[发明专利]一种粉床分级预热的控制方法及增材制造装置

说明书

本发明是关于一种粉床分级预热的控制方法及增材制造装置。该方法包括：对待打印零件的三维模型进行切片，并设置扫描路径形成扫描路径数据；根据当前层的截面形状设定第0分级至第n分级的预热范围及预热能量；能量源根据当前层设定的预热范围及预热能量对粉末进行分级预热；根据扫描路径对截面进行扫描熔化，完成当前层的打印；重复铺粉、预热及扫描熔化直至完成整个零件打印。本发明以打印零件每层的截面形状为中心的分级预热方式对粉床进行预热，从而避免了粉床预热区域与周围未预热区域较大的温度分级，降低粉床卷曲、起皮或开裂的风险，且降低了截面外的粉床粉末所受热影响，提高粉末利用率，同时分级预热可以减少能量输入，提高成形效率。

技术领域

本发明实施例涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种粉床分级预热的控制方法及增材制造装置。

背景技术

增材制造是一种由数据驱动、逐层累加材料成形实体零件的先进制造技术，与传统技术相比，该技术具有可成形复杂形状和高性能金属构件的特点，工艺简单、无需模具、可定制化、材料利用率高，已广泛应用于航空航天、动力能源、生物医疗等领域。粉末床熔融技术通过铺粉装置预先在成形平台上铺展一层粉末形成粉末床，高能束热源在计算机控制作用下对零件截面内的粉末进行选择性熔化，随后冷却成固体层，降低成形平台再铺置下一层粉末重复上述过程，形成三维实体零件。在此过程中，粉末床质量是成形过程能够稳定运行的关键步骤之一。

对电子束粉末床增材制造技术来说，在对零件截面进行选择性熔化前通常要对粉末床进行预热，使粉末颗粒之间形成烧结颈，连接在一起，防止粉末受电子束流作用而偏离原来位置，导致吹粉现象，另外良好的粉床状态对下一层铺粉质量有重要作用，不合适的预热方法及预热温度会导致粉床四周卷曲、起皮和粉床开裂等，一方面使后续铺粉过程中出现铺不上粉或铺粉不均匀现象，影响成形件质量，另一方面，卷曲起皮的粉层易在刮刀作用下刮离粉床，造成粉床不完整，则需要增加粉量填充粉床，此过程容易引起吹粉现象，严重时导致打印中止。

相关技术中，有提出一种电子束选区预热方法，通过将基板划分多个网格区域，对零件进行切片处理，选取轮廓及轮廓在内的网格作为预热区域进行电子束预热，此方法可以提高预热扫描效率，使材料重复利用率提高。还有提出一种电子束选区熔化成形预热扫描方法，将粉末床划分为不同半径的多个初始同心圆，并以第一热输入进行预热扫描，随着半径的减小第一热输入逐渐减小，基于不同区域散热的不同获得均匀的温度场，减小零件的翘曲变形。

关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：

现有划分网格对零件区域预热的技术会使得零件区域和零件区域外部未预热的粉末温度梯度较大，易引起零件周围粉床卷曲起皮，影响下层铺粉质量及零件成形质量；采用不同半径的同心圆从外向内依次减小预热热输入的方法，可以一定程度上提高粉床的温度均匀性，但每层截面熔化时热输入较大，粉床温度分布会随着零件截面信息的变化而变化，其并未考虑每层零件的熔化截面信息，获得均匀温度场难度较大。

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技术方案提供背景或上下文。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粉床分级预热的控制方法及增材制造装置，进而至少在一定程度上解决粉床熔融技术中因粉床预热方法不适宜或粉床预热区域与周围未预热粉末由于温度梯度大而引起的粉床卷曲、起皮和开裂现象等，分级由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题，同时分级预热可以减少能量输入，提高成形效率。

本发明首先提供一种粉床分级预热的控制方法，包括：

获取待打印零件的三维模型，对所述三维模型沿高度方向进行切片，获得每层的截面及截面形状，并设置扫描路径形成扫描路径数据，将其导入打印设备；

根据当前层的所述截面形状设定第0分级至第n分级的预热范围，并为每个分级分配预热能量；