用于金属3D打印的送粉率自动标定及梯度供给方法及系统

本发明涉及增材制造，尤其涉及一种用于金属3d打印的送粉率自动标定及梯度供给方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、增材制造技术，其采用材料累加的成型原理，直接通过cad数据制成三维实体产品，这种“做加法”的制造技术不再利用模具、刀具、和工装卡具便可快速而精密地制造出任意复杂形状的零件模型，尤其是蜂窝状复杂结构、大型薄壁件等对几何形状复杂程度、性能要求较高的零部件。

3、在增材制造技术中，选区激光熔化(selective laser melting，slm)被认为是最具潜力的增材制造技术之一，相对于其他增材制造技术而言，slm技术在获得高致密和高精度成形件方面具有突出的优势，可完成薄壁件和复杂精密件的直接成形,尤其在形状重复的结构成形上具有非常大的优势。其主要技术原理为：将待加工的零件三维数字模型进行逐层分割，输入到激光选区熔化成形设备中；将基板固定在成形平台上，进行调平并利用刮板或粉辊进行单层铺粉，使用一束或多束激光，对铺放好的单层粉末进行选区熔化，实现由点到线，由线到面的成形过程；之后，成形平台下降一定高度，进行下一层铺粉及选区熔化成形，最终实现了由面到体的成形过程，由此获得最终零件。相比于传统工艺，激光选区熔化技术具有材料利用率高、提高设计自由度、成形精度高、表面质量好等多重优势，特别适合于航空航天等高附加值行业。

4、由于激光选区熔化技术在工业生产，特别是航空航天工艺中，多用于小型精密，复杂零件，且用来打印零件的粉末成本高，这对高价值粉末的节省使用提出了很高的要求。

5、实际过程中，在部分小型零件打印时，因为其零件仅能占据基板一侧，实际打印时有多种供粉方法：一、选择每一层都将粉末铺满基板，可能会导致打印结束后过量的新粉与打印之后的残渣混合造成粉末浪费；二、选择人工调整合适的送粉率，零件高度较低时影响较小，零件高度较高时可能产生粉末堆积过高塌陷导致打印缺陷，恰能使粉末塌陷不影响打印件的合适送粉率比较依赖于经验和零件高度，对人员的经验要求较高。

6、鉴于上述情况，目前的金属3d打印存在以下问题：

7、(1)金属3d打印过程中，当打印底面较小、高度较高件时，由于高度较高，需要铺设更多粉末才能实现打印，打印完成后，成型仓内存在较多新粉与打印后残渣混合，影响粉末的后续回收和再次使用。

8、(2)金属3d打印过程中，在面对不同粉末时，人为主动调整至合适的送粉率依赖于操作人员的实际经验，并需要多次手动调整才能实现目的，而期间也可能出现误判，导致打印中途出现粉末未铺满的情况，既浪费人力资源，又容易产生更多的打印缺陷。

9、(3)金属3d打印过程中，打印较高件时，若选择某一固定的未铺满整个基板的送粉率时，粉末可能出现堆积过高而塌陷，从而导致零件一侧无法铺上粉末，重复扫描，产生打印缺陷。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种用于金属3d打印的送粉率自动标定方法及系统，利用设备自动确定送粉率的变化，实现使用较少的粉末完成零件的打印。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种用于金属3d打印的送粉率自动标定及梯度供给方法，包括：

4、分别测量并记录不同影响因素下粉末堆积角数据，形成数据库；

5、构建本次打印中剩余铺粉层数为i时理论送粉率的计算公式；

6、由计算机标定机器处于目标送粉率时的粉末覆盖区域，形成铺粉区域边界拟合直线；获取送粉率变化对边界拟合直线移动距离的影响因素；

7、根据各零件在基板上垂直投影水平距离最大处，距离铺粉区域边界拟合直线的距离，获取参数rn′；rn′为恰能铺至第n个零件在成型仓内竖直投影的最大水平距离的理论送粉率；

8、生成本次打印送粉率变化曲线并依此执行后续打印扫描任务，实现粉末梯度供给；零件毛胚打印成形后进行后续加工工序，直至零件最终交付验收。

9、其中，构建本次打印中剩余铺粉层数为i时理论送粉率的计算公式，具体为：

10、μi＝max{r1,r2,…,rn}；

11、

12、其中，μi为本次打印中剩余铺粉层数为i时理论送粉率,rn为若单独打印第n个零件时剩余铺粉层数为i时理论送粉率，rn′为恰能铺至第n个零件在成型仓内竖直投影的最大水平距离的理论送粉率，a为层厚,bn为打印完第n个零件剩余打印层数，s1为预留安全距离，ε为理论送粉率变化-距离变化系数，θ为选定的小于指定粉末堆积角的安全堆积角度。

13、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

14、一种用于金属3d打印的送粉率自动标定及梯度供给系统，包括：

15、数据库构建模块，用于分别测量并记录不同影响因素下粉末堆积角数据，形成数据库；构建本次打印中剩余铺粉层数为i时理论送粉率的计算公式；

16、参数确定模块，用于由计算机标定机器处于目标送粉率时的粉末覆盖区域，形成铺粉区域边界拟合直线；获取送粉率变化对边界拟合直线移动距离的影响因素；根据各零件在基板上垂直投影水平距离最大处，距离铺粉区域边界拟合直线的距离，获取参数rn′；rn′为恰能铺至第n个零件在成型仓内竖直投影的最大水平距离的理论送粉率；

17、打印扫描模块，用于生成本次打印送粉率变化曲线并依此执行后续打印扫描任务，实现粉末梯度供给；零件毛胚打印成形后进行后续加工工序，直至零件最终交付验收。

18、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

19、一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的用于金属3d打印的送粉率自动标定及梯度供给方法。

20、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

21、一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的用于金属3d打印的送粉率自动标定及梯度供给方法。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、(1)本发明以粉末堆积角为分析对象，通过分析送粉率变化与铺粉区域边界直线移动距离的关系，通过计算机自动识别调整送粉率，能够针对不同零件采用合适的送粉率，实现打印过程中粉末的梯度供给；本发明方法可以减少粉末的使用，对于较为昂贵或者是难以制备的金属粉末尤其重要，可以有效地节省粉末的使用，减少因为使用过的粉末与新粉混用导致的粉末污染。

24、(2)本发明方法无需花费时间手动调整合适的送粉率，提升工作效率。

25、(3)本发明方法能够提高零件成型质量及打印批次的稳定性，减少因为打印过程中粉末堆积过高后坍塌造成的成形缺陷，同时在打印过程中，扫描区域出现缺粉情况的情况也能得到部分改善，提高了零件的成型质量。

26、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。