用于逐層制造三維物體的裝置及控制方法和掃描方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光快速成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于逐層制造三維物體的裝置，本發(fā)明還涉及一種用于逐層制造三維物體的控制方法，本發(fā)明還涉及一種用于逐層制造三維物體的掃描方法。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造技術(shù)是基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過增加材料逐層制造的方式。其是以計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)模型為藍(lán)本，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，利用高能束將材料進(jìn)行逐層堆積，最終疊加成型，制造出實(shí)體產(chǎn)品。
[0003]選擇性激光恪化(selective laser melting，SLM)是金屬件直接成形的一種方法，是快速成形技術(shù)的最新發(fā)展。該技術(shù)基于快速成形的最基本思想，即逐層熔覆的“增量”制造方式，根據(jù)三維CAD模型直接成形具有特定幾何形狀的零件，成形過程中金屬粉末完全熔化，產(chǎn)生冶金結(jié)合。采用傳統(tǒng)的機(jī)加工手段無法制造出來的形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬零件，是激光快速成形技術(shù)應(yīng)用的主要方向之一。
[0004]現(xiàn)有SLM鋪粉設(shè)備中，其光學(xué)系統(tǒng)主要由單一激光器、擴(kuò)束鏡、掃描振鏡以及聚光鏡組成，其工作原理主要為單一激光器發(fā)射點(diǎn)光源激光，通過擴(kuò)束鏡將光斑直徑擴(kuò)大以減小激光單位面積上的功率，并通過掃描振鏡折射后再由聚光鏡將激光聚焦以提高功率后直接投射于工作平臺(tái)上對(duì)零件進(jìn)行燒結(jié)。其中，掃描振鏡是一組高速旋轉(zhuǎn)的振鏡系統(tǒng)，它包含帶有溫度補(bǔ)償?shù)木葯z流振鏡、帶溫度檢測(cè)的具有最大反射能力的振鏡。由于使用掃描振鏡組，激光能在光源及其他傳播介質(zhì)中進(jìn)行高速、穩(wěn)定的傳播。同時(shí)，可以通過對(duì)振鏡控制來實(shí)現(xiàn)激光光斑在工作平臺(tái)上的移動(dòng)。
[0005]由于通過聚光鏡后激光為點(diǎn)光源，其在燒結(jié)零件時(shí)需要通過振鏡來改變激光角度，按照規(guī)劃好的燒結(jié)路徑進(jìn)行逐點(diǎn)掃描。當(dāng)單層零件燒結(jié)面積過大，或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，其完成單層零件燒結(jié)所需時(shí)間非常長，時(shí)間成本非常高，嚴(yán)重影響了工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種用于逐層制造三維物體的裝置，該裝置解決了現(xiàn)有SLM鋪粉設(shè)備的點(diǎn)光源加工時(shí)需進(jìn)行逐點(diǎn)掃描而導(dǎo)致加工效率低下的問題。
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供利用上述裝置逐層制造三維物體的方法，能夠有效提高三維物體的掃描速度和成形效率。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光群系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。激光群系統(tǒng)包括多個(gè)光源，光源間按一定規(guī)則排布，經(jīng)排布后的光源發(fā)出的光束在掃描方向上的投影疊加后形成一條由光斑4組成的垂直于掃描方向的連續(xù)光源;激光群系統(tǒng)位于成形平臺(tái)上方，激光群系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的控制下，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體移動(dòng)。
[0009]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0010]光源間的具體排布形式為:多個(gè)光源分布在與掃描方向相交的同一條直線上，相鄰光源所發(fā)出的光束之間存在角度；
[0011]或者，多個(gè)光源排布成兩排，第一排相鄰光源的光斑之間具有間隙，間隙小于光源的光斑直徑，第二排光源位于第一排光源的后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源間隙處，使得多個(gè)光源的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源；
[0012]或者，多個(gè)光源排布成N排，第一排相鄰光源之間具有間隙，其余N-1排光源依次排布于第一排光源后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源間隙處，使得在掃描方向上，其余N-1排光源光斑投影互相搭接并布滿第一排相鄰光源光斑間隙，使得多個(gè)光源發(fā)出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。
[0013]光源之間相互獨(dú)立且不發(fā)生相對(duì)位移。
[0014]控制系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)光源的開啟、閉合以及激光器功率使用率進(jìn)行獨(dú)立控制。
[0015]激光群系統(tǒng)在成形平臺(tái)上方單向運(yùn)動(dòng)或雙向運(yùn)動(dòng)。
[0016]激光群系統(tǒng)在垂直于掃描方向上的寬度等于或小于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度。
