CN115138866A - 一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统，其中搭接方法包括：当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时；判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；若满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19‑30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；对所述待扫描线段进行扫描。本发明减少了搭接痕迹，降低了工件表面粗糙度，从而提高了多激光烧结成型工件的表面质量。

Description

一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统

技术领域

本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统。

背景技术

选择性激光熔化技术是一种通过控制激光逐层扫描，层层叠加形成三维工件的快速制造技术。其工艺流程如下：首先对工件的三维模型进行切片处理，得到工件每一层的轮廓信息；将粉末状材料均匀地铺洒在工作平台表面上，激光根据系统指令选择性地熔化粉末；一个截面完成后，再铺上一层新材料，继续有选择性地根据三维物体对应的截面信息进行扫描；按照此方法再对下一个截面进行铺粉扫描，最终得到三维工件。该方法的优点在于可用来制造过程柔性程度高、工件力学性能优异和尺寸精度高的金属工件。

在上述工艺过程中，通常由一个振镜系统控制一个激光器来实现整个截面的扫描烧结。随着工业化和激光打印技术的发展，烧结成型区域的截面面积逐渐增加，而且对于成型效率的要求也不断提升，传统的单激光烧结已无法满足需求，因此多激光分区域扫描烧结成为了增材制造面向高效率、大尺寸及批量制造的新一代成型工艺，是选择性激光成型工艺发展的新趋势。

然而，多激光器分区域扫描不可避免存在相邻扫描区域的扫描搭接线，即供相邻激光扫描头共同扫描的扫描拼接线。由于多振镜系统在定位精度校准之后，依然会出现重复精度变差、线性度变差、振镜漂移等问题，从而造成相邻扫描区域的扫描搭接线错位，从而导致工件表面搭接痕迹，进而影响工件的打印质量。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统，该方法可显著降低因振镜系统出现重复定位精度变差之后而带来的明显搭接痕迹，从而提高待打印工件的表面质量。

为了实现上述目的，本发明提供了一种增材制造多激光轮廓搭接方法，包括：

步骤一、当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时；

步骤二、判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

步骤三、若满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；

步骤四、对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：

以相邻激光扫描轮廓搭接处的两个端点为切点，分别沿着对应轮廓的延伸方向作切线记作第一射线、第二射线，所述第一射线和第二射线形成的夹角大于90度，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件，否则不满足相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件。

作为本发明的进一步优选方案，当某一层的扫描截面包括两个或两个以上轮廓搭接处时，采用上述步骤一至步骤四执行一次以完成一个轮廓搭接处的扫描，对剩下的每个轮廓搭接处采用上述步骤二至步骤四执行一次。

作为本发明的进一步优选方案，所述方法还包括：

对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。

作为本发明的进一步优选方案，其特征在于，所述预设时间为12-24小时。

本发明还提供了一种增材制造多激光轮廓搭接系统，所述系统包括：

判断模块，用于当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

获取模块，用于当满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；

扫描模块，用于对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

作为本发明的进一步优选方案，所述系统还包括：

计时模块，用于对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。

本发明的增材制造多激光轮廓搭接方法及其系统，通过以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接；可显著避免因振镜系统出现重复定位精度变差之后带来的明显搭接痕迹，即本发明减少了搭接痕迹，降低了工件表面粗糙度，从而提高了多激光烧结成型工件的表面质量。

附图说明

图1为本发明增材制造多激光轮廓搭接方法提供的第一实施例的工作图；

图2为扫描截面的切片示意图；

图3为扫描截面扫描后的工作图一；

图4为扫描截面扫描后的工作图二；

图5为图4的局部放大图A。

图中标记如下：

1、第一射线，2、第二射线，3、第一轮廓，4、第二轮廓，5、切线，6、射线，7、待扫描线段，B、切点，C、交点。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

现有技术的多激光扫描方式，一般根据多激光扫描系统中各激光扫描头的位置关系，对三维模型切片后获得的各离散层进行对应的扫描区域划分，每层离散层的相邻扫描区域之间形成供对应的相邻激光扫描头共同扫描的扫描拼接线。本申请的发明人通过研究发现，当多振镜系统工作运行时间超过一定值时，会出现定位精度变差，即在定位精度变差之后，每层离散层的相邻扫描区域之间在实际打印过程中会出现搭接错位，表现为工件表面的搭接痕迹。

本申请的发明人针对现有技术存在的上述技术问题，创造性地提供了一种增材制造多激光轮廓搭接方法，包括：

步骤一、当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时；

由于多振镜系统经过校准后，在短时间内不出现搭接偏差问题（例如接近于图2的形状），主要是随着时间的积累，误差越来越大，搭接偏差也越来越大（如图3所示），因此，本申请仅当增材制造设备工作运行达到预设时间时，启动执行本申请技术方案，而在未达到预设时间，则可以不考虑，从而在确保打印质量的前提下，节省了设备运行时间，提高了工作效率。

