CN117444358B - 一种增材制造方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种增材制造方法、装置、设备及存储介质，其方法包括获取红外图像，红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；根据红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；根据区域的温度，进行增材制造。本申请根据温度的不同，调整增材制造的区域，能够有效的控制零件内部温度，进而达到提高零件质量的效果。
Description
技术领域
本申请涉及增材制造的技术领域，尤其是涉及一种增材制造方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
电弧增材制造技术以电弧为热源，以金属丝材为原料，在机器人等运动机构的操控下，按照已规划好的运动路径和工艺参数，通过高温液态金属熔滴连续向成形件表面平稳过渡的方式逐层沉积而成形金属构件。
目前，采用电弧增材制造技术制造的金属构件组织和化学成分均匀、致密度高。相比其他常见的金属材料增材制造方式，电弧增材制造技术具有成形速度快、材料利用率高、制造成本低、成形构件尺寸灵活、易于修复等优点，但由于电弧增材制造热输入高，容易产生热积累，对成形质量影响较大。由于电弧增材制造过程是以高温液态金属熔滴平稳过渡的方式进行逐层堆积的，所以随着沉积层数的不断增加，沉积层自身热积累严重，不易散热，熔池处于过热状态、不易凝固，这些问题都会直接影响沉积层的冶金结合强度、沉积尺寸精度和成形质量。
上述中的相关技术方案存在以下缺陷：增材制造零件的零件质量低。
发明内容
为了改善增材制造零件质量低的问题，本申请提供了一种增材制造方法、装置、设备及存储介质。
在本申请的第一方面，提供了一种增材制造方法。该方法包括：
获取红外图像，红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；
根据红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；
根据区域的温度，进行增材制造。
由以上技术方案可知，通过获取增材制造过程中的红外图像，并根据红外图像对零件进行分区，根据区域的温度对零件进行增材制造，根据温度调整制造的区域，以降低温度在制造过程中对零件质量的影响，提高零件质量，达到改善增材制造零件质量的效果。
在一种可能的实现方式中，根据区域的温度，进行增材制造，包括：
根据区域的温度，确定目标区域；
根据目标区域，完成目标区域的制造。
由以上技术方案可知，根据温度确定目标区域，以降低温度在制造过程中对目标区域零件成形的影响，进而达到改善增材制造零件质量的效果。
在一种可能的实现方式中，根据区域的温度，确定目标区域，包括：
当温度低于温度预设值时，温度对应的区域为目标区域。
由以上技术方案可知，将温度低于温度预设值的区域作为目标区域，以降低制造过程中目标区域热量积累，达到改善增材制造零件质量的效果。
在一种可能的实现方式中，根据区域的温度，进行增材制造，包括：
根据区域的温度，对区域进行排序；
根据区域的顺序，依次对区域进行增材制造。
由以上技术方案可知，根据温度对区域进行排序，根据区域的顺序进行增材制造，在一定程度上可以降低温度对于增材制造的影响，进而实现对零件质量的提高。
在一种可能的实现方式中，获取红外图像之前，还包括：
获取待制造零件的三维模型和材料信息，材料信息是用于制造所述待制造零件的材料的信息；
确定材料信息对应的层切高度；
根据层切高度对三维模型进行横切，得到Y个层切面，其中，Y为正整数；
根据层切面，依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造，其中，X为正整数且X<Y。
由以上技术方案可知，通过对获取材料信息，根据材料信息确定与三维模型适配的层切高度，完成对零件的层切得到层切面，进而根据层切面进行制造，使得制造出的层切面的高度符合预期，减少由于制造材料的不同而导致层切面高度出现偏差的问题，进而避免由于层切面高度导致的零件质量问题。
在一种可能的实现方式中，根据层切面，依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：
根据层切面与基准面的距离，对Y个层切面进行排序；
根据Y个层切面的排序，依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造。
由以上技术方案可知，通过计算层切面和基准面的距离，并根据距离对层切面进行排序，使得制造出的零件更贴合预期，减少由于层切面形状相似而导致层切面顺序偏差的问题，进而避免由于层切面顺序导致的零件质量问题。
在一种可能的实现方式中，根据Y个层切面的排序，依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：
根据Y个层切面的排序，依次将Y个层切面输入至路径规划模型，得到Y个层切面对应路径；
根据路径，依次完成对Y个层切面中的X个层切面的制造。
由以上技术方案可知，通过对每一个层切面进行路径规划，实现对每一个层切面的制造，进而实现对于零件的增材制造。
在本申请的第二方面，提供了一种增材制造装置。该装置包括：
数据获取模块，用于获取红外图像，红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；
区域划分模块，用于根据红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；
