CN112170839A - 高效多激光打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属3D打印成型技术领域，涉及一种高效多激光打印方法，包括：1)获取振镜负责的成形区域；振镜至少是2N个，N是自然数；2)沿吹风方向分别对步骤1)获取得到的成形区域进行等数量划分，每个成形区域划至少分成两个子成形区域；3)选取没有相互干涉的子区域并对其同时扫描；4)按照步骤3)的方式对剩余的子区域同时扫描，直至完成整个成形区域的扫描。本发明提供了一种可有效节约打印时间以及能提升打印效率的高效多激光打印方法。
Description
技术领域
本发明属于金属3D打印成型技术领域，涉及一种激光打印方法，尤其涉及一种高效多激光打印方法。
背景技术
金属3D成型技术是通过增加材料的方式实现零件的成型加工，可以快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型。且加工出来的零件的性能可以替代传统加工的零件；它可以缩短产品设计制造周期、提升企业竞争能力、增强企业盈利能力，给工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。相较于传统的加工方法，金属3D成型技术可以成型任何复杂形状的零件，且成型的零件的力学性能优于传统加工的零件。
SLM技术成形的具体过程是：运动系统铺粉机构将一层粉末材料平铺在已成形零件的上表面或基材上，光路系统对该层的截面轮廓进行扫描，将本层烧结，并与下面已成形的部分或基材实现粘结。当一层截面烧结完成后，运动系统驱动成形平台下降一个层厚的高度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个零件的打印。在整个成形过程中，吹风机构需要将激光烧结产生的黑烟以及残渣带走，避免影响成形质量。
由于目前SLM设备大部分采用成形室一侧吹气另一侧吸气的方式，来排走成形过程中产生的黑烟及金属烧结产生的残渣，激光穿透黑烟时其功率会受影响，影响成形零件的质量。另外，金属烧结产生的残渣也能影响零件成形的质量。故而多激光设备在普通吹风条件下，经常出现多个激光不能同时工作的状态。
多激光设备在大幅面成形时，单个振镜负责单个成形区域，多振镜拼接完成整个幅面的打印。在常规吹风条件下加工零件时，由于成形过程中产生的黑烟及金属烧结产生的残渣会影响正在成形区域的成形质量。为了避免气流将成形过程中产生的黑烟及金属烧结产生的残渣吹至正在成形区域，在打印过程中沿气流方向只能有单激光工作。
如图1所示，两振镜设备成形路径通常为先采用单振镜完成成形区域2的扫描，之后采用另外一个振镜完成成形区域1的扫描，每个区域的时间均是t，那么完成整个幅面的扫描就需要2t。
如图2所示，四振镜设备成形路径通常为先采用两振镜完成成形区域3以及成形区域4的扫描(所用时间是t)，之后采用另外两振镜完成成形区域1以及成形区域2的扫描(所用时间是t)，那么完成整个幅面的扫描就需要2t。
这样成形过程产生的黑烟及残渣不会影响到正在成形以及将要成形的区域。采用此种成形路径，假设单个成形区域扫描耗时t，则两振镜或者四振镜完成整个幅面的打印均需耗时2t。显然，在常规吹风条件下，耗时比较长，工作效率较低。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可有效节约打印时间以及能提升打印效率的高效多激光打印方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效多激光打印方法，其特征在于：所述高效多激光打印方法包括以下步骤：
1)获取振镜负责的成形区域；所述振镜至少是2N个，所述N是自然数；
2)沿吹风方向分别对步骤1)获取得到的成形区域进行等数量划分，每个成形区域划至少分成两个子成形区域；
3)选取没有相互干涉的子区域并对其同时扫描；
4)按照步骤3)的方式对剩余的子区域同时扫描，直至完成整个成形区域的扫描。
上述子成形区域的加工时间是t子区域，所述子成形区域的面积是S子区域，所述成形区域的面积是S区域，所述S子区域/S区域＝a％；所述t子区域与a％正相关。
上述步骤2)中的划分是等数量均等划分。
上述步骤1)中N＝1时，所述振镜两个；所述成形区域包括成形区域A以及成形区域B。
上述步骤2)中划分的具体实现方式是：将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域；所述成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上；所述成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上。
上述步骤3)的具体实现方式是：选取成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域同时扫描；
或者，
选取成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域，对成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
上述步骤1)中N＝2时，所述振镜四个；所述成形区域包括成形区域A、成形区域B、成形区域C以及成形区域D。
上述步骤2)中划分的具体实现方式是：
将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域，将成形区域C划分为成形区域C第一子区域以及成形区域C第二子区域，将成形区域D划分为成形区域D第一子区域以及成形区域D第二子区域；
所述成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上，所述成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，所述成形区域C第一子区域与成形区域D第一子区域处于同一轴线上，所述成形区域C第二子区域与成形区域D第二子区域处于同一轴线上。
上述步骤3)的具体实现方式是：
选取成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域，对成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域同时扫描；
所述步骤4)的具体实现方式是：
选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描；
