一种激光选区烧结分区域工艺参数动态调整方法与流程

本发明涉及选择性激光烧结技术领域，尤其涉及一种激光选区烧结分区域工艺参数动态调整方法。

背景技术：

选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)是一种利用激光加热粉末烧结成型的快速成型技术。在SLS技术中，激光束在计算机的控制下根据分层截面信息有选择地对粉床进行烧结，局部的输入热源造成了烧结过程中粉床温度场分布不均衡且不稳定，这就使得对温度场的控制极为困难。然而，温度场分布又是决定SLS加工质量的重要因素，如果温度场梯度过大，导致材料体系收缩不一致，易使烧结件出现变形、翘曲和开裂现象，严重影响烧结件的成型质量。因此，研究一种能实现有效控制粉床温度场分布的方法有着重要的意义。

由于粉床温度场分布是不均衡和不稳定的，要想有效控制粉床的温度场，就要求控制系统能实时并且准确地采集当前的温度场信息，并将这些信息尽可能全面地利用起来，用于指导具体的温度控制操作。在目前已有的SLS温度控制技术中，温度采集方法有点温度采集和面温度采集两种方法。点温度采集如用热电偶采集粉床多点温度，这种用多个点来近似表示温度场的方法难以准确反映出所有的有效信息。面温度采集法如用红外摄像机进行温度采集，这种检测方法能够直接测出粉床温度分布，满足实时准确采集的要求。

然而目前已有的使用了红外摄像机的SLS温度控制技术在温度场信息的有效利用上却有点不尽人意。已有的技术在获得粉床温度分布信息后，或者只将粉床划分为加工区域和非加工区域，然后取这些区域的平均温度作为控制依据；或者简单地将粉床按固定的物理位置划分区域，取每块区域的平均温度作为该区域的控制依据。用平均温度作为控制依据，极大地削减了原有的温度场所包含的信息量，不能准确地反映出粉床温度分布情况，从而难以获得理想的温度场控制效果。

另外，现有的SLS温度场控制技术大多是进行预热系统的控制，未涉及到零件的断面信息和动态的工艺参数调控。不考虑零件的断面信息使得控制的针对性减少，而因为温度场随着时间是不断变化的，若不对工艺参数进行动态调控，及时对温度场的变化做出调整，而采用单一的工艺参数对粉床进行烧结，必将影响温度场的控制效果。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光选区烧结分区域工艺参数动态调整方法，可以更为全面地利用粉床温度场信息，结合相应的控制操作，实现更为直接精准的温度控制，从而提高粉床温度场均匀性，进而提高SLS制件质量。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种激光选区烧结分区域工艺参数动态调整方法，包括以下步骤：

(1)在SLS加工平台上铺设一层粉末，开始一层粉末的加工；

(2)预热系统对粉床进行预热；

(3)使用热成像仪实时检测粉床平面的温度场，拍摄成热成像图，并将热成像图中的温度场数据传入计算机；

(4)利用粉床的温度场数据将粉床划分为分别属于不同温度区间的区域；

(5)利用当前层的切片轮廓信息，获得待加工区域的具体位置，将待加工区域与步骤(4)的温度区间的区域求交，将待加工区域进一步划分为属于新的不同温度区间的区域；

(6)利用步骤(5)待加工区域内按温度区间划分的区域结果，按各区域所属的温度区间以及其相邻区域的相关信息，规划出各个区域加工的工艺参数的具体数值；

(7)启动激光器对待烧结区域进行加工；

(8)加工过程中每隔一段时间后，判断是否完成该层加工，如果是，则执行步骤(9)，如果未完成加工，则重复执行步骤(3)到步骤(7)，即加工过程中多次进行温度场的的检测，并用实时的温度场信息重新划分待加工部分的区域，实时对各个区域的工艺参数做出调整，并用调整后的工艺参数用于加工；

(9)判断是否已完成最后一层切片轮廓的加工，如果未完成，则返回步骤(1)，开始下一层切片轮廓加工；如果已完成，则结束加工。

所述步骤(3)中的温度场数据以矩阵方式存储，矩阵中位置为i行j列的元素的值为热成像图中的对应像素坐标为(i,j)的像素点处的温度值，同时对传入的温度场数据要进行噪声点滤除的数据处理操作。

所述的步骤(4)中的温度区间的总范围是由实时检测到粉床温度场的最高与最低温度所限定的一个温度范围，或是加工前根据经验设定好的一个固定的范围；温度区间的划分是对总温度范围进行均匀划分，或是根据经验对总温度范围进行非均匀划分。

所述的步骤(4)中粉床按温度区间划分区域的结果以各区域间分界处的轮廓线表示。

所述的步骤(5)中的切片轮廓是本层所要加工的切片轮廓，或是本层的下一层或下几层切片轮廓，其中使用本层的切片轮廓进行判断用于决定加工本层轮廓内部各区域时使用的工艺参数，使用本层的下一层或下几层切片轮廓进行判断用于预测加工这些层时所需的工艺参数，两类判断能够同步进行。

