CN116275116A - 一种用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法；主要包括双激光同点扫描模式、双激光并行扫描模式与双激光跟随扫描模式。在进行同步扫描时，读取当前轮廓信息，将生成的路径规划文件导入到不同的控制卡当中，根据打印需要选择合适的成形方法完成样品成形。本发明极大扩展了多激光多振镜的使用范围，提高效率的同时还能避免分区扫描所带来的残余应力影响，保证了样品质量一致性。
Description
技术领域
本发明涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法。
背景技术
与传统制造相比，增材制造具有无需道具、模具，开发周期短、能够成型复杂件等优点，尤其是粉末床增材制造技术，所制造的零件陈相公精度高，力学性能优良，最近几年得到快速发展。目前研究和使用较多的粉末主要有铁基合金、钛合金、铝合金、镍基合金、钴基合金等制造的粉末。
随着技术的不断进步，粉末床增材制造逐渐向大尺寸、高效率的方向发展，通过增加激光器与振镜的数量来不断扩充成形面积，通过分区办法将样件分为不同区域分别用多个激光进行成形的方式提高效率。但这样也产生了一些列问题，比如不同激光器单独成形，那么同一个零件不同区域的性能可能不一致；再比如分区边界由两束激光扫描，设置不合理容易导致边界凸起或凹陷，残余应力加大等问题。从而降低了零件质量，使用过程中存在一定的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法。
本发明主要采用双激光同点扫描模式、双激光并行扫描模式与双激光跟随扫描模式。在进行同步扫描时，读取当前轮廓信息，将生成的路径规划文件导入到不同的控制卡当中，根据打印需要选择合适的成形方法完成样品成形。本发明极大扩展了多激光多振镜的使用范围，提高效率的同时还能避免分区扫描所带来的残余应力影响，保证了样品质量一致性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，包括如下步骤：
S1：读取当前层扩廓信息，根据所选择的扫描算法，形成路径规划文件
S2：并将文件导入到不同的振镜控制卡当中；
S3：进行判断，若是同步扫描模式，双激光束分别跳转至打印起点；否则进行分区扫描，跳转至S5；
S4：进行判断时，若是同点扫描模式，跳转至S5；若是并行扫描模式，设置偏移间距；若是跟随扫描模式，设置跟随时间差或者距离差。
S5：开始打印。
步骤S4中，所述同点扫描模式包括如下子步骤：
S4-1：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-2：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-3：起点位置相同则开始打印，否则进行等待；
S4-4：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S3-2与步骤S3-3；
S4-5：循环步骤S4-4，直至打印结束。
步骤S4中，所述并行扫描模式包括如下子步骤：
S4-11：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-22：读取软件设置的垂直于扫描方向的并行间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-33：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-44：起点位置满足并行偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-55：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-33与步骤S4-44；
S4-66：循环步骤S4-55，直至打印结束。
步骤S4中，所述跟随扫描模式包括如下子步骤：
S4-111：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-222：读取软件设置的扫描方向上的跟随间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-333：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-444：起点位置满足跟随偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-555：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-333与步骤S4-444；
S4-666：循环步骤S4-555，直至打印结束。
所述双激光的波长相同或者不同。
步骤S2中，同步扫描模式下，不同的振镜控制卡中导入的是相同的路径规划文件。
步骤S3中，双激光跳转至打印起点时，需进行位置检测，若二者的起始位置不相同，则需进行等待，直至二者位置相同。
步骤S4中，若是同点扫描模式，激光器的波长相同时，应降低激光功率或者提高扫描速度方式，以达到与原来单激光相同的能量输入；若激光的波长不同时，可形成复合光斑。
步骤S4中，在激光发生跳转时，如果跳转的下一位置距离为一个扫描间距，则不必进行位置检测；否则，需再次进行位置检测，以保证打印起点位置相同，防止振镜跳转距离不同导致不同步。
步骤S4中，并行扫描模式是在垂直于扫描方向预设一个偏移距离(偏移距离最小约是激光光斑直径的一半，最大约是激光光斑直径的距离)，即，偏移距离不小于激光光斑直径的一半，且不大于激光光斑的直径，否则会出现融道不连续。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明增加同步扫描算法，扩展了双激光双振镜的使用范围。
本发明采用同点扫描可以扩展工艺参数，使得工艺窗口增大；可以耦合不同波长的激光器。
本发明采用并行扫描大幅提升扫描效率，保证大零件性能的一致性。
本发明采用跟随扫描可以达到前预热和后保温的目的，改善零件成形质量。
附图说明
图1为本发明作业流程示意图。
图2为本发明同步扫描分类方框示意图。
图中：1是振镜一；2是同点扫描模式下的激光束；3是跟随扫描模式下的激光束；4是并行扫描模式下的激光束；5是成形平面；6是振镜二；7是并行扫描模式下的激光束；8是跟随扫描模式下的激光束，9是同点扫描模式下的激光束。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1-2所示。本发明公开了一种应用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，包括如下步骤：
一种应用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，包括如下步骤：
S1：读取当前层扩廓信息，根据所选择的扫描算法，形成路径规划文件
S2：并将文件导入到不同的振镜控制卡当中；
S3：进行判断，若是同步扫描模式，双激光束分别跳转至打印起点；否则进行分区扫描，跳转至S5；
S4：进行判断时，若是同点扫描模式，跳转至S5；若是并行扫描模式，设置偏移间距；若是跟随扫描模式，设置跟随时间差或者距离差。
S5：开始打印。
步骤S4中，所述同点扫描模式包括如下子步骤：
S4-1：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-2：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-3：起点位置相同则开始打印，否则进行等待；
S4-4：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S3-2与步骤S3-3；
