[发明专利]一种选区激光熔化制备的圆柱杆三维轮廓几何重建方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化制备的圆柱杆三维轮廓几何重建方法，其包含以下步骤：获取选区激光熔化制造的圆柱杆逆向三维几何模型；根据逆向三维模型，捕获圆柱横截面待拟合的椭圆尺寸数据；根据椭圆尺寸数据，通过椭圆横截面重建圆柱。本发明针对选区激光熔化打印成的圆柱结构存在影响力学性能的几何缺陷，即表面轮廓的不规则，通过椭圆模拟圆柱结构的横截面形状，重建圆柱模型，实现了采用五个参数准确地描述选区激光熔化的横截面轮廓，简单易行，便于模型后续仿真应用，在增材制造方面有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，特别是涉及一种选区激光熔化制备的圆柱杆三维轮廓几何重建方法。

背景技术

增材制造技术逐渐成为工程制造人员的新宠，不仅可以克服传统加工无法制造出复杂零件的缺点，而且还可以得到力学性能更加优秀的零件。但是也会存在些传统加工没有的问题，最突出的就是表面轮廓精度。点阵结构也是现今研究的热点。在轻量化、减震和吸能等方面结构，点阵展现出优秀的功能，有着重要的应用前景。而复杂的结构通过增材制造可以完美地实现。

在选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)中，通过激光束照射金属粉末，将粉末熔融成固体，经过一层层叠加成三维实体零件。但是打印过程中熔池不稳定和冷却不均匀等因素导致零件产生缺陷。SLM工艺中的缺陷导致制造部件中的应力集中，从而可能导致部件失效。

三维点阵中，圆柱杆是基本组成单位，通过SLM制造圆柱结构时，表面轮廓存在偏差，尤其是制件尺度小时，几何缺陷对性能影响更加严重。而SLM制备试件的致密度很高，影响点阵性能的制造缺陷主要是表面几何缺陷。现在一般使用的是理想的圆柱模型来模拟实际圆柱结构的受力情况，而理想圆柱模型与实际SLM制造圆柱结构有较大差异，对圆柱进行力学分析得出的结论偏离实际制造的点阵。所以，将几何缺陷考虑进点阵的性能研究是很有必要的。在圆柱结构模型中增加制造几何缺陷可以提高模拟精度，从而增强模型的预测能力。

对于实际制造的圆柱，表面轮廓复杂，很难实现精确预测重建，如果直接用扫描数据分析，过多的数据导致模型构建难度大、效率低，计算处理时间长，也不便于后续软件操作。有学者采用不同直径的圆柱重构圆柱，但是该方法没有考虑到真实圆柱横截面形状的变化。如何进行SLM下圆柱体的三维轮廓构建可以满足高精度和高效率的要求，有待解决。

综上所述，考虑SLM下的制造几何缺陷，对成型的点阵结构进行几何重构的3D真实轮廓几何建模方法十分具有实际意义，对3D成型制造零件力学性能仿真分析提供了有力参考，在增材制造方面有较好的应用前景。

发明内容

针对上述提出的圆柱体在选区激光制造过程中产生几何缺陷并缺少轮廓表征模型构建的问题，本发明的目的在于提供一种选区激光熔化制备的圆柱杆三维轮廓几何重建方法，采用最小二乘法将扫描得到的横截面点云数据构建为为椭圆曲线，对椭圆横截面进行放样得到三维圆柱轮廓，使得三维点阵模型中考虑制造缺陷，让点阵结构的运用更加贴合实际。

本发明提供一种选区激光熔化制备的圆柱杆三维轮廓几何重建方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据选区激光熔化制造圆柱的点云数据，得到具有真实轮廓的圆柱杆三维模型，具体步骤包括：

步骤11：获得选区激光熔化制造的圆柱点云数据；

步骤12：将点云数据中过度离散的点去除，并将圆柱两端剖去，提高横截面数据精度；

步骤13：进行逆向建模，获得逆向模型，即具有真实轮廓的圆柱三维模型；

步骤2：将所述三维模型进行剖切处理，获得m个横截面图片，根据图片模拟横截面轮廓的椭圆图形，得到拟合的椭圆横截面数据；

所述拟合的椭圆横截面数据包括：实际圆心o’、实际圆心o’与理想圆心o的偏移量(dx，dy)、实际坐标系x′-y′和理想坐标系x-y偏角θ、椭圆长轴长度a和椭圆短轴长度b；