CN109773186B - 用于制造三维物体的增材制造方法及其设备、可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于制造三维物体的增材制造方法及其设备、可读存储介质,其中用于制造三维物体的增材制造方法包括步骤:根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式;针对每一待成型工件的每一层切片截面,采用相同的对应烧结参数模式进行扫描,本发明的用于制造三维物体的增材制造方法及其设备、可读存储介质能够针对一个工作包的不同待成型工件的外形结构特征选择合适的烧结参数模式,这样不仅满足了待成型工件的成型精度要求,也能最大限度的保证了整个工作包的成型效率。
Description
技术领域
本申请涉及增材制造技术领域,特别是涉及一种用于制造三维物体的增材制造方法及其设备、可读存储介质。
背景技术
增材制造技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术,由于其不受零件形状复杂程度的限制,不需要任何的工装模具,因此应用范围非常广。
现有技术中,在增材制造的成型过程中,通常采用轮廓扫描和填充扫描相结合的方式对切片截面进行烧结或熔融。激光光斑直径较大时成型效率较高但成型精度较差,激光光斑直径较小时成型效率低但成型精度较高。因此,现有技术中,一般填充扫描采用大光斑保证成型效率,而轮廓扫描采用小光斑以保证成型精度,但当同一个工作包中包含多种待成型工件,所有待成型的工件的轮廓扫描采用一套相同的高能束能量、速度、光斑直径等工艺参数,填充扫描采用另外一套相同的高能束能量、速度、光斑直径等工艺参数,从而导致一个工作包的所有待成型工件很难在成型精度与成型效率上做到合理的兼顾平衡。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题,本发明提供了一种兼具提高待成型工件的成型效率和成型精度的用于制造三维物体的增材制造方法及其设备、可读存储介质。
为实现上述目的,本申请提供了一种用于制造三维物体的增材制造方法,包括以下步骤:
根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式;
针对每一待成型工件的每一层切片截面,采用相同的对应烧结参数模式进行扫描。
作为本发明的进一步优选方案,所述烧结参数模式数据库中存储有两种或两种以上烧结参数模式。
作为本发明的进一步优选方案,所述烧结参数模式针对轮廓扫描和填充扫描分别设定不同的激光能量功率参数、光斑直径参数,且填充扫描的光斑直径大于轮廓扫描的光斑直径,填充扫描的激光能量功率大于轮廓扫描的激光能量功率。
作为本发明的进一步优选方案,当所述烧结参数模式数据库中存储有两种烧结参数模式时,其分别为高速烧结参数模式和精细烧结参数模式,高速烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率分别对应大于精细烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率,且高速烧结参数模式中的填充扫描间距大于精细烧结参数模式中的填充扫描间距。
作为本发明的进一步优选方案,根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式具体包括:
当待成型工件存在内部孔洞且至少一个孔洞的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的1至2倍时,或者当待成型工件存在薄壁且至少一个薄壁的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的1至2倍时,从预存的烧结参数模式数据库中选择精细烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式,否则选择高速烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式。
作为本发明的进一步优选方案,当待成型工件存在内部孔洞且至少一个孔洞的直径小于1mm时,或者当待成型工件存在薄壁且至少一个薄壁的直径小于1mm时,该待成型工件选择精细烧结参数模式,否则选择高速烧结参数模式。
作为本发明的进一步优选方案,当扫描每一切片层截面时,先扫描精细烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面,当扫描完成后再扫描高速烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面。
本发明还提供了一种用于制造三维物体的增材制造设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其中所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,存储的计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述用于制造三维物体的增材制造方法的步骤。
