CN112893869A - 精细内腔结构和高径深孔产品加工方法 - Google Patents

Abstract

一种精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，所述方法包括：根据待加工产品的每层截面层，控制激光装置产生连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分；控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作；控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作；其中，所述第一种轮廓加工操作为轮廓增材制造及轮廓减材制造中的一种，所述第二种轮廓加工操作为所述轮廓增材制造及所述轮廓减材制造中的另一种，可同时实现产品的薄壁面及加工精度要求。

Description

精细内腔结构和高径深孔产品加工方法

技术领域

本发明涉及一种激光成形技术领域，特别涉及一种精细内腔结构和高径深孔产品加工方法及3D打印装置。

背景技术

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术是利用激光在具有保护气氛的箱体里进行的扫描，使熔化的金属粉末材料凝固成薄层，并逐层堆积打印出3D成形件。但是现有的选区激光熔化技术所打印出的3D成形件产品表面光洁度不足，需要进行手工打磨、喷砂等后续处理来达到产品精度要求，而且3D成形件产品的壁面的薄度无法满足用户的要求。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种精细内腔结构和高径深孔产品加工方法及3D打印装置，可同时实现产品的薄壁面及加工精度要求。

一种精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，所述方法包括：

根据待加工产品的每层截面层，控制激光装置产生连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分；

控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作；

控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作；

其中，所述第一种轮廓加工操作为轮廓增材制造及轮廓减材制造中的一种，所述第二种轮廓加工操作为所述轮廓增材制造及所述轮廓减材制造中的另一种。

进一步地，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

进一步地，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造。

进一步地，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；

在所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造之后，所述方法还包括：

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

进一步地，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制激光装置产生第一激光采用第一扫描路径对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生第二激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作；

其中，所述第二扫描路径与所述第一扫描路径不同。

进一步地，所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制激光装置产生连续激光采用连续扫描的方式对所述实体部分进行轮廓增材制造。

进一步地，所述控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

确定待加工产品的直角所包括的第一条边及第二条边；

确定所述第一条边的扫描路径；

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第一条边的扫描路径对所述实体部分进行所述第一条边的轮廓减材制造；

确定所述第二条边的扫描路径包括以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的闭合圆弧状的第一路径及以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的与所述第一条边的扫描路径垂直的第二路径；

控制所述激光装置按照所述第一路径进行扫描，及所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第二路径对所述实体部分进行所述第二条边的轮廓减材制造。

进一步地，所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制所述激光装置产生连续激光采用第一扫描参数对所述实体部分进行轮廓增材制造；

所述控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光采用第二扫描参数对所述实体部分进行轮廓减材制造，其中，所述第二扫描参数及所述第一扫描参数包括扫描功率、扫描速度及扫描间距中的至少一种，所述第二扫描参数与所述第一扫描参数不同。

进一步地，所述连续激光的波长等于所述高速脉冲激光的波长。

进一步地，所述方法还包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造的次数。

本发明通过在制造每层截面层时，连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分，使得加工的产品的壁厚比一般的增材制造方法加工的产品的壁厚薄，通过高速脉冲激光及连续激光分别对实体部分进行轮廓减材制造及轮廓增材制造，使得每增材制造一层截面，高速脉冲激光就对所述增材制造的一层截面进行减材制造，避免了精细内腔结构和高径深孔产品加工难的问题且降低了产品的粗糙度，同时通过所述轮廓减材制造，使得所述减材制造后的产品的壁厚比减材制造前的加工的产品的壁厚更薄，从而可实现待加工产品的薄壁的要求，此外仅需增加另外一种光源，无需增加其他设备，就可实现减材制造，满足了零件的加工精度要求。

附图说明

图1是本发明的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法的流程图。

图2A是激光装置产生连续激光采用连续扫描的方式对实体部分进行轮廓增材制造的示意图；图2B是激光装置产生高速脉冲激光对实体部分进行轮廓减材制造的示意图。

图3A是轮廓未经减材制造的示意图；图3B为轮廓减材制造后的示意图。

图4A是待加工产品的截面层的实体部分；图4B是连续激光对实体部分进行轮廓增材制造的示意图；图4C是高速脉冲激光对实体部分进行轮廓减材制造的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，为本发明的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法的流程图。所述精细内腔结构和高径深孔产品加工方法包括：

S101：根据待加工产品的每层截面层，控制激光装置产生连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分。

在本实施例中，在进行实体增材制造时，所述连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式，使得所述连续激光每次在熔融打印装置的工作平台上的待成型粉末时所烧结的厚度为一根激光的厚度。例如，所述连续激光在采用棋盘式扫描路径进行扫描时，每条扫描路径在所述待成型粉末上仅形成一根激光厚度的扫描线，从而所烧结的待成型粉末的厚度为一根激光的厚度。

S102：控制所述激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作。

在本实施例中，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；或者控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