增材制造模块，用于根据区域的温度，进行增材制造。
在本申请的第三方面，提供了一种电子设备。该电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如以上所述的方法。
在本申请的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如根据本申请的第一方面的方法。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
通过对红外图像进行分区，根据温度调整制造的区域，以降低温度在制造过程中对零件质量的影响，提高零件质量，达到改善增材制造零件质量的效果；
将温度低于温度预设值的区域作为目标区域，以降低制造过程中目标区域热量积累，达到改善增材制造零件质量的效果；
通过计算层切面和基准面的距离，并根据距离对层切面进行排序，使得制造出的零件更贴合预期，减少由于层切面形状相似而导致层切面顺序偏差的问题，进而避免由于层切面顺序导致的零件质量问题。
附图说明
图1是本申请提供的增材制造方法的流程示意图。
图2是本申请提供的增材制造装置的结构示意图。
图3是本申请提供的电子设备的结构示意图。
图中，201、数据获取模块；202、区域划分模块；203、增材制造模块；301、CPU；302、ROM；303、RAM；304、I/O接口；305、输入部分；306、输出部分；307、存储部分；308、通信部分；309、驱动器；310、可拆卸介质。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
3D打印，又称增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。对于使用金属丝材为原料，通过高温液态金属熔滴连续向成形件表面平稳过渡的方式逐层沉积而成形金属构件的电弧增材制造方法而言，由于液态金属的热量高，出现沉积层的热量积累，导致金属构件不易凝固出现金属构件质量低的问题。对于非金属材料，例如，塑料、陶瓷粉末、光敏树脂等打印材料，在打印过程中不同的材料对温度的要求有所不同，也会存在如金属材料一样受温度影响进而导致成形件的质量下降的问题，所以本申请通过对增材制造过程中的温度进行判断，根据不同的温度调整打印的区域，以减少由于热量积累对成形件质量的影响，提高构件的质量。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。本申请实施例的内容主要针对电弧增材制造过程中出现的热量累积的问题，但本申请可以根据不同的增材制造方法调整不同的参数范围，进而改善不同增材制造由于制作过程中温度引起的质量问题。
本申请实施例提供一种增材制造方法，上述方法的主要流程描述如下。
如图1所示：
步骤S101：获取红外图像。
具体的，红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像。上述红外图像可以为增材制造过程中任意一个时刻零件的俯视图的红外图像，也可以为增材制造过程中多张不同角度零件的红外图像，通过多张不同角度的红外图像对零件的温度进行进一步分析，得到零件更为准确的温度分布情况。红外图像用于获取或分析零件在增材制造过程中的温度分布情况，对于红外图像获取和分析的过程在此不做限制。
在获取红外图像之前，增材制造方法还包括：
获取待制造零件的三维模型和材料信息，上述材料信息是用于制造上述待制造零件的材料的信息，材料信息可以为材料的名称、材料的成分或材料的沉积率等其他可以确定材料的信息。由于不同材料在增材制造过程中的沉积率不同，所以不同的材料对应的层切高度不同。
根据材料信息可以确定上述材料信息对应的层切高度，层切高度为对上述三维模型横切得到每个层切面的高度。根据上述层切高度对三维模型进行横切，得到Y个层切面，其中，Y为正整数。根据上述层切面，依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造，其中，X为正整数且X<Y。
依次完成Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：
根据上述层切面与基准面的距离，对上述Y个层切面进行排序。可以理解的是，三维模型在一个空间直角坐标系中，在对三维模型进行层切的时候，需要选择一个面来完成对三维模型的层切。在一个示例中，选择以xoy平面作为基准面，然后使用平行于xoy平面的平面实现对三维模型的切割，上述平行与xoy平面的相邻两个平面之间的距离等于层切高度。然后计算每一个层切面距离xoy平面的距离，根据上述距离，对Y个层切面进行升序排序。在其他实施方式中可以选择其他的平面作为基准面，例如，yoz平面、xoz平面，在此不作限制。根据上述Y个层切面的排序，依次对Y个层切面中的X个层切面的进行增材制造。
在对层切面进行增材制造之前，要确定每个层切面的路径。
根据上述Y个层切面的排序，依次将上述Y个层切面输入至路径规划模型，得到上述Y个层切面对应路径。上述路径规划模型要使层切面对应的路径覆盖整个层切面且上述路径不重复。可以理解的是，路径存在一定的宽度，在进行路径规划时，画出路径所在的中心线即可。在一种实施方式中，预先设置有大于上述层切面的路径规划面，上述路径规划面中设置有与路径规划面对应的路径，例如，路径规划面为矩形，则矩形上有平行于某一边长的多条路径，上述路径覆盖上述矩形。求上述矩形和上述层切面的交集，即上述矩形中的路径会覆盖在上述层切面中，然后沿一个方向，对层切面中的路径进行编号，从左到右扫描该层切面，经过的第一条直线编号为一，然后对后续经过的直线依次进行编号，根据编号依次对该层切面进行增材制造。确定每一个层切面的路径后，根据上述路径，依次对上述Y个层切面中的X个层切面进行增材制造。
