CN114131044A - 铺粉控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铺粉控制方法、装置、设备及存储介质，铺粉控制方法包括正向铺粉步骤和逆向铺粉步骤，正向铺粉步骤中，当铺粉机构到达第一出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工，同时控制铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置，以便进行逆向铺粉；逆向铺粉步骤中，当铺粉机构到达第二出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工，同时控制铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置，以便进行正向铺粉。本发明可以在铺粉设备单一铺粉区域的基础上，在铺粉机构进行了正向及逆向两次完整满行程的运动后，实现两次铺粉动作，减少铺粉等待时间，进而提高设备打印效率。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别涉及一种铺粉控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
铺粉式3D打印设备，通常由铺粉结构、成型缸和送粉缸组成，其加工过程为等待激光通过振镜完成路径扫描后，铺粉轴带动刮刀从供粉缸的一侧移动到成型缸的一端，将供粉缸内的粉末在加工面铺平，并将多余的粉末推入回收罐，然后铺粉轴带动刮刀再次回到供粉缸起始铺粉原点，等待下一次铺粉动作。
以上加工流程较为简单但不够灵活。在整个铺粉过程中，铺粉轴运动了一个完整的来回，却只完成了一次铺粉，同时铺粉时的等待时间较长，对加工动辄成千上万层的3D打印零件来说，对加工效率有较大的影响。并且每次铺粉过程都会造成部分粉末的浪费，设备操作人员需要频繁往供粉缸内加粉，加大了相关工作量。在对加工效率要求越来越高的3D打印行业中，现有的铺粉加工流程已无法满足实际生产需要。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明提供一种铺粉控制方法、装置、设备及存储介质，可以减少铺粉时的等待时间，提高铺粉效率，进而提高零件的加工效率。
本实施例采取了以下技术方案：
一种铺粉控制方法，包括：
正向铺粉：
控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动，经过供粉区域收集粉末后，进入成型区域进行铺粉；
铺粉完成后，控制铺粉机构沿第一方向继续移动，当铺粉机构到达第一出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工；
激光加工过程中，控制铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置；
逆向铺粉：
控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉；
铺粉完成后，控制铺粉机构沿第二方向继续移动，当铺粉机构到达第二出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工；
激光加工过程中，控制铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，在所述控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动前，还包括：
对待打印零件的数字模型进行切片分层及路径规划，并根据分层厚度设置成型缸移动时的第一高度值和供粉缸移动时的第二高度值。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，所述控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动，经过供粉区域收集粉末后，进入成型区域进行铺粉包括：
使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸上升第二高度值；
控制铺粉机构沿第一方向移动，从初始位置进入供粉区域收集粉末；
粉末收集完成后，控制铺粉机构沿第一方向继续移动，从供粉区域进入成型区域进行铺粉。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，所述控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉包括：
使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸维持不动；
