[发明专利]一种金属增材制造的打印路径生成方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，具体公开了一种金属增材制造的打印路径生成方法，包含以下步骤：将待打印模型分层以获取切片层；对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。本发明公开的打印路径生成方法，随机分布思想，能有效减少残余应力，减小热变形，提高零件的表面质量和尺寸精度。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种金属增材制造的打印路径生成方法。

背景技术

金属增材制造从微观熔池到宏观结构的成型给航空发动机中很多关键零部件的设计和制造带来了颠覆性的革命，使得很多结构能够从亚表面的微型结构设计改变结构的力学特性，从而满足构件的使用要求。金属增材制造的成型过程是逐层堆积的过程，由点连成线，由线搭接成面，由面堆积成体。在成型过程中，制件的形状是动态增长的，成型温度场和材料的状态是随着扫描路径动态变化的，这种变化会使制件产生变形和出现残余应力，从而对成型件的精度、表面质量和性能等造成不利影响。目前所有金属的增材制造均存在残余应力和热变形的问题，而且没有普适性好的有效的控制方法。这种状况严重阻碍着增材制造在航空发动机上的应用。绝大多数商业3D打印设备是可以自主设置打印路径的，选择合适的路径能有效控制热变形，降低残余应力和改善表面质量和尺寸精度。

现有技术公开了一种基于分区的3D打印填充路径生成方法，其基于分区的3D打印填充路径生成方法，适应于各种形状的模型，同时易实现，通用性好，易商业化，但没有涉及打印路径对零部件热变形，残余应力、表面质量和尺寸精度的影响；现有技术还公开了一种基于费马尔螺旋线的3D打印路径规划方法，将任意的拓扑连通区域分为多个独立子区域分别填充费尔马螺旋线，并采用全局优化的方法在保持打印路径宽度一致的约束下对打印路径进行平滑，但也未涉及该方法对打印零部件热变形，残余应力、表面质量和尺寸精度的影响。

综上，现有技术大都只考虑打印路径对零部件成型精度和效率的影响，但尚未见针对航空发动机旋转对称零部件有效控制热变形，降低残余应力和改善表面质量及尺寸精度的打印路径策略。

发明内容

本发明提供了一种金属增材制造的打印路径生成方法，以通过合理路径的规划降低残余应力，减小热变形，提高零件的表面质量和尺寸精度。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种金属增材制造的打印路径生成方法，包含以下步骤：

将待打印模型分层以获取切片层；

对所述切片层进行分区，形成若干打印子区域；

对所述切片层对应生成一个确定若干所述打印子区域打印顺序的第一随机数列；

对每一所述切片层，均按对应的所述第一随机数列对所述打印子区域依次进行打印。

进一步地，在当前切片层确定所述打印子区域的打印顺序后，进行下一切片层的分区。

进一步地，所述待打印模型为非周期对称的圆柱形结构，且当所述切片层中非连续区域的个数为n时，所述切片层中所述打印子区域的个数为4+n。

进一步地，在确定所述打印子区域打印顺序之后且对当前打印子区域进行打印之前，对所述当前打印子区域生成位于所述当前打印子区域内的第一坐标随机数，并以所述第一坐标随机数作为所述当前打印子区域的打印起点。

进一步地，所述待打印模型为周期对称性结构。

进一步地，当所述切片层中的周期对称单元有n个时，所述切片层中所述打印子区域的个数为n个，且每个所述打印子区域内均包含一个周期对称单元。