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激光沉积扫描路径规划方法

发明公布  有效
申请(专利)号:CN201505020522.X国省代码:北京 11
申请(专利权)人:鑫精合激光科技发展(北京)有限公司
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摘要:
本发明涉及激光沉积扫描路径规划方法,利用温度值与距离两个标准,选取执行增材制造的成形区,通过控制成形区的先后顺序,避免无效行程,最大程度的降低热输入,提高成形效率。通过将激光头的扫描方向调整90度进行增材制造,增强层与层之间的结合性,提高零件的质量。

主权项:
1.一种激光沉积扫描路径规划方法,其特征在于,包括步骤:S1、建立待成形零件的三维模型,将所述三维模型划分为n个切片层,对所述n个切片层进行分类,不同类型的切片层设置不同的激光扫描方向,n为正整数,令i=1;S2、对第i层进行增材制造,根据第i层切片层的类型调整激光扫描方向,设定分割间距宽度,对第i层切片层进行分割,划分m个成形区,m为正整数;S3、从划分出的m个成形区中选取指定一个为起始成形区,对所述起始成形区进行增材制造;S4、根据预设的条件从未完成增材制造的成形区中选取下一个执行增材制造的成形区;S5、激光头移动到选定的下一个成形区进行增材制造,并对完成增材制造的成形区进行记录;S6、判断当前层是否还有未完成增材制造的成形区,如果是则执行S4,如果否则执行S7;S7、判断i是否等于n,如果是则执行S9,如果否则执行S8;S8、令i=i+1,执行S2;S9、结束。


说明书

激光沉积扫描路径规划方法

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及激光沉积扫描路径规划方法。

背景技术

在对零件进行分层、切片后,程序自动对每个切片层的切割区域自动排序,默认的
排序方法无规律性,设备空程轨迹较多,某些区域热堆积严重,影响成形速效率和质量,需
要手动调整切割区域顺序,工作量很大,且原始层与复制层之间的扫描轨迹重合率较高,影
响原始层与复制层之间的结合性。因此,传统方法存在成形效率低、零件质量差的问题。

发明内容

针对上述技术问题,本发明提供一种激光沉积扫描路径规划方法,包括以下步骤:

S1、建立待成形零件的三维模型,将三维模型划分为n个切片层,对n个切片层进行分
类,不同类型的切片层设置不同的激光扫描方向,n为正整数,令i=1;

S2、对第i层进行增材制造,根据第i层切片层的类型调整激光扫描方向,设定分割间距
宽度,对第i层切片层进行分割,划分m个成形区,m为正整数;

S3、从划分出的m个成形区中选取指定一个为起始成形区,对起始成形区进行增材制
造;

S4、根据预设的条件从未完成增材制造的成形区中选取下一个执行增材制造的成形
区;

S5、激光头移动到选定的下一个成形区进行增材制造,并对完成增材制造的成形区进
行记录;

S6、判断当前层是否还有未完成增材制造的成形区,如果是则执行S4,如果否则执行
S7;

S7、判断i是否等于n,如果是则执行S9,如果否则执行S8;

S8、令i=i+1,执行S2;

S9、结束。

进一步地,步骤S1具体包括:

S101、利用三维软件建立待成形零件的三维模型;

S102、对三维模型进行分层和切片,划分为n个切片层,对切片层进行编号,将n个切片
层分为原始层和复制层两种类型,其中,奇数层为原始层,偶数层为复制层;

S103、分别对原始层和复制层设置激光扫描方向,原始层的扫描方向与复制层的扫描
方向呈α度,0≤α≤90。

进一步地,步骤S2中设定分割间距宽度具体为,根据激光光斑直径设置,使分割间
距小于等于激光光斑直径。

进一步地,步骤S4中选取下一个执行增材制造的成形区具体为:

S401、预设温度阈值;

S402、对所有未完成增材制造的成形区进行热成像扫描,获取各个成形区的温度值,选
取温度值在温度阈值以下的成形区;

S403、测量温度值在温度阈值以下的成形区与目前正在执行增材制造的成形区之间的
距离,选取距离最短的成形区为下一个执行增材制造的成形区。

进一步地,温度阈值为280摄氏度至400摄氏度中任一值。

进一步地,步骤S103中调整α度具体为90度。

采用上述技术方案,本发明所产生的有益效果是:

通过对建立的待成形零件的三维模型分层、切片之后,划分出n个切片层,对切片层进
行编号,将n个切片层分为原始层和复制层两种类型,其中,奇数层为原始层,偶数层为复制
层。对第i层进行增材制造,根据第i层切片层的类型调整激光扫描方向,根据激光光斑直径
设定分割间距,对第i层切片层进行分割,划分出m个成形区,在成形区内选取指定一个为起
始成形区,从起始成形区进行增材制造,并不断从未完成增材制造的成形区中选取下一个
执行增材制造的成形区。其中下一个执行增材制造的成形区的选取是根据温度以及距离两
个标准进行选取。之后再判断三维模型的所有分层是否都完成增材制造,如果没有则将激
光头的扫描方向调整α度后再次选成形区进行增材制造,直至所有分层都完成增材制造。

该方法简单、易操作,降低了工作强度,避免了无效行程,并最大程度降低热输入,
同时通过控制成形区的先后顺序,优化了热量的输入,降低了热堆积现象的产生,提高了成
形效率。通过控制层与层之间的扫描路径的方向,增强了层与层之间的结合性,提高了零件
的质量。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的激光沉积扫描路径规划方法工艺流程图;

