[发明专利]基于薄壁特征识别的激光增材制造工艺路径规划方法

说明书

本发明提供了一种基于薄壁特征识别的激光增材制造工艺路径规划方法，包括：区分零件模型单层截面轮廓边界中的薄壁区域，对薄壁区域和非薄壁区域分别规划扫描路径；所述薄壁区域为在单层截面轮廓进行多边形的约束Delaunay三角剖分后轮廓边所在三角形的高小于阈值的三角形区域。

技术领域

本发明涉及一种金属增材制造技术，特别是一种基于薄壁特征识别的激光增材制造工艺路径规划方法。

背景技术

近年来，激光选区熔化技术得到了广泛关注与快速发展，在航空、航天、模具、医疗等领域展现出广阔的应用前景与技术优势。其通过专用软件对零件三维模型进行切片分层，获得各截面的轮廓数据后，利用高能激光束束根据轮廓数据逐层选择性地熔化金属粉末，通过逐层铺粉，逐层熔化凝固堆积的方式，制造三维实体零件。

激光选区熔化技术理论上可以成形任意复杂结构的零件，但在实际加工中仍然受到一些几何特征结构的限制，其中最为典型的为薄壁特征结构。如激光扫描方向设置不合理，容易形成过短或者过长的扫描路径。当扫描路径过短时，在激光加工过程中需要不断的加速减速、更换扫描方向，影响加工效率，且过短的扫描线容易造成热积累，导致局部温度过大；而过长的扫描线又容易在加工过程中产生变形、翘曲等缺陷，影响零件的成形质量甚至导致加工的失败。

近年来，国内外学者对薄壁结构的成形质量开展了大量研究，从层厚、扫描路径（扫描方向、扫描线长度、扫描间距等）、激光加工参数（激光功率、扫描速度、离焦量等）等方面分析了对薄壁结构成形质量的影响，得到了成形薄壁结构较优的扫描路径和工艺参数。受限于商业软件和商业设备的严重封装，目前大多数实验研究都是基于单一的薄壁模型进行分析处理，而针对复杂形貌的模型，单一、简单的扫描路径和工艺参数难以保证零件的最终成形质量，因此通过识别并划分出薄壁区域，进行局部加工参数优化，是保证零件成形质量的有效方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于薄壁特征识别的激光增材制造工艺路径规划方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于薄壁特征识别的激光增材制造工艺路径规划方法，包括：区分零件模型单层截面轮廓边界中的薄壁区域，对薄壁区域和非薄壁区域分别规划扫描路径；所述薄壁区域为在单层截面轮廓进行多边形的约束Delaunay三角剖分后轮廓边所在三角形的高小于阈值的三角形区域。

进一步地，本方法具体包括以下步骤：

步骤1，输入零件三维模型的所有切片数据，并确定薄壁的阈值W；

步骤2，对每一层的切片轮廓进行多边形的约束Delaunay三角剖分；

步骤3，对于包含切片轮廓边的约束Delaunay三角形，求取该三角形中以轮廓边为底时的高h，若h小于W时，则该轮廓边标记为薄壁边；

步骤4，遍历当前层的切片轮廓，结合薄壁轮廓边的标记信息，从实体区域中提取出薄壁区域；

步骤5，分别对薄壁区域和非薄壁区域规划扫描路径，并分配工艺参数。

进一步地，所述各薄壁区域扫描方向相互垂直。

进一步地，所述各薄壁区域内经进行行线扫描路径规划。

进一步地，所述各薄壁区域内相邻扫描路径方向相同或相反。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）本发明以切片轮廓为对象，识别并提取薄壁区域，分别对薄壁区域和非薄壁区域进行扫描路径规划，避免单一扫描方式在薄壁区域内生成不合适的扫描路径；（2）本发明利用薄壁区域和非薄壁区域的结构特点分配合适的工艺参数，避免造成局部热积累乃至产生热变形，保证零件尤其零件薄壁部分的成形质量。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明