[发明专利]一种基于电弧增材制造的多边形构件尖角路径的修正方法

说明书

本文提出一种尖角路径的修正方法来解决多边形实体构件尖角搭接处易形成孔隙的问题。通过探究尖角搭接处两个顶点之间的距离求得不影响构件形貌的最小拐点角度为58.65度，故采用尖角修正法对搭接角度小于58.65的拐点进行修正。经实验验证，采用该修正方法后尖角拐点处搭接良好，间隙被完全消除。

技术领域：

本公开涉及焊接技术领域，特别是涉及电弧填丝增材制造的多边形实体构件的路径规划方法。

背景技术：

电弧填丝增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturin，WAAM)是一种以熔化极、非熔化极或等离子等电弧作为热源，通过熔化同步供给的丝材，在基板上逐层堆积形成金属零件的一种增材制造技术，该技术具有装置简单，使用材料广泛，成形尺寸大，生产周期短，材料利用率高，制造成本低等优势。该技术已广泛应用于航空航天，汽车制造，国防等领域。

WAAM技术中最重要的一个方面是生成二维轮廓的填充路径。目前，国内外科研人员已经开发出适用于不同加工方式的多种路径规划方法。Dunlavey等人开发出基于Parity算法的面向区域坐标系的Ackland and Weste轮廓填充算法，该算法能够自动生成光栅式填充路径。Park S C等结合数控铣削中的刀具轨迹规划开发出往复直线式路径规划算法，Rajan V T等对往复直线路径生成算法进行优化和改进，使其可以填充任意形状的二维轮廓，从而广泛适用于数控加工和增材制造。Farouki R T等人通过改进增材制造中轮廓偏置路径生成算法，提高了轮廓偏置点计算的准确性和计算速度。Ren F等人提出基于组合参数法的螺旋路径生成方法，该方法适用于五轴数控加工机床，提高了零件的加工精度。

Florent Michel等提出基于电弧填丝增材制造的MPP路径规划方法，将复杂结构件的轮廓划分成几个分区，根据各个分区的几何特征生成最佳填充路径。Ding等通过提取二维图形的中轴线，将轮廓由内而外偏置得到填充路径的方法，提出适用于电弧增材制造技术的薄壁结构件的路径规划方法。Jin G Q等结合纤维材料的快速成形工艺，提出将往复直线路径和外轮廓路径相结合的二维图形填充方法。Li Y^[12]等针对大型实体构件提出R-LOM路径规划方法，该方法通过优化多层多道搭接策略并改变不同堆积层的堆积方向，提高了构件的几何精确度。Rajeev Dwivedi等针对任意多边形实体构件提出一种连续路径规划策略，将复杂多边形分解为多个简单多边形，通过往复直线对简单多边形进行填充，然后将多个单一路径连接起来，形成闭合的连续性路径。

单层多道焊道表面的平整度对于整个金属构件成形形貌至关重要，因此必须选择最佳焊道搭接比。Donghong Ding等人通过建立焊道搭接模型，计算相邻焊道重叠部分的面积确定了最佳焊道搭接值d＝0.738w，d为相邻焊道的中心距，w熔宽。

目前实体构件多采用往复直线扫描法或轮廓偏置法生成二维轮廓的填充路径。当采用往复直线法对复杂多边形生成填充路径时，难以形成一条连续的打印路径，并且焊缝形貌较差；当采用轮廓偏置法生成填充路径时，根据熔宽将外轮廓偏置生成填充路径并不能保证完全填充整个二维轮廓，易在几何中心处形成间隙。而本文提出的这种方法有效解决了多边形实体构件几何中心和尖角搭接处易形成间隙的问题，改善了零件的几何形貌。

发明内容：

本文提出一种尖角路径的修正方法来解决多边形实体构件尖角搭接处易形成孔隙的问题。并对搭接角小于临界搭接值的路径进行修正，解决了多边形实体构件几何中心和尖角搭接处易形成间隙的问题，改善了零件的几何形貌。