本发明的用于制造三维物体的增材制造方法,通过包括步骤:根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式;针对每一待成型工件的每一层切片截面,采用相同的对应烧结参数模式进行扫描,使得本发明能够针对一个工作包的不同待成型工件的外形结构特征选择合适的烧结参数模式,从而不仅满足了待成型工件的成型精度要求,也能最大限度的保证了整个工作包的成型效率。
本发明的用于制造三维物体的增材制造设备及可读存储介质,通过采用上述技术方案,使得能够针对一个工作包的不同待成型工件的外形结构特征选择合适的烧结参数模式,从而不仅满足了待成型工件的成型精度要求,也能最大限度的保证了整个工作包的成型效率。
附图说明
图1为本发明一实施例中用于制造三维物体的增材制造方法的方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
随着3D打印技术的日趋成熟,如何提高3D打印设备的工作效率以及提高打印制件的精度成为本领域的重点。现有技术中,一般填充扫描采用大光斑保证成型效率,而轮廓扫描采用小光斑以保证成型精度,但当同一个工作包中包含多种待成型工件,所有待成型的工件的轮廓扫描若均采用一套相同的高能束能量、速度、光斑直径等工艺参数,填充扫描采用另外一套相同的高能束能量、速度、光斑直径等工艺参数,这样便导致了一个工作包的所有待成型工件很难在成型精度与成型效率上做到合理的兼顾平衡。本申请的发明人经过创造性的劳动,提供了一种兼具成型精度和成型质量的用于制造三维物体的增材制造方法,该方法包括以下步骤:
根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式;
针对每一待成型工件的每一层切片截面,采用相同的对应烧结参数模式进行扫描。
具体地,所述烧结参数模式数据库中存储有两种或两种以上烧结参数模式。
为保证扫描精度和扫描效率,所述烧结参数模式针对轮廓扫描和填充扫描分别设定不同的激光能量功率参数、光斑直径参数,且填充扫描的光斑直径大于轮廓扫描的光斑直径,填充扫描的激光能量功率大于轮廓扫描的激光能量功率。
优选地,所述烧结参数模式数据库中存储有两种烧结参数模式,其分别为高速烧结参数模式和精细烧结参数模式,高速烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率分别对应大于精细烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率,且高速烧结参数模式中的填充扫描间距大于精细烧结参数模式中的填充扫描间距。例如高速烧结参数模式中:填充扫描光斑直径为1000um,填充扫描功率为400W,轮廓扫描光斑直径为500um,轮廓扫描100W;而精细烧结参数模式中:填充扫描光斑直径为200um,填充扫描功率为100W,轮廓扫描光斑直径为80um,轮廓扫描20W,高速烧结参数模式中的填充扫描间距为500um,精细烧结参数模式中的填充扫描间距为200um。
在本发明的一实施方式中,根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式具体包括:
当待成型工件存在内部孔洞且至少一个孔洞的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的1至2倍时,或者当待成型工件存在薄壁且至少一个薄壁的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的1至2倍时,从预存的烧结参数模式数据库中选择精细烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式,否则选择高速烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式。
作为本发明的进一步优选方案,当待成型工件存在内部孔洞且至少一个孔洞的直径小于1mm时,或者当待成型工件存在薄壁且至少一个薄壁的直径小于1mm时,该待成型工件选择精细烧结参数模式,否则选择高速烧结参数模式。
所述薄壁是指待成型工件经过切片后直径较薄的填充区域,该名词属于本领域的通用名词,因此在本申请中不做详细描述。
优选地,为了提高振镜的使用寿命和响应精度,当扫描每一切片层截面时,先扫描精细烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面,当扫描完成后再扫描高速烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面,也就是说先把该切片层截面中所有对应精细烧结参数模式的区域扫描完成,等扫描完成后,再把该切片层截面中所有对应高速烧结参数模式的区域扫描。在此需说明的是,本次虽然仅针对某一切片层截面的扫描进行了阐述,但可以理解的是,其它各切片层截面均参照此执行,在此不做具体阐述。
