[发明专利]一种金属多层打印路径规划方法

说明书

一种金属多层打印路径规划方法，所述方法用于打印矩形件时采用的打印路径为弓字型路径，用于打印环形件时采用的打印路径为环形路径，所述弓字型路径和环形路径均包含同层打印路径和相邻层打印路径，所述同层打印路径包含一个或多个起弧点，所述多个起弧点之间存在相位差，所述相邻层打印路径包含多个起弧点，所述多个起弧点之间存在相位差，任意相邻两层的起弧点、熄弧点、成形方向没有重合。本发明极大概率降低了零件因重复打印路径导致的气孔等缺陷问题，同时提高了打印效率。

技术领域

本发明涉及金属增材制造技术领域，具体涉及一种金属多层打印路径规划方法。

背景技术

电弧增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacture，WAAM)是一种采用电弧或等离子弧作为热源将金属焊丝熔化，在程序或软件控制下采用逐层熔覆原理，根据三维数字模型由线-面-体制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件的先进数字化制造技术。电弧增材制造技术具有制造成本低、材料利用率高、生产效率高等优点。近年来，采用电弧增材制造技术制造成形尺寸精度高、表面质量良好和力学性能优良的复杂金属零件受到广泛关注。

电弧增材制造技术主要的工艺包括建立三维数字模型、针对三维数字模型分层切片、对切片轮廓进行扫描并规划填充路径。其中填充路径规划是关键技术，路径规划直接决定了零件成形质量。

现有的填充路径规划方法常用单道直线路径，容易存在以下几个技术缺陷：

一、由于焊接本身特性，起弧时焊件温度较低会引起起弧处焊道不容易散开，导致成型较高且较窄，并出现未熔合现象。熄弧处一般会出现弧坑，弧坑处会出现疏松、裂纹、气孔等缺陷，因此起弧、熄弧位置出现质量缺陷的概率较高；

二、如图6所示，不同层在同一个位置频繁地起弧、熄弧，导致零件表面高度不一致，最终导致加工余量不足或过大、零件报废或浪费材料；

三、如图7所示，零件在打印过程中熔池之间会形成搭接区、重熔区、狭缝区，打印过程中搭接区和狭缝区会出现较多的质量问题，原因主要包括以下几种：一是不同材料形成的熔池在不同工艺参数、不同热量输入情况下流动性不同；二是熔池所在空间内充满气体，熔池在覆盖狭缝区过程中，狭缝中的气体无法完全溢出，从而导致气孔等缺陷；三是程序重复扫描该路径，打印过程中出现缺陷的概率增加。

发明内容

针对现有技术常用单道直线路径规划方法以及出现的上述技术问题，本发明提出了一种金属多层打印路径规划方法。本发明主要通过变更起弧、收弧位置，降低起弧、灭弧位置缺陷发生的概率，以及降低重复路径打印过程中的缺陷概率，改善打印零件的表面质量。

具体技术方案包含如下：

一种金属多层打印路径规划方法，所述方法以焊枪作为热源、金属丝材作为成形材料，应用建模软件规划出切片路径进行熔覆打印，所述方法包括以下几个步骤：

步骤一：选择焊丝和基板；

步骤二：生成打印路径；

步骤三：焊枪在机器人驱动下按照生成打印路径运动；

步骤四：焊枪打印出成形特定的金属结构件；

所述方法用于打印矩形件时采用的打印路径为弓字型路径，用于打印环形件时采用的打印路径为环形路径，所述弓字型路径和环形路径均包含同层打印路径和相邻层打印路径，所述同层打印路径包含一个或多个起弧点，所述多个起弧点之间存在相位差，所述相邻层打印路径包含多个起弧点，所述多个起弧点之间存在相位差，任意相邻两层的起弧点、熄弧点、成形方向没有重合。

进一步的，所述同层打印路径的多个起弧点之间的相位差为30度、60度、90度或120度。

进一步的，所述相邻层打印路径的多个起弧点之间的相位差为30度、60度、90度或120度。

进一步的，所述相邻层打印路径和同层打印路径的旋转角度不一致。