在本实施例中，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作还可包括：

控制激光装置产生第一激光采用第一扫描路径对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作。

显然，在本实施例中，所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作还可包括：

控制激光装置产生连续激光采用第一扫描路径对所述实体部分进行轮廓增材制造；或者控制所述激光装置产生高速脉冲激光采用第一扫描路径对所述实体部分进行轮廓减材制造。

S103：控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作，其中，所述第一种轮廓加工操作为轮廓增材制造及轮廓减材制造中的一种，所述第二种轮廓加工操作为所述轮廓增材制造及所述轮廓减材制造中的另一种。

在本实施例中，根据所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作所包括的内容的不同，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作所包括的内容也不同，且所述精细内腔结构和高径深孔产品加工方法所包括的内容也可不同。例如：

当所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括控制激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造时，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

当所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造时，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造。

当所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造时，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；

其中，在所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造之后，所述方法还包括：控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

显然，所述精细内腔结构和高径深孔产品加工方法不仅局限于上述的实施例，所述精细内腔结构和高径深孔产品加工方法还可根据需求控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造的次数来改善轮廓的质量。

在本实施例中，所述连续激光与所述高速脉冲激光可位于同一激光装置中，也可位于不同激光装置中。所述连续激光与所述高速脉冲激光可由同一扫描振镜扫描，也可由不同扫描振镜扫描。在本实施例中，所述激光装置及所述扫描振镜为铺粉型打印机的激光装置及扫描振镜。

在本实施例中，所述连续激光的波长可大于、等于或小于所述高速脉冲激光的波长。在本实施例中，所述连续激光的波长等于所述高速脉冲激光的波长。所述连续激光的波长及所述高速脉冲激光的波长可为193nm～10900nm，例如200nm、300nm、400nm、500nm、800nm、1000nm、5000nm、8000nm、10000nm，可以理解的是，所述连续激光及所述高速脉冲激光的波长也不限于上述的范围，还可以是其他任意合适的值，所述连续激光及所述高速脉冲激光的波长可根据打印具体需求进行适当设置。

在本实施例中，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：控制所述激光装置产生第二激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作。其中，所述第二扫描路径与所述第一扫描路径不同。

显然，在本实施例中，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作还可包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行轮廓减材制造。

或者，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作还可包括：

控制所述激光装置产生连续激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行轮廓增材制造。

或者，所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作还可包括：

控制所述激光装置产生连续激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行轮廓增材制造；

其中，在所述控制所述激光装置产生连续激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行轮廓增材制造之后，所述方法还包括：控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光采用所述第一扫描路径对所述实体部分进行轮廓减材制造。

在本实施例中，所述高速脉冲激光采用的扫描路径与所述连续激光采用的扫描路径不相同。具体地，在对待加工产品的直角加工时，所述控制激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制激光装置产生连续激光采用连续扫描的方式对所述实体部分进行轮廓增材制造。

所述控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

确定待加工产品的直角所包括的第一条边及第二条边；

确定所述第一条边的扫描路径；

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第一条边的扫描路径对所述实体部分进行第一条边的轮廓减材制造；

确定所述第二条边的扫描路径包括以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的闭合圆弧状的第一路径及以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的与所述第一条边的扫描路径垂直的第二路径；

控制所述激光装置按照所述第一路径进行扫描，及所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第二路径对所述实体部分进行第二条边的轮廓减材制造。

请参阅图2A及图2B，图2A为所述激光装置产生连续激光采用连续扫描的方式对所述实体部分进行轮廓增材制造的示意图，图2B为所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造的示意图。在图2B中，所述直角θ包括第一条边L1及第二条边L2。所述第一条边L1为所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第一条边L1的扫描路径对所述实体部分进行轮廓减材制造。所述第二条边L2的圆弧段L3为所述激光装置不出激光按照所述第一路径运动，所述第二条边L2的直线段L4为所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第二路径的扫描路径对所述实体部分进行轮廓减材制造。

请同时参考图3A及图3B，图3A为轮廓未经减材制造的示意图，图3B为轮廓减材制造后的示意图。如图3B所示，在本实施例中，通过轮廓减材制造后的产品的直角能达到90°。

在本实施例中，通过增加所述以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的闭合圆弧状的第一路径，从而增加提前使得路径与所述第一条边的扫描路径基本垂直的线段，使得所述第二路径通过所述第一路径可与所述第一条边的扫描路径垂直，从而使得加工的产品的直角能达到90°。

请同时参考图4A、图4B及图4C，图4A至图4C示出了制造待加工产品的截面层的示意图。其中，图4A示出了待加工产品的截面层的实体部分，图4B示出了连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造的示意图，图4C示出了高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造的示意图。具体地，图4A中的灰色部分为连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行扫描所形成的实体部分，图4B中的黑色部分为在所述实体部分外侧进行轮廓增材制造所形成的轮廓，图4C中的点划线为对所述实体部分进行减材制造的示意图。