具体地,本发明的烧结参数模式数据库中还可存储有多种烧结参数模式,例如包括第一烧结参数模式、第二烧结参数模式、第三烧结参数模式……,且第一烧结参数模式、第二烧结参数模式、第三烧结参数模式等等中的烧结参数按照从小到大,也就是自精细到高速的顺序依次排列,这样可能会对于不同待成型制件有更多扫描参数选择,精度可能更高,但执行方面可能稍微复杂些,因此,具体包含几种烧结参数模式可由设计人员根据具体需求具体确定,在此不做任何限制。
为了让本发明的技术人员更好地理解并实现本发明的技术方案,下面结合图1并以实施例的形式对本发明的工作流程进行详细阐述。
1.制定命名为高速烧结参数模式的激光工艺参数模版(图1中简称制定高速模式参数模板),该模式下包含的参数包括轮廓扫描和填充扫描的激光能量功率、扫描速度、光斑直径,填充扫描间距等工艺参数。其中轮廓扫描与填充扫描的激光光斑直径还有填充扫描间距参数分别设定为不同的值且光斑直径和填充扫描间距均相对较大,其中轮廓扫描的光斑直径小于填充扫描的光斑直径,轮廓扫描功率小于填充扫描功率。
2.制定命名为精细烧结参数模式的激光工艺参数模版(图1中简称制定精细模式参数模板),该模式下包含的参数包括轮廓扫描和填充扫描的激光能量功率、扫描速度、光斑直径,填充扫描间距等工艺参数。该模式下的轮廓扫描与填充扫描的激光光斑直径参数设定为不同的值且光斑直径和填充扫描间距均相对较小,其中轮廓扫描的光斑直径小于填充扫描的光斑直径,轮廓扫描功率小于填充扫描功率,填充扫描间距比起快速模式的填充扫描间距更小。
3.读入待成型工件数据,设备操作员根据工件的细节特征选择高速烧结参数模式或者精细烧结参数模式工艺参数模板。当待成型工件存在内部孔洞且孔洞的直径小于1mm,或者当待成型工件存在薄壁且薄壁的直径小于1mm时,该待成型工件选择精细烧结参数模式,而其它待成型工件则选择高速烧结参数模式。
4.所有的工件数据读入完毕后,保存为一个工作包,对工作包进行切片,确定扫描路径。
5.不同的工件根据其所选择的参数模式,确定激光的光斑直径,扫描速度,能量功率等参数。
6.向***发送指令,控制振镜运动,完成扫描。
本发明还提供了一种用于制造三维物体的增材制造设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其中所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一实施例所述方法的步骤。
本发明还提供了了一种可读存储介质,存储有计算机程序,其中存储的计算机程序被处理器执行时实现如上述任一实施例所述用于制造三维物体的增材制造方法的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种用于制造三维物体的增材制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式;
针对每一待成型工件的每一层切片截面,采用相同的对应烧结参数模式进行扫描;其中,
当所述烧结参数模式数据库中存储有两种烧结参数模式时,其分别为高速烧结参数模式和精细烧结参数模式,高速烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率分别对应大于精细烧结参数模式中轮廓扫描与填充扫描的光斑直径和激光能量功率,且高速烧结参数模式中的填充扫描间距大于精细烧结参数模式中的填充扫描间距。
2.根据权利要求1所述的用于制造三维物体的增材制造方法,其特征在于,所述高速烧结参数模式和所述精细烧结参数模式针对轮廓扫描和填充扫描分别设定不同的激光能量功率参数、光斑直径参数,且填充扫描的光斑直径大于轮廓扫描的光斑直径,填充扫描的激光能量功率大于轮廓扫描的激光能量功率。
3.根据权利要求2所述的用于制造三维物体的增材制造方法,其特征在于,根据工作包中每一个待成型工件的外形特征,从预存的烧结参数模式数据库中选择对应的烧结参数模式具体包括:
当待成型工件存在内部孔洞且至少一个孔洞的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的2倍时,或者当待成型工件存在薄壁且至少一个薄壁的直径小于高速烧结参数模式中轮廓扫描的光斑直径的2倍时,从预存的烧结参数模式数据库中选择精细烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式,否则选择高速烧结参数模式作为该待成型工件对应的烧结参数模式。
4.根据权利要求2所述的用于制造三维物体的增材制造方法,其特征在于,
当每一切片层截面包括扫描精细烧结参数模式和高速烧结参数模式,且扫描该切片层截面时,先扫描精细烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面,当扫描完成后再扫描高速烧结参数模式对应的所有待成型工件的截面。
5.一种用于制造三维物体的增材制造设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
6.一种可读存储介质,存储有计算机程序,其特征在于,存储的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述用于制造三维物体的增材制造方法的步骤。
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