[发明专利]一种电弧熔丝增材制造路径生成方法

说明书

本发明提供了一种电弧熔丝增材制造路径生成方法，涉及增材制造技术领域，包括以下步骤，模型生成，根据电弧熔丝增材制造的角度约束建立三维模型；模型分层，沿高度方向将三维模型进行分层处理；离散点选取，针对模型不同的分层按照曲线曲率选取若干离散点；获取离散点坐标；确定打印方向；离散点的坐标和对应的打印方向获取；控制程序生成。本发明方法简单，适用范围广，可以满足复杂形态的打印，对于最大打印斜度为60度的结构都可以很好的成型，提高打印的成型效果。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种电弧熔丝增材制造路径生成方法。

背景技术

电弧增材制造技术(WireArcAdditiveManufacture，WAAM)是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)、钨极惰性气体保护焊接(TIG)以及等离子体焊接电源(PA)等焊机产生的电弧为热源，通过丝材的添加，在程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。它不仅具有沉积效率高、丝材利用率高、制造周期短成本低、对零件尺寸限制少、易于修复零件等优点，还具有原位复合制造以及成形大尺寸零件的能力。

目前电弧增材制造成型采用逐层累加的方式构建三维实体零件，电弧增材制造的路径规划设计大多采用水平切片方法，其在具体实践中暴露出了以下的多方面不足：1)这种方法主要适用于三自由度的FDM打印机，得到的是xzy坐标，没有打印方向信息；2)对焊枪的角度有严格的要求，容易电弧击穿现象，形成打印穿孔缺陷，且由于机器人在每个点上的打印方向都一致，这种方法无法打印斜度大的结构，最大斜度15-20；3)打印复杂结构时，由于受轨迹曲率的变化的因素，机器人的移动速度无法保持一致，对打印质量(表面纹理)有一定影响。因此，提供一种适用于形态复杂、斜度范围更大的电弧熔丝增材制造路径生成方法成为增材制造技术领域很有必要解决的问题。

专利文件《一种电弧增材制造方法》(CN108723549A)公开了一种电弧增材制造方法，包括以下步骤：(1)根据成形目标零件的材料要求选用相应的热源类型、成形丝材、基板的材料类型；(2)建立成形目标零件的CAD几何模型，提取STL模型，对STL模型进行切片处理，生成打印所需的G代码文件，并将G代码传输至打印机；(3)设置打印参数，启动打印设备，按照规划路径逐层进行金属薄层打印；(4)待打印机将全部层片打印完毕，焊枪息弧，即可得到成形目标零件。通过本发明方法打印的增材件误差小，无裂纹，具有表面质量好的优点，同时过程稳定、尺寸精度和表面质量高、加工周期短、成本低；打印过程闭环控制，自动化程度高，可减轻操作人员劳动量；可连续制造，制造效率高。虽然上述专利技术方案虽然可以实现电弧增材制造过程打印倾斜角的改变，但该方式仅针对倾斜角比较统一的产品，而不适用于形态复杂的异构件，操作过程复杂，具有局限性。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种适用于形态复杂产品的电弧熔丝增材制造路径生成方法。

本发明提供了一种电弧熔丝增材制造路径生成方法，包括以下步骤，

S1：模型生成，根据电弧熔丝增材制造的角度约束建立三维模型；

S2：模型分层，沿高度方向将三维模型进行分层处理；

S3：离散点选取，针对模型不同的分层按照曲线曲率选取若干离散点；

S4：获取离散点坐标，将曲线在离散点的切向设X轴，离散点位于曲面的法向设Y轴，所述X轴与Y轴构成点平面，所述点平面的法向设Z轴；

S5：确定打印方向，将步骤S4的Z轴的单位向量a加上世界坐标Z0轴的单位向量b得到的向量c的反方向确定为弧焊工具头的打印方向；

S6：根据步骤S3和步骤S4依次得出选取的若干离散点的坐标和对应的打印方向；

S7：按照机器人语法规则，编写运动指令，且在运动指令前后加入弧焊启停指令，生成控制程序。