CN111842889B - 基于多激光器的三维物体制造方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多激光器的三维物体制造方法，包括：获取待打印制件的建造包，并在建造包中的至少一个拼接区域加入具有规则形状的检测件；将分布于该拼接区域的多个激光器对位于该拼接区域的检测件以X轴和/或Y轴进行区域划分；在预设层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并将烧结图像划分为多个实际区域，当烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致，且烧结图像和理论图像于拼接区域的位置一致时，判断分布于该拼接区域的多个激光器的扫描质量正常。本发明对较小的检测件的烧结图像进行分析以判断多激光器的扫描质量，由于其检测判断区域面积小，分析处理时间短，从而大大缩短分析判断处理时间。

Description

基于多激光器的三维物体制造方法

技术领域

本发明涉及三维物体制造技术领域，特别是涉及一种基于多激光器的三维物体制造方法。

背景技术

作为增材制造技术之一的选择性激光熔融技术，其基本过程是：供粉缸上升一个层厚以将一定量粉末送至工作区域，成型缸下降一个层的厚度，铺粉机构3将一层粉末材料平铺在成型缸的基板或已成型零件的上表面，振镜系统控制激光器按照该层的截面轮廓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。重复上述步骤，直至若干层扫描叠加以完成整个原型制造。

在上述快速成型技术的成型过程中，通常由一套振镜系统控制一个激光器来实现整个截面的扫描烧结。随着工业化智能制造和快速成型技术的发展，快速成型技术的应用越来越广泛；其烧结成型区域的截面面积逐渐增大，单振镜单激光器的配置已无法满足需求，加之对快速成型设备成形效率的不断提升。多振镜多激光分区扫描烧结成了快速成型领域面向高效率、大尺寸及批量智能制造的一种新成型工艺，是快速成型设备发展的新趋势。

然而在上述多振镜多激光快速成型技术中，每一层的扫描截面由多个激光器协同扫描完成，每一个激光器的扫描质量和扫描路径都直接影响了成型零件的成型质量。对每个激光器扫描路径和扫描质量的检测成为成型零件烧结扫描开始的一个重要环节；然而若对整个烧结成型区域的扫描截面进行分析处理，其烧结成型区域范围较大，其图片处理和分析处理的时间比较长，对于大型设备而言这种等待处理的时间会更加明显，从而严重影响了设备的生产效率；而且每一层成型零件扫描截面的形状、面积都不一样，没有一个固定的标准去检测判断，其判断的准确性难以保证。

发明内容

基于此，本发明提供了一种提高检测效率和检测准确性的基于多激光器的三维物体制造方法。

一种基于多激光器的三维物体制造方法，包括以下步骤：获取待打印制件的建造包，并在所述建造包中的至少一个拼接区域加入具有规则形状的检测件；将分布于该拼接区域的多个激光器对位于该拼接区域的检测件以X轴和/或Y轴进行区域划分，并平均划分为多个扫描区域，且每个扫描区域不分离；在预设层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并按照检测件的区域划分方式将烧结图像划分为多个实际区域，当烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致，且烧结图像和理论图像于拼接区域的位置一致时，判断分布于该拼接区域的多个激光器的扫描质量正常，否则，判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常。

作为本发明的进一步优选方案，当判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常时，所述方法还包括：

按照检测件的区域划分方式将理论图像划分为多个与实际区域对应的理论区域；

将烧结图像的各个实际区域与理论图像的各个对应的理论区域进行比较，当某个实际区域的总面积和总长度与对应的理论区域的总面积和总长度均一致，且当某个实际区域与对应的理论区域于拼接区域的位置一致时，判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量正常，否则判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量不正常。

作为本发明的进一步优选方案，所述预设层为第N+1层，其中，N为整数。

作为本发明的进一步优选方案，所述预设层为第一层。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测件的每层扫描截面的形状和面积相同，且检测件的高度小于或等于待打印制件的最大高度。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测件为长方体、正方体或柱状体，且检测件的宽度大于或等于激光扫描痕迹检测的最小采集分辨单元。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测件位于拼接区域的顶部，且检测件的上端和左右两侧紧挨拼接区域的边界线。

作为本发明的进一步优选方案，所述检测件和待打印制件的材质相同。

作为本发明的进一步优选方案，当所述检测件为尼龙材质时，仅在预设层对检测件进行扫描，且在其余层均不对检测件进行扫描。

本发明的基于多激光器的三维物体制造方法，通过包括：获取待打印制件的建造包，并在所述建造包中的至少一个拼接区域加入具有规则形状的检测件；将分布于该拼接区域的多个激光器对位于该拼接区域的检测件以X轴和/或Y轴进行区域划分，并平均划分为多个扫描区域，且每个扫描区域不分离；在预设层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并按照检测件的区域划分方式将烧结图像划分为多个实际区域，当烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致，且烧结图像和理论图像于拼接区域的位置一致时，判断分布于该拼接区域的多个激光器的扫描质量正常，否则，判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常，使得本发明在待打印制件的扫描开始前，对较小的检测件的烧结图像进行分析以判断多激光器的扫描质量，由于其检测判断的区域面积小，分析处理的时间短，从而可大大缩短分析判断处理时间，而且，本发明减少了由于各激光器扫描问题出现的材料浪费，且提高了设备的成型质量；另外，本发明的检测方法简单、运算快且准确性高。

