一种3D打印方法及3D打印设备与流程

一种3d打印方法及3d打印设备
技术领域
1.本技术涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种3d打印方法及3d打印设备。


背景技术：

2.增材制造技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接cad模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，由于其不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，因此应用范围非常广。选区激光熔融技术（selective laser melting，简称slm）是近年来发展迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为原料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。选择性激光熔融工艺的基本过程是：送粉装置将一定量粉末送至工作平台面，铺粉装置将一层粉末材料平铺在成型缸底板或已成型零件的上表面，激光振镜系统控制激光以一个近似不变的光斑大小和光束能量按照该层的截面轮廓对实心部分粉末层进行扫描，使粉末熔化并与下面已成型的部分实现粘接；当一层截面烧结完后，工作平台下降一个层的厚度，铺粉装置又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的扫描烧结，经若干层扫描叠加，直至完成整个原型制造。
3.随着增材制造技术的不断发展，其应用范围越来越广泛。然而，对于具有悬空面和倾斜面的待打印制件，其打印效果并不是特别理想，这是因为在打印悬空面和小角度面的过程中，直接接触粉层，激光快速冷却的热量没有办法散发出去，造成局部热量过大，同时在导热沿着实体方向传导如图1所示，造成靠近实体位置冷却快温度低，靠近粉床冷却慢温度高，容易在打印过程中发生翘曲，进而影响工件打印质量和打印成功率。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种3d打印方法及3d打印设备，该方法尽量避免了打印过程的翘曲变形导致待打印制件无法正常工作，从而影响打印质量和打印成功率的弊端。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种3d打印方法，所述方法包括：步骤一、当扫描系统扫描完当前层的扫描截面时，获取当前层的扫描截面的图像；步骤二、根据该图像判断该扫描截面是否存在翘曲变形；步骤三、当该扫描截面存在一个翘曲变形或者两个或两个以上翘曲方向相同的翘曲变形时，执行下一步骤，否则结束流程；步骤四、判断该至少一个翘曲变形是否为顺刀方向；当为顺刀方向，执行步骤五，否则，将工作平台旋转以使所有翘曲变形均为顺刀方向，并执行步骤五；步骤五、刮刀在该扫描截面进行铺粉并顺刀刮平以实现下一层的铺粉，并由扫描系统继续完成下一层的扫描。
6.作为本发明的进一步优选方案，所述步骤五中扫描系统采用以下方式完成下一层的扫描：
判断至少一个翘曲变形是否位于同一个待打印制件；当所有翘曲变形位于同一待打印制件时，对该待打印制件的全部或部分区域采取环形扫描，环形扫描线包括轮廓边界线以及由内向轮廓边界线依次等距分布的并行于轮廓边界线的多条扫描线，且环形扫描的起点为最远离轮廓边界线的扫描线上的任一点；当所有翘曲变形位于多个待打印制件时，对每个存在翘曲变形的待打印制件的全部或部分区域采取环形扫描，环形扫描线包括轮廓边界线以及由内向轮廓边界线依次等距分布的并行于轮廓边界线的多条扫描线，且环形扫描的起点为最远离轮廓边界线的扫描线上的任一点。
7.作为本发明的进一步优选方案，所述多条扫描线的扫描间距为0.05mm
‑
0.2mm。
8.作为本发明的进一步优选方案，当待打印制件仅部分区域或部分层采取环形扫描，其余区域均采用预设扫描方式时，环形扫描的激光输出功率比预设扫描方式降低0
‑
40w。
9.作为本发明的进一步优选方案，所述预设扫描方式为分区扫描、平行扫描或条带扫描。
10.作为本发明的进一步优选方案，当某一翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角为0
‑
90度时，则该翘曲变形为背刀方向，否则为顺刀方向，所述翘曲方向为某一翘曲变形的中心点到待打印制件的扫描截面的轮廓边界的中心点的矢量。
11.作为本发明的进一步优选方案，将工作平台旋转以使所有翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角均为180度。
12.本发明还提供了一种3d打印设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的3d方法的步骤。
13.作为本发明的进一步优选方案，所述3d打印设备的顶部内壁设有摄像头，通过摄像头的拍摄获取当前层的扫描截面的图像。
14.作为本发明的进一步优选方案，所述工作平台为圆形平台。
15.本发明的3d打印方法及3d打印设备，其中3d打印方法通过包括：当扫描系统扫描完当前层的扫描截面时，获取当前层的扫描截面的图像；根据该图像判断该扫描截面是否存在翘曲变形；当该扫描截面存在一个翘曲变形或者两个或两个以上翘曲方向相同的翘曲变形时，执行下一步骤，否则结束流程；判断该至少一个翘曲变形是否为顺刀方向；当为顺刀方向，执行步骤五，否则，将工作平台旋转以使所有翘曲变形均为顺刀方向，并执行步骤五；刮刀在该扫描截面进行铺粉并顺刀刮平以实现下一层的铺粉，并由扫描系统继续完成下一层的扫描，使得本发明可根据翘曲变形的方向判断是否为背刀方向，并在背刀方向时通过将工作平台旋转以使所有翘曲变形均为顺刀方向，从而避免刮刀运动在翘曲变形背刀时无法继续运行，从而影响打印质量和效率，严重的话可能导致整个工件的报废，因此，本发明在打印过程中遇到翘曲变形时尽量确保了设备打印的稳定性、打印质量以及打印效率。
附图说明
16.图1为翘曲变形原理示意图；图2为本发明一个实施例中3d打印方法的方法流程图；
图3为一个实施例中翘曲变形的背刀方向的结构示意图；图4为一个实施例中翘曲变形的顺刀方向的结构示意图；图5为本发明一实施例中某一层的扫描截面示意图；图6为本发明另一实施例中某一层的扫描截面示意图。
