[发明专利]一种制造三维物体的预热扫描方法和装置

说明书

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种制造三维物体的预热扫描方法和装置。该方法包括：根据粉末状材料待成形区域的尺寸和形状设置多条预设非直线高能束扫描路径，控制高能束沿所述扫描路径依次扫描所述待成形区域。本发明实施例可以避免在成形区域边界处沿边界连续扫描加热粉床的情况，从而防止成形区域边界处热应力集中导致的成形区域粉床卷曲导致成形失败；同时延长了高能束回到下一条路径扫描起始点所用的时间，该种方式能够给予经扫描后带电粉末状材料足够的时间导走电荷，以预防粉末状材料由于电荷累积导致的粉床溃散；而且给予待成形边界处足够的时间释放热应力，因此极大地降低了待成形区域边界处粉床卷曲的概率。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，尤其涉及一种制造三维物体的预热扫描方法和装置。

背景技术

粉床类金属3D打印技术通用的方法是，先将待打印零件的3D模型使用切片技术，将模型按照打印制造的方向，从下到上划分成等厚度的截面，生成打印数据，将打印数据输入到3D打印装置内，逐层循环打印待打印数据中的一层层截面，在循环中的一个层打印过程中，包含如下步骤：首先使用铺粉装置将粉末状金属材料均匀的铺设在一个尺寸和位置固定的区域内；然后使用高能束，通常是等离子束、激光束或者电子束，来照射当前层待打印零件的截面，使粉末状金属材料熔化后固定在一起；当前层照射完成后，打印装置的运动机构驱动成形区域下降一个层厚的高度，准备下一层打印。然后循环重复如上步骤，直到整个待打印零件完成所有层的打印。

当使用的高能束为电子束时，上面的打印过程会有所不同，通常需要在照射零件截面之前增加一个对成形区域粉末加热的过程，称为粉末预热。已知的粉床类3D打印技术和装置，尤其是电子束粉床3D打印技术和装置，在制造三维物体过程中，通常需要将基材和粉床加热到一定的温度，根据待打印的材料不同，这个温度会有不同的要求。其目的之一是为了让基材和粉末床维持一个较高的温度，增加粉末的粘连度，维持整个打印过程中粉末床平整，防止粉末床在高速电子冲击下局部溃散进而引起整个粉床溃散导致打印无法继续；其目的之二是为了粉末降低与所打印的零件之间的温度梯度，维持打印过程中待打印零件的整体温度处于一个较高的温度，进而降低打印零件的应力，降低打印零件的变形概率。

现有技术常采用直线预热扫描方法，即在成形区域使用水平或竖直的线条扫描方式预热粉末，电子束沿着水平或竖直的直线扫描加热粉末；但采用该种方法在预热过程中会因为电荷的积累从而导致粉床溃散；另外，当待成形区域被水平或竖直直线扫描束扫描到时，但待成形区域之外不被扫到，此时，待成形区域内经过连续扫描加热，导致待成形区域内的温度远高于待成形区域之外区域的温度，在待成形区域边界处存在很高的温度梯度差，所以待成形区域边界处热应力集中，极易在待成形区域边界处发生粉床卷曲变形。因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造三维物体的预热扫描方法和装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明提供一种制造三维物体的预热扫描方法，该方法包括：

根据粉末状材料待成形区域的尺寸和形状设置多条预设高能束扫描路径，每条所述预设高能束扫描路径的扫描时间均位于预设范围内；设置每条所述预设高能束扫描路径的参数，以使每条所述预设高能束扫描路径的长度均大于所述待成形区域内沿高能束扫描推进方向上的直线长度，且使每条所述扫描路径均匀的分布于所述待成形区域中；

控制所述高能束沿所述扫描路径依次扫描所述待成形区域，以延长单条扫描路径扫描完成所用的时间；

其中，所述高能束按照预设扫描路径在所述待成形区域的边界位置形成非连续预热扫描，以避免在所述待成形区域的边界处形成集中的热应力。