附图说明

图1为本发明提供的一实施例的增加检测件后的待打印工件的三维视图；

图2为图1中第一层的烧结截面示意图；

图3为图1中第一层的理论图像；

图4为图3的局部放大处理图；

图5为图1中第一层的实际图像；

图6为图3和图5的比较示意图。

图中标号：1、左理论区域，2、右理论区域，3、左实际区域，4、右实际区域。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示，一种基于多激光器的三维物体制造方法，包括以下步骤：

获取待打印制件的建造包，并在所述建造包中的至少一个拼接区域加入具有规则形状的检测件；将分布于该拼接区域的多个激光器对位于该拼接区域的检测件以X轴和/或Y轴进行区域划分，并平均划分为多个扫描区域，且每个扫描区域不分离；在预设层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并按照检测件的区域划分方式将烧结图像划分为多个实际区域，当烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致，且烧结图像和理论图像于拼接区域的位置一致时，判断分布于该拼接区域的多个激光器的扫描质量正常，否则，判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常。本发明中的一致是指在允许的误差范围内（例如1%），其具体误差值可由设计人员根据具体需求具体设定。所述待打印制件包括至少一个待打印制件（如图1所示）。所述预设层由设计人员预习设定，例如其可为第1层，即在该层实现本申请的上述基于多激光器的三维物体制造方法，以实现对多激光器的扫描质量进行检测并判断。当然，根据设计需要，设计人员也可在其它层执行本申请的上述基于多激光器的三维物体制造方法，例如，第一层、第5层、第9层……在此不做一一例举。

本发明提到的多是指两个或两个以上 ，即多激光器是指两个或两个以上的激光器。本发明的图1至6仅以2个激光器和一个拼接区域为例进行阐述，但在具体实施中，随着激光器数量的增加，可能涉及多个拼接区域，且也可能一个拼接区域分布于3个或3个以上激光器，但其只执行方法均参照本申请的方法执行，因此在此不对其进行展开描述。

为了进一步判断导致扫描质量不好的具体激光器，优选地，当判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常时，所述方法还包括：

按照检测件的区域划分方式将理论图像划分为多个与实际区域对应的理论区域；

将烧结图像的各个实际区域与理论图像的各个对应的理论区域进行比较，当某个实际区域的总面积和总长度与对应的理论区域的总面积和总长度均一致，且当某个实际区域与对应的理论区域于拼接区域的位置一致时，判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量正常，否则判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量不正常。具体地，当某个实际区域的总面积和总长度与对应的理论区域的总面积和总长度不一致，表示激光器的功率参数不准确，此时可由设计人员调整该激光器的功率等配置参数，或者采用其它方式调整；而当某个实际区域与对应的理论区域于拼接区域的位置一致，则表示扫描路径不准确，此时需要对扫描路径进行校准。在此需说明的是，当激光器出故障后具体怎么调整不属于本申请的保护内容，本申请仅提出的是一种具有检测激光器扫描质量的三维物体制造方法，因此，对激光器出故障后具体怎么调整在本申请中不做详细阐述。

作为另一种优选方案，当判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常时，所述方法还包括：

判断烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致是否一致，若一致，表示多激光器的扫描功率参数正常，需进一步判断多激光器的扫描路径是否正常；

判断按照检测件的区域划分方式将理论图像划分为多个与实际区域对应的理论区域；

将烧结图像的各个实际区域与理论图像的各个对应的理论区域进行比较，当某个实际区域与对应的理论区域于拼接区域的位置一致时，判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量正常，否则判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量不正常。

所述预设层为第N+1层，其中，N为整数，其可为0、4、6等，优选地，所述预设层为第一层，也就是说，优选仅在第一层执行本发明的上述基于多激光器的三维物体制造方法以检测多激光器的扫描质量，而在其余层均不执行上述方法，这样可以节约时间；当然，也可以在第一层执行完上述方法后，每间隔N层执行一次上述，N的具体数值可由设计人员根据设计需求具体设定。例如优选地，每一层均执行本发明的上述基于多激光器的三维物体制造方法以检测多激光器的扫描质量，这样可进一步提高待打印制件的扫描质量，当然，工作效率会有所下降，因此设计人员可根据具体需求选择适合的实施方案。

优选地，所述检测件的每层扫描截面的形状和面积相同，且检测件的高度小于或等于待打印制件的最大高度，这样便于运算，提高判断的速度和准确度。进一步优选地，所述检测件为长方体、正方体或柱状体，当然还可以为其它形状，且检测件的宽度大于或等于激光扫描痕迹检测的最小采集分辨单元。

