[发明专利]基于金属面曝光选区激光熔化技术的扫描路径设计方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，具体公开了一种基于金属面曝光选区激光熔化技术的扫描路径设计方法，包括下列步骤：a.将预打印零件的三维模型进行切片得到多个切片层，获得每个切片层的零件轮廓；b.将步骤a中单个切片层的零件轮廓划分区域，获取每个区域的几何特征；c.根据步骤b中每个区域的几何特征对相应区域进行激光填充光斑熔融；d.对相应区域进行激光投射轮廓熔融；e.重复步骤b、步骤c、步骤d，逐层加工步骤a中各切片层，以此获得所需零件。本方案中的激光扫描路径被设计为，先分区激光填充光斑熔融，再进行激光投射轮廓熔融将各区块进行粘接，避免成形过程中温度场及应力分布不良的情况，从而保障整个零件的宏观性能。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于金属面曝光选区激光熔化技术的扫描路径设计方法。

背景技术

选区激光熔化技术(SLM-Selective Laser Melting)是金属材料增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维CAD切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的金属零件。金属面曝光选区激光熔化技术是在传统SLM技术基础上开发出的一种新兴的增材制造工艺方法。该工艺技术的原理是将激光填充光斑调制成切片形状，单次曝光即可完成当前层的成型任务。

选区激光熔化过程中，激光的各项参数，比如激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描路径等，对零件成形质量起到至关重要的作用。其中扫描路径将影响成形过程中的温度场及应力分布情况。因此扫描路径规划是否合理、优劣程度将直接影响到整个零件的宏观性能。而金属面曝光选区激光熔化技术作为新兴的增材制造工艺方法，合理的扫描路径设计方法具有重要的意义。

发明内容

基于此，本发明提供一种基于金属面曝光选区激光熔化技术的扫描路径设计方法，目的在于合理规划扫描路径，消除成形过程中温度场及应力分布不良的情况，保障整个零件的宏观性能。

本发明通过下述技术方案实现：

提供一种基于金属面曝光选区激光熔化技术的扫描路径设计方法，包括下列步骤：

a.将预打印零件的三维模型进行切片得到多个切片层，获得每个切片层的零件轮廓；

b.将步骤a中单个切片层的零件轮廓划分区域，获取每个区域的几何特征；

c.根据步骤b中每个区域的几何特征对相应区域进行激光填充光斑熔融；

d.根据步骤b中每个区域的几何特征对相应区域进行激光投射轮廓熔融；

e.重复步骤b、步骤c、步骤d，逐层加工步骤a中各切片层，以此获得所需零件。

本方案中的激光扫描路径被设计为，通过对每个切片层进行区域划分，先分区激光填充光斑熔融，实现单个切片层内不同区域的加工，再进行激光投射轮廓熔融将各区块进行粘接，降低热应力集中可能性，避免成形过程中温度场及应力分布不良的情况，从而保障整个零件的宏观性能。

作为优选方案，步骤b中，如单个切片层的零件轮廓在设备最大激光填充光斑的投射范围内，则仅划分一个区域。对于某些较为特殊的零件，可能存在某一切片层轮廓非常小的情况，且零件切片轮廓在设备大激光填充光斑的投射范围内，则无需划分区域，可直接进入步骤c进行激光填充光斑熔融，在进入步骤d进行激光投射轮廓熔融，即该层打印完成。

作为优选方案，步骤b中，如单个切片层的零件轮廓超出设备最大激光填充光斑的投射范围，则划分为多个区域，划分的单个区域不超出设备最大激光填充光斑的投射范围。当单切片层轮廓非常大，且超过设备最大激光填充光斑的投射范围时，则进行区域划分后进行打印。