CN115489113A - 一种用于三维物体制造的激光扫描方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

一种用于三维物体制造的激光扫描方法、装置和存储介质，其中激光扫描方法包括：对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个或多个闭合的多边形；对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量；提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓；按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。本发明可有效避免扫描填充矢量起点的熔池波动，即打印过程中能抑制局部（尤其是轮廓处）翘曲，从而提升打印成功率，即能有效提升待打印工件的表面质量。

Description

一种用于三维物体制造的激光扫描方法、装置和存储介质
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种用于三维物体制造的激光扫描方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
增材制造技术是一种通过控制激光逐层扫描，层层叠加形成三维物体的快速制造技术。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，最终得到三维物体。
现有技术的扫描方式主要包括平行线扫描、轮廓等距线扫描、以及二者混合扫描，其中平行线扫描中，相邻两条扫描矢量的方向可以相同，也可以相反。在现有技术的上述扫描方式中，激光扫描到的区域热量分布集中，容易因与周围未被激光扫描到的粉末形成大的温度梯度，从而造成翘曲变形、开裂等问题。而对于本领域的技术人员来说，扫描过程的激光的扫描路径、扫描功率、扫描速度、扫描间距等均能影响热量的分布和残余应力的分布，进而导致工件存在翘曲变形，因此激光扫描方式的优化改进一直是该技术中研究的课题。
发明内容
为了解决现有技术的激光扫描方式导致待打印工件存在翘曲变形的技术问题，本发明提供一种用于三维物体制造的激光扫描方法、装置、计算机设备和存储介质，该激光扫描方法在打印过程中能抑制局部（尤其是轮廓处）翘曲，提升打印成功率，即能有效提升待打印工件的表面质量。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于三维物体制造的激光扫描方法，包括：
对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个或多个闭合的多边形；
对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量；
提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓；
按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
作为本发明的进一步优选方案，提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓具体包括：
步骤一、提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量形成矢量集A；
步骤二、对矢量集A内的每一条填充矢量Ai分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ai的起点和终点均与轮廓相连或相近，则将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci；否则将该填充矢量Ai记作Di；将所有填充矢量Bi、Ci和Di形成新的矢量集E，其中，i为1，2，3，……N，N为填充矢量的总数量；
步骤三、对矢量集E内的每一条填充矢量Ei分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ei的终点与轮廓相连或相近，则该填充矢量Ei保持不变并记作Fi；否则将该填充矢量Ei进行反向得到新的填充矢量Hi，将所有填充矢量Fi、Hi形成最终的矢量集J。
作为本发明的进一步优选方案，所述预设区域为待打印工件的上表面区域或下表面悬空区域。
作为本发明的进一步优选方案，所述与轮廓相连或相近的填充矢量为该填充矢量的端点与轮廓之间的距离在0.5mm以内。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci中，分割点为该填充矢量Ai的中点位置。
作为本发明的进一步优选方案，所述步骤对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量中，若干条填充矢量为直线，且部分填充矢量或全部填充矢量相互平行。
本发明还提供了一种用于三维物体制造的激光扫描装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
本发明又提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
本发明的用于三维物体制造的激光扫描方法，通过提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓。这样可有效避免扫描填充矢量起点的熔池波动，即打印过程中能抑制局部（尤其是轮廓处）翘曲，从而提升打印成功率，即能有效提升待打印工件的表面质量。
附图说明
图1为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的方法流程图；
图2为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的工作图一；
图3为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的工作图二；
图4为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的工作图三；
图5为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的工作图四；
