一种用于激光选区熔化的激光扫描方法与流程

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种用于激光选区熔化的激光扫描方法。

背景技术：

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除-切削加工技术，是一种"自下而上"的制造方法，其亦称为"快速原型制造(Rapid Prototyping)"、"三维打印(3D Printing)"或"实体自由制造(Solid Free-form Fabrication)"。

激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)直接制造技术亦称金属3D打印技术，是增材制造的前沿技术。在加工前，首先通过专业数据处理软件将零件的CAD模型进行切片离散以及添加必要的支撑结构形成STL模型，然后规划扫描路径，处理后的数据将包含能够控制激光束移动的轮廓信息。然后将此数据导入成型设备，计算机逐层调入轮廓信息，控制扫描振镜进行偏转，实现激光光斑选择性地熔化金属粉末，与前一层材料粘结为一体，而未被激光照射的区域内粉末仍呈松散状，可以循环使用。

在激光选区熔化加工过程中，其加工质量受激光光斑尺寸、扫描速度、扫描间距、扫描路径、激光器发出激光能量等因素影响。在加工过程中，当金属粉末材料受激光辐射熔化时，由于冷却的时间顺序不同会造成零件非均匀收缩，会产生较大的残余应力，这种应力严重时就会导致已成型层的翘曲变形，严重时会产生裂纹。还有激光束的扫描方式决定着加工层面上的温度场分布，因此决定了翘曲变形的程度和残余应力的大小。

在激光选区熔化加工过程中，目前采用的填充扫描方式主要可以分为平行线扫描、轮廓等距线扫描、平行线与轮廓等距线混合式扫描、还有分区的三角形网格扫描以及岛屿式扫描。采用混合式扫描时，界面轮廓的边界按轮廓等距线扫描，内部按平行线扫描。平行线扫描只需快速成型机一个轴运动，扫描速度快，而且扫描算法简单，所以程序也较简单，容易实现；三角形网格扫描在分区的过程中，会产生尖点，增大了计算机处理的难度和激光加工的难度。随着激光选区熔化技术的应用范围不断扩大，对零件的精度等评价标准以及性能提出了更高的要求。因此，如何创设一种新的用于激光选区熔化的激光扫描方法，对于提高激光选区熔化所制造出工件的质量具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种用于激光选区熔化的激光扫描方法，使其可有效的控制零件加工过程中应力产生方向，进而让不同区域内产生的应力彼此抵消，达到消除应力的目的，从而克服现有扫描方法存在的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于激光选区熔化的激光扫描方法，所述方法包括如下步骤：

(1)获取所需制备工件的一层截面轮廓文件并识别，在所述轮廓文件区域内按照蜂窝状排列方式进行分区；

(2)先对所述蜂窝状排列分区中的一个六边形进行扫描填充，再以所述六边形为中心依次按照同心圆的形式完成各环型区域的扫描填充，在所述各环型区域的扫描填充过程中，按照顺时针或逆时针的方式依次完成各个六边形的填充，且相邻各环型区域中的六边形依次填充方向相反；

(3)以步骤(2)完成所述轮廓文件区域内的所有蜂窝状排列分区的扫描填充，最后完成所述轮廓文件区域的边框扫描。

作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中每个六边形区域的激光扫描路径为直线双向扫描方式。

进一步改进，所述每个六边形区域的激光扫描中每条相邻填充线之间的距离为0～0.3mm。

进一步改进，所述蜂窝状排列分区中每个六边形均为正六边形。

进一步改进，所述正六边形的边长为1～10mm。

进一步改进，所述轮廓文件区域的边框扫描采用轮廓等距线扫描方式。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明用于激光选区熔化的蜂窝状扫描方法，通过将轮廓文件采用蜂窝状排列方式分区，并通过环形方式依次扫描填充，且相邻各环型区域之间的六边形依次填充方向正好相反，使该环形区域的应力分布呈环状，且该环形应力彼此抵消，达到消除应力的目的，避免成型零件的翘曲变形。

本发明用于激光选区熔化的蜂窝状扫描方法还保证了零件具有高的精度和强度。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明中轮廓文件区域内蜂窝状排列分区示意图；

图2是本发明中蜂窝状分区的扫描路径示意图。

具体实施方式

本发明用于激光选区熔化的激光扫描方法，包括如下步骤：

(1)首先用计算机专业数据处理软件将所需制备工件切成若干层截面轮廓文件，获得每一层的轮廓文件；并通过计算机专业软件识别，在该识别的轮廓文件区域内按照蜂窝状排列方式进行分区，如附图1所示。

较优实施例为该蜂窝状排列分区中每个六边形均为正六边形，且该正六边形的边长为1～10mm。

(2)先对该蜂窝状排列分区中的一个六边形进行扫描填充，再以该六边形为中心依次按照同心圆的形式完成各环型区域的扫描填充，在该各环型区域扫描填充过程中，按照顺时针或逆时针的方式依次完成各个六边形的扫描填充，且相邻各环型区域之间的六边形依次填充方向相反。

参照附图2所示，以中间六边形为基准进行填充，该六边形内的激光扫描路径采用直线双向扫描方式，即S型。其中，每一条相邻填充线之间的距离从0～0.3mm调节。如从中心六边形的a边为起点，b边终点，进行S型扫描，完成该中心六边形的扫描填充后，进行其周围6个六边形的填充，如以c边为起点，d边为终点，进行S型扫描后继续以e边为起点，f边为终点，依次按照顺时针方向完成该第一个环形区域中6个六边形的扫描填充，接着依次按照逆时针方向完成第二个环形区域中12个六边形的扫描填充，这样该环形区域的应力分布呈环状，且更加均匀，避免成型零件的翘曲变形。

(3)以上述步骤完成该轮廓文件区域内的所有分区填充，最后完成该轮廓文件区域的边框扫描，该轮廓文件区域的边框扫描采用轮廓等距线扫描方式，即完成该层轮廓文件的扫描填充。

本发明用于激光选区熔化的蜂窝状扫描方法，可有效的控制零件加工过程中应力产生方向，进而让不同区域内产生的应力彼此抵消，达到消除应力的目的。同时，保证了零件具有高的精度和强度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。