用于选区激光熔化的激光扫描方法

摘要

本发明公开了一种用于选区激光熔化的激光扫描方法，包括以下方法步骤：根据工件的截面信息，将工件区域划分为若干个边长为1mm~10mm的网格状正三角形及边界的若干个不规则图形，相邻的图形间隙G的取值为-1mm~1mm；将边界的不规则图形看成分区正三角形进行扫描处理，采用等距扫描线依次完成分区图形扫描；根据分区情况，采用等距扫描线依次完成间隙扫描；根据需求沿工件实际轮廓线或与工件实际轮廓线向内或向外偏离1mm以内的轮廓线进行扫描，也可沿与工件实际轮廓线偏离1mm以内的多条轮廓线分别进行多次扫描，完成工件的截面扫描。本发明的扫描方法改善了激光扫描工件中残余应力的离散效果，且扫描过程中激光扫描方向无需多次变化，扫描效率高，工艺控制简单，保证了工件的致密度和精度。

权利要求

1.用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)根据工件的截面信息，将工件区域划分为若干个分区图形，所述分区图形为边长为1mm～10mm的网格状正三角形或者边界的不规则图形，相邻的分区图形间隙G的取值为-1mm～1mm；

(b)将所述的边界的不规则图形看成分区正三角形进行扫描处理，依次对分区图形逐线扫描：先从工件一侧边界的分区图形开始，对扫描线互相平行且有顶点或边相邻的分区图形进行连续扫描，直到工件的另一侧结束，其中，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线平行，则另一个图形内的扫描线也与该相邻边平行，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线夹角为60°，则另一个图形内的扫描线与该相邻边的夹角也为

60°，对于同一层截面所有分区图形，共有三种互成120°夹角的扫描线；

重新从工件一侧开始，对未扫描且扫描线方向一致的分区图形按上述同样方式进行扫描，直到完成该扫描方向的所有分区图形；

以同样方式对另外两个扫描方向的分区图形进行扫描，直至完成所有分区图形扫描；

(c)当间隙G≥0时，

从工件一侧的间隙区域的一端开始，对一个间隙区域逐线扫描，直至间隙区域另一端；

按上述方式扫描方向相同的间隙区域，直到工件的另一侧结束；

以同样方式扫描其他两个方向扫描线的间隙区域，直到完成工件的所有间隙的扫描。

2.根据权利要求1所述的用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于所述方法还包括：沿工件实际轮廓线或与工件实际轮廓线向内或向外偏离1mm以内的轮廓线进行扫描，完成工件的截面扫描。

3.根据权利要求1所述的用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于所述分区图形内扫描线为平行等距直线，且与分区正三角形的其中一条边平行。

4.根据权利要求1所述的用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于所述分区图形内相邻扫描线可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

5.根据权利要求1所述的用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于间隙扫描过程中，扫描线为平行等距直线，且与分区三角形的其中一条边平行。

6.根据权利要求1所述的用于选区激光熔化的激光扫描方法，其特征在于间隙区域内相邻扫描线可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

说明书

用于选区激光熔化的激光扫描方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属直接快速制造技术，具体涉及一种选区激光熔化技术的激光扫描方法。

背景技术

[0002] 选区激光熔化技术是一种通过控制激光逐层扫描，层层叠加形成三维工件的快速制造技术。其工艺流程如下：1、首先对工件的三维模型进行切片处理，得到工件每一层的轮廓信息；2、将粉末状材料均匀的铺洒在工作平台表面上，激光根据系统指令选择性地熔化粉末；3、一个截面完成后，再铺上一层新材料，继续有选择性地根据三维物体对应的截面信息进行扫描。通过重复步骤2和步骤3，最终得到三维工件。该方法的优点在于可用来制造过程柔性程度高、工件力学性能优异和尺寸精度高的金属工件。

[0003] 选区激光熔化过程中激光扫描到的区域热量分布集中，容易因与周围未被激光扫描到的粉末形成大的温度梯度，从而造成翘曲变形、开裂等问题。考虑到构建过程中激光的扫描路径、扫描功率、扫描速度、扫描间距等扫描方法的变化将影响热量的分布和残余应力的分布，进而影响最终的制造效果，因此激光扫描方法的设计一直是该技术中研究的课题。

[0004] 现有技术中为使残余应力离散分布，常先对扫描轮廓进行分区，然后采用一定的扫描方式来进行加工。目前采用的扫描方式主要可以分为平行线扫描、轮廓等距线扫描、以及二者混合扫描。常见的分区方式有条带式和棋盘式，条带式扫描分区跨度小，但一个方向的残余应力未充分离散分布；棋盘式扫描残余应力分布离散，但需要经常改变扫描方向，且跨度较大，影响扫描效率。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的是提供一种用于选区激光熔化的激光扫描方法，采用该方法可降低工件内部残余应力，避免翘曲变形，同时又可兼顾扫描效率。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0007] （a）根据工件的截面信息，将工件区域划分为若干个分区图形，所述分区图形为边长为1mm~10mm的网格状正三角形或者边界的不规则图形，相邻的分区图形间隙G的取值为-1mm~1mm；

[0008] （b）将所述的边界的不规则图形看成分区正三角形进行扫描处理，依次对分区图形逐线扫描：

[0009] 先从工件一侧边界的分区图形开始，对扫描线互相平行且有顶点或边相邻的分区图形进行连续扫描，直到工件的另一侧结束，其中，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线平行，则另一个图形内的扫描线也与该相邻边平行，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线夹角为60º，则另一个图形内的扫描线与该相邻边的夹角也为60º，对于同一层截面所有分区图形，共有三种互成120º夹角的扫描线；

