[发明专利]一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品

说明书

本发明属于增材制造相关技术领域，并具体公开了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品。该方法包括：(a)对于待成形零件的三维模型切片，获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息；(b)对于每个切片层中，根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域，并获取每个区域的几何特征；(c)根据每个区域的几何特征，规划每个区域对应的激光扫描路径，设定每个区域的扫描顺序，以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径；(d)根据扫描顺序和扫描路径逐层加工待成形零件的切片层，获得所需的零件。通过本发明，解决在SLM成形时同一零件不同特征的工艺需求的差异性问题，提高成形零件的质量。

技术领域

本发明属于增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品。

背景技术

激光选区熔化(Selective LaserMelting，SLM)是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一，其以金属粉末(如不锈钢、钛合金、铜合金等)为原料，依据所成形零件的每层截面路径规划信息，采用高功率激光逐层扫描，使扫描区域内的金属粉末熔化凝固成形，未扫描的区域仍处于离散状态，由此逐层堆积成形。该方法不受成形零件复杂度的限制，不需专门配套的工装模具，且成形制件力学效果好，精度高，具有良好的应用前景。

在SLM成形过程中，激光的参数对零件成形质量起到至关重要的作用，包含激光功率、光斑尺寸、扫描速度、扫描延时、扫描策略。其中扫描策略的不同将影响成形过程中的温度场分布情况，即若对同一零件的同一部位采用不同扫描策略，将对零件的力学性能、翘曲变形程度及尺寸精度等产生较大影响，因此扫描路径规划是否合理、优劣程度将直接影响到整个零件的宏观性能。

传统SLM工艺切片软件，在对零件规划扫描路径时，每一层所有部位所选用的扫描策略往往均是相同单一的，并未考虑到每层不同几何特征对激光扫描策略需求的差异性，适用于结构简单、无特殊结构、无强度要求的零件。目前已有众多相关专利，通过对每层切片进行分区，不同区域采取角度变换的扫描方式，以此减小热应力集中的可能性，但扫描方式本质未改变(如扫描间距、扫描路线)，无法通过识别局部特殊几何特征进行智能化优选扫描策略。如专利CN201711190187.6中提出了一种多分区扫描方式，将每层切片分为多个区域，每区域采用不同的角度平行线逐线扫描，可使激光扫描产生的应力更分散，降低翘曲变形的可能，但每个区域的扫描策略没有根本性变化，这对局部有特殊几何特征(如尖角、薄壁、点阵结构等)的部位仍会产生较大的热应力；专利CN201811632180.X中提出了一种分区蛇形扫描规划方法，有效避免大幅面、大光斑加工产生的热应力过大，但每个区域均采用这种蛇形扫描方式，不能依据特殊几何特征优选扫描方式。因此，设计一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法，对解决零件每层几何特征的差异性问题、提高成形零件的质量具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法及产品，其中通过对每个切片层进行区域划分，并对每个区域内进行激光扫描路径的规划，实现单个切片层内不同区域的不同的激光扫描路径的加工，以此满足不同几何特征对扫描方式的不同需求，降低热应力集中可能性，提升成形零件质量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于智能扫描路径规划的SLM成形方法，该方法包括下列步骤：

(a)对于待成形零件的三维模型，将其进行切片，以此获得多个切片层和每个切片层中包括的零件轮廓信息；

(b)对于每个切片层中，根据该切片层中的零件轮廓信息将该切片轮廓划分为多个区域，并获取每个区域的几何特征；

(c)根据步骤(b)中获取的每个区域的几何特征，分别规划每个区域各自对应的激光扫描路径，设定每个区域的扫描顺序，以此获得每个切片层中所有区域的扫描顺序和激光扫描路径；