[0017]本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，一種用于逐層制造三維物體的控制方法，具體包括:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將成形平臺(tái)劃分為一個(gè)由單位網(wǎng)格形成的矩陣，矩陣中每一網(wǎng)格均可被O?100之間的自然數(shù)所標(biāo)識(shí)，其數(shù)值代表的意義為該網(wǎng)格處激光功率的使用率;在激光群系統(tǒng)從成形平臺(tái)一側(cè)以均勻速度向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)過程中，任一獨(dú)立光源移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源，并根據(jù)具體標(biāo)識(shí)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，當(dāng)遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，則關(guān)閉該光源，如此，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)駛離成形平臺(tái)，完成零件單層截面的掃描成形。
[0018]本發(fā)明的另一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0019]標(biāo)識(shí)方法為計(jì)算機(jī)根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置以及用戶對(duì)零件的精度要求進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
[0020]本發(fā)明的第三個(gè)技術(shù)方案是，一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，具體包括以下步驟:
[0021]步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；
[0022]步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)；
[0023]步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層；
[0024]步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)從成形平臺(tái)一側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源所在路徑上的零件截面的掃描成形；
[0025]步驟5、隨著激光群系統(tǒng)在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源；
[0026]步驟6、激光群系統(tǒng)繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)駛離成形平臺(tái)，完成零件單層截面的掃描成形；
[0027]步驟7、重復(fù)步驟3?6，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。
[0028]當(dāng)激光群系統(tǒng)在垂直于掃描方向上的寬度小于成形設(shè)備在該方向上的最大成形寬度時(shí)，掃描成形方法為:
[0029]步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；
[0030]步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)；
[0031]步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層；
[0032]步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)從成形平臺(tái)一側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源所在路徑上的零件截面的掃描成形；
[0033]步驟5、隨著激光群系統(tǒng)在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源；
[0034]步驟6、激光群系統(tǒng)繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)駛離成形平臺(tái)，完成激光群系統(tǒng)可成形范圍內(nèi)零件單層截面的掃描成形；
[0035]步驟7、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)沿垂直于掃描方向向零件單層截面剩余待掃描區(qū)域移動(dòng)激光群系統(tǒng)寬度距離，重復(fù)步驟4?6，直至完成整個(gè)零件單層截面的掃描成形；
[0036]步驟8、重復(fù)步驟3?7，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。
[0037]本發(fā)明第三種技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0038]在掃描過程中，激光群系統(tǒng)在保持一定安全距離的前提下，緊隨鋪粉裝置，進(jìn)行跟隨式掃描。
[0039]本發(fā)明的有益效果是:
[0040]I)—種用于逐層制造三維物體的裝置，通過設(shè)置由多個(gè)獨(dú)立的按一定規(guī)則排布的光源構(gòu)成的激光群系統(tǒng)，使光源發(fā)出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源，克服了單點(diǎn)掃描成形效率低的問題，大大提高了零件的掃描速度和成形效率。
[0041]2)—種用于逐層制造三維物體的控制方法，通過將成形平臺(tái)劃分為一個(gè)由單位網(wǎng)格形成的矩陣，矩陣中每一網(wǎng)格均可被O?100之間的自然數(shù)所標(biāo)識(shí)，根據(jù)標(biāo)識(shí)數(shù)字提供不同的激光功率，提高了加工效率。
[0042]3)—種用于逐層制造三維物體的掃描方法，通過采用激光群系統(tǒng)對(duì)零件截面進(jìn)行掃描，大幅度提高了零件的掃描速度和成形效率。
【附圖說明】
:
[0043]圖1是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體中第一種光源排布方式的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體中第一種光源排布方式的示意圖；
[0045]圖3是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體中第二種光源排布方式的示意圖；
