条带式扫描方法、3D打印方法和设备及存储介质与流程

条带式扫描方法、3d打印方法和设备及存储介质
技术领域
1.本发明涉及3d打印领域，具体而言，涉及条带式扫描方法、3d打印方法和设备及存储介质。


背景技术：

2.增材制造(am，additive manufacturing)，区别于车削加工等减材制造和注塑锻造之类的等材制造，对于复杂构件或非标准化构件的制造具有一定优势。常见的增材制造技术包括选择性激光熔化(slm)、选择性激光烧结(sls)、电子束熔化(ebm)等，其通过如激光束、电子束等能量束分别对切片后的各扫描面分别按规划路径扫描。
3.由于所制造的目标件的切片扫描面的形状等因素，在如条带式扫描路径规划和扫描过程中，在如边角处或其他窄小区域的位置有时会出现翘曲、成型熔道线弯曲变形和/或颜色改变的现象。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供条带式扫描方法、3d打印方法和设备及存储介质，以解决上述问题。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.一种条带式扫描方法，用于3d打印，其包括：
7.对各层的扫描面进行条带式分区，将扫描面分为多个沿第一方向依次排布的条带区；
8.设定每一条带区的扫描路径，所述条带区的扫描路径包括扫描线组，所述扫描线组包括沿对应条带区的长向依次间隔排列的多条扫描线；
9.对长度不小于预设的标准长度l0的扫描线，采用第一扫描策略；所述第一扫描策略采用的功率为设定的标准功率p0；
10.对长度小于预设的标准长度l0的扫描线，采用第二扫描策略；所述第二扫描策略采用的功率为功率pn，其中pn《p0。
11.本方案的产生源自发明人对实践中出现的扫描成形时部分区域翘曲、熔道弯曲变形或颜色改变的问题的探索和解决。发明人研究发现，采用本方案提出的条带式扫描方法，通过对扫描面进行条带式分区，并对各条带区扫描线中长度较小的采用不同于标准功率的较小功率pn，能够很好地解决上述问题。
12.在一种实施方式中：
13.功率pn＝m
×
p0，其中m取值在0.90-0.95之间。
14.在一种实施方式中：
15.m的取值随打印材料的导热系数的减小而减小。
16.在一种实施方式中：
17.所述标准长度l0的设定方式为，使设定的所述标准长度l0和功率pn的大小正相关。
18.在一种实施方式中：
19.标准长度l0取值3-4mm。
20.在一种实施方式中：
21.所述扫描路径采用往复的之字形扫描路径或一字形扫描路径。
22.在一种实施方式中：
23.所述扫描线的延伸方向垂直于所述条带区的长向或与所述条带区的长向倾斜相交。
24.在一种实施方式中：
25.各个条带区的宽度相等。
26.本技术实施例还提供一种3d打印方法，其包括：
27.对目标件进行切片分层处理；
28.对各分层分别采用前述的条带式扫描方法实施扫描。
29.本技术实施例还提供一种存储介质，其上存储有至少一条指令所述指令在由处理器加载时，执行如前述的条带式扫描方法。
30.本技术实施例还提供一种3d打印设备，其包括：
31.能量束源，用于提供扫描激光；
32.控制装置，包括存储有多个程序模块的存储器及用于加载所述多个程序模块的处理器，所述处理器在加载所述多个程序模块时执行如前述的方法，并发送具有扫描能量束的功率的信号；
33.功率调节装置，其电连接于所述能量束源及所述控制装置，用于根据所述信号实时调节所述扫描能量束的功率。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
35.图1为本发明实施例中的3d打印设备的使用状态示意图；
36.图2为本发明实施例中的3d打印设备的扫描面进行条带分区后的示意图；
37.图3示出了本发明实施例中的3d打印设备的其中一条带内规划扫描线组后的示意图；
38.图4示出了本发明实施例中的3d打印设备的往复的之字形扫描路径的示意图；
