[发明专利]一种高效率3D打印方法及系统

说明书

本发明公开了一种高效率3D打印方法及系统，所述方法将每层打印构件进行了具体的区域划分，将当前已打印的零件层定义为第N层，将下一层定义为第N+1层，第N+1层向第N层边界之外延伸的区域定义为悬浮区域，第N+1层堆叠于第N层上的部分定义为重叠区域，重叠区域分为两部分，未被第N+2层覆盖的区域定义为外漏区域，夹设于第N层和第N+2层之间的区域定义为芯部，从而得到每层构件的悬浮区域、重叠区域和外漏区域，在后续打印过程中，针对每层构件的上述区域分别按照相应的激光束直径、功率、速度进行扫描，相比现有技术而言，本发明方法和系统更适用于加工激光选区熔化成形比表面积大的产品，而且成形效率较高，较好地满足了工艺要求。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种高效率3D打印方法及系统。

背景技术

现有技术中，激光选区熔化成形技术采用的是层层堆叠的技术原理，对于比表面积较大的零件，因其具有逐点扫描的特点，所以扫描路径长，扫描轨迹变动较多，很难实现产品的快速打印，往往导致产品成形效率较低，成形时间增长。具体地，传统的扫描路径设置下，整个过程时间较长，常采用纵横交错烧结方式，激光扫描2次甚至更多，大幅度增加了扫描时间，严重制约了3D打印效率的提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种成形效率高、适用于加工激光选区熔化成形比表面积大的产品，进而满足工艺要求的高效率3D打印方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种高效率3D打印方法，其包括有如下步骤：步骤S1，将当前已打印的零件层定义为第N层，即将打印的下一层定义为第N+1层，第N+1层向第N层边界之外延伸的区域定义为悬浮区域，悬浮区域的宽度记为W，第N+1层堆叠于第N层上的部分定义为重叠区域，重叠区域分为两部分，未被第N+2层覆盖的区域定义为外漏区域，夹设于第N层和第N+2层之间的区域定义为芯部；步骤S2，将第N+1层底边与第N层底边连线与水平方向夹角记为α；步骤S3，定义公式tanα＝d/W，若则将对应区域定义为小角度区域X，若则将对应区域定义为一般角度区域Y，若α，则将对应区域定义为大角度区域H，定义激光束直径为Φ；步骤S4，计算机根据公式tanα＝d/W的计算结果，自动识别出第N+1层所处的区域区间是小角度区域、一般角度区域或者大角度区域；步骤S5，当第N+1层处于小角度区域时，自动识别出当前第N+1层的悬浮区域、芯部和外露区域，因处于小角度区域时的α角较小，所以悬浮区域及外露区域占据的面积大于芯部区域；步骤S6，当激光器开始扫描小角度区域的悬空区域及外露区域时，激光束直径Φ变大，扫描芯部时激光束直径Φ保持不变；步骤S7，放大后的激光束以与相邻层边界线成一定角度γ的路径开始对外露区域进行逐行扫描，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离记为d1，该距离要求大于激光束放大前相邻扫描线激光束中心线之间距离，且满足公式Φ/5≤d1≤Φ2/3；步骤S8，当激光束扫描完外露区域后，激光束直径立刻调整到原始直径Φ，对芯部区域进行扫描，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离定义为d3，且满足公式Φ/5≤d3≤Φ2/3；步骤S9，当激光束扫描完芯部区域后，开始扫描悬浮区域，保证激光功率与激光扫描速度的比值较激光束直径改变前不变或适当降低；步骤S10，控制激光束以平行于相邻层边界线X的路径，开始对悬浮区域进行逐行扫描，同时沿垂直于相邻层边界线X的路径逐步扩大扫描范围，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离记为d2，该距离要求大于激光束放大前相邻扫描线激光束中心线之间的距离，且满足公式Φ/4≤d2≤Φ2/3；步骤S11，扫描完悬浮区域后，将激光束直径立刻调整到原始直径Φ，对第N+1层区域轮廓进行一次扫描；步骤S12，当扫描到第N+2层时，其小角度区域中的悬空区域、芯部、外露区域采用步骤S6～步骤S12中的方法进行扫描，外露区域及芯部激光束中心扫描线相对第N+1层的激光束中心偏转预设角度，悬浮区域角度不发生偏转；步骤S13，当第N+1层处于一般角度区域时，计算机识别出当前第N+1层的悬浮区域、芯部和外露区域；步骤S14，当激光器开始扫描一般角度区域的芯部及外露区域时，令激光束直径Φ保持不变，扫描一般角度区域的悬浮区域时，控制激光束直径Φ增大；步骤S15，激光束对外露区域、芯部区域进行扫描，激光束以与相邻层边界线成一定角度γ的路径，开始对外露区域及芯部区域进行扫描，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离记为d1，且满足公式Φ/5≤d1≤4Φ/5，扫描时，对外露区域及芯部区域同时进行扫描；步骤S16，当扫描完芯部区域及外露区域后，控制激光束直径Φ增大，开始对悬浮区域进行扫描，并保证激光功率与激光扫描速度的比值较激光束直径改变前不变或适当降低；步骤S17，激光束以平行于相邻层边界线X的路径，开始对悬浮区域进行逐行扫描，同时沿垂直于相邻层边界线X的路径逐步扩大扫描范围，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离记为d2，该距离要大于激光束放大前相邻扫描线激光束中心线之间的距离，即满足公式Φ/4≤d2≤Φ2/3；步骤S18，扫描完悬浮区域后，将激光束直径立刻调整到原始直径Φ，对第N+2层区域轮廓进行一次扫描；步骤S19，当扫描到第N+2层时，其一般角度区域中的悬浮区域、芯部、外露区域采用步骤S14～步骤S18的方法进行，外露区域及芯部区域激光束中心扫描线与第N+1层的激光束中心偏转预设角度，悬浮区域角度不发生偏转；步骤S20，当第N+1层处于大角度区域时，计算机识别出当前第N+1层的悬浮区域、芯部和外露区域，当激光器开始扫描大角度区域的悬浮区域、芯部及外露区域时激光束直径Φ保持不变；步骤S21，激光束以与相邻层边界线成一定角度γ的路径开始对外露区域、芯部及悬浮区域进行扫描，相邻激光扫描线激光束中心之间的距离记为d1，且满足公式Φ/5≤d1≤4Φ/5，扫描完外露区域、芯部及悬浮区域后，激光束不再对轮廓进行扫描；步骤S22，当扫描到第N+2层时，其大角度区域中的悬浮区域、芯部、外露区域采用步骤S20～步骤S22中的方法进行，外露区域、芯部及悬浮区域激光束中心扫描线相对第N+1层的激光束中心偏转预设角度，后续扫描层依次循环往复，直至大角度区域扫描完成。