一種選擇性雷射燒結掃描方法
2023-06-26 12:53:31
專利名稱：一種選擇性雷射燒結掃描方法
技術領域：
本發明涉及一種在選擇性雷射燒結過程中使用的雷射掃描方法，具體涉及一種在選擇性雷射燒結過程中對尖銳拐角進行雷射掃描的方法。
背景技術：
快速成型技術(Rapid !Prototyping，簡稱RP)是一項具有數位化製造、高度柔性和適應性、直接CAD模型驅動、快速、材料類型豐富多樣等鮮明特點的先進位造技術，自二十世紀八十年代末發展至今，己成為現代先進位造技術中的一項支柱技術。選擇性雷射燒結 (Selective Laser Sintering，簡稱SLS)是近年來發展最為迅速的快速成型技術之一，其以粉末材料為原料，採用雷射對三維實體的截面進行逐層掃描完成原型製造，不受零件形狀複雜程度的限制，不需要任何的工裝模具，應用範圍廣。SLS工藝的基本過程是送粉裝置將一定量粉末送至工作檯面，鋪粉輥將一層粉末材料平鋪在已成型零件的上表面，加熱裝置將粉末加熱至恰好低於該粉末燒結點的某一溫度，振鏡系統控制雷射束按照該層的截面輪廓對實心部分粉末層進行掃描，使粉末的溫度升至熔化點，粉末熔化燒結並與下面已成型的部分實現粘接；當一層截面燒結完後，工作檯下降一個層的厚度，鋪粉輥又在上面鋪上一層均勻密實的粉末，進行新一層截面的掃描燒結，經若干層掃描疊加，直至完成整個原型製造。在SLS技術中，通過振鏡系統的χ、y兩個振鏡鏡片配合運動，將從雷射器發出的雷射束投射到截面的指定位置，使雷射束沿χ-y平面進行快速掃描，完成雷射束對製件截面的掃描燒結。在SLS雷射掃描過程中，雷射功率要與振鏡運動速度相匹配，否則將導致雷射強度的不均勻性，在同樣的雷射功率條件下，速度越慢雷射強度越大，反之雷射強度越小，雷射強度不均勻將直接影響製件質量。在對製件截面進行掃描時，通常遇到尖銳的拐角，此時掃描方向在拐角處發生突變，需要振鏡變換擺動方向來控制掃描路線，軸振鏡從運動到靜止或者從靜止到運動必然經歷一個減速或加速的過程。以90°拐角為例，當前掃描線沿+X方向前進，掃描過程中Y軸位置不變，Y軸振鏡處於一個固定的角度，X軸振鏡向+X 方向作勻速擺動，掃描至拐角頂點時，掃描方向發生90°變化，X軸坐標不變，描線沿-Y方向前進，此時X軸振鏡逐漸減速至停止擺動，Y軸振鏡逐漸加速至以一定速度向-Y方向擺動。常用的拐點掃描處理方法有兩種一是在近拐角處開始減速並同時減小雷射功率，到達拐角頂點瞬間速度為零、雷射關閉，再以拐角頂點為起始點開始加速、同時開啟雷射並逐漸增大雷射功率沿拐角後方向進行雷射掃描，該方法控制簡單，但對掃描速度與雷射功率匹配要求非常高，容易導致雷射強度不均勻，致使近拐角處的掃描質量差，並且掃描速度較慢；二是將尖銳拐角處理為有弧度的圓角，振鏡沿曲線方向按原有速度大小進行掃描，可以保證較均勻的雷射強度、掃描速度較快，但降低了製件的精確度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種選擇性雷射燒結掃描方法，採用該方法在選擇性雷射