39.图5示出了本发明实施例中的3d打印设备的一字形扫描路径的示意图；
40.图6示出了本发明实施例中的3d打印方法的流程图。
41.主要元件符号说明：
42.100-3d打印设备；200-目标件；210-扫描面；110-能量束源；120-功率调节单元；131-存储介质；130-控制装置；211-条带区；y1-第一方向；211a-两端部分；211b-中间部分；221-扫描线组；2211-扫描线；220a-往复的之字形扫描路径；220b-一字形扫描路径；132-比较单元；133-控制单元。
具体实施方式
43.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
44.需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
47.分层增材3d打印属于增材制造技术，其通过对目标件进行分层切片处理，并通过能量束源按扫描路径依次扫描各层扫描面，使被扫描处物质成形，各层结构依次叠合累积，最终形成所需的目标件。
48.在该技术中，已知技术通常会预先设定能量束源的扫描功率、扫描速度等参数，然后按照该参数进行全程的扫描成形。
49.条带扫描，作为一种扫描路径规划方法，其采用将扫描面划分为多个条带区，并对各条带区分别规划扫描路径的方式进行路径规划。然而，发明人在实践中发现，在通过条带式扫描的方式进行扫描面的扫描时，有时会出现部分区域翘曲或者颜色发生变化的情形。
50.由于3d打印技术对产品质量影响因素众多，如成形环境、粉末材料的物理性能、分层厚度、扫描速度、扫描路径规划等等都可能上述问题的原因，因此，对于该问题的解决方案的探索存在一定的难度，本领域中也没有公开上述问题和对应原因分析的资料。
51.鉴于该问题对产品生产产生了较大影响，发明人经过多方研究，提出了一种改进的条带式扫描方法，其包括：
52.对各层的扫描面进行条带式分区，将扫描面分为多个沿第一方向依次排布的条带区；
53.所述条带区的扫描路径包括扫描线组，所述扫描线组包括沿对应条带区的长向依次间隔排列的多条扫描线；
54.对长度不小于预设的标准长度l0的扫描线，采用第一扫描策略；所述第一扫描策略采用的功率为设定的标准功率p0；
55.对长度小于预设的标准长度l0的扫描线，采用第二扫描策略；所述第二扫描策略采用的功率为功率pn，其中pn《p0。
56.下面结合实施例具体说明。
57.实施例
58.图1中示出了一种3d打印设备100，用于通过3d打印的方式制造目标件200。图中示出了目标件200的某一扫描面210。本实施例中的3d打印设备100，可以表现为3d打印机。该
3d打印设备100可以基于slm技术(selective laser melting，选择性激光熔化技术)。
59.该3d打印设备110包括能量束源110、控制装置130和功率调节单元120。
60.其中，本实施例中，能量束源110采用激光设备，用于提供扫描激光111。
61.功率调节单元120配合连接于所述能量束源110，用于调节能量束源110的功率。
62.控制装置130包括存储有多个程序模块的存储器131及用于加载所述多个程序模块的处理器132，所述处理器132在加载所述多个程序模块时执行本实施例提出的条带式扫描方法(下文中详细描写)，并发送具有扫描能量束的功率的信号。
63.本实施例提供的条带式扫描方法包括以下步骤：
64.步骤s21：配合参见图2，对各层的扫描面210进行条带式分区，将扫描面210分为多个沿第一方向y1依次排布的条带区211。图示以矩形的扫描面210为示例，第一方向y1设为与矩形的长和宽分别倾斜的方向。各条带区211所划定的宽度可以设定为彼此相等，也可根据需要设定为彼此不相等。本实施例中，各条带划定的宽度均采用统一宽度d，如按宽度d＝5mm进行条带区划分。该划分方式下，一般中间的条带区211的最大宽度为5mm，两侧可能存在宽度小于5mm的条带区211。
65.如图2可以看出，通过该分区方式得到了若干条带状的分区，各条带区211的两端部分211a存在宽度较小的部分、中间部分211b(如果有)为宽度一致的部分。