图2示出了根据本发明的一个实施例的分割示意图;

图3示出了根据本发明的一个实施例的扫描示意图。

其中,1为原始层,11为原始层起始区,2为复制层,21为复制层起始区,3为分割间
距,4为扫描间距。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可
以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明并不限于下面公开的具体实
施例的限制。

为了解决成形效率低、零件质量差等问题,本发明提供了一种激光沉积扫描路径
规划方法。

如图1所示,本发明提供的一种激光沉积扫描路径规划方法,其特征在于,包括以
下步骤:

S1、建立待成形零件的三维模型,将三维模型划分为n个切片层,对n个切片层进行分
类,不同类型的切片层设置不同的激光扫描方向,n为正整数,令i=1;

其中,步骤S1的具体步骤为:

S101、利用三维软件建立待成形零件的三维模型;

S102、对三维模型进行分层和切片,划分为n个切片层,对切片层进行编号,将n个切片
层分为原始层1和复制层2两种类型,其中,奇数层为原始层1,偶数层为复制层2;

S103、分别对原始层1和复制层2设置激光扫描方向,原始层1的扫描方向与复制层2的
扫描方向呈α度,0≤α≤90。

如图2和图3所示,在本实施例中,将待成形零件的三维模型进行分层和切片后,划
分为n个切片层,对切片层进行编号,将n个切片层划分为奇数层的原始层1和偶数层的复制
层2两种类型,根据不同类型的切片层设置不同的激光扫描方向,此时n为正整数,令i=1。

采用上述步骤,通过对待成形零件的三维模型进行分层和切片,将切片层按照规
律有序排列,控制不同切片层激光扫描的先后顺序,有效的避免了无效行程。如果所有切片
层的扫描路径一致,则成形后的零件各切片层之间的粘结性较差,将切片层分成原始层1和
复制层2,使用不同的扫描路径进行增材制造,则大大加强了各层之间的粘结性。本实施方
式中,将所有切片层分为原始层1和复制层2两种类型。在其他实施方式中,可以将所有切片
层分为三类、四类或更多类型,每种类型分别设置不同的扫描路径,类别数量越多,成形零
件各层之间的粘结性越强,在此不做过多限定。

当α具体为90度时,如图3所示,原始层1的扫描方向与复制层2的扫描方向呈90度
时,原始层1扫描方向平行于X轴,复制层2扫描方向平行于Y轴,通过分别对原始层1和复制
层2的增材制造、激光扫描完成对待成形零件的三维模型的加工。采用这种方式,使原始层1
和复制层2两层之间的扫描轨迹的重合率降低,增强了两层的结合性,进而提高了零件的质
量。当然,激光头的扫描方向调整的度数α可以根据实际情况进行设置,不限定为90度。

S2、对第i层进行增材制造,根据第i层切片层的类型调整激光扫描方向,设定分割
间距3宽度,对第i层切片层进行分割,划分m个成形区,m为正整数;

如图2所示,在本实施例中,对第i层切片层进行分割,分割间距3宽度是根据激光光斑
直径设置,分割间距3小于等于激光光斑直径,便于获得更好的切割效果。扫描间距4由激光
光斑决定,激光扫描间距4小于等于激光光斑直径,避免在使用激光扫描时对原始层1和复
制层2造成破坏。通过对第i层切片层进行分割,划分出m个成形区,对成形区逐一进行增材
制造,有效的避免了无效行程,降低热堆积现象的产生。

S3、从划分出的m个成形区中选取指定一个为起始成形区,对起始成形区进行增材
制造;

在本实施例中,在划分出的m个成形区中指定一个作为原始层起始区11,复制层起始区
21,从指定的原始层起始区11,复制层起始区21开始进行增材制造,使整个操作过程更加有
序、严谨,打印扫描过程更加精确。

S4、根据预设的条件从未完成增材制造的成形区中选取下一个执行增材制造的成
形区;

其中,步骤S4中选取下一个执行增材制造的成形区具体步骤为:

S401、预设温度阈值;

S402、对所有未完成增材制造的成形区进行热成像扫描,获取各个成形区的温度值,选
取温度值在温度阈值以下的成形区;

在本实施例中,温度阈值为280摄氏度至400摄氏度中任一值。优选温度阈值为350摄氏
度,在未完成增材制造的成形区内,选取低于350摄氏度的成形区域作为选择对象。当然,温
度阈值可以根据实际情况进行设置。

S403、测量温度值在温度阈值以下的成形区与目前正在执行增材制造的成形区之
间的距离,选取距离最短的成形区为下一个执行增材制造的成形区。

在本实施例中,结合以上步骤,在低于350摄氏度的未完成增材制造的成形区内,
选取距离已成形区域最近的区域为下一个执行增材制造的成形区。

采用上述技术方案,降低了设备中出现空轨迹的现象,避免出现区域热堆积严重
的现象。

S5、激光头移动到选定的下一个成形区进行增材制造,并对完成增材制造的成形
区进行记录;

在本实施例中,采用上述步骤,精准,有序的对成形区进行增材制造,进而完成对每个
切片层的增材制造,提高了成形效率以及零件的质量。

S6、判断当前层是否还有未完成增材制造的成形区,如果是则执行S4,如果否则执
行S7;

S7、判断i是否等于n,如果是则执行S9,如果否则执行S8;

S8、令i=i+1,执行S2;

采用上述步骤,对第i层切片层激光扫描结束后进行第i+1层切片层的激光扫描,直至
将n个切片...

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图1
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