基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法及系统与流程

本发明涉及钛合金制造效率领域，尤其涉及基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法及系统。

背景技术：

1、钛合金制造是指使用一种或多种钛合金材料进行制造的过程，并且，钛合金是一种被广泛应用于航空航天、船舶、化工、医疗和其他高科技领域的特殊金属材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点。

2、目前，基于选区激光熔化增材技术下的钛合金制造是指使用激光束将钛合金粉末逐层熔化和固化，从而实现三维打印制造的过程，该技术可以直接将复杂形状的零件从cad模型转化为实体，但由于激光熔化增材技术是逐层生长的过程，每层的熔化固化时间较长，从而导致生产速度相对较慢，因此，需要一种基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法，以提高钛合金制造效率。

技术实现思路

1、本发明提供基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法及系统，其主要目的在于提高钛合金制造效率。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法，包括：

3、获取待制造的钛合金工件，识别所述钛合金工件对应的工件参数，基于所述工件参数，查询所述钛合金工件对应的工件需求，基于所述工件需求，构建所述钛合金工件对应的cad模型；

4、对所述cad模型进行分层处理，得到所述钛合金工件对应的切片模型，利用所述切片模型确定预设的激光熔化机对应的激光扫描路径，将所述激光扫描路径分解为多个扫描子路径；

5、将所述扫描子路径的参数输入至预设的激光器系统后，得到所述激光器系统中激光束的操作参数，所述操作参数包括：功率、扫描速度以及方向，基于所述操作参数，计算所述激光束对应的功率密度；

6、基于所述功率密度，确定所述激光束对应的光束轨迹，基于所述光束轨迹，识别所述钛合金工件对应的钛合金材料，利用预设的材料喷涂器将所述钛合金材料喷涂在基板后，利用所述激光束将所述基板上的所述钛合金材料进行逐层熔化，并计算所述钛合金材料对应的熔化速率；

7、基于所述熔化速率，识别逐层熔化后的钛合金材料，待所述钛合金材料熔化完成，得到初级钛合金工件，对所述钛合金工件进行表面热处理，以实现所述钛合金工件的工件制造。

8、可选地，所述基于所述工件参数，查询所述钛合金工件对应的工件需求，包括：

9、识别所述工件参数中参数因子；

10、基于所述参数因子，对所述钛合金工件进行特征分类，得到工件分类特征；

11、基于所述工件分类特征，查询所述钛合金工件对应的通用需求；

12、对所述通用需求进行细分，得到细化需求；

13、将所述细化需求作为所述钛合金工件对应的工件需求。

14、可选地，所述基于所述工件需求，构建所述钛合金工件对应的cad模型，包括：

15、识别所述工件需求中的规格参数；

16、基于所述规格参数，构建所述钛合金工件对应的初始草图；

17、利用预设的建模工具在所述初始草图中创建多个几何体；

18、基于所述工件需求，对所述多个几何体进行几何融合，得到所述钛合金工件对应的工件形状；

19、对所述工件形状进行参数化，得到所述钛合金工件对应的cad模型。

20、可选地，所述利用所述切片模型确定预设的激光熔化机对应的激光扫描路径，将所述激光扫描路径分解为多个扫描子路径，包括：

21、提取所述切片模型对应的边界轮廓；

22、对所述边界轮廓进行轮廓拟合，得到拟合轮廓；

23、基于所述拟合轮廓，确定预设的激光熔化机对应的激光扫描路径；

24、对所述激光扫描路径进行轨迹规划，得到规划路径；

25、基于所述规划路径，将所述激光扫描路径分解为多个扫描子路径。

26、可选地，所述基于所述操作参数，计算所述激光束对应的功率密度，包括：

27、利用下述公式计算所述激光束对应的功率密度：

28、；

29、其中，m表示所述激光束对应的功率密度，l表示所述激光束对应操作参数的输出功率，s表示所述激光束在单位时间内移动的距离，f表示所述激光束对应操作参数的传播方向，r表示所述激光束的半径。

