CN113369497B - 一种用于厚度变化较大零件的粉末床增材制造的分区方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造的分区方法，针对待加工零件分层切片的轮廓信息，首先对待扫描区域进行中轴变换，根据裁剪后的中轴确定是否将区域分割成多个标准区域和薄壁区域，对标准区域和薄壁区域分别计算出扫描路径，通过高能束沿扫描线扫描成型零件切片层实体，进而成型整个零件。本发明在加工工艺上控制简单，能够控制残余应力及其分布，减小成型零件的成型误差及翘曲变形，提高零件致密度及其强度。

Description

一种用于厚度变化较大零件的粉末床增材制造的分区方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造的分区方法。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing)又被称为3D打印，是机械设计及制造、计算机科学技术等多学科综合的产物，是当今世界上迅速发展的先进制造技术之一。粉末床增材制造技术是增材制造技术研究与开发的一个重点方向，包括选择性激光烧结技术、选择性激光熔融技术、电子束熔融技术等。
粉末床增材制造硬件设备主要包括能量源、扫描器、成型腔、粉末供给装置、铺粉装置等，其基本的工艺流程是首先根据零件结构确定成型方向，在成型方向上由铺粉装置逐层铺上金属粉末，高能束沿规划的扫描线在分层区域上扫描熔融金属粉末并与前一层凝固成型，用这样的方法逐层制造成型零件。
增材制造技术与传统制造技术相比有着很大的优势，传统制造技术需要对零件的几何形状进行详细的分析，必须考虑使用哪些工具、工艺以及完成零件可能需要的夹具等，而增材制造仅需要零件的基本尺寸，有效地简化了制造流程。零件几何复杂度越高，增材制造相对于传统制造的优势也就越大，复杂零件自身可能存在一些无法制造的几何特征，比如刀具难以定位到零件的加工表面上，增材制造工艺不会受到这种情况的约束。
现有技术存在的不足之处在于：
在使用粉末床增材制造技术成型零件时，成型零件的质量通常受高能束实际作用区域大小、扫描速度、扫描间距、扫描方式、高能束能量等因素影响。采用粉末床增材制造技术成型零件，常规的扫描方式主要有平行线扫描、轮廓偏移扫描、等距线扫描等扫描方式，采用这些扫描加工方式加工时，由于在一个成型分层内，高能束熔化粉末及粉末冷却凝固的先后顺序的不同，引起陡峭的温度梯度，局部温度场呈现动态变化，从而导致成型零件中存在较大应力，容易导致翘曲变形等现象，无法很好满足地高精度、高性能零件增材制造的应用需求。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造的分区方法，控制残余应力分布，提高零件整体性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造的分区方法，针对待加工零件进行分层切片得到的每层轮廓数据，对待扫描区域进行中轴变换，根据中轴边的半径函数确定是否将待扫描区域分割成多个标准区域和薄壁区域，对标准区域和薄壁区域分别计算出扫描路径，使得最终通过高能束沿扫描路径扫描成型零件切片层实体。
在一个切片分层内，对待扫描区域边界进行中轴变换，根据中轴边影响区域的大小，裁剪影响较小的中轴边。
在一个切片分层内，将待扫描区域边界进行中轴变换后，交互式设置半径阈值，根据裁剪后中轴的半径函数，将每个待扫描区域分割成标准区域和薄壁区域，其中，中轴半径不大于半径阈值的部分划分为薄壁区域，中轴半径大于半径阈值的部分划分为标准区域。
在所述的标准区域和薄壁区域内采用不同扫描路径。
本发明的优点是：本发明利用中轴变换实现对厚差别较大零件的分区，在不同分区采用不同的扫描策略，本发明在加工工艺上控制简单，可以控制成型零件内残余应力及其分布，减小零件形状误差，提高零件强度。
附图说明
图1是厚度差别较大的零件切片及其中轴。
图2是图1所示轮廓线及裁剪后中轴。
图3是图1所示切片待扫描区域的分区结果。
图4是图3所示分区后不同区域内的扫描路径。
具体实施方式
一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造的分区方法，主要包括步骤：
S1. 针对模型进行切片分层得到的每层轮廓数据，对待扫描区域进行中轴变换。如图1所示，细实线1为切片轮廓线，粗实线2为待扫描区域的中轴。
S2. 根据中轴边影响区域的大小，裁剪影响较小的中轴边。如图2所示为裁剪后的中轴。图中细线为切片轮廓线，粗线为裁剪后中轴，图中所示的圆形是中轴点对应的中轴变换圆。
S3. 交互式设置半径阈值r，对待扫描区域进行分区处理。图3是图2所示待扫描区域的分区结果，根据裁剪后的中轴，其中中轴半径大于半径阈值r的部分划分为标准区域3，图3中区域一为标准区域3，中轴半径不大于半径阈值r的部分划分为薄壁区域4，区域二为薄壁区域4，分别用不同路径填充。
S4. 在不同区域采用不同的扫描路径，在标准区域3内生成棋盘格式扫描路径，在薄壁区域4内生成正三角网格式扫描路径。图4所示为图3分区后在标准区域3和薄壁区域4采用不同的扫描路径。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (3)

1.一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造方法，其特征在于：针对待加工零件进行分层切片得到的每层轮廓数据，对待扫描区域进行中轴变换，根据中轴的半径函数确定是否将待扫描区域分割成多个标准区域和薄壁区域，对标准区域和薄壁区域分别计算出扫描路径，使得最终通过高能束沿扫描路径扫描成型零件切片层实体；在所述的标准区域和薄壁区域内采用不同扫描路径。
2.根据权利要求1所述的一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造方法，其特征在于：在一个切片分层内，对待扫描区域边界进行中轴变换，根据中轴边影响区域的大小，裁剪影响较小的中轴边。
3.根据权利要求2所述的一种用于厚度差别较大零件的粉末床增材制造方法，其特征在于：在一个切片分层内，将待扫描区域边界进行中轴变换后，交互式设置半径阈值，根据裁剪后中轴的半径函数，将每个待扫描区域分割成标准区域和薄壁区域，其中，中轴半径不大于半径阈值的部分划分为薄壁区域，中轴半径大于半径阈值的部分划分为标准区域。
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