本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非連續(xù)填充激光增材制造高效率的掃描方法。
背景技術(shù)：
激光增材制造技術(shù)是指以激光器作為加工光源的增材制造技術(shù)，由于其可采用的激光器類型豐富，制作的材料種類眾多，包括液體樹脂、高分子粉末材料、金屬粉末材料、陶瓷粉末材料等，因此，在各個行業(yè)和領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。激光增材制造工藝過程中，實體零件的三維數(shù)據(jù)模型被切分成包含輪廓和內(nèi)部填充的二維矢量數(shù)據(jù)，聚焦在成型材料表面的激光光斑按照路徑掃描算法逐層進(jìn)行填充和輪廓掃描，單層之間相互粘接，最終形成制作的零件。
沿Z方向的掃描單層包含若干個由輪廓和填充組成的掃描區(qū)域，其中，輪廓區(qū)域作為三維實體零件的最外層部分，其目的是為了提高零件的外圍的精度和光潔度；填充區(qū)域則由按照路徑掃描算法生成的掃描矢量組成，現(xiàn)有的激光增材制造工藝過程中，必須通過連續(xù)的上下單層掃描單線相互粘結(jié)實現(xiàn)連續(xù)的成形，而在掃描單線中填充區(qū)域的單線掃描過程占整個制作時間的絕大部分。隨著工業(yè)發(fā)展對于增材制造效率要求的不斷提高，現(xiàn)有的成型效率已經(jīng)難以滿足實際的生產(chǎn)需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種非連續(xù)填充激光增材制造高效率的掃描方法，在兼顧成型精度和成型質(zhì)量的前提條件下，能夠大幅度提高制作工藝的成型效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
一種非連續(xù)填充激光增材制造高效率的掃描方法，包括下列步驟：
1)首先通過數(shù)據(jù)處理軟件獲得零件沿Z方向的掃描單層信息，將單層數(shù)據(jù)劃分為輪廓數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)，其中填充數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)均為已經(jīng)生成的掃描路徑數(shù)據(jù)；
2)在每一單層的掃描中，都按照獲得的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的輪廓掃描；
3)在進(jìn)行填充數(shù)據(jù)掃描時，使用控制程序?qū)崟r調(diào)整激光功率和光斑，使得激光光束對于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多層層厚，根據(jù)調(diào)整后的光束實際的穿透層厚，在多層內(nèi)只進(jìn)行一次填充掃描及相應(yīng)層數(shù)的輪廓掃描，根據(jù)實際的光束對材料的影響區(qū)域設(shè)定在單層內(nèi)的填充間距；
4)填充數(shù)據(jù)掃描完成后，通過控制程序?qū)⒓す夤β驶謴?fù)至初始狀態(tài)；
5)重復(fù)步驟1)-步驟4)，直至完成零件的制作。
所述的步驟3)的具體步驟為：在基礎(chǔ)層之上的實體層，每一層均只掃描輪廓數(shù)據(jù)，通過實時增大激光功率P，以獲得對應(yīng)的功率密度W，其中，功率密度W的調(diào)整應(yīng)該滿足使用增大后的光斑穿透N層制作材料，并使用調(diào)整后的光斑直徑和激光功率間隔設(shè)定的層厚掃描填充數(shù)據(jù)，間隔層厚N的設(shè)定綜合制件幾何特征和激光對于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的總層厚。
所述的步驟3)的具體步驟為：在基礎(chǔ)層之上的實體層，每一層均掃描L層輪廓數(shù)據(jù)，L層輪廓的掃描從最外層向內(nèi)部偏移，每次偏移光斑直徑的80％，其中2≤L≤4，L的選取根據(jù)實際制作精度的要求選取，L越大，整體零件表面精度越高，同時效率越低；同時，實時調(diào)整激光功率P與光斑直徑功率密度W與光斑直徑存在反比關(guān)系，以獲得對應(yīng)的功率密度W，其中，功率密度W的調(diào)整應(yīng)該滿足使用增大后的光斑穿透N層制作材料，并使用調(diào)整后的光斑直徑和激光功率間隔設(shè)定的層厚掃描填充數(shù)據(jù)，間隔層厚N的設(shè)定綜合制件幾何特征和激光對于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的總層厚。
本發(fā)明的有益效果為：
本發(fā)明通過實時控制激光功率，以連續(xù)的方式逐層掃描輪廓數(shù)據(jù)，以非連續(xù)的方式間隔一定層厚掃描填充數(shù)據(jù)。相鄰單層通過輪廓掃描實現(xiàn)了單層間的粘結(jié)，保證了制件的精度，間隔式的填充數(shù)據(jù)掃描可以有效減少填充掃描的時間，提高了成形效率。填充掃描的減少能夠減緩由于填充密集區(qū)域重復(fù)掃描產(chǎn)生的熱量累計，降低整體之間的溫度梯度，有效減少了制件由于掃描過程中溫度場能量分布不均造成的零件翹曲、開裂等缺陷。