[0010] 重新从工件一侧开始，对未扫描且扫描线方向一致的分区图形按上述同样方式进行扫描，直到完成该扫描方向的所有分区图形；

[0011] 以同样方式对另外两个扫描方向的分区图形进行扫描，直至完成所有分区图形扫描；

[0012] （c）当间隙G≥0时，采用如下方式扫描间隙：

[0013] 从工件一侧的间隙区域的一端开始，对一个间隙区域逐线扫描，直至间隙区域另一端；

[0014] 按上述方式扫描方向相同的间隙区域，直到工件的另一侧结束；

[0015] 以同样方式扫描其他两个方向扫描线的间隙区域，直到完成工件的所有间隙区域的扫描。

[0016] 进一步的，为了保证工件的精度，扫描过程中还可以包括：沿工件实际轮廓线或与工件实际轮廓线向内或向外偏离1mm以内的轮廓线进行扫描，也可沿与工件实际轮廓线偏离1mm以内的多条轮廓线分别进行多次扫描，完成工件的截面扫描。

[0017] 进一步的，分区图形内扫描线为平行等距直线，且与分区正三角形的其中一条边平行。

[0018] 进一步的，分区图形内相邻扫描线可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

[0019] 进一步的，间隙扫描过程中，扫描线为平行等距直线，且与分区正三角形的其中一条边平行。

[0020] 进一步的，间隙区域内相邻扫描线可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

[0021] 本方法通过对工件的激光扫描截面进行正三角形状的分区，并根据分区信息采用逐线扫描和轮廓扫描的方式，改善了激光扫描工件中残余应力的离散效果，提高了扫描效率高，保证了工件的致密度和精度。

附图说明

[0022] 图1是所述激光扫描分区生成示意图，间隙尺寸为零。

[0023] 图2是所述激光扫描分区生成示意图，间隙尺寸为正值。

[0024] 图3是所述激光扫描分区生成示意图，间隙尺寸为负值。

[0025] 图4是所述激光扫描分区内部扫描线示意图，激光束按该图扫描完全部分区。

[0026] 图5是激光束沿其中一个方向的分区扫描线进行扫描示意图。

[0027] 图6是激光束扫描完成一个方向的分区扫描线示意图。

[0028] 图7是激光束沿其中一个方向的间隙扫描线进行扫描示意图。

[0029] 图8是激光束扫描完全部间隙扫描线示意图。

[0030] 图9是激光束按轮廓扫描线进行扫描示意图。

具体实施方式

[0031] 下面将结合附图，对本发明的实施例做详细描述。

[0032] 一种用于选区激光熔化的激光扫描方法，主要步骤包括：

[0033] 1、分区图形划分

[0034] 根据工件的截面信息，将工件区域划分为若干个分区图形，所述分区图形包括若干个边长为1mm~10mm的网格状正三角形及边界的若干个不规则图形，相邻的分区图形间隙G的取值为-1mm~1mm，

[0035] 当G＞0时，相邻分区存在一定距离，如图1所示；

[0036] 当G＝0时，相邻分区共用一条边，如图2所示；

[0037] 当G＜0时，相邻分区间有重合部分，如图3所示。

[0038] 2、分区图形扫描

[0039] 将所述的边界的不规则图形看成分区正三角形进行扫描处理，依次对分区图形逐线扫描：

[0040] 21、先从工件一侧边界的分区图形开始，对扫描线互相平行且有顶点或边相邻的分区图形进行连续扫描，直到工件的另一侧结束，其中，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线平行，则另一个图形内的扫描线也与该相邻边平行，相邻图形的相邻边如果与其中一个图形内的扫描线夹角为60º，则另一个图形内的扫描线与该相邻边的夹角也为60º，对于同一层截面所有分区图形，共有三种互成120º夹角的扫描线，如图5所示；

[0041] 22、重新从工件一侧开始，对未扫描且扫描线方向一致的分区图形按上述同样方式进行扫描，直到完成该扫描方向的所有分区图形，如图6所示；

[0042] 23、重复21和22步骤，对另外两个扫描方向的分区图形进行扫描，直至完成所有分区图形扫描，如图4所示。

[0043] 分区图形扫描过程中，扫描线为平行等距直线，且与正三角形的其中一条边平行。分区图形内相邻扫描线的扫描方向可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

[0044] 3、间隙扫描

[0045] 当间隙G≥0时，采用如下方式扫描间隙：

[0046] 31、从工件一侧的间隙区域的一端开始，对一个间隙区域逐线扫描，直至间隙区域另一端；

[0047] 32、按上述方式扫描方向相同的间隙区域，直到工件的另一侧结束，如图7所示；

[0048] 33、重复31和32步骤，扫描其他两个方向扫描线的间隙区域，直到完成工件的所有间隙的扫描，如图8所示。

[0049] 间隙扫描过程中，扫描线为平行等距直线，且与分区正三角形的其中一条边平行。间隙区域内，相邻扫描线的扫描方向可以同向进行，也可以反向进行，即Z字形扫描。

[0050] 4、轮廓扫描

[0051] 根据生产需求，沿工件实际轮廓线或与工件实际轮廓线向内或向外偏离1mm以内的轮廓线进行扫描，也可沿与工件实际轮廓线偏离1mm以内的多条轮廓线分别进行多次扫描，完成工件的截面扫描。

[0052] 本发明的扫描方法改善了激光扫描工件中残余应力的离散效果，且扫描过程中激光扫描方向无需多次变化，扫描效率高，工艺控制简单，保证了工件的致密度和精度。