[发明专利]用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法及扫描方法

说明书

本发明公开了一种用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法，在带有尖角的三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点与三维物体截面尖角顶点之间添加补偿路径。本发明还公开了一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，包括：对带有尖角的三维物体截面进行常规扫描路径规划；对带有尖角的三维物体截面进行补偿路径规划；根据常规扫描路径和补偿路径，对三维物体截面进行扫描烧结，完成三维物体成型加工。本发明使三维物体尖角处得以扫描，既减少了扫描余量，又提高了三维物体的尺寸精度，从而有效提高三维物体的良品率，降低企业生产成本。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法，本发明还涉及一种用于逐层制造三维物体的扫描方法。

背景技术

增材制造技术是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的加工方式。其是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用高能束将材料进行逐层堆积，最终叠加成型，制造出实体产品。

增材制造的工艺方法有很多种，主要分为基于送粉方式和铺粉方式的制造方法。该两种工艺方法的核心思想基本一致，即：先在计算机上设计出三维物体的三维实体模型，然后通过切分软件对该三维模型进行切片分层，并对各层进行扫描路径规划，之后将得到的各层信息导入增材制造设备，进行堆积成型。

目前，对带尖角类三维物体按照常规扫描路径规划和扫描时，如图1所示，在扫描至尖角处时，由于尖角顶点区域窄小，常规扫描过程通常丢弃尖角顶点处内切圆直径小于光源光斑直径的部分，不对其进行扫描烧结。这样，将导致尖角处实际烧结尺寸小于原型尺寸，产生一定的缺损量，造成三维物体尖角处精度受损。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法，解决了现有规划方法丢弃尖角顶点处内切圆直径小于光源光斑直径的部分导致的三维物体精度变差的问题；本发明的另一目的是提供一种用于逐层制造三维物体的扫描方法，解决了现有扫描方法尖角处实际烧结尺寸小于原型尺寸，产生一定的缺损量的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种用于逐层制造三维物体的扫描路径规划方法，在带有尖角的三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点与三维物体截面尖角顶点之间添加补偿路径。

本发明的特点还在于，

补偿路径以所述三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点为起点，指向所述三维物体截面尖角顶点方向，其长度等于或小于所述三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点到所述三维物体截面尖角顶点间的距离减去光源光斑半径的长度。

当所述补偿路径长度小于所述三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点到所述三维物体截面尖角顶点间的距离减去光源光斑半径的长度时，该补偿路径的规划方法包括补偿路径终点的确定，补偿路径终点的确定包括：

1)确定采用常规扫描方法时，三维物体截面尖角处缺损面积A0：

式(1)中，R为光源光斑半径，θ为尖角角度；

2)读入用户自定义的步长常数c，其中c>1；

3)以三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点为起点，使与光源光斑半径相同的圆沿由三维物体截面尖角处常规扫描路径跳跃点和三维物体截面尖角顶点确定的直线，以R/c的步长向三维物体截面尖角顶点方向运动，直至该圆靠近三维物体截面尖角一侧的端部与三维物体截面尖角顶点重合为止；同时，在该圆运动过程中，该圆每运动一个步长的距离，确定此时三维物体截面尖角处缺损量面积与扫描余量面积之和，得到M个面积值Ai，其中，0<i≤M，i为整数；

4)比较A0及M个面积值Ai，确定该M+1个面积值中最小的面积值所对应的圆的位置，并以该圆的圆心作为补偿路径终点。