[发明专利]基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法

说明书

本发明属于增减材制造技术领域，涉及一种基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法，包括：1)基于当前层各轮廓线段的角度信息以及角度临界值对轮廓扫描区域进行识别，将轮廓扫描区域分为增材区域、减材区域以及增减材复合区域；2)根据步骤1)所识别的增材区域、减材区域以及增减材复合区域，确定扫描路径。本发明提供了一种可实现增材激光器和减材激光器的实时切换和协同扫描的基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法。

技术领域

本发明属于增减材制造技术领域，涉及一种轮廓扫描路径规划方法，尤其涉及一种基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法。

背景技术

增减材复合加工技术是一种将增材制造和减材制造相结合的新型加工技术。借助计算机生成的STL模型，并将其按照设定层厚分层，将三维模型转化为二维点云数据，并进一步通过二维点云数据识别轮廓、上下表面以及内填充区域，结合打印参数生成打印路径信息，通过设备转化控制激光烧结粉末材料，通过飞秒激光器扫描改善激光烧结过程中产生的不可避免的表面粗糙问题，层层累积最终成型三维实体零件。

零件成型质量和效率不仅和打印设备相关，更重要的是前期分层剖分精准识别增减材区域和增减材扫描路径规划。现有剖分软件实现了每层的轮廓、上下表面以及内填充的识别，均为增材区域，最终生成增材扫描路径。减材区域是对整个轮廓进行减材，未做精准识别。

在SLM分层打印过程中，由于从三维到二维的分层，再到层层堆叠成型，数据格式、分层方法以及热处理等因素都会导致其精度和表面质量和先前预设有所误差。目前解决这一问题的方法一方面是对打印成型的三维实体零件进行后加工处理，改善表面质量；另一方面是分层打印中，待该层激光烧结完成后，再通过飞秒激光对该层轮廓进行超快脉冲激光减材加工。后者在一定程度上的确能够对分层打印过程中产生的球化、凸起以及阶梯效应等缺陷进行修整，改善表面质量，但从加工的整体性上来说，依旧是增材和减材的分离状态，无法实现两种激光器的协同扫描；此外，在分层打印中，并不是所有轮廓都需要减材加工，对本层的所有轮廓整体利用飞秒激光进行减材处理会导致过度加工，在改善部分区域的表面质量的同时会导致其他区域出现新的表面质量问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可实现增材激光器和减材激光器的实时切换和协同扫描的基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法，其特征在于：所述基于增减材复合打印的轮廓扫描路径规划方法包括以下步骤：

1)基于当前层各轮廓线段的角度信息以及角度临界值对轮廓扫描区域进行识别，将轮廓扫描区域分为增材区域、减材区域以及增减材复合区域；

2)根据步骤1)所识别的增材区域、减材区域以及增减材复合区域，确定扫描路径。

上述步骤1)具体是：

1.1)计算当前层各轮廓线段的角度信息；

1.2)根据步骤1.1)计算得到的角度信息以及待打印材料在打印过程中的角度临界值，将轮廓扫描区域分为增材区域、减材区域以及增减材复合区域。

上述步骤1.1)计算当前层各轮廓线段的角度信息包括：

通过计算与当前高度轮廓相关的三角面片和基材的角度得到与三角面片对应的当前高度的轮廓线段的角度信息；

或者，通过对比相邻层轮廓差异并结合分层层厚计算各轮廓线段的角度信息。

上述步骤1.2)中的待打印材料在打印过程中的角度临界值包括第一角度临界值和第二角度临界值，所述第一角度临界值是减材路径和增减材复合路径之间的临界角度值，所述第二角度临界值是增减材复合路径和增材路径之间的临界角度值。

上述第一角度临界值的确定包括：