选取成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
上述步骤3)的具体实现方式是：
选取成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，
选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
本发明的优点是：
本发明提供了一种高效多激光打印方法，该方法包括1)获取振镜负责的成形区域；振镜至少是2N个，N是自然数；2)沿吹风方向分别对步骤1)获取得到的成形区域进行等数量划分，每个成形区域划至少分成两个子成形区域；3)选取没有相互干涉的子区域并对其同时扫描；4)按照步骤3)的方式对剩余的子区域同时扫描，直至完成整个成形区域的扫描。本发明能够解决常规吹风条件下，多激光不能同时工作的问题，节省了成形时间，提升了打印效率，同时保证了成形质量。本发明所提供的方法，是在多振镜设备中，对单振镜工作区域进行细分；合理的成形路径选择，能够避开激光烧结产生的黑烟以及残渣对成形质量的影响。
附图说明
图1是现有技术中两振镜成形区域示意图；
图2是现有技术中四振镜成形区域示意图；
图3是本发明对两振镜成形区域划分示意图；
图4是本发明所采用的两振镜设备成形方法流程图；
图5是本发明对四振镜成形区域划分示意图；
图6是本发明所提供的四振镜设备成形方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种高效多激光打印方法，该方法包括以下步骤：
1)获取振镜负责的成形区域；振镜至少是2N个，N是自然数；
2)沿吹风方向分别对步骤1)获取得到的成形区域进行等数量划分，尤其是等数量均等划分，每个成形区域划至少分成两个子成形区域；子成形区域的加工时间是t子区域，子成形区域的面积是S子区域，成形区域的面积是S区域，S子区域/S区域＝a％；t子区域与a％正相关；
3)选取没有相互干涉的子区域并对其同时扫描；
4)按照步骤3)的方式对剩余的子区域同时扫描，直至完成整个成形区域的扫描。
当步骤1)中N＝1时，本发明所提供的高效多激光打印方法的具体实现方式是：振镜两个；成形区域包括成形区域A以及成形区域B，将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域；成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上(参见图3，该轴线是沿成形区域1.1至成形区域2.1的方向)；成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，选取成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域同时扫描。
或者，当步骤1)中N＝1时，本发明所提供的高效多激光打印方法的具体实现方式是：振镜两个；成形区域包括成形区域A以及成形区域B，将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域；成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上；成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，选取成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域，对成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
当步骤1)中N＝2时，本发明所提供的高效多激光打印方法的具体实现方式是：振镜四个；成形区域包括成形区域A、成形区域B、成形区域C以及成形区域D，将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域，将成形区域C划分为成形区域C第一子区域以及成形区域C第二子区域，将成形区域D划分为成形区域D第一子区域以及成形区域D第二子区域；成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上(参见图5，该轴线是沿成形区域1.1至成形区域3.1的方向)，成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，成形区域C第一子区域与成形区域D第一子区域处于同一轴线上，成形区域C第二子区域与成形区域D第二子区域处于同一轴线上，选取成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域，对成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域同时扫描；选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描；选取成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
或者，当步骤1)中N＝2时，本发明所提供的高效多激光打印方法的具体实现方式是：振镜四个；成形区域包括成形区域A、成形区域B、成形区域C以及成形区域D，将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域，将成形区域C划分为成形区域C第一子区域以及成形区域C第二子区域，将成形区域D划分为成形区域D第一子区域以及成形区域D第二子区域；成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上，成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，成形区域C第一子区域与成形区域D第一子区域处于同一轴线上，成形区域C第二子区域与成形区域D第二子区域处于同一轴线上，选取成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
下面，将结合具体实施例对，对本发明所提供的高效多激光打印方法进行详细说明：
参见图3以及图4，对于两激光设备，将原有的两个成形区域沿吹风方向继续细分，如成形区域1均等的划分为1.1和1.2两个子区域，成形区域2均等的划分为2.1和2.2两个子区域，子区域成形时间均为成形区域的一半。为保证成形质量避免烧结残渣的影响，两振镜成形路径如下：将子区域1.1和子区域2.2同时扫描，所用时间是0.5t，待这两个子区域扫描完成后，将子区域1.2和子区域2.1同时扫描，所用时间是0.5t，完成整个幅面的扫描共耗时1t(1t＝0.5t+0.5t)，较传统成形方法，节省了成形时间，效率有极大的提升。
