[发明专利]一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，具体公开了一种激光扫描路径规划方法，包括以下步骤：建立待成型零件的三维模型并进行切片处理，规划每个切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；任一切片层的偏置扫描线的规划步骤包括：设定填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别切片层的轮廓上的每一点与填充扫描路径的夹角，夹角不大于阈值A的点集合成子轮廓；将子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成偏置扫描线。本发明还公开了采用上述激光扫描路径规划方法的增材制造方法。可避免主体与轮廓间未熔合孔洞的产生。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法。

背景技术

增材制造（又称“3D打印”）是近年来迅速发展起来的高端数字化快速制造技术，引领大批量制造模式向个性化制造模式发展，可生成任何形状、性能优异、多种材料复合的零件，广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车制造、注塑模具等领域。随着技术的发展，市场对增材制造生产的期望也越来越高，要求不断提高金属材料增材制造装备的效率、精度、可靠性。

激光选区熔化成形技术（SLM）是最具有发展潜力的增材制造技术之一，其基于“化整为零”—“聚零为整”的思想，先将数字化三维零件模型进行切片离散及扫描路径规划，得到可控制激光束扫描的切片轮廓信息，然后通过逐层累加的形式直接制造出三维实体。切片的几何信息和扫描路径对零件的性能、质量和尺寸精度有极大的影响。同时受零件结构和材料本身特性的因素，同种材料不同结构和不同材料相同结构的零件表面质量均存在很差差异。

在增材制造，逐层成型零件时，主体与轮廓之间容易形成未熔合孔洞的缺陷，从而影响零件表面质量。

发明内容

为了解决现有技术中主体与轮廓之间容易形成未熔合孔洞的问题，提供一种激光扫描路径规划方法及增材制造方法。

本发明提供一种激光扫描路径规划方法，包括以下步骤：

建立待成型零件的三维模型，对所述三维模型进行切片处理，获得若干切片层，规划每个所述切片层的填充扫描路径和轮廓扫描路径，所述轮廓扫描路径包括轮廓扫描线和偏置扫描线；

任一所述切片层的所述偏置扫描线的规划步骤包括：设定所述填充扫描路径与所述切片层的轮廓的夹角的阈值A，识别所述切片层的轮廓上的每一点与所述填充扫描路径的夹角，夹角不大于所述阈值A的点集合成子轮廓；将所述子轮廓向待成型零件的实体方向偏置距离d，生成所述偏置扫描线。

采用上述技术方案，通过增加偏置扫描线，可充分的覆盖激光扫描时填充扫描路径产生的填充扫描熔道和轮廓扫描线产生的轮廓扫描熔道之间形成的未熔合孔洞，从而消除主体与轮廓间存在的孔洞的缺陷。本发明增加偏置扫描线，可避免轮廓多次扫描引起的“台阶效应”、氧化现象，降低零件轮廓位置的粉末球化和飞溅的概率；仅在局部位置增加一条偏置扫描线来覆盖孔洞风险高的位置，无需整条轮廓线的多次扫描，大大提高零件表面质量，同时简化表面处理工艺，提高生产效率和产品合格率。尤其是液体流动性差、湿润性差的金属材料，以及复杂、曲面、薄壁等结构的零件，主体与轮廓间孔洞缺陷频发，轮廓线多次扫描，往往更容易降低产品表面质量，采用本发明技术方案，可有效提高产品表面质量，提高产品合格率。

进一步的，所述阈值A大于零且小于等于45°。

填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角小于等于45°（阈值A为45°）时，存在主体与轮廓间形成孔洞的风险，将夹角小于等于45°的部分轮廓均归入子轮廓，设置偏置扫描线，可最大程度的避免未熔合孔洞的产生。

进一步的，所述阈值A为15°。

填充扫描路径与切片层的轮廓的夹角小于等于15°时，主体与轮廓间有较大的未熔合孔洞的风险，该范围内设置偏置扫描线，既可以避免孔洞的风险，提高零件表面质量，又可以较大程度的避免扫描线冗杂。