本發(fā)明方法適合于以激光器作為能量源的多種增材制造技術(shù)，如光固化、選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光熔覆等，制作的材料包含液體材料和粉體高分子材料和金屬材料。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細(xì)描述。
實施例1，一種非連續(xù)填充激光增材制造高效率的掃描方法，包括下列步驟：
1)首先通過數(shù)據(jù)處理軟件獲得零件沿Z方向的掃描單層信息，將單層數(shù)據(jù)劃分為輪廓數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)，其中填充數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)均為已經(jīng)生成的掃描路徑數(shù)據(jù)；
2)在每一單層的掃描中，都按照獲得的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的輪廓掃描，具體為：在成型腔內(nèi)的網(wǎng)板依據(jù)分層數(shù)據(jù)下降一個層厚，激光光束按照生成的輪廓數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行填充數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)的掃描，形成完整的掃描單層，重復(fù)這一過程，成形一定厚度的制作基礎(chǔ)層；
3)在進(jìn)行填充數(shù)據(jù)掃描時，使用控制程序?qū)崟r調(diào)整激光功率和光斑，使得激光光束對于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多層層厚，根據(jù)調(diào)整后的光束實際的穿透層厚，在多層內(nèi)只進(jìn)行一次填充掃描及相應(yīng)層數(shù)的輪廓掃描，由于功率密度的增大，激光光束在單層內(nèi)的影響區(qū)域也會發(fā)生變化，根據(jù)實際的光束對材料的影響區(qū)域設(shè)定在單層內(nèi)的填充間距；
具體為：在基礎(chǔ)層之上的實體層，每一層均只掃描輪廓數(shù)據(jù)，激光光斑的功率密度W與光斑直徑存在反比關(guān)系，此時，通過實時增大激光功率P，以獲得對應(yīng)的功率密度W，其中，功率密度W的調(diào)整應(yīng)該滿足使用增大后的光斑穿透N層制作材料，并使用調(diào)整后的光斑直徑和激光功率間隔設(shè)定的層厚掃描填充數(shù)據(jù)，間隔層厚N的設(shè)定綜合制件幾何特征和激光對于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的總層厚；
4)填充數(shù)據(jù)掃描完成后，通過控制程序?qū)⒐獍咧睆胶凸β驶謴?fù)至初始狀態(tài)；
5)重復(fù)步驟1)-步驟4)，直至完成零件的制作。
實施例2，一種非連續(xù)填充激光增材制造高效率的掃描方法，包括下列步驟：
1)首先通過數(shù)據(jù)處理軟件獲得零件沿Z方向的掃描單層信息，將單層數(shù)據(jù)劃分為輪廓數(shù)據(jù)和填充數(shù)據(jù)，其中填充數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)均為已經(jīng)生成的掃描路徑數(shù)據(jù)；
2)在每一單層的掃描中，都按照獲得的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)的輪廓掃描，具體為：在成型腔內(nèi)的網(wǎng)板依據(jù)分層數(shù)據(jù)下降一個層厚，激光光束按照生成的輪廓數(shù)據(jù)，依次進(jìn)行填充數(shù)據(jù)和輪廓數(shù)據(jù)的掃描，形成完整的掃描單層，重復(fù)這一過程，成形一定厚度的制作基礎(chǔ)層；
3)在進(jìn)行填充數(shù)據(jù)掃描時，使用控制程序?qū)崟r調(diào)整激光功率和光斑，使得激光光束對于制作材料的穿透深度增大到足以穿透多層層厚，根據(jù)調(diào)整后的光束實際的穿透層厚，在多層內(nèi)只進(jìn)行一次填充掃描及相應(yīng)層數(shù)的輪廓掃描，由于功率密度的增大，激光光束在單層內(nèi)的影響區(qū)域也會發(fā)生變化，根據(jù)實際的光束對材料的影響區(qū)域設(shè)定在單層內(nèi)的填充間距；
具體為：在基礎(chǔ)層之上的實體層，每一層均掃描L層輪廓數(shù)據(jù)，L層輪廓的掃描從最外層向內(nèi)部偏移，每次偏移光斑直徑的80％，其中2≤L≤4，L的選取根據(jù)實際制作精度的要求選取，L越大，整體零件表面精度越高，同時效率越低；同時，實時調(diào)整激光功率P與光斑直徑激光光斑的功率密度W與光斑直徑存在反比關(guān)系，以獲得對應(yīng)的功率密度W，其中，W的調(diào)整應(yīng)該滿足使用增大后的光斑穿透N層制作材料，并使用調(diào)整后的光斑直徑和激光功率間隔設(shè)定的層厚掃描填充數(shù)據(jù)，間隔層厚N的設(shè)定綜合制件幾何特征和激光對于制作材料的穿透深度的因素，2≤N≤1/2×制作零件的總層厚；
4)填充數(shù)據(jù)掃描完成后，通過控制程序?qū)⒐獍咧睆胶凸β驶謴?fù)至初始狀態(tài)；
5)重復(fù)步驟1)-步驟4)，直至完成零件的制作。