S4-5：循环步骤S4-4，直至打印结束。
步骤S4中，所述并行扫描模式包括如下子步骤：
S4-11：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-22：读取软件设置的垂直于扫描方向的并行间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-33：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-44：起点位置满足并行偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-55：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-33与步骤S4-44；
S4-66：循环步骤S4-55，直至打印结束。
步骤S4中，所述跟随扫描模式包括如下子步骤：
S4-111：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-222：读取软件设置的扫描方向上的跟随间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-333：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-444：起点位置满足跟随偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-555：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-333与步骤S4-444；
S4-666：循环步骤S4-555，直至打印结束。
所述双激光的波长相同或者不同。
步骤S2中，同步扫描模式下，不同的振镜控制卡中导入的是相同的路径规划文件。
步骤S3中，双激光跳转至打印起点时，需进行位置检测，若二者的起始位置不相同，则需进行等待，直至二者位置相同。等待时间一般不超过0.1s。
步骤S4中，若是同点扫描模式，激光器的波长相同时，应降低激光功率或者提高扫描速度方式，以达到与原来单激光相同的能量输入；若激光的波长不同时，可形成复合光斑。复合光斑可以用于原位保温、预热和重熔等，也可以用于一些对红外激光反射率较高的材料的加工。
步骤S4中，在激光发生跳转时，如果跳转的下一位置距离为一个扫描间距，则不必进行位置检测；否则，需再次进行位置检测，以保证打印起点位置相同，防止振镜跳转距离不同导致不同步。
步骤S4中，并行扫描模式是在垂直于扫描方向预设一个偏移距离(偏移距离最小约是激光光斑直径的一半，最大约是激光光斑直径的距离)，即，偏移距离不小于激光光斑直径的一半，且不大于激光光斑的直径，否则会出现融道不连续。通过调节并行扫描间距，可以达到甚至超过分区扫描的效率，并且解决分区扫描在搭接区域出现残余应力等问题。
跟随扫描模式是两束激光器在扫描方向上有一定的偏移距离，可以通过设置时间差来保证二者的一个前后状态，也可以通过距离差保证前后状态。时间差与距离差可以为正，也可以为负，表示不同激光的相对位置。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：读取当前层扩廓信息，根据所选择的扫描算法，形成路径规划文件
S2：并将文件导入到不同的振镜控制卡当中；
S3：进行判断，若是同步扫描模式，双激光束分别跳转至打印起点；否则进行分区扫描，跳转至S5；
S4：进行判断时，若是同点扫描模式，跳转至S5；若是并行扫描模式，设置偏移间距；若是跟随扫描模式，设置跟随时间差或者距离差；
S5：开始打印。
2.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于，步骤S4中，所述同点扫描模式包括如下子步骤：
S4-1：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-2：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-3：起点位置相同则开始打印，否则进行等待；
S4-4：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S3-2与步骤S3-3；
S4-5：循环步骤S4-4，直至打印结束。
3.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于，步骤S4中，所述并行扫描模式包括如下子步骤：
S4-11：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-22：读取软件设置的垂直于扫描方向的并行间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-33：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-44：起点位置满足并行偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-55：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-33与步骤S4-44；
S4-66：循环步骤S4-55，直至打印结束。
4.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S4中，所述跟随扫描模式包括如下子步骤：
S4-111：将路径规划文件导入到振镜控制卡中；
S4-222：读取软件设置的扫描方向上的跟随间距参数，并判断其是否符合要求，若不符合，提示用户修改数据；
S4-333：双光束跳转至打印扫描线起点；
S4-444：起点位置满足跟随偏移间距则开始打印，否则进行等待；
S4-555：当一条扫描线结束时，若下一个扫描线起点与本条扫描线终点的距离为一个扫描间距长度，则直接进行打印，否则执行步骤S4-333与步骤S4-444；
S4-666：循环步骤S4-555，直至打印结束。
5.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：所述双激光的波长相同或者不同。
6.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S2中，同步扫描模式下，不同的振镜控制卡中导入的是相同的路径规划文件。
7.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S3中，双激光跳转至打印起点时，需进行位置检测，若二者的起始位置不相同，则需进行等待，直至二者位置相同。
8.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S4中，若是同点扫描模式，激光器的波长相同时，应降低激光功率或者提高扫描速度方式，以达到与原来单激光相同的能量输入；若激光的波长不同时，可形成复合光斑。
9.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S4中，在激光发生跳转时，如果跳转的下一位置距离为一个扫描间距，则不必进行位置检测；否则，需再次进行位置检测，以保证打印起点位置相同，防止振镜跳转距离不同导致不同步。
10.根据权利要求1所述用于粉末床增材制造的双激光双振镜同步扫描的方法，其特征在于：步骤S4中，并行扫描模式是在垂直于扫描方向预设一个偏移距离，即，偏移距离不小于激光光斑直径的一半，且不大于激光光斑的直径，否则会出现融道不连续。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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