为了进一步减少运算步骤，所述检测件位于拼接区域的顶部，且检测件的上端和左右两侧紧挨拼接区域的边界线（如图3所示），即检测件位于拼接区域的位置，以XY轴为基准，至少一个可为0，这样可使运算更简单。

具体地，所述检测件和待打印制件的材质相同，例如，可为金属材质、尼龙材质等，进一步优选地，采用同一种材料打印以便于操作简单。

作为本发明的进一步优选方案，当所述检测件为尼龙材质时，仅在预设层对检测件进行扫描，且在其余层均不对检测件进行扫描，这样可以节约打印材料、节省打印时间，以及省去打印完制件的后处理，如检测件的切割处理。

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以2个激光器为例，并结合附图1至6对本发明的技术方案进行详细阐述：

图4中理论图像以Y轴方向分为两个部分，包括左理论区域1和右理论区域2，图6按照图5的划分方式，即以Y轴方向将烧结图像分为两个部分，包括左实际区域3和右实际区域4。在此需说明的是，理论图像是指检测件被正常烧结后得到的图像，即被正常的激光器扫描后得到。

获取待打印制件的建造包，其包括一个拼接区域，在该拼接区域加入长方体的检测件；将分布于该拼接区域的2个激光器（包括左激光器和右激光器），对位于该拼接区域的检测件以Y轴进行区域划分（当分布于激光器的数量较多，如4个，则可以先以X轴划分为两个区域，再由Y轴划分为四个区域），并平均划分为2个扫描区域（左激光器负责左扫描区域的扫描，右激光器负责右扫描区域的扫描），且每个扫描区域不分离（如图4所示）；在第一层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并按照检测件的区域划分方式将烧结图像划分为2个实际区域（包括左实际区域3和右实际区域4，如图6所示），由于烧结图像的左实际区域3和右实际区域4的总面积和总长度的差值均在1%内，表示烧结图像的两个实际区域的总面积和总长度一致，然而烧结图像和理论图像于拼接区域的位置不一致，即分别位于XY坐标内的位置不一致，此时判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常，具体是扫描路径不正常。为了进一步判断具体是哪个激光器存在故障，需要按照检测件的区域划分方式（即以Y轴）将理论图像划分为2个与实际区域对应的理论区域，即左实际区域3对应左理论区域1，右实际区域4对应右理论区域2，将烧结图像的各个实际区域与理论图像的各个对应的理论区域进行比较，由图6所示，左实际区域3和左理论区域1存在偏差，即在XY坐标内的X方向相差△dx，Y方向相差△dy，而右实际区域4和右理论区域2几乎完全一致，由此判断左激光器的扫描路径不正常，右激光器的扫描路径正常。若需要对左激光器进行校正，则需相应的调整左激光器的配置参数，由于具体调整的方法属于本领域的现有技术，因此在此对其不做具体阐述。

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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述方法包括：获取待打印制件的建造包，并在所述建造包中的至少一个拼接区域加入具有规则形状的检测件；将分布于该拼接区域的多个激光器对位于该拼接区域的检测件以X轴和/或Y轴进行区域划分，并平均划分为多个扫描区域，且每个扫描区域不分离；在预设层的铺粉完成后，对检测件的烧结截面进行扫描，获取检测件的烧结图像并按照检测件的区域划分方式将烧结图像划分为多个实际区域，当烧结图像的各个实际区域的总面积和总长度一致，且烧结图像和理论图像于拼接区域的位置一致时，判断分布于该拼接区域的多个激光器的扫描质量正常；否则，判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常。

2.如权利要求1所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，当判断分布于该拼接区域的多个激光器中至少一个激光器的扫描质量不正常时，所述方法还包括：

按照检测件的区域划分方式将理论图像划分为多个与实际区域对应的理论区域；

将烧结图像的各个实际区域与理论图像的各个对应的理论区域进行比较，当某个实际区域的总面积和总长度与对应的理论区域的总面积和总长度均一致，且当某个实际区域与对应的理论区域于拼接区域的位置一致时，判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量正常，否则判断分布于该实际区域的激光器的扫描质量不正常。

3.如权利要求2所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述预设层为第N+1层，其中，N为整数。

4.如权利要求3所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述预设层为第一层。

5.如权利要求4所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述检测件的每层扫描截面的形状和面积相同，且检测件的高度小于或等于待打印制件的最大高度。

6.如权利要求5所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述检测件为长方体、正方体或柱状体，且检测件的宽度大于或等于激光扫描痕迹检测的最小采集分辨单元。

7.如权利要求6所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述检测件位于拼接区域的顶部，且检测件的上端和左右两侧紧挨拼接区域的边界线。

8.如权利要求1至7任一项所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，所述检测件和待打印制件的材质相同。

9.如权利要求8所述的基于多激光器的三维物体制造方法，其特征在于，当所述检测件为尼龙材质时，仅在预设层对检测件进行扫描，且在其余层均不对检测件进行扫描。

Images