[发明专利]一种基于体素的激光路径规划方法

说明书

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种基于体素的激光路径规划方法，包括对模型进行体素化处理及有限元分析；对分析结果进行归一化处理及对每个单元标记和分类；将模型进行精确体素化处理，获得每层体素轮廓数据和体素节点数据；建立上表皮和下表皮与激光功率、扫描方式及扫描策略之间的关系；将所有完整像素按相邻四像素合并棋盘格，将剩余的完整体素和不完整像素进行单元合并形成条带；在合并的棋盘格内的每个像素扫描，并形单个棋盘格单元；在合并的条带内的每个像素交替扫描形成单个条带单元；选取对应的激光功率及扫描方式，先将像素内每个单元打印形成棋盘或条带，再合并成单层。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种特别适用于选择性激光熔化的基于体素的激光路径规划方法。

背景技术

增材制造也称3D打印技术，特别是选择性激光熔化(Selective laser melting，SLM)技术在金属领域具有广泛的应用价值及前景。其中，激光扫描路径规划技术是SLM工艺的核心技术之一，现有的扫描分区有条形分区、棋盘格分区和蜂窝结构分区等方式，扫描方式有与坐标轴X(Y)平行的扫描方式、单向扫描、双向扫描、“Z”字形扫描和环形扫描等。然而这些分区方式和扫描方式仅仅是根据打印模型2D切片的几何信息进行划分及扫描的，并没有考虑打印模型所受到的外部载荷的影响，并且不同的扫描方式对应的打印模型的力学性能也不一样。因此，探索一种考虑外部实际载荷的模型数据处理方法和扫描打印方法，对于提高产品的力学性能具有重要意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种基于体素的激光路径规划方法，以解决如何降低打印产品的残余应力、减少结构变形、提高产品的力学性能，建立有限元分析与扫描体素单元之间的关系的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于体素的激光路径规划方法，该方法包括如下步骤：

S1、对输入的STL模型进行体素化处理，根据六面体体素化单元对体素模型进行有限元分析；

S2、对获得的体素单元有限元分析结果进行归一化处理及对每个单元标记和分类；

S3、将STL模型和体素模型进行精确体素化处理，获得每层体素2D轮廓数据和体素节点数据；

S4、通过体素模型上下层体素单元关系识别出模型的上表皮和下表皮并标记，建立上表皮和下表皮与激光功率、扫描方式及扫描策略之间的关系；

S5、将所有完整2D像素按相邻四像素合并棋盘格，将剩余的完整体素和不完整2D像素进行单元合并形成条带；

S6、在合并的棋盘格内的每个像素按除0度和90度以外斜率扫描，并按顺时针或逆时针方向成形单个棋盘格单元；

S7、在合并的条带内的每个像素按除0度和90度以外斜率交替扫描形成单个条带单元；

S8、根据体素单元的应力值选取对应的激光功率及扫描方式，先将像素内每个单元打印成形形成棋盘或条带，再将棋盘和条带进行合并成单层。

进一步地，在步骤S1中，体素化处理包括表面体素化和内部体素化。

进一步地，在步骤S1中，进行静力学、动力学和热力学有限元分析。

进一步地，在步骤S2中，将单元应力归一化处理成0-1之间的相对值。

进一步地，在步骤S4中，通过体素模型上下层体素单元关系布尔减运算识别出模型的上表皮和下表皮。

进一步地，在步骤S6中，在合并的棋盘格内的每个像素按30-45度和135-150度斜率扫描。

进一步地，在步骤S7中，在合并的条带内的每个像素按30-45度和135-150度范围斜率交替扫描。