CN114021360A - 金属3d打印不规则件的尺寸类比表征方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的是增材制造技术领域的一种金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，包括以下步骤：先根据设计模型打印出多个试样，然后利用三维扫描仪或三坐标测量机提取三维模型，再将提取的三维模型与设计模型导入到计算机，进行对齐合并，将模型在横向和纵向上的多个位置划分截面，然后利用自动求取平均值功能表征出三维模型与设计模型的每个截面尺寸偏差的平均值，最后根据各个三维模型的测量数据挑选最佳的支撑方式或3D打印工艺参数或重新制定工艺优化方案。该尺寸类比表征方法相对于常规目测法、尺规测量等具有准确性高、可操作性强、简单方便的特点，有效解决了收缩变形下多组件间的多维度尺寸表征问题，为后续打印工艺优化提供了支撑。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法。
背景技术
3D打印是一种从三维数字模型设计到三维实体柔性化制造的高新技术，它以自下而上离散-堆积式的增材制造构建方法为基础，综合运用计算机、高能束热源、数控、数模、新材料和冶金等多学科交叉混合的一项新型制造技术。近年来，在航空航天、医疗、模具、汽车、工艺品设计等领域均有广阔的应用前景。
翘曲和收缩变形是金属3D打印零部件中的一种常见缺陷，主要是因为局部热量传入所造成的不均匀温度场使熔池的凝固和冷却过程有差异。然而，在新材料、新工艺开发时，往往需要设置多组对比实验用于挑选出最优的整体打印工艺，但由于对材料属性理解不清晰、成形参数选择不当等因素使得最终零部件形状产生翘曲、收缩变形等差异，尤其在边角位置出现收缩后会使其圆化，利用三维扫描提取的模型数据与原模型合并对比时不能准确找到公共参考点，甚至是同类别不同样件在与原模型自动拟合时所处的空间位置上也不在同一维度上，这就严重影响了后续工艺优化的准确性。因此，对于此类不规则件难以采用常规步骤对外部尺寸进行类比化表征，需要寻找一种准确性高、操作性强的方法解决这一难题。
发明内容
为克服现有3D打印件在变形检测上存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种可快速、准确的表征出同类别3D打印不规则件尺寸的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，包括以下步骤：
a、对同一设计模型，采用不同的支撑方式或打印工艺打印出多个试样；
b、将各打印好的试样去掉表面附带的支撑，利用三维扫描仪或三坐标测量机提取三维模型；
c、将提取的各个三维模型分别与设计模型导入到计算机，进行对齐合并，将模型在横向和纵向上的多个位置划分截面，然后利用自动求取平均值功能表征出三维模型与设计模型的每个截面尺寸偏差的平均值；
d、根据各个三维模型的测量数据挑选最佳的支撑方式或3D打印工艺参数或重新制定工艺优化方案。
进一步的是，在比对三维模型与设计模型时，以零件的重要基准面作为重合定位面来对齐合并两模型。
进一步的是，在比对三维模型与设计模型时，按照重要程度或是平均划分的原则将模型划分为多个截面。
进一步的是，在比对三维模型与设计模型时，采用gom inspect软件进行分析比对。
本发明的有益效果是：本发明通过比对三维模型与设计模型在不同截面上的尺寸差别来判断打印模型的变形程度，该尺寸类比表征方法相对于常规目测法、尺规测量等具有准确性高、可操作性强、简单方便的特点，有效解决了收缩变形下多组件间的多维度尺寸表征，同时克服了数字模型提取后与原模型难以同标准合并对比的问题，大大提升了测量数据的可信度，为后续打印工艺优化提供了支撑。
附图说明
图1是打印件的原始结构模型示意图。
图2是不同试样截面尺寸偏差对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明所提供的金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，包括以下步骤：
a、对同一设计模型，采用不同的支撑方式或打印工艺打印出多个试样；