控制铺粉机构沿第二方向移动，从等待位置进入成型区域进行铺粉。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，在所述控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉之前，还包括：
判断成型区域内的激光加工是否完成；若完成，则控制铺粉机构移动，继续进行逆向铺粉；若未完成，则铺粉机构继续等待。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，在所述控制铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置之后，还包括：
判断成型区域内的激光加工是否完成；若完成，则控制铺粉机构移动，继续进行正向铺粉；若未完成，则铺粉机构继续等待。
进一步的，在所述铺粉控制方法中，所述第一方向与所述第二方向的方向相反。
一种铺粉控制装置，包括：
驱动模块，用于驱动铺粉机构沿第一方向移动，或者驱动铺粉机构沿第二方向移动；
跳跃模块，用于驱动铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置，或者驱动铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置；
位置检测模块，用于检测铺粉机构的位置；
出光控制模块，当铺粉机构到达第一出光位置或第二出光位置时，控制激光加工头发出激光对成型区域内的粉末进行加工。
一种铺粉控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如以上任意一项所述的铺粉控制方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行如以上任意一项所述的铺粉控制方法。
相较于现有技术，本发明提供的一种铺粉控制方法、装置、设备及存储介质，可以在铺粉设备单一铺粉区域的基础上，在铺粉机构进行了正向及逆向两次完整满行程的运动后，实现两次铺粉动作，减少铺粉等待时间，进而提高零件加工效率。
附图说明
图1为本发明提供的铺粉控制方法的流程图。
图2为本发明提供的铺粉控制设备的结构示意图。
图3为图1中步骤S100的流程图。
图4为图1中步骤S700的流程图。
图5为本发明提供的铺粉控制装置的结构框图。
图6为本发明提供的铺粉控制设备的结构框图。
其中，10、铺粉机构；20、供粉区域；30、成型区域；40、初始位置；50、第一出光位置；60、等待位置；70、第二出光位置；80、粉末收集区域。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
请结合图1和图2，本发明提供的铺粉控制方法包括正向铺粉步骤和逆向铺粉步骤，可对粉末进行来回输送，分别从两侧进入成型区域30铺粉，从而提高铺粉效率。
其中，正向铺粉步骤包括：
S100、控制铺粉机构10从初始位置40沿第一方向移动，经过供粉区域20收集粉末后，进入成型区域30进行铺粉；
S300、铺粉完成后，控制铺粉机构10沿第一方向继续移动，当铺粉机构10到达第一出光位置50时，通过激光对成型区域30内的粉末进行加工；
S500、激光加工过程中，控制铺粉机构10从第一出光位置50跳跃至等待位置60；
在一些实施例中，铺粉机构10包括铺粉轴和刮刀，铺粉轴用于驱动刮刀移动，并通过刮刀实现收集粉末及铺粉操作。供粉区域20包括供粉轴和供粉缸，供粉轴用于驱动供粉缸移动，供粉缸内装有可被加工形成零件的粉末。成型区域30包括成型轴和成型缸，成型轴用于驱动成型缸移动，通过刮刀可在成型缸的台面上进行逐层铺粉，并结合激光加工形成所需的零件。
传统的3D打印设备铺粉控制流程为单向铺粉。在一层零件的打印过程中，铺粉轴带动刮刀从供粉缸的一侧移动到成型缸的一端，将供粉缸内的粉末在加工面铺平，并将多余的粉末推入回收罐，然后铺粉轴带动刮刀再次回到供粉缸起始铺粉原点，等待下一次铺粉动作。
在传统铺粉控制流程中，铺粉机构10进行了正向及逆向两次完整满行程的运动，但却仅实现了一次铺粉动作，这就造成了每一层打印都会在空运行行程中产生对加工时间的浪费。3D打印零件往往有成千上万层，多次积累下去，对整个零件的加工效率的影响不言而喻。并且，每一次将粉末从供粉侧运送到加工侧加工后，剩余的粉末将无法被带回，这样也就造成了粉末的浪费与供粉缸内粉末的消耗，待粉末耗尽后生产人员需要停机加工，亦会影响整体生产效率，进而提高3D打印零件的生产成本。
本发明中的正向铺粉步骤S100和步骤S300与传统铺粉控制流程类似，但是通过执行步骤S500，实现铺粉机构10的位置跳跃，从而可以改变铺粉机构10相对于剩余粉末的位置，以便执行逆向铺粉步骤。
逆向铺粉步骤包括：
S700、控制刮刀从等待位置60沿第二方向移动，进入成型区域30进行铺粉；
S900、铺粉完成后，控制刮刀继续沿第二方向继续移动，当刮刀到达第二出光位置70时，通过激光对成型区域30内的粉末进行加工；
