激光成形均匀变宽零件的方法.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CN106424726A(43)申请公布日2017.02.22(21)申请号201610861588.9(22)申请日2016.09.29(71)申请人苏州大学地址215123江苏省苏州市工业园区仁爱路199号(72)发明人石拓卢秉恒魏正英鹿霖傅戈雁(74)专利代理机构南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)32256代理人王锋(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B33Y10/00(2015.01)B23K26/00(2014.01)B23K26/342(2014.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称激光成形均匀变宽零件的方法(57)摘要本发明涉及一种激光成形均匀变宽零件的方法，属于激光熔覆与3D成形领域，该激光成形均匀变宽零件的方法通过采用分层和设置每层的单道路径规划，并将每层熔覆层分段及根据每个小段的熔覆层宽度确定该小段的光斑直径及参考离焦量，在成形过程中测量并计算每层每个小段的实际堆高与理想堆高的差值，通过计算修正下一层熔覆层的扫描速度，从而实现熔覆层宽度的闭环控制。通过采用该激光成形均匀变宽零件的方法可精确直接成形出连续变宽的零件，完成变宽叶轮叶片等特征零部件的成形，同时保持零件的高度不变，极大提高了激光3D成形零件的复杂度和成形效率。适用于激光同步送粉/送丝熔覆3D成形。CN106424726ACN106424726A权利要求书1/2页1.一种激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，包括：S1：将不等宽零件的CAD模型进行切片分层以形成若干熔覆层，每层熔覆层的上表面和下表面平行，每层熔覆层的宽度不等；设定光斑宽度范围，将每层熔覆层中光斑宽度范围内变化的熔覆层采用单道路径规划；S2：在每层熔覆层中，沿该熔覆层的填充方向，将该熔覆层划分成多个小段；在CAD模型分层的高度方向上，所述第i层熔覆层中的每个小段与第i+1层熔覆层中的每个小段在高度方向上的位置相同，其中，i大于或等于1；S3：根据每个小段的熔覆层宽度确定该小段的光斑直径及参考离焦量；S4：确定每层熔覆层的理想堆高，根据每个小段的光斑面积来确定该段的激光功率，使每小段的功率密度不变，然后堆积每层熔覆层；在每层熔覆层中，通过层高传感器测量每层熔覆层中的每个小段的实际堆高，并把所测量到的数据实时反馈给上位机；S5：在第i层熔覆层中，计算每个小段的实际堆高与该小段的理想堆高的差值，在第i+1层熔覆层的堆积中，根据计算所得到的第i层熔覆层的差值修正第i+1层熔覆层的扫描速度；S6：重复步骤S4～S5，直至整个零件成形。2.如权利要求1所述的激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过改变熔覆喷头的z轴位置或者通过改变准直镜位置调整光斑直径和参考离焦量。3.如权利要求1所述的激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用如下方法进行“扫描速度”的修正：若计算第i层熔覆层中的某一小段的理想堆高与实际堆高的差值为负，则加快第i+1层熔覆层中与该小段在CAD模型分层的高度方向上所对应的小段的扫描速度，若计算第i层熔覆层中的某一小段的理想堆高实际堆高与的差值为正，则减慢第i+1层熔覆层中与该小段在CAD模型分层的高度方向上所对应的小段的扫描速度。4.如权利要求1所述的激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将如下公式1或公式2应用到所有小段中以完成“扫描速度”的修正，i+1iiiiii公式1：vk＝vk–ck(hr-hk)，其中，hr-hk为在第i层熔覆层理想堆高hr与第k小段实i际堆高hk的差值，其中k大于或等于1；i为当前层数；C为第i层熔覆层的控制参数矩阵，其对iiiiiii+1i角线的元素为C＝[c1，c2，…，ck，…，cn]；V为每一小段的扫描速度；当V收敛时，(Hr-Hi)中的各元素趋向于0；i+1iiiiii公式2：vk＝vk·ck(hk/hr)，其中，hk/hr为在第i层熔覆层中第k小段实际堆高hk与理想堆高hr与的比值，其中k大于或等于1；i为层数；Ci为第i层熔覆层的控制参数矩阵，iiiiiii+1其对角线的元素为C＝[c1，c2，…，ck，…，cn]；V为每一小段的扫描速度；当V收敛时，Hi/Hri中的各元素趋向于1。5.如权利要求4所述的激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，采用模糊控制方法或者神经网络方法训练和优化C矩阵，使Vi+1的各元素快速收敛。6.如权利要求1所述的激光成形均匀变宽零件的方法，其特征在于，在所述步骤S5中，当每个小段的理想堆高与实际堆高基本一致时，形成优化的扫描速度向量Vopt和/或优化的控制矩阵Copt；在下一次相同零件成形时使用扫描速度向量Vopt和/或优化的控