所述的步骤(6)中的加工工艺参数包括激光功率、扫描速度和扫描路径。

本发明与现有技术相比，有益效果为：

本发明在通过热成像仪获取温度分布信息后，按照温度区间将粉床划分为不同的区域，一方面有效利用了热成像仪检测到的温度场信息，另一方面由于各个区域内温度值相近，则在一个区域内可采取同一种有针对性的温度控制策略，相比传统的以平均温度为控制依据的SLS温度场控制技术能实现更直接有效的温度控制。

本发明将粉床温度场信息与待加工的切片层轮廓信息结合起来，用于指导该切片轮廓加工时的工艺参数调整，实现了加工过程中工艺参数有针对性的动态调整。同时，本发明在控制操作上，可以将预热控制与加工时工艺参数的动态调整结合起来，相比传统的单一地控制预热温度场或使用固定的工艺参数进行加工的SLS技术，能实现更为灵活有效的温度场控制，从而能获得质量更好的烧结制件。

附图说明

图1是本发明实施例的工作系统示意图。

图2是本发明的流程示意图。

图3是本发明实施例的粉床区域划分的示意图。

图4是本发明实施例的切片层轮廓的示意图。

图5是本发明实施例在切片轮廓内按温度区间划分区域的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明内容做进一步说明，但发明的实际应用并不仅限于下述的实施例。

本实施例工作系统的组成如图1所示，在一层的加工过程中，先由铺粉装置4铺设一层粉末到粉床平面6上，铺粉完成后红外热成像仪2检测粉床平面6的温度分布，然后将温度场分布信息传入到计算机7中，计算机7对传入的温度场数据进行分析处理后控制预热装置3或激光器1进行相应的操作，以完成一层切片轮廓5的烧结，如此反复，最终完成整个三维物体的烧结。

参照图2，一种激光选区烧结分区域工艺参数动态调整方法，包括以下步骤：

(1)铺粉装置4先在在SLS加工平台上的粉床平面6上铺设一层粉末，开始一层粉末的加工；

(2)预热系统启动预热装置3对粉床进行预热；

(3)热成像2仪检测粉床平面6的温度场分布，并将温度场数据传入计算机7中；

(4)根据测得的粉床温度场的最高温和最低温，将处于最高温和最低温之间的这段温度均匀地划分为9个温度区间，按区间温度从低到高依次将区间编号为1到9，将粉床平面6上属于同一个温度区间的点合并为一个区域后，粉床被划分为若干个属于不同温度区间的区域，如图3所示，图3为以某次检测时获得的温度场数据为例，依据温度场分布数据将粉床平面进行划分后得到的区域划分图，其中区域A为温度区间编号为9的最高温区域，区域I为温度区间编号为1的最低温区域，因为温度的变化是连续的，其他区域的温度区间编号均可根据其与区域A和区域I的相对位置推断出来；

(5)利用当前层的切片轮廓信息，获得待加工区域的具体位置，将粉床区域划分结果与待加工的切片层轮廓数据相结合，即将待烧结区域与步骤(4)的不同温度区间对应的区域求交集，将待烧结区域5划分为分别属于不同温度区间的区域。假设待烧结的切片层轮廓如图4所示，图4中外部的矩形框表示粉床边界，为了方便说明，假设图3为此时的粉床区域划分结果。对图3和图4求交集，即可得到如图5所示的待烧结区域内部区域划分结果，切片轮廓被划分为若干个分别属于不同温度区间的区域ABCD，其中区域A为温度区间编号为9的最高温区域，区域B、C、D分别属于温度区间8、7、6；

(6)利用步骤(5)中待加工区域内的区域划分，对属于不同温度区间的区域规划相应的加工工艺参数。以图5的区域划分结果为例，可分别对区域A、B、C、D采用不同的工艺参数进行加工。区域A由于温度最高，在加工该区域时可采取相应的措施降低该区域的温度上升量，如降低激光功率、提高扫描速度或采用能减少温度积累的扫描路径等方法来进行加工。对于区域D，由于其是加工区域内部温度最低的区域，则可采取措施适当提高该区域的温度上升量，如提高激光功率、降低扫描速度或采用能增加温度积累的扫描路径等方法来进行加工；

(7)启动激光器1对待烧结区域5进行加工；

(8)加工过程中每隔一段时间后，判断是否完成该层加工，如果是，则执行步骤(9)，如果未完成加工，则重复执行步骤(3)到步骤(7)，即加工过程中多次进行温度场的的检测，并用实时的温度场信息重新划分待加工部分的区域，实时对各个区域的工艺参数做出调整，并用调整后的工艺参数用于加工；

(9)判断是否已完成最后一层切片轮廓的加工，如果未完成，则返回步骤(1)，开始下一层切片轮廓加工；如果已完成，则结束加工。