步骤S102：根据红外图像，对零件进行分区，形成多个区域。
具体的，根据红外图像的颜色，对零件进行分区，可以理解的是红外图像上的颜色表示不同的温度，可以将红外图像上的颜色转换为温度，实现分区，也可以将分区的阈值调整为颜色阈值，实现对红外图像的分区。在本实施方式中，红外图像为增材制造过程中任意一个时刻零件的俯视图的红外图像，以该红外图像为例，描述对零件的分区。
在一种实施方式中，获取多个颜色阈值范围，根据不同的颜色阈值范围，依次比较红外图像中每个像素的颜色，判断该颜色落入的颜色阈值范围，确定不同的区域，红外图像中所有像素的颜色判断完毕，则完成红外图像的区域划分。划分区域的方式可以为给像素标号，或者修改像素的颜色，或给不同的区域的像素添加对应区域的标签等，在此不限定划分区域的具体方式。
在另一种实施方式中，获取多个温度阈值范围，根据红外图像中的颜色，将上述颜色转换为温度值，不同的颜色对应不同的温度，然后将红外图像中每一个像素对应的温度值和温度阈值进行判断，落入哪一个温度阈值范围，则该像素属于温度阈值范围对应的区域，完成所有像素的判断即完成红外图像的区域划分。
在其他实施方式中，仅设定一个温度预设值或颜色预设值，大于上述温度预设值或颜色预设值的形成一个区域，小于等于上述温度预设值或颜色预设值形成另外一个区域。
步骤S103：根据区域的温度，进行增材制造。
具体的，根据区域的温度的不同，确定目标区域，完成对目标区域的增材制造。
在一种实施方式中，对上述根据所述区域的温度，对上述区域进行升序排序，根据上述区域的顺序，依次对上述区域进行增材制造。可以理解的是，当完成X个层切面的增材制造后，获取红外图像，对新的层切面进行打印规划，根据温度，对区域进行升序排序，依次完成区域的制造，进而完成该层切面的制造。即先对温度低的区域进行下一层的增材制造，尽可能减少热量积累，提高金属构件的质量。上述温度最低的区域即为目标区域。
在另一种实施方式中，根据上述区域的温度，确定目标区域，将平均温度最低的区域作为目标区域，确定目标区域后，完成目标区域的增材制造。完成目标区域的制造之后，获取新的红外图像，重新确定新的温度最低的目标区域，然后完成目标区域的增材制造，循环上述过程，直到完成零件的制造。
在具体对某一个区域进行增材制造的过程中，根据上述对层切面进行的路径规划，并对路径进行了排序，对于区域而言，路径的排序依然存在，可以根据路径的排序依次完成区域的制造。例如，对于层切面而言，路径的编号是1到10，那目标区域中的路径可能为5到8，并且区域中的每条路径可能为对应编号的一部分，所以在完成区域的制造时只需要根据编号完成对应部分的制造即可。根据编号完成区域或层切面的增材制造只是其中一种实现方式，在其他实施方式中，可以使用其他方式完成层切面或区域的增材制造，在此不作限制。
本申请实施例提供一种增材制造装置，参照图2，增材制造装置包括：
数据获取模块201，用于获取红外图像，红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；
区域划分模块202，用于根据红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；
增材制造模块203，用于根据区域的温度，进行增材制造。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例公开一种电子设备。参照图3，电子设备包括，包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)301，其可以根据存储在只读存储器(Read-Only Memory，ROM)302中的程序或者从存储部分307加载到随机访问存储器(Random Access Memory，RAM)303中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还存储有装置操作所需的各种程序和数据。CPU 301、ROM 302以及RAM 303通过总线彼此相连。输入/输出(Input/Output，I/O)接口304也连接至总线。
以下部件连接至I/O接口304：包括键盘、鼠标等的输入部分305；包括诸如阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)、液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)等以及扬声器等的输出部分306；包括硬盘等的存储部分307；以及包括诸如局域网(Local AreaNetwork,LAN)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分308。通信部分308经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器309也根据需要连接至I/O接口304。可拆卸介质310，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器309上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分307。
特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图图1描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分308从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质310被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)301执行时，执行本申请的装置中限定的上述功能。
