[发明专利]一种用于同轴送粉的激光扫描方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，公开了一种用于同轴送粉的激光扫描方法，包括：逐层获取待加工工件截面的轮廓文件并识别，在每一层所述轮廓文件的区域内，以同一种多边形均匀排列的方式进行分区，并在每个分区内规划扫描路径，然后删除所述分区的分区线；对每个分区采取负搭接方式和内部无重叠的等距螺旋扫描路径进行激光扫描；对每一层所述轮廓文件进行边框扫描。分区后热量分散，避免了能量过于集中，降低了构件变形和开裂的几率；采用等距螺旋式扫描路径，避免了现有技术中同层面往复回填扫描时，短边相互重叠、平整度较差的问题，减少了后期机加工余量。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种用于同轴送粉的激光扫描方法。

背景技术

激光沉积增材制造技术（Laser Melt Deposition ，LMD）) 是以高功率高亮度的激光为热源，粉末同步送进的方式，将待熔粉末直接送入高能束激光产生的熔池中，由机床或机器人引导高能束激光逐层按轨迹行走，层层堆积最终成型出三维立体金属零部件。可以实现大型复杂构件的短流程、低成本、快速一体成型。但是在激光沉积增材制造过程中，其加工质量除受激光功率、熔道宽度、扫描速度、扫描间距和层厚等因素影响外，主要还与分区策略和扫描路径或扫描方式有关。

当金属粉末被送至熔池被激光辐照熔覆时，由于成型方式不同、冷却顺序不同容易导致零件的非均匀收缩，产生较大的残余应力，这种应力严重时就会使己成型层发生翘曲变形甚至开裂。分区策略和激光束的扫描方式决定着加工当前层面上的温度场分布（或者温度梯度）以及应力分布，因此也就决定了残余应力的大小和翘曲变形的程度。

目前在激光沉积增材制造大型金属构件时，大多数的分区不够分散，能量过于集中，冷却时温度梯度较大，较大的残余应力导致构件应力变形甚至开裂的问题，即使后期切割修补也会导致质量不稳定。

发明内容

为了解决现有技术中分区不够分散，能量过于集中的问题，本发明提供一种用于同轴送粉的激光扫描方法。

本发明提供一种用于同轴送粉的激光扫描方法，包括：

逐层获取待加工工件截面的轮廓文件并识别，在每一层所述轮廓文件的区域内，以同一种多边形均匀排列的方式进行分区；

在每个所述分区内规划扫描路径，然后删除所述分区的分区线；

对每个所述分区按所述扫描路径进行激光扫描；对每一层所述轮廓文件进行边框扫描。

采用上述技术方案，用多边形均匀排列进行分区，相对于圆形重叠分区，可使各分区之间的搭接率相同，保证同层扫描面更加平整；相对于棋盘式分区，可将相邻两分区的搭接线方向应力止于端点，即被搭接线两端点的多边形分区截止，并将热量分散于各个分区，避免了热量和应力集中，减缓了冷却时的温度梯度并降低了残余应力导致构件变形和开裂的几率。

进一步的，所述激光扫描的搭接方式为负搭接，所述扫描路径由正向扫描路径和回填扫描路径组成。

采用上述技术方案，负搭接的搭接方式和正向扫描结合回填扫描的方式，使激光在扫描过程中熔道与熔道间存在较大间隙，可以防止热量和应力集中，从而降低构件变形和开裂的几率。

进一步的，在用于分区的所述多边形内规划第一多边形，所述第一多边形与用于分区的所述多边形同心，且相距用于分区的所述多边形0.5S，其中，S为扫描间距；在用于分区的所述多边形内规划第二多边形，所述第二多边形与用于分区的所述多边形同心，且所述第二多边形的内切圆直径为S，其中，S为扫描间距；

所述正向扫描路径为：以所述第一多边形上一端点为起点，以所述多边形形状向心等距螺旋扫描，以所述第二多边形上的一点为终点；

所述回填扫描路径为：以所述正向扫描路径的终点为所述回填扫描路径的起点，以所述多边形形状向外等距螺旋扫描，回填至与所述正向扫描路径的起点相接。