30、可选地，所述基于所述功率密度，确定所述激光束对应的光束轨迹，包括：

31、分析所述功率密度对应的目标特性；

32、基于所述目标特性，构建所述激光束对应的光学系统；

33、调整所述光学系统中的光束参数；

34、基于所述光束参数，对所述激光束进行光束模拟，得到所述激光束对应的光束轨迹。

35、可选地，所述基于所述光束轨迹，识别所述钛合金工件对应的钛合金材料，包括：

36、识别所述光束轨迹在所述钛合金工件上的反射特性；

37、提取所述反射特性中的特性参数；

38、对所述特性参数进行光学模拟，得到模拟特征；

39、基于所述模拟特征，识别所述钛合金工件对应的钛合金材料。

40、可选地，所述计算所述钛合金材料对应的熔化速率，包括：

41、利用下述公式计算所述钛合金材料对应的熔化速率：

42、；

43、其中，h表示所述钛合金材料对应的熔化速率；α代表所述钛合金材料对应的材料导热系数，即其传导热量的能力；β代表所述钛合金材料对应的材料熔点值，即材料从固态转变为液态的熔点值；γ代表所述钛合金材料的的热膨胀系数，即材料在温度变化时的长度、面积或体积的变化率；δ代表所述钛合金材料的热导率，即材料传导热量的能力；代表所述钛合金材料的形变温度值，即发生塑性变形的温度值。

44、可选地，所述基于所述熔化速率，识别逐层熔化后的钛合金材料，待所述钛合金材料熔化完成，得到初级钛合金工件，包括：

45、识别所述熔化速率中的特征参数；

46、基于所述特征参数，构建所述钛合金材料的熔化路径；

47、基于所述熔化路径，对所述钛合金材料进行逐层熔化，得到熔化工件；

48、待所述熔化工件熔化完成，得到初级钛合金工件。

49、为了解决上述问题，本发明还提供一种基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高系统，所述系统包括：

50、模型构建模块，用于获取待制造的钛合金工件，识别所述钛合金工件对应的工件参数，基于所述工件参数，查询所述钛合金工件对应的工件需求，基于所述工件需求，构建所述钛合金工件对应的cad模型；

51、路径分解模块，用于对所述cad模型进行分层处理，得到所述钛合金工件对应的切片模型，利用所述切片模型确定预设的激光熔化机对应的激光扫描路径，将所述激光扫描路径分解为多个扫描子路径；

52、功率密度计算模块，用于将所述扫描子路径的参数输入至预设的激光器系统后，得到所述激光器系统中激光束的操作参数，所述操作参数包括：功率、扫描速度以及方向，基于所述操作参数，计算所述激光束对应的功率密度；

53、熔化速率计算模块，用于基于所述功率密度，确定所述激光束对应的光束轨迹，基于所述光束轨迹，识别所述钛合金工件对应的钛合金材料，利用预设的材料喷涂器将所述钛合金材料喷涂在基板后，利用所述激光束将所述基板上的所述钛合金材料进行逐层熔化，并计算所述钛合金材料对应的熔化速率；

54、工件处理模块，用于基于所述熔化速率，识别逐层熔化后的钛合金材料，待所述钛合金材料熔化完成，得到初级钛合金工件，对所述钛合金工件进行表面热处理，以实现所述钛合金工件的工件制造。

55、本发明通过获取待制造的钛合金工件，识别所述钛合金工件对应的工件参数，可以确保在制造过程中准确地遵循工件设计要求，有助于避免制造过程中可能出现的误差或偏差，从而提高工件的制造精度和质量，本发明通过对所述cad模型进行分层处理，得到所述钛合金工件对应的切片模型，可以提供更细致、直观和可操作的信息，为后续加工、优化和制造等环节提供支持，并提高工程设计的效率和精确度，本发明通过将所述扫描子路径的参数输入至预设的激光器系统后，得到所述激光器系统中激光束的操作参数，可以提高扫描的准确性、稳定性和效率，同时也能够适应不同物体表面的需求，节约能源和材料，本发明基于所述功率密度，确定所述激光束对应的光束轨迹，可以带来精确控制、最大功率利用、能量损耗的避免以及系统稳定性的提升等益处，提高激光应用的效果和性能，本发明通过对所述钛合金工件进行表面热处理，以实现所述钛合金工件的工件制造，可以提高其表面硬度、耐腐蚀性、质量和精度、耐疲劳性能以及表面附着力，从而实现更优质的钛合金工件制造。因此本发明提出的基于选区激光熔化的钛合金制造效率提高方法及系统，以提高钛合金制造效率。