S1100、激光加工过程中，控制刮刀从第二出光位置70跳跃至初始位置40。
第一方向与第二方向的方向相反，通过执行步骤S500改变铺粉机构10相对于剩余粉末的位置后，可以通过执行步骤S700和步骤S900，使铺粉机构10从成型区域30的另一侧，即逆向进入成型缸进行铺粉以及通过激光对粉末进行加工。同时，在激光加工过程中一并执行步骤S1100，使铺粉机构10可重新回到初始位置40，进而重新进行正向铺粉操作和逆向铺粉操作，并通过循环步骤S100-步骤S1100，最终完成整个待打印零件的加工。
通过上述步骤，在铺粉机构10进行了正向及逆向两次完整满行程的运动后，可以实现两次铺粉动作，进而提高打印效率。铺粉机构10可将逆向铺粉过程中多余的粉末推回至供粉缸中，减少粉末消耗，从而增加生产人员添加粉末的时间间隔，避免频繁停机加粉而造成的加工效率下降。
并且，上述步骤是在铺粉设备单一铺粉缸的基础上实现的，可以在不增加铺粉设备体积的前提下，即在不提升生产成本的同时进而显著提高增材3D打印的加工效率，进而可以有效地扩大生产规模及提升生产效果。
在一些实施例中，在步骤S100之前，还包括步骤：
S50、对待打印零件的数字模型进行切片分层及路径规划，并根据分层厚度设置成型缸移动时的第一高度值和供粉缸移动时的第二高度值。
即在打印之前，首先完成加工准备阶段，即进行待打印零件的数据处理，对待打印零件的三维数字模型进行切片分层与路径规划。根据得到的规划数据，可得出每层零件的厚度，即成型缸移动时的第一高度值。同时，可以计算出在由单一供粉缸进行供粉的前提下，打印两层零件所需要的粉末量，进而推算出供粉缸每次运动的上升位置距离数据，即第二高度值。
在一些实施例中，请参阅图3，步骤S100包括：
S110、使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸上升第二高度值；
在打印过程正式开始后，铺粉机构10首先位于初始位置40，铺粉机构10内的刮刀、成型缸台面和供粉缸的粉末表面处于同一高度。控制系统启动成型轴和供粉轴，通过成型轴带动成型缸下降第一高度值，以及通过供粉轴带动供粉缸上升第二高度值。同时，还可以设置位置检测机构，对成型轴和供粉轴的位置进行检测，并在控制系统收到成型轴和供粉轴的位置到位信号后，进而启动铺粉轴。
S120、控制刮刀沿第一方向移动，从初始位置40进入供粉区域20收集粉末；
如图2所示，第一方向可为图中从右往左的方向，铺粉轴启动后，控制系统通过驱动铺粉轴移动，使刮刀进入供粉缸，并收集供粉缸表面第二高度值的粉末，并将粉末送往成型缸。
S130、粉末收集完成后，控制刮刀沿第一方向继续移动，从供粉区域20进入成型区域30进行铺粉。
刮刀将粉末送往成型缸之后，由于成型缸下降了第一高度值，因此刮刀可在成型缸的台面上铺满一层粉末。同时可通过检测机构检测输送轴的位置，判断铺粉步骤是否完成。
步骤S130完成后，即可执行步骤S300。步骤S300中的第一出光位置50设置在成型区域30外，使刮刀和剩余粉末完全离开成型区域30后，再通过激光对成型区域30内的粉末进行加工。具体可以将第一出光位置50设置在成型区域30的端部，当刮刀从成型区域30一端到达另一端时，即驱动激光加工头出光对铺好的粉末进行加工。
在执行步骤S300时，同时执行步骤S500，实现铺粉机构10的位置跳跃，从而可以改变铺粉机构10相对于剩余粉末的位置，以便执行逆向铺粉步骤。并且，等待位置60的外侧还可设置粉末收集区域80，从而对铺粉机构10刮刀上掉落的粉末进行收集，避免在铺粉设备上堆积粉末或造成粉末的浪费。
在一些实施例中，在步骤S700之前，还包括步骤：
S600、判断成型区域30内的激光加工是否完成；若完成，则控制刮刀移动，继续进行逆向铺粉；若未完成，则刮刀继续等待。
在正向铺粉阶段，激光加工过程和铺粉过程是同时进行的，并且相互等待的，控制系统只有在检测到两个过程都完成的条件下，才会继续下一步动作，确保铺粉及加工过程中不出错误。
在一些实施例中，请参阅图4，步骤S700包括：
S710、使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸维持不动；
S720、控制刮刀沿第二方向移动，从等待位置60进入成型区域30进行铺粉。
在逆向铺粉过程中，由于是利用正向铺粉过程完成后的剩余粉末进行铺粉，无需供粉缸供粉，因此不会控制供粉缸进行上升，仅控制成型缸进行下降。待检测机构检测到成型缸下降到位后，铺粉机构10从等待位置60往成型区域30移动，进行逆向铺粉。
步骤S720完成后，即可执行步骤S900。步骤S900中的第二出光位置70也设置在成型区域30外，使刮刀和剩余粉末完全离开成型区域30后，再通过激光对成型区域30内的粉末进行加工。具体可将第二出光位置70设置在成型区域30的端部，并与第一出光位置50相对设置。当刮刀从成型区域30一端到达另一端时，即驱动激光加工头出光对铺好的粉末进行加工。
