本發(fā)明屬于SLM成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種根據(jù)零件實時溫度場調(diào)整打印策略的方法。

背景技術(shù)：

由于在SLM成形過程中，瞬時集中的激光能量容易造成零件溫度場分布不均勻，使零件在成形過程中局部應力增大，產(chǎn)生翹曲變形甚至開裂等缺陷。

如何從熱力學角度分析SLM成形過程是一個值得研究的方向。目前，一些研究人員利用有限元分析方法仿真獲得成形過程溫度和熱應力場的分布情況，并對影響成形溫度、應力的參數(shù)進行了相關(guān)研究。但能對溫度場進行實時監(jiān)控的SLM設備少之又少。紅外熱像儀利用紅外探測器和光學成像物鏡接收被測目標的紅外輻射能量分布圖形，然后反映到紅外探測器的光敏元件上，從而獲得紅外熱像圖，這種熱像圖與物體表面的熱分布場相對應。由于其可以直觀地觀察到被測目標整體溫度分布狀況這一優(yōu)勢，具有極其廣泛的應用范圍。但目前還未有SLM設備應用該項技術(shù)。

通常，利用SLM技術(shù)加工零件時，需要對零件進行剖分。剖分前會設置相關(guān)剖分參數(shù)、選擇打印策略、更改掃描速度等，設定好后，在零件成形過程中即無法改變。但實際加工過程因為工藝參數(shù)、支撐強度、外部環(huán)境等因素的影響往往是非常復雜且難以完全掌控的。如果能夠根據(jù)實際成形過程及時調(diào)整打印策略，可以避免很多問題的發(fā)生，而零件成形過程中的溫度場是其中需要重點監(jiān)控的內(nèi)容。

零件熱應力過大容易發(fā)生變形、開裂?，F(xiàn)有的SLM設備基本都無法對零件加工過程中的溫度場進行實時監(jiān)控。即使有的SLM設備可以實現(xiàn)獲取溫度的功能，也往往存在測溫不準、誤差較大等問題。

在對零件進行剖分時，需要設置零件的打印策略，在現(xiàn)有加工過程中，打印策略通常是固定的，不會發(fā)生更改。由于現(xiàn)有技術(shù)不能根據(jù)零件的實際成形過程及時調(diào)整打印策略，這無形中就增加了零件的廢品率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)零件實時溫度場調(diào)整打印策略的方法，解決了現(xiàn)有成形方法無法獲取準確溫度場、且根據(jù)溫度場調(diào)整打印策略的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種根據(jù)零件實時溫度場調(diào)整打印策略的方法，包括以下步驟：

步驟1，通過計算機讀取零件當前層預設的各分區(qū)打印順序并記錄；

步驟2，獲取成形平臺當前溫度場；

步驟3，根據(jù)步驟2獲得的成形平臺當前溫度場，計算零件當前層各分區(qū)的平均溫度值，并根據(jù)該平均溫度值將零件當前層各分區(qū)按照溫度從小到大進行排序；

步驟4，將步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序與步驟1讀取的零件當前層預設的各分區(qū)打印順序進行比較，若一致，則按照預設的各分區(qū)打印順序繼續(xù)打??；反之，控制設備按照步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序進行零件當前層的打印。

本發(fā)明的特點還在于：

步驟2中成形平臺當前溫度場利用紅外熱成像儀測量得到。

步驟3中零件當前層各分區(qū)的平均溫度值獲取方法為：

(1)根據(jù)零件當前層的分區(qū)規(guī)則，將成形平臺劃分為與零件當前層分區(qū)對應的多個分區(qū)；

(2)根據(jù)紅外熱成像儀獲得的成形平臺當前溫度場，提取成形平臺各分區(qū)溫度場分布，并計算成形平臺各分區(qū)平均溫度值T；同時，獲取成形平臺各分區(qū)面積值S及與其對應的零件當前層各分區(qū)面積值S＇，通過式(1)進行計算，獲得零件當前層各分區(qū)平均溫度值T＇，

步驟1中分區(qū)為條帶分區(qū)或棋盤分區(qū)。

紅外熱成像儀安裝在SLM設備的成形艙內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明方法利用紅外熱成像儀實時監(jiān)測零件成形過程中的溫度場，并根據(jù)當前零件的溫度分布及時調(diào)整打印策略，減少零件加工過程中因熱應力產(chǎn)生的問題，提高零件加工質(zhì)量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法所使用的SLM設備結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明根據(jù)零件實時溫度場調(diào)整打印策略的方法流程圖；

圖3是零件的兩種分區(qū)示意圖；

圖4是本發(fā)明成形平臺條帶分區(qū)示意圖；

圖5是本發(fā)明成形平臺棋盤分區(qū)示意圖；

圖1中，1.激光器，2.保護鏡，3.進風口，4.成形艙，5.收粉艙，6.活塞，7.基板，8.成形零件，9.送粉艙，10.刮刀，11.出風口，12.計算機，13.紅外熱成像儀，14.激光束。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明并不限于這些實施方式。