3燒結過程中對尖銳的拐角進行雷射掃描時，既可以保證均勻的雷射掃描強度，又可以保證拐角的掃描精度與掃描效率，工藝簡便可行。本發明提供的一種選擇性雷射燒結掃描方法，是在選擇性雷射燒結過程中，利用雷射對製件的截面進行掃描，當掃描遇到尖銳拐角時，一定功率的雷射以一定速度先掃描至拐角頂點，在保持原有掃描速度大小與方向的情況下關閉雷射，再進行一段封閉曲線形空跳，完成空跳回至拐角頂點，開啟雷射，該瞬間掃描方向已完成拐角變化，掃描速度與拐角前一定速度大小一致，雷射以拐角頂點為起始點、以一定速度沿拐角後方向進行掃描。其中所述一定速度為勻速度。採用本發明提供的方法對SLS雷射掃描過程中遇到的尖銳拐角進行雷射掃描時， 在以勻速度掃描至拐角頂點時，將雷射器關閉，關閉的瞬間軸振鏡依然保持原有運動狀態， 掃描速度和方向不變；在封閉曲線形空跳過程中，軸振鏡進行加速及減速運動完成擺動速度漸變，完成空跳後開啟雷射器，開啟的瞬間，掃描方向與拐角後方向一致，掃描速度達到拐角前掃描速度大小，雷射以同樣速度大小由拐角頂點開始沿拐角後方向進行均勻掃描。 在整個尖銳拐角的雷射掃描過程中，掃描速度大小一致、雷射掃描強度均勻，能高精度掃描出尖銳拐角形狀，保證產品品質。封閉曲線形空跳的路徑隨尖銳拐角角度及掃描速度不同而發生變化，一般情況下，拐角角度越大、掃描速度越快則空跳路線越長，本領域技術人員根據現有理論知識進行計算、通過軟體控制振鏡擺動即可以實現，工藝控制簡便可行。下面結合附圖進一步說明本發明提供的選擇性雷射燒結掃描方法。
圖1是本發明方法所採用的SLS設備平面示意圖。圖2是兩種不同角度的拐角SLS雷射掃描示意圖。
具體實施方式
實施例本發明方法採用的設備如圖1所示，在該SLS設備中，送粉裝置9將一定量粉末送至工作檯面，粉末預熱好之後鋪粉輥7將粉末鈞勻平鋪在工作缸8中已成型製件11的上表面，多餘粉末回收至溢粉缸10，加熱裝置6將鋪好的粉末加熱至恰好低於該粉末燒結點的溫度，從雷射器1中發出的雷射束5經稜鏡2反射至振鏡系統3，振鏡系統3控制雷射束5 通過雷射窗口 4至工作檯面對製件11的截麵粉末進行填充掃描燒結。如圖2-4所示，a為雷射掃描的尖銳拐角，雷射以速度ν、功率w沿B邊勻速掃描至頂點A，保持速度ν及頂點A 的掃描方向、關閉雷射器，空跳矢量沿封閉曲線S運動，交替經歷加、減速及方向變化，回至頂點A，振鏡在封閉曲線形空跳過程中完成擺動速度漸變，空跳終點的速度為ν、方向為C邊的A點方向，此時開啟雷射器，以頂點A為起點，以速度ν大小、功率w開始C邊雷射掃描，此時完成該尖銳拐角的精確掃描。雷射繼續掃描截面其他區域，直至完成整個截面燒結。當該層截面燒結完成後，工作檯下降一個層的厚度，系統進行新一層截面的掃描燒結，經若干層掃描與疊加，直至完成整個製件製造。除本實施例外，還可以根據本發明方法採用其他SLS設備進行任意角度尖銳拐角的SLS雷射掃描。
權利要求
1.本發明提供的一種選擇性雷射燒結掃描方法，是在選擇性雷射燒結過程中，利用雷射對製件的截面進行掃描，其特徵在於當掃描遇到尖銳拐角時，一定功率的雷射以一定速度先掃描至拐角頂點，在保持原有掃描速度大小與方向的情況下關閉雷射，再進行一段封閉曲線形空跳，完成空跳回至拐角頂點，該瞬間掃描方向已完成拐角變化，掃描速度與拐角前一定速度大小一致，雷射以拐角頂點為起始點、以一定速度沿拐角後方向進行掃描。
2.根據權利要求1所述的選擇性雷射燒結掃描方法，其特徵在於所述一定速度為勻速度。
全文摘要
本發明公開了一種選擇性雷射燒結掃描方法，在選擇性雷射燒結過程中遇到尖銳拐角時，通過一段封閉曲線形空跳來改變掃描方向、保證拐角前後掃描速度大小一致，從而保證均勻的雷射掃描強度與尖銳拐角的掃描精確度。
文檔編號B22F3/105GK102172774SQ201110056599
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月10日 優先權日2011年3月10日
發明者許小曙 申請人:湖南華曙高科技有限責任公司