在执行步骤S900时，同时执行步骤S1100，实现铺粉机构10的位置跳跃，从而使铺粉机构10回到初始位置40，以便重新执行正向铺粉步骤。在一些实施例中，在步骤S1100之后，还包括步骤：
S1200、判断成型区域30内的激光加工是否完成；若完成，则控制铺粉机构10移动，继续进行正向铺粉；若未完成，则铺粉机构10继续等待。
在逆向铺粉阶段，激光加工过程和铺粉过程也是同时进行的，并且相互等待的，控制系统只有在检测到两个过程都完成的条件下，才会继续下一步动作，确保铺粉及加工过程中不出错误。
在本发明提供的铺粉控制方法中，可将待打印零件的总层数设为N，铺粉机构10从初始位置40到等待位置60的铺粉距离设为D1，成型区域30宽度设为X1，供粉区域20宽度设为X2，成型缸下降的第一高度值设为D3，供粉缸上升的第二高度值设为D2，铺粉机构10运动速度设为V1，成型缸和供粉缸运动速度设为V2，第一出光位置50到等待位置60的跳跃距离设为D4，铺粉机构10的跳跃速度设为V3，激光总加工时间设为T1。由于正向铺粉过程和逆向铺粉过程中跳跃过程和激光加工都是同时发生的，但是结束时间的先后却是视实际情况而定，因此这里只计算理论上的最大耗时值Tmax和最小耗时值Tmin。
在传统铺粉方案中，加工总时间为：
在本发明的铺粉控制方法中，假设激光加工结束跳跃过程刚开始，则正向铺粉最大耗时值为：
逆向铺粉最大耗时值为：
总最大耗时值为：
此时加工效率提升最低百分比为
在本发明的铺粉控制方法中，假设激光加工与跳跃进行同时进行，则正向铺粉最小耗时值为：
逆向铺粉最小耗时值为：
总最小耗时值为：
此时加工效率提升最高百分比为
以市面上的常规铺粉设备M100为例，取零件层数N为2000层，X1和X2均为150mm，D3为0.02mm，D2为0.08mm，V1为80mm/s，V2为10mm/s，D4为10mm，V3为80mm/s，激光总加工时间为10h，即36000s。
将上述数值代入(1)式，可得传统方案加工时间为51032s。
假设激光加工结束跳跃过程刚开始，将上述数值代入(2)式、(3)式(4)式和(5)式，可得正向铺粉最大耗时值为3.883s，逆向铺粉最大耗时值为3.877s，总最大耗时为43760s，此时加工效率提升约为14.3％；
假设激光加工与跳跃进行同时进行，将上述数值代入(6)式、(7)式(8)式和(9)式，可得正向铺粉最大耗时值为3.758s，逆向铺粉最大耗时值为2.002s，总最大耗时为41760s，此时加工效率提升约为18.2％。
以上的M100铺粉设备仅为金属3D打印设备中尺寸较小的设备之一，待打印零件的层数设置较动辄上万的加工层数也较小，但加工效率已经能够得到较明显的提升。并且，由以上公式(5)和公式(9)可知，加工效率受零件加工层数以及铺粉机构的移动总行程影响明显，随着设备尺寸的增大，零件打印层数的增加，提升的加工效率数值将越来越大。
此外，请参阅图5，本发明还提供一种铺粉控制装置，其包括：
驱动模块A1，用于驱动铺粉机构沿第一方向移动，或者驱动铺粉机构沿第二方向移动；
跳跃模块A2，用于驱动铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置，或者驱动铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置；
位置检测模块A3，用于检测铺粉机构的位置；
出光控制模块A4，当铺粉机构到达第一出光位置或第二出光位置时，控制激光加工头发出激光对成型区域内的粉末进行加工。
在一些实施例中，铺粉控制装置还包括：
预处理模块A5，用于对待打印零件的数字模型进行切片分层及路径规划，并根据分层厚度设置成型缸移动时的第一高度值和供粉缸移动时的第二高度值。
在一些实施例中，铺粉控制装置还包括：
判断模块A6，用于判断激光加工是否完成。
本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述实施例中的铺粉控制方法。
本发明还提供了一种铺粉控制设备，请参阅图6，铺粉控制设备可与铺粉轴B1、供粉轴B2和成型轴B3通信连接，铺粉控制设备还包括：
至少一个中央处理器B4(processor)，图6中以一个中央处理器B4为例；存储器B6(memory)，还可以包括显示屏B5、通信接口(Communications Interface)和总线。其中，中央处理器B4、显示屏B5、存储器B6和通信接口可以通过总线完成相互间的通信；显示屏B5设置为显示初始设置模式中预设的用户操作界面；通信接口可以传输信息；中央处理器B4可以调用存储器B6中的逻辑指令，以执行上述实施例中的方法。
所述中央处理器B4可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器B4还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