66.事实上，对于其他形状的规则或不规则的扫描面210，根据选择的条带分区方向不同，均可能出现条带包括宽度等于条带划定宽度的部分和宽度小于划定宽度的部分。
67.步骤s22：在分区完成之后，对所分的各条带区211分别规划扫描路径，作为激光扫描的路线。各条带区211的扫描路径应当遍历各条带区211，使得对应位置的粉末都能够接收激光能量而熔合成形。本实施例中，所述条带区211的扫描路径包括扫描线组221，所述扫描线组221包括沿所述条带区211的长向依次间隔排列的多条扫描线2211。扫描线组221内各扫描线2211之间的间距可以根据需要设定。扫描线2211的延伸方向可以垂直于条带区211的长向，也可以与条带区211的长向倾斜相交。本实施例中，选择扫描线2211的延伸方向垂直于条带区211的长向。本实施例中，根据上述的分区方式，条带区211的长向垂直于第一方向y1。对各条带区211内配置扫描线组221后的示意图参见图3。
68.为遍历扫描线组221的各扫描线2211，一种方式为采用往复的之字形扫描路径220a，其由各扫描线2211依次首首连接或尾尾连接形成，相邻扫描线2211的扫描方向相反，见于图4；另一种方式为采用一字形扫描路径220b，其由各扫描线2211依次首尾连接形成，相邻扫描线2211的扫描方向相同，见于图5，其中，回程的路径部分激光不作业。
69.本实施例中，实际上各个扫描线2211之间的间距设置得足够小，如间距达到0.08-0.12mm。图中未清楚表达扫描路径而表现得间距较大，并非隐含对间距的限定。
70.步骤s23：依据扫描路径的各扫描线2211的长度来设定扫描策略并进行扫描。具体地，对长度不小于预设的标准长度l0的扫描线2211(如图3中位于条带区211的中间部分211b的扫描线2211)，采用第一扫描策略；所述第一扫描策略采用的功率为设定的标准功率p0；对长度小于预设的标准长度l0的扫描线2211(如图3中位于条带区的两端部分211a的扫描线2211)，采用第二扫描策略；所述第二扫描策略采用的功率为功率pn，其中pn《p0。本实施例中，标准长度l0可以选择等于条带区211的划定宽度d，如设定标准长度l0＝d＝5mm；也可以设定标准长度l0＝3-4mm《d＝5mm，具体可根据实际情况设定。在一种实施方式中，所述标
准长度l0的设定方式为，使设定的所述标准长度l0和功率pn的大小正相关，结合功率pn＝m
×
p0可知，当标准功率p0和/或m的取值越大时，标准长度l0的取值也较大。
71.对于条带区211边角或窄小区域等短小扫描线2211较多的区域，如图2中示出的两端部分211a的区域，m取值在0.90-0.95之间较为合适。m取值小于0.90时，功率pn的值较小，粉末接收到的能量可能不足，进而导致粉末不能很好地熔合；而m取值大于0.95设置接近1时，则在条带边角或窄小区域，容易出现前文描述的边角翘曲和/或颜色变化的问题。进一步地，对于导热系数较大的粉末材料，m可以取较大值；而对于导热系数较小的粉末材料，m可以取较小值，即m的取值可随打印材料的导热系数的减小而减小。
72.配合参见图6，本实施例还提供一种3d打印方法，其包括以下步骤：
73.步骤s10：对目标件200进行切片分层处理。一般情况下，可以通过三维建模软件为目标件200建立三维模型，然后按照设定的厚度对三维模型进行切片分层，得到各层的扫描面210形状。
74.步骤s20：对各分层分别采用前述的条带式扫描方法实施扫描。该条带式扫描方法包括前述的步骤s21、s22和s23。
75.实践表明，通过采用本技术实施例提出的条带式扫描方法、3d打印方法和设备及存储介质，能够很好地解决扫描过程中边角处或其他窄小区域的位置有时会出现翘曲和/或颜色改变的问题，具有工业实用性。
76.以上实施方式仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本技术技术方案的精神和范围。