[发明专利]一种金属结构多层多道电弧增材自动轨迹规划方法及系统

说明书

本发明提出了一种金属结构多层多道电弧增材自动轨迹规划方法及系统，包括以下步骤：步骤1、对打印工件的模型进行分层切片处理；步骤2、获得分层关系矩阵后，根据矩阵中记录的三角形借助拓扑关系计算轮廓线；步骤3、计算填充线段；步骤4、将步骤3所得全部交点整按照X坐标大小进行排序；步骤5、连接各填充线段；步骤6、分层变向扫描。按照外壁+短直线填充+分层变向填充的复合打印路径进行金属结构件多层多道3D打印，成形工件的化学成分均匀，纯度高，而且组织几乎无各向异性。按照外壁+短直线填充+分层变向填充的复合打印路径进行金属结构件多层多道3D打印，成形工件的晶粒尺寸细小均匀，机械性能好，能够超过同成分铸件的水平。

技术领域

本发明涉及一种金属结构多层多道电弧增材自动轨迹规划方法及系统，涉及增材制造领域。

背景技术

电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacture，WAAM）是一种采用电弧或等离子弧作为热源将金属焊丝熔化，在程序或软件控制下采用逐层熔覆原理，根据三维数字模型由线-面-体制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件的先进数字化制造技术。电弧增材制造技术具有制造成本低、材料利用率高、生产效率高等优点。近年来，采用电弧增材制造技术进行多层多道打印获得成形尺寸精度高、表面质量良好和力学性能优良的复杂金属零件受到广泛关注。

电弧增材制造的成形零件由全焊缝金属组成，现有的多层多道电弧增材技术存在以下问题：电弧增材制造过程起收弧位置高度不一致，会造成弧坑塌陷；复杂金属零件结构特征较多，打印过程会出现高度不一致现象；电弧增材制造过程热输入量较大，液态熔池在没有约束的情况下极易向熔道两侧流动，会造成零件侧壁成形精度低。

发明内容

发明目的：一个目的是提出一种金属结构多层多道电弧增材自动轨迹规划方法，以解决现有技术存在的上述问题。进一步目的是提出一种实现上述方法的系统。

技术方案：一种金属结构多层多道电弧增材自动轨迹规划方法，包括以下步骤：

步骤1、对打印工件的模型进行分层切片处理；

步骤2、获得分层关系矩阵后，根据矩阵中记录的三角形借助拓扑关系计算轮廓线；

步骤3、计算填充线段；

步骤4、将步骤3所得全部交点整按照X坐标大小进行排序；

步骤5、连接各填充线段；

步骤6、分层变向扫描。

在进一步的实施例中，步骤1进一步包括：设分层方向为Z轴正方向，层高为h，初始分层高度为Z₀,三角形的三个顶点按Z坐标大小分别为Z_Max,Z_Mid,Z_Min；那么与三角形相交的分层面序号区间[m,n]由下式计算：

式中，h表示层高；

若三角形满足Z_Min=Z_Max,那么跳过此三角形；若三角形满足Z_Max≤Z₀,那么不考虑该三角形；若三角形满足Z_Min＜Z₀,那么此三角形对应区间为[0,n）；若三角形满足Z_Min=Z₀且Z_Min!=Z_Mid,那么此三角形对应区间为[m+1,n）；

根据以上规则，计算分层区间并将索引添加到区间对应的每一分组，完成分层关系矩阵建立。