[发明专利]一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法

说明书

本发明提供复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，包括对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；将Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。本发明能够在3轴开环条件下，利用空间分层方法，无需改变激光功率和扫描速度，通过控制不同位置处的Z轴单层行程成形出复杂表面垂直金属薄壁件，降低了设备复杂性；避免了每层轮廓的间断，连续的轮廓路径避免了复杂表面垂直金属薄壁件表面的阶梯效应，提高表面质量。

技术领域

本发明属于激光直接制造技术领域，涉及一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法。

背景技术

激光快速成形技术是一种集激光技术、CAD/CAM技术和材料技术于一体的新型增材制造技术。根据零件的CAD模型，进行分层切片，得到各层截面的轮廓，再按照这些等厚度的二维平面轮廓，无需特定模具而在特定的时间内沿某一坐标方向制造出复杂的立体模型或实体。激光快速成形技术具有较高的材料利用率，较低的能量消耗率，能够成形出任意复杂程度的致密原型和零部件等优点，其在航空航天、汽车工业、模具设计与制造、医学等领域的应用越来越广泛。

薄壁件因为有着能够在保证性能要求的前提下减轻零件重量的优点，尤其在航空航天领域内应用广泛。薄壁件的上表面往往表现出凹凸不平的形状特征。目前，在此类薄壁件的激光快速成形中，三维实体被切分成很多等高度的X-Y平面轮廓，沿Z方向逐层叠加，由于薄壁件上表面的凹凸不平，同一平面轮廓内扫描路径出现间断，随着沉积层数的增加，这种间断会造成阶梯效应，严重影响薄壁成形件的表面质量。

发明内容

为解决复杂表面垂直薄壁件的激光快速成形过程中出现的阶梯效应，本发明提出了一种复杂表面垂直薄壁件的激光快速成形方法。

根据本发明的一个方面，提供一种复杂表面垂直金属薄壁件的激光快速成形方法，包括：

对待成形的复杂表面垂直金属薄壁件建立三维实体模型，并将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值；

根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程；

获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据；

将所述Z轴单层行程和所述底面轮廓数据导入激光快速成形设备，启动激光快速成形系统，开始成形复杂表面垂直金属薄壁件。

进一步地，所述将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，确定各点的高度值包括：

将复杂表面垂直金属薄壁件的上表面分成M个点，并将这些点的高度值用Z坐标(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)表示出来。

进一步地，所述根据各点的高度值，确定各点位置处的Z轴单层行程包括对于所述的坐标点(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)，找出其中的最大值Z_max，并确定所述的最大值Z_max处的Z轴单层行程ΔZ_max；

确定出激光快速成型复杂表面金属薄壁件需要的层数N；

确定出各点处的Z轴单层行程(ΔZ₁,ΔZ₂,ΔZ₃……ΔZ_M)为(Z_1,1,Z_1,2,Z_1,3……Z_1,M)/N。

进一步地，所述获取复杂表面垂直金属薄壁件的底面轮廓数据包括：