图6为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例一的工作图五；
图7为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例二的工作图一；
图8为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例二的工作图二；
图9为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例二的工作图三；
图10为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例二的工作图四；
图11为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例三的工作图一；
图12为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例三的工作图二；
图13为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例三的工作图三；
图14为本发明用于三维物体制造的激光扫描方法提供的实施例三的工作图四。
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。
为了解决现有技术的激光扫描方式，由于存在热量的分布和残余应力的分布而导致待打印工件存在翘曲变形的技术问题，本发明提供了一种用于三维物体制造的激光扫描方法，包括：
对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个或多个闭合的多边形；
对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量；
提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓；
按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
本发明的用于三维物体制造的激光扫描方法可有效避免扫描填充矢量起点的熔池波动造成的缺陷远离轮廓和工件表面，即打印过程中能抑制局部（尤其是轮廓处）翘曲，从而提升打印成功率，即能有效提升待打印工件的表面质量。
上述预设区域为待打印工件的靠近轮廓的区域，其中，待打印工件的上表面区域或下表面悬空区域应用效果最佳。当然，在具体实施中，本发明的技术方案还可以对于待打印工件的多边形的全部区域都执行，或者待打印工件的多边形的部分区域执行（如待打印工件上/下表面区域与部分非上/下表面区域的组合区域），具体可根据实际需要确定。
在此需说明的是，所述与轮廓相连或相近的填充矢量为该填充矢量的端点与轮廓之间的距离在0.5mm以内。
优选地，上述将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci的步骤中，分割点为该填充矢量Ai的中点位置，避免分割产生过短的矢量。。
进一步优选地，上述将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci的步骤中，分割后的两条矢量在分割点处设置重合区域，重合区域的尺寸范围为0~0.5mm，并在该重合区域进行重熔以避免搭接处可能存在的缺陷，即进一步保证了扫描质量。
在一具体实施中，上述对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量的步骤中，若干条填充矢量为直线，且部分填充矢量或全部填充矢量相互平行，然而，在具体实施中，本申请对于填充矢量不限制于直线，其还可以为曲线等；同理，本申请对于填充矢量之间的间距以及相邻填充矢量的关系也不做限制，例如，相邻填充矢量还可以呈垂直关系等。
为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案，下面以实施例的形式并结合附图对本发明的技术方案进行详细阐述。
实施例一
如图1所示，本实施例的用于三维物体制造的激光扫描方法包括以下步骤：
步骤11、对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个闭合的多边形，如图2所示；在此需说明的是，所示截面轮廓具体有几个闭合的多边形构成主要取决于待打印工件的形状。
步骤12、对每一个多边形的内部设置若干条相互平行的直线填充矢量，如图3所示；
步骤13、提取待打印工件的某一多边形的所有与轮廓相连或相近的填充矢量形成矢量集A，如图4所示的虚线；
步骤14、对矢量集A内的每一条填充矢量Ai分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ai的起点和终点均与轮廓相连或相近，则将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci；否则将该填充矢量Ai记作Di；将所有填充矢量Bi、Ci和Di形成新的矢量集E，如图5所示。其中，i为1，2，3，……N，N为填充矢量的总数量；
步骤15、对矢量集E内的每一条填充矢量Ei分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ei的终点与轮廓相连或相近，则该填充矢量Ei保持不变并记作Fi；否则将该填充矢量Ei进行反向得到新的填充矢量Hi，将所有填充矢量Fi、Hi形成最终的矢量集J，如图6所示。
步骤16、按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
实施例二
本实施例的用于三维物体制造的激光扫描方法包括以下步骤：
步骤21、对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个闭合的多边形；
步骤22、对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量，如图7所示；该闭合多边形的周围区域设置多条相互平行的填充矢量，中间区域设置几个子区域，每个子区域由几条相互平行的填充矢量构成，且各子区域中相邻子区域的填充矢量相互垂直。
步骤23、提取待打印工件（也是指某一个多边形的全部区域）的所有与轮廓相连或相近的填充矢量形成矢量集A，如图8所示的虚线；