[0046]圖4是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體中第三種光源排布方式的示意圖；
[0047]圖5是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的控制方法的用自然數(shù)標(biāo)識(shí)矩陣的示意圖；
[0048]圖6是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的掃描方法中激光群系統(tǒng)掃描移動(dòng)方式的不意圖；
[0049]圖7是本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的掃描方法中跟隨式掃描的示意圖。
[0050]圖中，1.激光群系統(tǒng)，2.光源，3.光束，4.光斑，5.成形平臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0051 ]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0052]本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺(tái)5、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光群系統(tǒng)1、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其中激光群系統(tǒng)I包括多個(gè)光源2，光源2間按一定規(guī)則排布，經(jīng)排布后的光源2發(fā)出的光束3在掃描方向上的投影疊加后形成一條由光斑4組成的垂直于掃描方向的連續(xù)光源;激光群系統(tǒng)I位于成形平臺(tái)上方，激光群系統(tǒng)I在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的控制下，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體移動(dòng)，并且，光源2之間相互獨(dú)立且不發(fā)生相對(duì)位移，控制系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)光源2的開啟、閉合以及激光器功率使用率進(jìn)行獨(dú)立控制，激光群系統(tǒng)I在成形平臺(tái)上方單向運(yùn)動(dòng)或雙向運(yùn)動(dòng)。
[0053]激光群系統(tǒng)I中光源2的排布方式并不唯一，其原則是多個(gè)光源經(jīng)排布后，其發(fā)出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。
[0054]本發(fā)明第一種光源排布形式為:
[0055]如圖1和圖2所不，多個(gè)光源2分布在與掃描方向相交的同一條直線上。
[0056]該種光源排布方式簡單，能夠提高掃描效率，但為了保證相鄰光斑之間的搭接，相鄰光源所發(fā)出的光束之間必然存在夾角，這將使得激光群系統(tǒng)的可成形尺寸非常受限。[0057 ]如圖3所不，本發(fā)明第二種光源排布方式為:多個(gè)光源2排布成兩排，第一排相鄰光源2的光斑4之間具有間隙，間隙小于光源2的光斑4直徑，第二排光源2位于第一排光源2的后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源2間隙處，使得多個(gè)光斑4在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。
[0058]該種光源排布方式，不僅能夠保持第一種排布方式高效率掃描的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)采用該種排布方式，可以利用第二排光源來彌補(bǔ)第一排相鄰光源之間間隙處零件截面的燒結(jié)，在一定程度上增大了激光群系統(tǒng)的可成形尺寸。
[0059]由于激光光束呈高斯分布，即越靠近光斑中心處，光斑的功率越大，當(dāng)半徑大于一定值時(shí)，其功率急劇變小。由于零件成形質(zhì)量與激光光斑功率大小正相關(guān)，因此，為了保證零件成形質(zhì)量，需使實(shí)際燒結(jié)光斑功率維持在大功率半徑內(nèi)。
[0060]因此，為了最大程度增加激光群系統(tǒng)的可成形尺寸，同時(shí)保證相鄰光源光斑實(shí)際燒結(jié)功率維持在大功率半徑內(nèi)，本發(fā)明提供了激光群系統(tǒng)中光源的第三種排布方式:
[0061]如圖4所示，多個(gè)光源2排布成N排，第一排相鄰光源2之間具有間隙，其余N-1排光源2依次排布于第一排光源后方，且N-1排光源中任一排光源2在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源2間隙處，使得在掃描方向上，其余N-1排光源2的光斑4投影互相搭接并布滿第一排相鄰光源2的光斑4間隙，使得多個(gè)光源2發(fā)出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。
[0062]本發(fā)明所述激光群系統(tǒng)在垂直于掃描方向上的寬度可以等于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度，也可以小于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度。
[0063]本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的控制方法，如圖5所示，具體包括以下步驟:
[0064]計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將成形平臺(tái)劃分為一單位網(wǎng)格面積足夠小的矩陣，矩陣中每一網(wǎng)格均可被O?100之間的自然數(shù)所標(biāo)識(shí)，其數(shù)值代表的意義為該網(wǎng)格處激光功率的使用率，即激光在燒結(jié)該處網(wǎng)格時(shí)的功率為激光額定功率的百分之幾。具體的，標(biāo)識(shí)為O時(shí)，意味著該網(wǎng)格區(qū)域處無需激光燒結(jié)，50代表該網(wǎng)格區(qū)域處需要激光燒結(jié)，且激光功率取額定功率的一半，100意味著該處網(wǎng)格需要燒結(jié)，且功率為額定功率。其標(biāo)識(shí)方法為計(jì)算機(jī)根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置以及用戶對(duì)零件的精度要求等進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在激光群系統(tǒng)從成形平臺(tái)一側(cè)以均勻速度向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)過程中，任一獨(dú)立光源2移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源2，并根據(jù)具體標(biāo)識(shí)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，當(dāng)遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，則關(guān)閉該光源2，如此，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)駛離成形平臺(tái)，完成零件單層截面的掃描成形。上述這種掃描燒結(jié)方法可以保證每一層零件的燒結(jié)時(shí)間相同，與零件的復(fù)雜程度無關(guān)。其中，標(biāo)識(shí)方法為計(jì)算機(jī)根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置以及用戶對(duì)零件的精度要求進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
[0065]本發(fā)明一種用于逐層制造三維物體的掃描方法，具體包括以下步驟:當(dāng)激光群系統(tǒng)I在垂直于掃描方向上的寬度等于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度時(shí)，掃描成形方法為:
[0066]步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；
[0067]步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)；
[0068]步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)5上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層；
[0069]步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)I從成形平臺(tái)5—側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)I沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源2移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源2，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源2所在路徑上的零件截面的掃描成形；
[0070]步驟5、隨著激光群系統(tǒng)I在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源2遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源2;
[0071]步驟6、激光群系統(tǒng)I繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)I駛離成形平臺(tái)5，完成零件單層截面的掃描成形；
[0072]步驟7、重復(fù)步驟3?6，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。
[0073]當(dāng)激光群系統(tǒng)I在垂直于掃描方向上的寬度小于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度時(shí)，掃描成形方法為:
[0074]步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息；
[0075]步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)；
[0076]步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層；
[0077]步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)I從成形平臺(tái)5—側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)I沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源2移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源2，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源2所在路徑上的零件截面的掃描成形；
[0078]步驟5、隨著激光群系統(tǒng)I在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源2遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源2;
[0079]步驟6、激光群系統(tǒng)I繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)I駛離成形平臺(tái)，完成激光群系統(tǒng)I可成形范圍內(nèi)零件單層截面的掃描成形；
[0080]步驟7、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)I沿垂直于掃描方向向零件單層截面剩余待掃描區(qū)域移動(dòng)激光群系統(tǒng)I寬度距離，重復(fù)步驟4?6，直至完成整個(gè)零件單層截面的掃描成形；
[0081]步驟8、重復(fù)步驟3?7，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。
[0082]掃描過程中，如圖6所示，激光群系統(tǒng)I中所有光斑4運(yùn)動(dòng)速度相同，相互之間不發(fā)生相對(duì)位移。由于激光群系統(tǒng)I中的一個(gè)光斑4由一個(gè)光源2獨(dú)立控制，因此，在掃描遇到零件單層截面輪廓線時(shí)，通過控制光源2的開啟或關(guān)閉，完成整個(gè)零件單層截面待掃描區(qū)域的掃描成形。