具体实施方式
17.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
18.如图1所示，在打印悬空面和小角度面的过程中，由于直接接触粉层，激光快速冷却的热量没有办法散发出去，造成局部热量过大，同时在导热沿着实体方向传导，从而造成靠近实体位置冷却快温度低，靠近粉床冷却慢温度高，容易在打印过程中发生翘曲，进而影响工件打印质量和打印成功率。
19.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3d打印方法，如图2所示，该方法包括：步骤11、当扫描系统扫描完当前层的扫描截面时，获取当前层的扫描截面的图像；该步骤11中，可在3d打印设备的顶部内壁设有摄像头，通过摄像头的拍摄获取当前层的扫描截面的图像，当然还可以通过现有技术其它部件（例如红外摄像仪）采集当前层的扫描截面的图像。
20.步骤12、根据该图像判断该扫描截面是否存在翘曲变形；该步骤12中的根据该图像判断该扫描截面是否存在翘曲变形，对于本领域技术人员来说是现有技术手段，例如，可根据进行图像的灰度值分析，如果在打印过程某个位置发生翘曲，那么其灰度值和周围粉床肯定存在区别，由此可以判定是否发生翘曲；步骤13、当该扫描截面存在一个翘曲变形或者两个或两个以上翘曲方向相同的翘曲变形时，执行下一步骤，否则结束流程；也就是说，当该扫描截面仅存在一个翘曲变形，或者虽然存在两个或两个以上翘曲变形，但其均具有相同的翘曲方向，例如要不均是顺刀方向，要不均是背刀方向，此时则可以执行下面的步骤14；而当存在两个或三个翘曲变形，且此翘曲变形中有的是顺刀方向，有的是背刀方向，此时则结束流程，同时也可以通知用户出现故障，则不采用本技术下面的步骤进行处理，因为若同时存在顺刀方向和背刀方向，则很难采取相同的方案进行处理，即使处理了，也会还是存在背刀方向和顺刀方向，即没有最终解决本技术要实际解决的技术问题。
21.步骤14、判断该至少一个翘曲变形是否为顺刀方向；当为顺刀方向，执行步骤15，否则，将工作平台旋转以使所有翘曲变形均为顺刀方向（即图2中的步骤16），并执行步骤15；本技术中，当某一翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角为0
‑
90度时，则该翘曲变形为背刀方向，否则为顺刀方向，所述翘曲方向为某一翘曲变形的中心点到待打印制件的扫描截面的轮廓边界的中心点的矢量。也就是说，当某一翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角不属于0
‑
90度时，则为顺刀方向，例如可为100度、180度、270度等等。例如，图3中翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角为0度，所以该翘曲变形为背刀方向；图4中翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角为180度，则该翘曲变形为顺刀方向。
22.为了让工作平台更好地实现旋转，优选地，所述工作平台为圆形平台。
23.步骤15、刮刀在该扫描截面进行铺粉并顺刀刮平以实现下一层的铺粉，并由扫描系统继续完成下一层的扫描。该步骤中，由于采取的是顺刀铺粉，这样可将大部分翘曲变形压平，当然，部分翘曲变形顺刀铺粉后可能还存在一点点，也不会影响烧结工作。
24.可以理解的是，本发明的方案用于对扫描完成后的每一层扫描截面进行处理，虽然上文仅提到了当前层扫描截面的处理过程，但在此需说明的是，其它各层均参照当前层的方案执行，在此不做重复介绍。
25.为了分散激光扫描线的首末点能量密度，有助于能量更加均匀，提高打印质量。所述步骤五中扫描系统采用以下方式完成下一层的扫描：判断至少一个翘曲变形是否位于同一个待打印制件；当所有翘曲变形位于同一待打印制件时，对该待打印制件的全部或部分区域采取环形扫描（优选地，对该待打印制件的全部区域采取环形扫描，当然，也可以采用部分区域扫描），环形扫描线包括轮廓边界线以及由内向轮廓边界线依次等距分布的并行于轮廓边界线的多条扫描线，且环形扫描的起点为最远离轮廓边界线的扫描线上的任一点；如图5所示，采取的是从轮廓边界内的某一点开始，自内至外仅部分区域采用环形扫描，而其余区域（中心区域）采用的是现有技术的其它扫描方式，例如条带扫描；而如图6所示，整个轮廓均采用环形扫描。
26.当所有翘曲变形位于多个待打印制件时，对每个存在翘曲变形的待打印制件的全部或部分区域采取环形扫描，环形扫描线包括轮廓边界线以及由内向轮廓边界线依次等距分布的并行于轮廓边界线的多条扫描线，且环形扫描的起点为最远离轮廓边界线的扫描线上的任一点。
27.具体实施中，所述多条扫描线的扫描间距为0.05mm
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0.2mm，优选为0.09mm
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0.1mm。
28.作为本发明的进一步优选方案，当待打印制件仅部分区域或部分层采取环形扫描，其余区域均采用预设扫描方式时，环形扫描的激光输出功率比预设扫描方式降低0
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40w，这样可以减少扫描末端的激光能量，从而进一步保证了待打印工件的扫描质量。具体实施中，所述预设扫描方式为分区扫描、平行扫描或条带扫描，当然还可以为其它扫描方式，在此不做一一例举。
29.为了让刮刀更好地实现顺刀铺粉，将工作平台旋转以使所有翘曲变形的翘曲方向与刮刀运动方向的夹角均为180度。
30.本发明还提供了一种3d打印设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的3d方法的步骤。
31.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
32.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。