步骤24、对矢量集A内的每一条填充矢量Ai分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ai的起点和终点均与轮廓相连或相近，则将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci；否则将该填充矢量Ai记作Di；将所有填充矢量Bi、Ci和Di形成新的矢量集E，如图9所示。其中，i为1，2，3，……N，N为填充矢量的总数量；
步骤25、对矢量集E内的每一条填充矢量Ei分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ei的终点与轮廓相连或相近，则该填充矢量Ei保持不变并记作Fi；否则将该填充矢量Ei进行反向得到新的填充矢量Hi，将所有填充矢量Fi、Hi形成最终的矢量集J，如图10所示。
步骤26、按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
实施例三
本实施例的用于三维物体制造的激光扫描方法包括以下步骤：
步骤31、对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个闭合的多边形；
步骤32、对每一个多边形的内部设置若干条相互平行的直线填充矢量，如图11所示；
步骤33、提取待打印工件的部分与轮廓相连或相近的填充矢量形成矢量集A，如图12所示的虚线；
步骤34、对矢量集A内的每一条填充矢量Ai分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ai的起点和终点均与轮廓相连或相近，则将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci；否则将该填充矢量Ai记作Di；将所有填充矢量Bi、Ci和Di形成新的矢量集E，如图13所示。其中，i为1，2，3，……N，N为填充矢量的总数量；
步骤35、对矢量集E内的每一条填充矢量Ei分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ei的终点与轮廓相连或相近，则该填充矢量Ei保持不变并记作Fi；否则将该填充矢量Ei进行反向得到新的填充矢量Hi，将所有填充矢量Fi、Hi形成最终的矢量集J，如图14所示。
步骤36、按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
实施例二和实施例一执行的步骤近似，区别在于，实施例二和实施例一设置的填充矢量不同。
实施例三和实施例一执行的步骤近似，区别在于，实施例三仅针对待打印工件的部分感兴趣区域（下表面）执行本发明的上述技术方案；而实施例一针对待打印工件的某一多边形的全部区域执行本发明的上述技术方案。
本发明还提供了一种用于三维物体制造的激光扫描装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
本发明又提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
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 (8)

1.一种用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，包括：
对待打印工件进行切片获得每一层的截面轮廓，所述截面轮廓为一个或多个闭合的多边形；
对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量；
提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓；
按照最终得到的所有填充矢量的方向进行激光扫描。
2.根据权利要求1所述的用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量，并通过控制与轮廓相连或相近的填充矢量的方向，使得与轮廓相连或相近的所有填充矢量的端点均为填充矢量的终点，且所有填充矢量的起点均远离轮廓具体包括：
步骤一、提取预设区域的所有与轮廓相连或相近的填充矢量形成矢量集A；
步骤二、对矢量集A内的每一条填充矢量Ai分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ai的起点和终点均与轮廓相连或相近，则将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci；否则将该填充矢量Ai记作Di；将所有填充矢量Bi、Ci和Di形成新的矢量集E，其中，i为1，2，3，……N，N为填充矢量的总数量；
步骤三、对矢量集E内的每一条填充矢量Ei分别进行以下判断：当某一条填充矢量Ei的终点与轮廓相连或相近，则该填充矢量Ei保持不变并记作Fi；否则将该填充矢量Ei进行反向得到新的填充矢量Hi，将所有填充矢量Fi、Hi形成最终的矢量集J。
3.根据权利要求1或2所述的用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，所述预设区域为待打印工件的上表面区域或下表面悬空区域。
4.根据权利要求1或2所述的用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，所述与轮廓相连或相近的填充矢量为该填充矢量的端点与轮廓之间的距离在0.5mm以内。
5.根据权利要求1或2所述的用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，所述步骤将该填充矢量Ai分割成两条填充矢量Bi和Ci中，分割点为该填充矢量Ai的中点位置。
6.根据权利要求1或2所述的用于三维物体制造的激光扫描方法，其特征在于，所述步骤对每一个多边形的内部设置若干条填充矢量中，若干条填充矢量为直线，且部分填充矢量或全部填充矢量相互平行。
7.一种用于三维物体制造的激光扫描装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的用于三维物体制造的激光扫描方法的步骤。
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