[0083]上述激光群系統(tǒng)掃描移動(dòng)方式僅作為本發(fā)明掃描方法的解釋說明，但其移動(dòng)方式并不局限于圖6所示的移動(dòng)方式。
[0084]本發(fā)明激光群系統(tǒng)可以在成形平臺(tái)上方單向運(yùn)動(dòng)，也可以雙向運(yùn)動(dòng)。如圖7所示，當(dāng)激光群系統(tǒng)在垂直于掃描方向上的寬度等于成形設(shè)備在該方向上的最大成形寬度時(shí)，在掃描過程中，激光群系統(tǒng)也可以與鋪粉裝置協(xié)同工作，在保持一定安全距離(“安全距離”是以激光群系統(tǒng)在開啟狀態(tài)下不損傷鋪粉設(shè)備為準(zhǔn))的前提下，激光群系統(tǒng)緊隨鋪粉裝置鋪粉步伐，進(jìn)行跟隨式掃描。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:包括計(jì)成形平臺(tái)(5)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光群系統(tǒng)(I)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng);所述激光群系統(tǒng)(I)包括多個(gè)光源(2)，光源(2)間按一定規(guī)則排布，經(jīng)排布后的光源(2)發(fā)出的光束(3)在成形平臺(tái)(5)上形成的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源;所述激光群系統(tǒng)(I)位于所述成形平臺(tái)(5)上方，激光群系統(tǒng)(I)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的控制下，通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)整體移動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述光源(2)間的排布形式為:多個(gè)光源(2)分布在與掃描方向相交的同一條直線上，使得多個(gè)光源(2)的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述光源(2)間的排布形式為:多個(gè)光源(2)排布成兩排，第一排相鄰光源(2)的光斑(4)之間具有間隙，間隙小于光源(2)的光斑(4)直徑，第二排光源(2)位于第一排光源(2)的后方，且在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源(2)間隙處，使得多個(gè)光源(2)的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述光源(2)間的排布形式為:多個(gè)光源(2)排布成N排，第一排相鄰光源(2)之間具有間隙，其余N-1排光源(2)依次排布于第一排光源(2)后方，且N-1排光源中任一排光源2在垂直于掃描方向上分布于第一排相鄰光源(2)間隙處，使得在掃描方向上，其余N-1排光源(2)光斑(4)投影互相搭接并布滿第一排相鄰光源(2)的光斑(4)間隙，使得多個(gè)光源(2)發(fā)出的光斑(4)在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述光源(2)之間相互獨(dú)立且不發(fā)生相對(duì)位移。6.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述控制系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)光源(2)的開啟、閉合以及激光器功率使用率進(jìn)行獨(dú)立控制。7.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述激光群系統(tǒng)(I)在成形平臺(tái)上方單向運(yùn)動(dòng)或雙向運(yùn)動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置，其特征在于:所述激光群系統(tǒng)(I)在垂直于掃描方向上的寬度等于或小于成形平臺(tái)(5)在該方向上的最大成形寬度。9.一種用于逐層制造三維物體的裝置的控制方法，其特征在于:具體包括:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將成形平臺(tái)(5)劃分為一個(gè)由單位網(wǎng)格形成的矩陣，所述矩陣中每一網(wǎng)格均可被O?100之間的自然數(shù)所標(biāo)識(shí)，矩陣中數(shù)值代表的意義為該網(wǎng)格處激光功率的使用率;在激光群系統(tǒng)(I)從成形平臺(tái)(5)—側(cè)以均勻速度向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)過程中，任一獨(dú)立光源(2)移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源(2)，并根據(jù)具體標(biāo)識(shí)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，當(dāng)遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，則關(guān)閉該光源(2)，如此，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)(I)駛離成形平臺(tái)，完成零件單層截面的掃描成形。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置的控制方法，其特征在于:所述標(biāo)識(shí)方法為計(jì)算機(jī)根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置以及用戶對(duì)零件的精度要求進(jìn)行標(biāo)識(shí)。11.