b、将各打印好的试样去掉表面附带的支撑，利用三维扫描仪或三坐标测量机提取三维模型；
c、将提取的各个三维模型分别与设计模型导入到计算机，进行对齐合并，将模型在横向和纵向上的多个位置划分截面，然后利用自动求取平均值功能表征出三维模型与设计模型的每个截面尺寸偏差的平均值；
d、根据各个三维模型的测量数据挑选最佳的支撑方式或3D打印工艺参数或重新制定工艺优化方案。
其中，更为具体的方案是，在比对三维模型与设计模型时，可采用gom inspect软件进行分析比对，能够很容易的得到截面尺寸的偏差值。在合并三维模型和设计模型时，最好以零件的重要基准面作为重合定位面来对齐合并两模型，所谓重要基准面指的是零件基座、定位基面或是某些具有特定功能的基准面等。在划分截面时，可按照重要程度或是平均划分的原则来对模型进行划分。
本发明通过比对三维模型与设计模型在不同截面上的尺寸差别来判断打印模型的变形程度，该尺寸类比表征方法相对于常规目测法、尺规测量等具有准确性高、可操作性强、简单方便的特点，有效解决了收缩变形下多组件间的多维度尺寸表征，同时克服了数字模型提取后与原模型难以同标准合并对比的问题，大大提升了测量数据的可信度，为后续打印工艺优化提供了支撑。
下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1所示，设计模型为具有一定长宽比(80mm×13mm×5mm)的长方体，且为了对比支撑强度对零件抵抗收缩变形的影响设置了多组对照试验，所有打印模型结构完全相同，只是在支撑的齿顶宽、齿高、支撑间距等参数有所差异。
在打印结束后直接将零件及基板放入热处理炉进行去应力退火，热处理参数根据材料属性及使用要求自行设置，退火结束后去掉零件外部支撑并做好编号逐个利用三维扫描仪、三坐标测量机等工具提取三维模型，所提取的特征需尽可能的完整、准确。
将提取特征与原模型导入到gom inspect软件，自动对齐合并后，以提取模型为基准进行尺寸偏差对比，然后按照纵向等距划分5个截面、横向等距划分3个截面的统一标准将每个零件共划分出8个截面并检测截面尺寸，最后利用自动求取平均值功能表征出每个截面尺寸偏差的平均值，对比情况如图2所示，最终得到对比结果如下表所示。
表1不同支撑参数对零件尺寸偏差的影响
根据表1的统计结果，1号和2号试样的尺寸偏差较小，3号和4号的尺寸偏差较大，说明1号和2号的支撑强度较高，可以在此基础上进一步优化。因此，采用本申请的尺寸类比表征方法，能够快速有效的分析出零件形变情况，大大提升了测量数据的可信度，为后续打印工艺优化提供了支撑。
Claims (4)
1.金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，其特征是，包括以下步骤：
a、对同一设计模型，采用不同的支撑方式或打印工艺打印出多个试样；
b、将各打印好的试样去掉表面附带的支撑，利用三维扫描仪或三坐标测量机提取三维模型；
c、将提取的各个三维模型分别与设计模型导入到计算机，进行对齐合并，将模型在横向和纵向上的多个位置划分截面，然后利用自动求取平均值功能表征出三维模型与设计模型的每个截面尺寸偏差的平均值；
d、根据各个三维模型的测量数据挑选最佳的支撑方式或3D打印工艺参数或重新制定工艺优化方案。
2.如权利要求1所述的金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，其特征是：在比对三维模型与设计模型时，以零件的重要基准面作为重合定位面来对齐合并两模型。
3.如权利要求1所述的金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，其特征是：在比对三维模型与设计模型时，按照重要程度或是平均划分的原则将模型划分为多个截面。
4.如权利要求1所述的金属3D打印不规则件的尺寸类比表征方法，其特征是：在比对三维模型与设计模型时，采用gominspect软件进行分析比对。
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2021
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