在一具体实施中，可通过对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。具体实施中，设计人员根据多次试验得到，所述预设时间可为12-24。

在此需说明的是，本申请的技术方案仅针对扫描截面中相邻激光扫描系统对应的轮廓的扫描搭接，对于轮廓内的填充扫描的扫描方式和扫描顺序不做限制，例如填充扫描可早于轮廓扫描，或者晚于轮廓扫描。

步骤二、判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

该步骤具体通过以下方式进行判断：

如图1所示，以相邻激光扫描轮廓搭接处的两个端点为切点，分别沿着对应轮廓的延伸方向作切线记作第一射线、第二射线，所述第一射线和第二射线形成的夹角大于90度，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件，否则不满足相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件。例如，图1中左侧的轮廓搭接处的β小于90度，说明该扫描搭接处的搭接偏差不大，因此，不需要启动本申请的技术方案；而图1中右侧的轮廓搭接处的R大于90度，说明该扫描搭接处的搭接偏差较大，需要启动本申请的技术方案，即继续执行下述步骤。

步骤三、若满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓（即第一轮廓）的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角r为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；如图4和图5所示。在此需说明的是，图4中存在两处轮廓搭接处，本申请仅以左侧的轮廓搭接处为例进行具体操作，而右侧的轮廓搭接处的具体操作参照左侧执行，在此不做重复说明。

步骤四、对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

在此需说明的是，本申请的上述步骤一至步骤四仅针对的是一个轮廓搭接处的扫描，其它轮廓搭接处的扫描重复执行上述步骤即可。优选地，为了进一步减少步骤执行时间，提供工作效益，当某一层的扫描截面包括两个或两个以上轮廓搭接处时，采用上述步骤一至步骤四执行一次以完成一个轮廓搭接处的扫描，对剩下的每个轮廓搭接处采用上述步骤二至步骤四执行一次。

本发明还提供了一种增材制造多激光轮廓搭接系统，所述系统包括：

判断模块，用于当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

该判断模块具体通过以下方式进行判断：

如图1所示，以相邻激光扫描轮廓搭接处的两个端点为切点，分别沿着对应轮廓的延伸方向作切线记作第一射线、第二射线，所述第一射线和第二射线形成的夹角大于90度，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件，否则不满足相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件。例如，图1中左侧的轮廓搭接处的β小于90度，说明该扫描搭接处的搭接偏差不大，因此，不需要启动本申请的技术方案；而图1中右侧的轮廓搭接处的R大于90度，说明该扫描搭接处的搭接偏差较大，需要启动本申请的技术方案，即继续执行下述步骤。

获取模块，用于当满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；

扫描模块，用于对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

在一具体实施中，所述系统还包括：

计时模块，用于对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种增材制造多激光轮廓搭接方法，其特征在于，包括：

步骤一、当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时；

步骤二、判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

步骤三、若满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；

步骤四、对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

2.根据权利要求1所述的增材制造多激光轮廓搭接方法，其特征在于，所述方法还包括：

以相邻激光扫描轮廓搭接处的两个端点为切点，分别沿着对应轮廓的延伸方向作切线记作第一射线、第二射线，所述第一射线和第二射线形成的夹角大于90度，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件，否则不满足相邻激光扫描系统的轮廓搭接处满足搭接条件。

3.根据权利要求1所述的增材制造多激光轮廓搭接方法，其特征在于，当某一层的扫描截面包括两个或两个以上轮廓搭接处时，采用上述步骤一至步骤四执行一次以完成一个轮廓搭接处的扫描，对剩下的每个轮廓搭接处采用上述步骤二至步骤四执行一次。

4.根据权利要求1所述的增材制造多激光轮廓搭接方法，其特征在于，所述方法还包括：

对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。

5.根据权利要求1至4任一项所述的增材制造多激光轮廓搭接方法，其特征在于，所述预设时间为12-24小时。

6.一种增材制造多激光轮廓搭接系统，其特征在于，所述系统包括：

判断模块，用于当增材制造设备工作运行达到预设时间，且当相邻激光扫描系统分别完成对应轮廓的扫描时，判断相邻激光扫描系统的轮廓搭接处是否满足搭接条件；

获取模块，用于当满足条件，则以相邻激光扫描系统中任一个激光器的已扫描的对应轮廓的起始端或结束端为切点作该轮廓的切线，并以该切点为端点向该轮廓内作一条与相邻激光扫描系统中的另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的射线，且该射线和切线形成的夹角α为19-30度；该射线与另一个激光器的已扫描的对应轮廓相交的交点形成待扫描线段；

扫描模块，用于对所述待扫描线段进行扫描以实现相邻激光扫描系统的轮廓搭接。

7.根据权利要求6所述的增材制造多激光轮廓搭接系统，其特征在于，所述系统还包括：

计时模块，用于对增材制造设备的工作运行时间进行累计计时，当累计计时时间达到预设时间，则判断增材制造的工作运行时间达到预设时间。

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