一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109420760A(43)申请公布日2019.03.05(21)申请号201710723358.0(22)申请日2017.08.22(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路2号湖南大学(72)发明人刘继常齐利军刘旭东陈阳生(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图2页(54)发明名称一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法(57)摘要本发明涉及一种用于增材制造的提高构件成形质量和效率的高能束扫描方法。不同扫描路径对成形构件的精度、强度、翘曲变形和加工效率方面有重要的影响。本发明提出基于内外轮廓偏移扫描与间隔分区直线往返扫描复合的高能束扫描路径规划方法，即在优化的工艺参数(包括高能束功率、扫描速度和搭接率等)条件下，根据待扫描的数字模型二维截面信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后依照特定的逻辑顺序对每个分区沿平行直线往返扫描。本发明的有益效果是，避免了热应力累积而减少变形，减少了空行程而提高效率和高能束器件的使用寿命，还可以确保成形件的尺寸精度和表面质量，提高构件性能。CN109420760ACN109420760A权利要求书1/1页1.一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征是：根据待成形件的数字模型二维截面信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再根据分区规则对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后依照间隔分区扫描方法依次对每个分区进行直线往返扫描。2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：在获得待成形件数字模型的二维截面后，首先根据扫描间距对轮廓向待扫描的区域内进行适量偏置，生成第一条偏移扫描线，接着再根据扫描间距对这条扫描线向待扫描的区域内进行适量偏置，生成第二条偏移扫描线，直至生成的偏移扫描线达到足以保证形成满足要求的该截面壳体所需要的位置。3.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：分区规则为使用平行于X轴(或Y轴)的线段将对轮廓偏移线包围的剩余区域划分成不包含孔洞与内槽的分区。4.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法，其特征还在于：在对多个分区进行扫描时，使用间隔分区扫描方法进行扫描，对分区进行编号排序，使得高能束在结束本分区扫描跳转下一分区时优先扫描与当前分区不相邻的分区，即高能束在完成扫描当前分区后，迅速移动到距离相对较远的分区进行扫描。2CN109420760A说明书1/2页一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法技术领域[0001]本发明涉及一种高能束扫描路径规划方法。具体地说，是涉及一种用于增材制造的高能束扫描路径规划方法。背景技术[0002]高能束增材制造工艺利用三维模型分层切片得到的截面信息控制高能束逐层熔化材料，堆积成一个完全熔合(冶金结合)的构件。在增材制造过程中，工艺参数、高能束直径、扫描路径都可能对成形件的质量产生很大影响；同时，由于采用单点高能量加载方式，使得能量加载及其导致的各部位成形时间存在先后顺序，同一层内不同位置的温度和应力因扫描顺序不同而有所差异，导致工件产生不均匀的收缩，会引起成形件的变形，甚至开裂，这在很大程度上提高了控制成形件质量的难度。尤其是对于大尺寸成形件，扫描时间过长，层内累积的残余应力过大，易引起构件发生翘曲变形、裂纹等缺陷，严重时导致构件成形过程的中断。因此，在合理选择其他工艺参数的条件下，合理规划高能束扫描路径，在提高制件精度和强度，减小翘曲变形方面有着重要的作用。[0003]目前轮廓偏移扫描和往返平行扫描是增材制造工艺最基本的两种扫描方式，但这两种扫描方式过于简单，无法解决增材制造工艺过程中零部件残余应力过大，翘曲变形等问题。另外，往返平行扫描方式在扫描含有较大孔洞的轮廓时会产生相当大的空行程，影响成形效率。发明内容[0004]前述这两种基本的扫描方式不能在成形质量(如精度、强度、变形等)和成形效率之间达到理想的平衡。轮廓偏移扫描会使内层应力难于向外释放，制件容易变形；往返平行扫描的成形效果较好但在扫描带有孔洞或凹槽的截面时容易产生多次空行程，影响成形效率和高能束器件的有效使用。[0005]本发明提出一种新的高能束扫描路径规划方法，即基于内外轮廓偏移扫描与间隔分区直线往返扫描复合的高能束扫描路径规划方法。该方法在优化的工艺参数(包括高能束功率、扫描速度、切片层厚和搭接率等)条件下，根据待成形件数字模型的二维截面轮廓信息，先沿截面内外轮廓进行一定次数的偏移扫描，再对轮廓偏移线包围的剩余区域进行分区，最后采用间隔分区直线往返扫描方法对每个分区进行扫描。先进行内