[发明专利]一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法及其增材制造方法

说明书

本发明公开了一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法及其增材制造方法，包括获取模型的三角面片信息，设定层厚，并依据层厚确定加工层在Z向的分层高度；依据分层高度与空面三角面片的Z向区间对比，并且得到该三角面片与其所在XY平的成形角度α；计算得到修改后的层厚为层厚系数与设定层厚的乘积；将所述修改后的层厚作为预设层厚，根据上述过程计算与其相应的修改后的层厚；当修改后的层厚和与其对应的预设层厚相等时，根据该层厚得到所述构件的分层高度以及相应的分层数。实现了对悬垂特征结构的增材制造过程，解决了现有的等厚加工对于悬垂角度较大的模型，其结构表面成形质量精度较差，粗糙度较高，易产生颗粒粘附及塌陷的问题。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域；具体涉及一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法；还涉及一种增材制造方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)是集计算机学、光学、材料学以及其他学科于一体并且将零件的三维CAD模型通过制造设备堆积成具有一定结构和功能的零件或原型的一种先进制造技术，也被称作快速原型技术(Rapid prototying)、3D打印技术(3Dprinting)等。在一台增材制造设备上可快速地制造出任意形状的零件，包括传统加工设备难以高效率、低成本制造的复杂结构的零件；不需要传统制造中的刀具、工装，产品结构越复杂，越能够体现增材制造的优越性，同样适合于单件、小批量产品的生产。目前增材制造技术已经广泛的应用于航空航天、汽车、机机械、生物医疗、艺术设计等领域。

随着增材制造技术的愈加成熟，用户及研究人员对成形件质量优劣愈加重视。对于较为复杂的构件，存在大量的典型悬垂结构，在不同的成形方式下，例如SLM、EBM等成形方式，采用传统的成形工艺参数对整件成形具有一定的局限性。等层厚加工对于悬垂角度较大的模型，其结构表面成形质量精度较差，粗糙度较高，易产生颗粒粘附及塌陷。

发明内容

本发明提供了一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法及其增材制造方法；实现了对悬垂特征结构的增材制造过程，解决了现有的等厚加工对于悬垂角度较大的模型，其结构表面成形质量精度较差，粗糙度较高，易产生颗粒粘附及塌陷的问题。

本发明的技术方案是：一种用于增材制造中悬垂特征结构的分层方法，包括获取模型的三角面片信息，设定层厚，并依据层厚确定加工层在Z向的分层高度；依据分层高度与空面三角面片的Z向高度对比，并且得到该三角面片与其所在XY平的成形角度α；统计所有三角面片的成形角度α，0≤α≤90°；设定成形角度等级，按照角度等级统计成形角度α在每个等级所占的比例；按照成形角度占比在成形角度等级中的排序调整层厚系数，层厚系数取值为0.6-1；计算得到修改后的层厚为层厚系数与设定层厚的乘积；将所述修改后的层厚作为预设层厚，根据上述过程计算与其相应的修改后的层厚；当修改后的层厚和与其对应的预设层厚相等时，根据该层厚得到所述构件的分层高度以及相应的分层数。

本方法提出了针对打印模型悬垂特征结构的自适应分层成形优化方式。通过对模型的三角面片信息分析，识别当前层三角面片的整体信息情况，依据工艺试验获得的成形参数库，对层厚进行适当优化，并匹配适合的成形工艺，对于悬垂部位，进行合理化分区，针对悬垂实验研究悬垂部位采用统一填充方向方式质量较优的研究，对局部悬垂部位的分层方法进行了优化，从而提高了悬垂部位的成形质量。

可选的，按照成形角度α将成形角度等级从小到大分为2-10个等级。

可选的，成形角度占比从第一等级开始排列，若某个等级的成形角度占比超过20％，该等级越大，则层厚系数越大；若所有等级的成形角度占比均不超过20％，则层厚系数为1。

按照成形角度划分成形角度等级，其中成形角度等级数量越多，则其计算复杂度越高，悬垂特征结构的表面打印效果越好。

可选的，成形角度等级划分为三个等级，其中第一等级的成形角度范围是0-20°，第二等级的成形角度范围是20-40°，第三等级的成形角度范围是40-90°。