需要说明的是，本申请所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(Erasable Programmable Read Only Memory,EPROM)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(Compact Disc Read-Only Memory,CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行装置、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、射频(Radio Frequency,RF)等等，或者上述的任意合适的组合。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (6)
1.一种增材制造方法，其特征在于，包括：
获取红外图像，所述红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；
根据所述红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；
根据所述区域的温度，进行增材制造；
所述根据所述区域的温度，进行增材制造，包括：
根据所述区域的温度，确定目标区域；
根据所述目标区域，完成所述目标区域的制造；
所述获取红外图像之前，还包括：
获取待制造零件的三维模型和材料信息，所述材料信息是用于制造所述待制造零件的材料的信息；
确定所述材料信息对应的层切高度；
根据所述层切高度对所述三维模型进行横切，得到Y个层切面，其中，Y为正整数；
根据所述层切面，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，其中，X为正整数且X<Y；
所述根据所述层切面，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：
根据所述层切面与基准面的距离，对所述Y个层切面进行排序；
根据所述Y个层切面的排序，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造；
所述根据所述Y个层切面的排序，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：
根据所述Y个层切面的排序，依次将所述Y个层切面输入至路径规划模型，得到所述Y个层切面对应路径；
根据所述路径，依次完成对所述Y个层切面中的X个层切面的制造。
2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述根据所述区域的温度，确定目标区域，包括：
当所述温度低于温度预设值时，所述温度对应的区域为目标区域。
3.根据权利要求1所述的增材制造方法，其特征在于，所述根据所述区域的温度，进行增材制造，包括：
根据所述区域的温度，对所述区域进行排序；
根据所述区域的顺序，依次对所述区域进行增材制造。
4.一种增材制造装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取红外图像，所述红外图像为在增材制造过程中零件的红外图像；
区域划分模块，用于根据所述红外图像，对零件进行分区，形成多个区域；
增材制造模块，用于根据所述区域的温度，进行增材制造；所述根据所述区域的温度，进行增材制造，包括：根据所述区域的温度，确定目标区域；根据所述目标区域，完成所述目标区域的制造；所述获取红外图像之前，还包括：获取待制造零件的三维模型和材料信息，所述材料信息是用于制造所述待制造零件的材料的信息；确定所述材料信息对应的层切高度；根据所述层切高度对所述三维模型进行横切，得到Y个层切面，其中，Y为正整数；根据所述层切面，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，其中，X为正整数且X<Y；所述根据所述层切面，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：根据所述层切面与基准面的距离，对所述Y个层切面进行排序；根据所述Y个层切面的排序，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造；所述根据所述Y个层切面的排序，依次完成所述Y个层切面中的X个层切面的制造，包括：根据所述Y个层切面的排序，依次将所述Y个层切面输入至路径规划模型，得到所述Y个层切面对应路径；根据所述路径，依次完成对所述Y个层切面中的X个层切面的制造。
5.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一种所述方法的计算机程序。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1至3中任一种方法的计算机程序。
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- 2023-12-08 CN CN202311675745.3A patent/CN117444358B/zh active Active
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