从而，本案通过所述实体增材制造所采用的扫描路径的厚度为一根激光的厚度，使得加工的产品的壁厚比一般的增材制造方法加工的产品的壁厚薄。通过所述轮廓减材制造，使得所述减材制造后的产品的壁厚比减材制造前的加工的产品的壁厚薄，从而可实现待加工产品的薄壁的要求。

在本实施例中，所述高速脉冲激光采用的扫描参数与所述连续激光采用的扫描参数不相同，所述扫描参数包括扫描功率、扫描速度及扫描间距中的至少一种。具体地，所述控制激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制所述激光装置产生所述连续激光采用第一扫描参数对所述实体部分进行轮廓增材制造。

所述控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光采用第二扫描参数对所述实体部分进行轮廓减材制造，其中，所述第二扫描参数及所述第一扫描参数包括扫描功率、扫描速度及扫描间距中的至少一种，所述第二扫描参数与所述第一扫描参数不同。

例如，在进行实体增材制造来产生实体部分后，所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造采用的扫描功率与所述连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造所采用的扫描功率不同。

本发明通过在制造每层截面层时，连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分，使得加工的产品的壁厚比一般的增材制造方法加工的产品的壁厚薄，通过高速脉冲激光及连续激光分别对实体部分进行轮廓减材制造及轮廓增材制造，使得每增材制造一层截面，高速脉冲激光就对所述增材制造的一层截面进行减材制造，避免了精细内腔结构和高径深孔产品加工难的问题且降低了产品的粗糙度，同时通过所述轮廓减材制造，使得所述减材制造后的产品的壁厚比减材制造前的加工的产品的壁厚薄，从而可实现待加工产品的薄壁的要求，此外仅需增加另外一种光源，无需增加其他设备，就可实现减材制造，满足了零件的加工精度要求；通过所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照直角的第一条边的扫描路径对所述实体部分进行第一条边的轮廓减材制造，及所述激光装置按照第二条边的第一路径进行扫描且所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照第二条边的第二路径对所述实体部分进行轮廓减材制造进行第二条边的轮廓减材制造，从而，所述待加工产品的直角能达到90°。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于，所述方法包括：

根据待加工产品的每层截面层，控制激光装置产生连续激光采用扫描路径的厚度为一根激光的厚度的扫描方式进行实体增材制造来产生实体部分；

控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作；

控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作；

其中，所述第一种轮廓加工操作为轮廓增材制造及轮廓减材制造中的一种，所述第二种轮廓加工操作为所述轮廓增材制造及所述轮廓减材制造中的另一种。

2.如权利要求1所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：

所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

3.如权利要求1所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：

所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造。

4.如权利要求1所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：

所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造；

在所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造之后，所述方法还包括：

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造。

5.如权利要求1所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：

所述控制激光装置产生第一激光对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作包括：

控制激光装置产生第一激光采用第一扫描路径对所述实体部分进行第一种轮廓加工操作；

所述控制所述激光装置产生第二激光对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作包括：

控制所述激光装置产生第二激光采用第二扫描路径对所述实体部分进行第二种轮廓加工操作；

其中，所述第二扫描路径与所述第一扫描路径不同。

6.如权利要求2或3或4所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于，所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制激光装置产生连续激光采用连续扫描的方式对所述实体部分进行轮廓增材制造。

7.如权利要求2或3或4所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于，所述控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

确定待加工产品的直角所包括的第一条边及第二条边；

确定所述第一条边的扫描路径；

控制所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第一条边的扫描路径对所述实体部分进行所述第一条边的轮廓减材制造；

确定所述第二条边的扫描路径包括以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的闭合圆弧状的第一路径及以所述第一条边的扫描路径的终点为起点的与所述第一条边的扫描路径垂直的第二路径；

控制所述激光装置按照所述第一路径进行扫描，及所述激光装置产生所述高速脉冲激光按照所述第二路径对所述实体部分进行所述第二条边的轮廓减材制造。

8.如权利要求2或3或4所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：

所述控制所述激光装置产生连续激光对所述实体部分进行轮廓增材制造包括：

控制所述激光装置产生连续激光采用第一扫描参数对所述实体部分进行轮廓增材制造；

所述控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光采用第二扫描参数对所述实体部分进行轮廓减材制造，其中，所述第二扫描参数及所述第一扫描参数包括扫描功率、扫描速度及扫描间距中的至少一种，所述第二扫描参数与所述第一扫描参数不同。

9.如权利要求2或3或4所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于：所述连续激光的波长等于所述高速脉冲激光的波长。

10.如权利要求2或3或4所述的精细内腔结构和高径深孔产品加工方法，其特征在于，所述方法还包括：

控制所述激光装置产生高速脉冲激光对所述实体部分进行轮廓减材制造的次数。

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