此外，上述的存储器B6中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器B6作为一种计算机可读存储介质，可设置为存储软件程序、计算机可执行程序，如本发明实施例中的方法对应的程序指令或模块。中央处理器B4通过运行存储在存储器B6中的软件程序、指令或模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中的方法。
存储器B6可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器B6可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以是非暂态存储介质，包括U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁盘或光盘等等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种铺粉控制方法，其特征在于，包括：
正向铺粉：
控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动，经过供粉区域收集粉末后，进入成型区域进行铺粉；
铺粉完成后，控制铺粉机构沿第一方向继续移动，当铺粉机构到达第一出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工；
激光加工过程中，控制铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置；
逆向铺粉：
控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉；
铺粉完成后，控制铺粉机构沿第二方向继续移动，当铺粉机构到达第二出光位置时，通过激光对成型区域内的粉末进行加工；
激光加工过程中，控制铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置。
2.根据权利要求1所述的铺粉控制方法，其特征在于，在所述控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动前，还包括：
对待打印零件的数字模型进行切片分层及路径规划，并根据分层厚度设置成型缸移动时的第一高度值和供粉缸移动时的第二高度值。
3.根据权利要求2所述的铺粉控制方法，其特征在于，所述控制铺粉机构从初始位置沿第一方向移动，经过供粉区域收集粉末后，进入成型区域进行铺粉包括：
使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸上升第二高度值；
控制铺粉机构沿第一方向移动，从初始位置进入供粉区域收集粉末；
粉末收集完成后，控制铺粉机构沿第一方向继续移动，从供粉区域进入成型区域进行铺粉。
4.根据权利要求2所述的铺粉控制方法，其特征在于，所述控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉包括：
使成型缸下降第一高度值，并使供粉缸维持不动；
控制铺粉机构沿第二方向移动，从等待位置进入成型区域进行铺粉。
5.根据权利要求1所述的铺粉控制方法，其特征在于，在所述控制铺粉机构从等待位置沿第二方向移动，进入成型区域进行铺粉之前，还包括：
判断成型区域内的激光加工是否完成；若完成，则控制铺粉机构移动，继续进行逆向铺粉；若未完成，则铺粉机构继续等待。
6.根据权利要求1所述的铺粉控制方法，其特征在于，在所述控制铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置之后，还包括：
判断成型区域内的激光加工是否完成；若完成，则控制铺粉机构移动，继续进行正向铺粉；若未完成，则铺粉机构继续等待。
7.根据权利要求1所述的铺粉控制方法，其特征在于，
所述第一方向与所述第二方向的方向相反。
8.一种铺粉控制装置，其特征在于，包括：
驱动模块，用于驱动铺粉机构沿第一方向移动，或者驱动铺粉机构沿第二方向移动；
跳跃模块，用于驱动铺粉机构从第一出光位置跳跃至等待位置，或者驱动铺粉机构从第二出光位置跳跃至初始位置；
位置检测模块，用于检测铺粉机构的位置；
出光控制模块，当铺粉机构到达第一出光位置或第二出光位置时，控制激光加工头发出激光对成型区域内的粉末进行加工。
9.一种铺粉控制设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的铺粉控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行如权利要求1至7中任意一项所述的铺粉控制方法。
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