参见图5以及图6，对于四激光设备，将原有的四个成形区域沿吹风方向继续细分，如成形区域1均等的划分为1.1和2.1两个子区域，成形区域2均等的划分为2.1和2.2两个子区域，成形区域3均等的划分为3.1和3.2两个子区域，成形区域4均等的划分为4.1和4.1两个子区域，由于是等分，所以子区域成形时间为成形区域的一半。为保证成形质量避免烧结残渣的影响，四振镜设备成形路径如下：将子区域3.2和子区域4.2同时扫描，所用时间是0.5t，待这两个子区域扫描完成后，将子区域1.2、子区域3.1、子区域4.1以及子区域2.2同时扫描，所用时间依然是0.5t，待这四个子区域扫描完成后，将子区域1.1以及子区域2.1同时扫描，所用时间依然是0.5t，因此完成整个幅面的扫描共耗时1.5t(1.5t＝0.5t+0.5t+0.5t)，较传统成形方法，节省了成形时间，效率有极大的提升。
为了方便拓展，对于六振镜、八振镜等多振镜设备可以采用相同的方式对成形区域细分，同样能够节省成形时间，提升打印效率。本发明能够解决常规吹风条件下，多激光不能同时工作的问题，节省了成形时间，提升了打印效率，同时保证了成形质量。本发明所提供的方法，是在多振镜设备中，对单振镜工作区域进行细分；合理的成形路径选择，能够避开激光烧结产生的黑烟以及残渣对成形质量的影响。
Claims (10)
1.一种高效多激光打印方法，其特征在于：所述高效多激光打印方法包括以下步骤：
1)获取振镜负责的成形区域；所述振镜至少是2N个，所述N是自然数；
2)沿吹风方向分别对步骤1)获取得到的成形区域进行等数量划分，每个成形区域划至少分成两个子成形区域；
3)选取没有相互干涉的子区域并对其同时扫描；
4)按照步骤3)的方式对剩余的子区域同时扫描，直至完成整个成形区域的扫描。
2.根据权利要求1所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述子成形区域的加工时间是t子区域，所述子成形区域的面积是S子区域，所述成形区域的面积是S区域，所述S子区域/S区域＝a％；所述t子区域与a％正相关。
3.根据权利要求2所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤2)中的划分是等数量均等划分。
4.根据权利要求1或2或3所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤1)中N＝1时，所述振镜两个；所述成形区域包括成形区域A以及成形区域B。
5.根据权利要求4所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤2)中划分的具体实现方式是：将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域；所述成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上；所述成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上。
6.根据权利要求5所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：选取成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域B第二子区域同时扫描；
或者，
选取成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域，对成形区域A第二子区域以及成形区域B第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
7.根据权利要求1或2或3所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤1)中N＝2时，所述振镜四个；所述成形区域包括成形区域A、成形区域B、成形区域C以及成形区域D。
8.根据权利要求7所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤2)中划分的具体实现方式是：
将成形区域A划分为成形区域A第一子区域以及成形区域A第二子区域，将成形区域B划分为成形区域B第一子区域以及成形区域B第二子区域，将成形区域C划分为成形区域C第一子区域以及成形区域C第二子区域，将成形区域D划分为成形区域D第一子区域以及成形区域D第二子区域；
所述成形区域A第一子区域与成形区域B第一子区域处于同一轴线上，所述成形区域A第二子区域与成形区域B第二子区域处于同一轴线上，所述成形区域C第一子区域与成形区域D第一子区域处于同一轴线上，所述成形区域C第二子区域与成形区域D第二子区域处于同一轴线上。
9.根据权利要求8所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：
选取成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域，对成形区域B第二子区域以及成形区域D第二子区域同时扫描；
所述步骤4)的具体实现方式是：
选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描；
选取成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
10.根据权利要求8所述的高效多激光打印方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：
选取成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域，对成形区域B第二子区域、成形区域D第二子区域、成形区域A第一子区域以及成形区域C第一子区域同时扫描，
选取成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域，对成形区域B第一子区域、成形区域D第一子区域、成形区域A第二子区域以及成形区域C第二子区域同时扫描，完成整个成形区域的扫描。
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