，P782,282；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为87.4％，孔棱直径为551μm，孔棱的表面粗糙度仅为24.2μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例9
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为92％，孔棱直径为450μm，所述切片层的层厚为50μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，43；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为160μm；所述缩进处理的距离为80μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为80μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P43,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P43,2；
…，…，…，……，…；
P1,761，P2,761，P3,761，……，P43,761；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为91.4％，孔棱直径为447μm，孔棱的表面粗糙度仅为13.4μm，与点阵材料的理论值接近。
实施例10
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；所述点阵材料的理论孔隙率为96％，孔棱直径为350μm，所述切片层的层厚为50μm；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，119；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、采用单道次扫描的方法得到连续熔池的宽度为123μm；将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；所述缩进处理的距离为61.5μm；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；所述正方形小网格的边长为61.5μm；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，P119,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，P119,2；
…，…，…，……，…；
P1,282，P2,282，P3,282，……，P119,282；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
经检测，按照本实施例得到的3D打印点阵材料的扫描路径进行3D打印制备的三维点阵材料的孔隙率为96.7％，孔棱直径为343μm，孔棱的表面粗糙度仅为11.4μm，与点阵材料的理论值接近。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将点阵材料的三维模型进行分层处理，得到点阵材料的切片层；
步骤二、将步骤一中得到的切片层进行点阵材料识别处理，得到独立熔化单元，然后将得到的独立熔化单元从左到右且从上到下进行编号处理，得到独立熔化单元的编号为：1，2，3，……，n；其中，n为不小于1的正整数；所述独立熔化单元为切片层上独立的点阵材料结构；
步骤三、将步骤二中得到的经编号处理后的独立熔化单元进行轮廓扫描处理，得到独立熔化单元的轮廓线；
步骤四、将步骤三中得到的独立熔化单元的轮廓线向独立熔化单元的内部区域进行缩进处理；
步骤五、将步骤四中经缩进处理后的独立熔化单元进行网格化处理；所述网格化处理的过程为：将由相同正方形小网格单元组成的网格覆盖于经缩进处理后的独立熔化单元上，若经缩进处理后的独立熔化单元占正方形小网格内的面积不小于该小网格面积的30％时，则将该小网格进行步骤六中的编号处理，否则忽略该小网格；
步骤六、将步骤五中经网格化处理后的独立熔化单元上的小网格在该独立熔化单元上从左到右且从上到下进行编号处理，得到切片层的扫描路径为：
P1,1，P2,1，P3,1，……，Pn,1；
P1,2，P2,2，P3,2，……，Pn,2；
…，…，…，……，…；
P1,m，P2,m，P3,m，……，Pn,m；其中，Pn,m为组成扫描路径的点，n为独立熔化单元的编号，m为独立熔化单元网格的编号，n和m均为不小于1的正整数；
步骤七、将步骤一中得到的切片层逐层依次进行步骤二的点阵材料识别处理和编号处理、步骤三的提取处理、步骤四的缩进处理、步骤五的网格化处理和步骤六的编号处理，得到的各切片层的扫描路径组成了3D打印点阵材料的扫描路径。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤一中所述切片层的层厚为20μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤四中所述缩进处理的距离为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％，所述独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池的宽度采用单道次扫描的方法来确定。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印点阵材料扫描路径的规划方法，其特征在于，步骤五中所述正方形小网格的边长为独立熔化单元在3D打印过程中形成的连续熔池宽度的50％～80％。
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