一種用于逐層制造三維物體的裝置的掃描方法，其特征在于，具體包括以下步驟:當(dāng)激光群系統(tǒng)(I)在垂直于掃描方向上的寬度等于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度時(shí)，掃描成形方法為: 步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息； 步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)； 步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)(5)上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層； 步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)(I)從成形平臺(tái)(5)—側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)(I)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源(2)移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源(2)，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源(2)所在路徑上的零件截面的掃描成形；步驟5、隨著激光群系統(tǒng)(I)在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源(2)遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源(2); 步驟6、激光群系統(tǒng)(I)繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)(I)駛離成形平臺(tái)(5)，完成零件單層截面的掃描成形； 步驟7、重復(fù)步驟3?6，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種用于逐層制造三維物體的裝置的掃描方法，其特征在于，在掃描過程中，激光群系統(tǒng)(I)在保持一定安全距離的前提下，緊隨鋪粉裝置，進(jìn)行跟隨式掃描。13.—種用于逐層制造三維物體的裝置的掃描方法，其特征在于，包括以下步驟:當(dāng)激光群系統(tǒng)(I)在垂直于掃描方向上的寬度小于成形平臺(tái)在該方向上的最大成形寬度時(shí)，掃描成形方法為: 步驟1、根據(jù)零件結(jié)構(gòu)建立三維模型，利用剖分軟件將零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到每層切片的掃描路徑及輪廓信息； 步驟2、將步驟I中獲得的零件的每層切片掃描路徑及輪廓信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，根據(jù)零件截面形狀、零件成形位置及標(biāo)識(shí)規(guī)則，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)成形平臺(tái)內(nèi)預(yù)先劃分的網(wǎng)格進(jìn)行標(biāo)識(shí)； 步驟3、鋪粉裝置沿鋪粉方向開始在成形平臺(tái)上移動(dòng)并鋪設(shè)粉末層； 步驟4、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)(I)從成形平臺(tái)(5)—側(cè)開始進(jìn)入，在激光群系統(tǒng)(I)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)某一光源(2)移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非O的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源(2)，并根據(jù)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，進(jìn)行該光源(2)所在路徑上的零件截面的掃描成形；步驟5、隨著激光群系統(tǒng)(I)在掃描方向上的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)該光源(2)遇到標(biāo)識(shí)為O的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源(2); 步驟6、激光群系統(tǒng)(I)繼續(xù)沿掃描方向運(yùn)動(dòng)，直至整個(gè)激光群系統(tǒng)(I)駛離成形平臺(tái)，完成激光群系統(tǒng)(I)可成形范圍內(nèi)零件單層截面的掃描成形； 步驟7、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)激光群系統(tǒng)(I)沿垂直于掃描方向向零件單層截面剩余待掃描區(qū)域移動(dòng)激光群系統(tǒng)(I)寬度距離，重復(fù)步驟4?6，直至完成整個(gè)零件單層截面的掃描成形；步驟8、重復(fù)步驟3?7，直至完成整個(gè)三維物體的掃描成形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于逐層制造三維物體的裝置，包括成形平臺(tái)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、激光群系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。本發(fā)明還公開了一種用于逐層制造三維物體的控制方法，包括：將成形平臺(tái)劃分為一個(gè)單位網(wǎng)格矩陣，每一網(wǎng)格被0～100間的自然數(shù)標(biāo)識(shí)，數(shù)值為該網(wǎng)格處激光功率的使用率；在激光群系統(tǒng)從成形平臺(tái)一側(cè)以均勻速度向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)過程中，任一獨(dú)立光源移動(dòng)至網(wǎng)格標(biāo)識(shí)為非0的網(wǎng)格時(shí)，控制系統(tǒng)開啟該光源，并根據(jù)具體標(biāo)識(shí)數(shù)值進(jìn)行功率匹配，遇到標(biāo)識(shí)為0的網(wǎng)格時(shí)，關(guān)閉該光源。本發(fā)明使光源發(fā)出的光斑在掃描方向上的投影疊加后形成一條垂直于掃描方向的連續(xù)光源，克服了單點(diǎn)掃描成形效率低的問題，大大提高了零件的掃描速度和成形效率。
【IPC分類】B33Y30/00, B33Y50/02, B22F3/105, B33Y10/00
【公開號(hào)】CN105710369
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610120850
【發(fā)明人】楊東輝, 薛蕾
【申請(qǐng)人】西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司