具有曲面特征薄壁件的增材方法与流程

本发明属于送丝增材制造，具体涉及一种具有曲面特征薄壁件的增材方法。

背景技术：

1、增材制造(additive manufacturing，am)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料去除——切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法。相对于传统减材技术，增材技术减少了材料浪费，提高了生产效率，降低了制造成本。

2、使用电弧或激光等热源，按照规划的增材路径，熔融金属丝材沉积成焊道，制造金属零部件的技术，是增材制造技术的一种。使用电弧或激光的过程中，需要设计打印头与待成型金属零部件三维模型的位置关系，防止出现打印头干涉的问题，同时需要设计增材路径，以获得较好的打印质量和材料性能。

3、现有送丝增材技术在制造具有曲面特征的薄壁件产品时，往往采用传统的增材方法，如待成型零件为球形或环形薄壁件（分别类似气球和甜甜圈），则按照水平方向将球形、环形薄壁件进行切片，在每一个切片层面上规划打印路径，按照自下向上的方向，完成不同切片平面由线-面-体的增材制造。如图12所示。该种路径规划及打印方法在球形薄壁件的封口位置往往无法实现有效封口，产生打印质量问题，如塌陷、缺口、致密性差等，且球形或环形的曲面特征打印粗糙，不精细。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的问题，实现曲面特征薄壁件的高质量打印，本发明提出了一种具有曲面特征薄壁件的增材方法。本发明通过将曲面特征薄壁件按照弧长距离等距进行切片分层，在各个切片层面上按照弧长距离等距划分打印点变，计算各打印点的和，计算各打印点的法向量，通过打印头或变位机变换位姿，保持打印头方向与各打印点处沿v向即方向的法向量平行，最终实现曲面特征薄壁件件的高质量打印。本发明尤其适用于超薄壁件的打印制造，如厚度在2-5mm的薄壁件，采用单道打印即可完成。

2、具有曲面特征薄壁件的增材方法，所述曲面特征薄壁件按照弧长距离进行等距切片分层，所述切片分层得到的切片平面按照弧长距离m进行等距划分打印点，打印头打印各打印点时，打印头的方向与各打印点处的法向量平行。

3、进一步的，当打印点处的法向量为正时，打印头的方向与法向量一致，当打印点处的法向量为负时，打印头的方向与法向量相反。

4、进一步的，所述薄壁件的壁厚为2-5mm。

5、进一步的，所述弧长距离、m设置为2-4mm。

6、进一步的，所述增材方法使用的增材设备包括变位机，所述变位机为双轴变位机或单轴变位机。

7、进一步的，所述打印头由多轴机械臂控制。

8、进一步的，所述增材方法为同轴送丝增材方法。

9、进一步的，包括以下几个步骤：

10、s1：建立直角坐标系xyz，建立极坐标系uv，针对曲面特征薄壁件给定参数曲面模型，进行切片分层，得到切片平面；

11、s2：在切片平面上设置打印点，打印点在坐标系中与v方向负方向的角度设置为，打印点在坐标系中沿u方向的角度为；

12、s3：计算打印点的法向量，求出打印点的角度、；

13、s4：打印头方向与打印点处的法向量平行；

14、s5：打印头相对于打印点沿其、以及弧长距离和弧长距离m变换位姿；

15、s6：打印头配合变位机完成s5中的相应角度和弧长的位姿变换，使打印头和打印点处的法向量平行。

16、进一步的，s6中，打印头位姿不变，通过双轴变位机实现打印头和打印点处的法向量平行。

17、进一步的，s6中，打印头沿方向变换位姿，变位机沿方向变换位姿，实现打印头和打印点处的法向量平行。

18、有益技术效果：（1）完成具有曲面特征的薄壁件的增材制造；（2）提高曲面特征薄壁件的打印质量和封口效果；（3）提高曲面特征薄壁件3d打印模型的成型效果，提高打印完成的零件的精细度，实现3d打印模型的完整、准确呈现。

技术特征：

1.具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述曲面特征薄壁件按照弧长距离进行等距切片分层，所述切片分层得到的切片平面按照弧长距离m进行等距划分打印点，打印头打印各打印点时，打印头的方向与各打印点处的法向量平行。

2.根据权利要求1所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：当打印点处的法向量为正时，打印头的方向与法向量一致，当打印点处的法向量为负时，打印头的方向与法向量相反。

3.根据权利要求2所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述薄壁件的壁厚为2-5mm。

4.根据权利要求2所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述弧长距离、m设置为2-4mm。

5.根据权利要求1-4任一所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述增材方法使用的增材设备包括变位机，所述变位机为双轴变位机或单轴变位机。

6.根据权利要求1-4任一所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述打印头由多轴机械臂控制。

7.根据权利要求1-4任一所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：所述增材方法为同轴送丝增材方法。

8.根据权利要求1所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

9.根据权利要求8所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：s6中，打印头位姿不变，通过双轴变位机实现打印头和打印点处的法向量平行。

10.根据权利要求8所述的具有曲面特征薄壁件的增材方法，其特征在于：s6中，打印头沿方向变换位姿，变位机沿方向变换位姿，实现打印头和打印点处的法向量平行。

技术总结具有曲面特征薄壁件的增材方法，所述曲面特征薄壁件按照弧长距离进行等距切片分层，所述切片分层得到的切片平面按照弧长距离进行等距划分打印点，打印头打印各打印点时，打印头的方向与各打印点处的法向量平行。通过计算各打印点处的法向量，得到各打印点处法向量沿v和u方向的角度增量及其移动弧长，进而按照法向量的变换规律控制打印头和变位机，通过打印头和变位机的位姿变换配合实现打印头与各打印点处法向量的平行。技术研发人员：徐方达,赵淑婷,支镜任受保护的技术使用者：苏州融速智造科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15