[发明专利]一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体为一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing)，也称快速成形或快速成型（Rapid Prototyping，简称RP），是一种快速生成零件或者模型的制造技术，集成了数控技术、机械设计与制造、新材料技术以及计算机应用技术，是多学科综合的产物。增材制造俗称3D打印。

选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，简称SLS）工艺由Carl Dechard博士和他的导师Joe Beaman博士于19世纪80年代中期在美国德克萨斯大学奥斯汀分校研制成功，并进行了商业化开发。SLS工艺利用粉末状材料成形：（1）将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；（2）用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；（3）材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；（4）当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面，经过若干层的扫描烧结叠加，最后完成整个原型或者工件的制造。

在选择性激光烧结制造过程中，其加工质量受激光光斑尺寸、扫描速度、扫描间距、扫描路径、激光器发出激光能量等因素影响。在加工过程中，当粉末材料熔融固化时，由于冷却的时间顺序不同会造成制件非均匀收缩，使得上层材料的收缩会使与之相连的下层材料受到压应力的作用，而正在冷却和收缩的上层材料因为有下层已烧结材料的约束，受到拉应力的作用。这种应力严重时就会导致已成型层的翘曲变形，严重时会产生裂纹，这是选择性激光烧结制造中的一个国际性难题。激光束的扫描方式决定着加工层面上的温度场分布，因此决定了翘曲变形的程度。

在选择性激光烧结制造过程中，目前采用的填充扫描方式主要可以分为平行线扫描、轮廓等距线扫描、以及平行线与轮廓等距线混合式扫描。采用混合式扫描时，界面轮廓的边界按轮廓等距线扫描；内部按平行线扫描。平行线扫描只需快速成型机一个轴运动，扫描速度快。而且扫描算法简单，所以程序也较简单，容易实现。选择性激光烧结技术的应用范围不断扩大，对制件的精度等评价标准提出了更高的要求，进一步的研究出合适的激光束扫描路径，对于提高选择性激光烧结所制造出工件的质量具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，以实现在减少制件的翘曲变形，提高制件精度的同时，增加制件的强度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，其特征在于：根据截面轮廓的信息，计算出截面轮廓内的激光扫描路径，所述激光扫描路径为三组平行的间断直线扫描路径构成的蜂窝状整体扫描路径，每组平行的间断直线扫描路径分别由规则性线段构成，激光束在计算机的控制下，按照激光扫描路径对制件的实心部分所在的金属粉末进行扫描，直接制造出工件。

所述的一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，其特征在于：处于每条直线上的扫描路径都是由间断式线段组成，线段正常长度为相邻线段间距的1/2，处于直线两端的线段经过截面轮廓的裁剪，其长度小于正常长度；其中，线段指需要进行激光扫描，对金属粉末进行烧结的部分，在截面轮廓内规则排列；相邻线段间距指位于一条直线上的相邻线段的相邻端点之间的距离。

所述的一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，其特征在于：每组内位于不同直线上的线段互相平行，三组线段分别沿三个不同方向布置并且保证三组规则性线段在端点相交，扫描后形成蜂窝状的排列轨迹。

所述的一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，其特征在于：激光束在计算机控制下扫描过程为：

由计算机控制激光束按激光扫描路径沿x/y轴进行间断式扫描，产生一系列分别与x/y轴平行的间断式扫描轨迹；

由计算机控制激光束按激光扫描路径沿与x/y轴成60°的方向上进行间断式扫描，产生一系列相互平行分别与x/y轴成60°的间断式扫描轨迹；

由计算机控制激光束按激光扫描路径沿与x/y轴成120°的方向上进行间断式扫描，产生一系列相互平行分别与x/y轴成120°的间断式扫描轨迹；

由计算机控制激光束按激光扫描路径沿工件的截面轮廓进行扫描。

所述的一种用于选择性激光烧结的蜂窝式激光扫描方法，其特征在于：各个扫描过程顺序不分先后。