本發(fā)明的根據(jù)零件實時溫度場調(diào)整打印策略的方法采用如圖1所示的設備，圖中包含了SLM設備的基本構(gòu)件，激光器1，保護鏡2，進風口3，成形艙4，收粉艙5，活塞6，基板7，送粉艙9，刮刀10，出風口11，激光束14。為了實現(xiàn)本發(fā)明的方法，在SLM設備的成形艙4內(nèi)安裝紅外熱成像儀13，并將SLM設備、紅外熱成像儀13均與計算機12相連接。

本發(fā)明方法參照圖2，具體按照以下步驟實施：

步驟1，讀取零件當前層預設的各分區(qū)打印順序。

在零件成形前，剖分軟件會對零件進行分層切片，將零件整體的三維數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為每一層的二維數(shù)據(jù)信息，并將零件每層切片劃分為多個條帶式分區(qū)或多個棋盤式分區(qū)(如圖3所示)，同時預設零件每層截面各分區(qū)(條帶分區(qū)或棋盤分區(qū))的打印順序。通過計算機讀取零件當前層預設的各分區(qū)打印順序并記錄。

步驟2，通過紅外熱成像儀獲取成形平臺當前溫度場。

步驟3，根據(jù)步驟2獲得的成形平臺當前溫度場，計算零件當前層各分區(qū)的平均溫度值，并根據(jù)該平均溫度值將零件當前層各分區(qū)按照溫度從小到大進行排序。

由于紅外熱成像儀獲取的溫度場為整個成形平臺的溫度場，其很難區(qū)分成形平臺中的零件截面分區(qū)，特別是，當零件截面輪廓不規(guī)則時，很難獲取零件截面分區(qū)的溫度。因此，為了獲得零件當前層各分區(qū)的平均溫度值，本發(fā)明提供了一種簡單可行的方法，具體如下：

如圖4、5所示，根據(jù)零件當前層的分區(qū)規(guī)則，將成形平臺劃分為與零件當前層分區(qū)對應的多個分區(qū)。然后根據(jù)紅外熱成像儀獲得的成形平臺當前溫度場，提取成形平臺各分區(qū)溫度場分布，并計算成形平臺各分區(qū)平均溫度值T；同時，獲取成形平臺各分區(qū)面積值S及與其對應的零件當前層各分區(qū)面積值S＇，通過式(1)進行計算，獲得零件當前層各分區(qū)平均溫度值T＇。

由于成形平臺是規(guī)則的，其分區(qū)也是規(guī)則的，因此，很容易提取其各分區(qū)溫度場，計算其平均溫度值T，成形平臺各分區(qū)面積值S及零件當前層各分區(qū)面積之S＇可從剖分軟件中獲取，因此，通過式(1)可以很容易獲得零件當前層各分區(qū)的平均溫度值T＇。

步驟4，將步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序與步驟1讀取的零件當前層預設的各分區(qū)打印順序進行比較，若一致，則按照預設的各分區(qū)打印順序繼續(xù)打印；反之，控制設備按照步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序進行零件當前層的打印。

這樣優(yōu)先打印溫度低的區(qū)域，可以讓溫度高的區(qū)域有更長的時間進行散熱，有助于降低零件局部溫度，均衡溫度場，防止溫度不均產(chǎn)生應力集中，而導致零件發(fā)生損壞。

實施例

采用如圖1所示的SLM成形設備進行零件成形，以圖4所示零件截面作為當前層為例，對本發(fā)明方法做進一步闡述。其中，方框所示為成形平臺，圓形區(qū)域為零件當前層區(qū)域，將零件當前層區(qū)域劃分為7個條帶分區(qū)。具體打印策略調(diào)整步驟如下：

步驟1，通過計算機讀取零件當前層預設的各分區(qū)打印順序：7-6-5-4-2-3-1。

步驟2，通過紅外熱成像儀獲取成形平臺當前溫度場。

步驟3，根據(jù)步驟2獲得的成形平臺當前溫度場，計算零件當前層各分區(qū)的平均溫度值，如圖4所示，根據(jù)零件當前層的分區(qū)規(guī)則，將成形平臺劃分為與零件當前層分區(qū)對應的多個分區(qū)。然后根據(jù)紅外熱成像儀獲得的成形平臺當前溫度場，提取成形平臺各分區(qū)溫度場分布，并計算成形平臺各分區(qū)平均溫度值T；同時，獲取成形平臺各分區(qū)面積值S及與其對應的零件當前層各分區(qū)面積值S＇，通過式(1)進行計算，獲得零件當前層各分區(qū)平均溫度值T＇。

之后，根據(jù)該平均溫度值將零件當前層各分區(qū)按照溫度從小到大進行排序，排序為：5-6-7-4-3-1-2。

步驟4，將步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序：5-6-7-4-3-1-2與步驟1讀取的零件當前層預設的各分區(qū)打印順序：7-6-5-4-2-3-1進行比較，由于兩者排序不一致，故控制設備按照步驟3獲得的零件當前層各分區(qū)排序：5-6-7-4-3-1-2進行零件當前層的打印。

通過以上方法，實現(xiàn)了熱成像儀對零件的成形過程溫度場的監(jiān)控，并根據(jù)零件溫度場分布及時調(diào)整打印策略，減少零件加工過程中產(chǎn)生的熱應力，防止零件發(fā)生應力集中，避免零件斷裂、損壞等。

本發(fā)明以上描述只是部分實施例，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式。上述的具體實施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本發(fā)明的方法，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，所有具體拓展均屬本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。