制造三維物體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維物體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及三維制造中控制粉末涂覆來(lái)制造三維物體。
【背景技術(shù)】
[0002]通過(guò)高功率的能量束對(duì)金屬粉末逐層的熔化連接，是目前金屬三維制造的常用技術(shù)手段，如采用激光為能量源的選區(qū)激光熔化技術(shù)或者以電子束為能量源的電子束熔融技術(shù)(EBM)。這類金屬三維制造技術(shù)工作原理如下:
(1)先將金屬粉末材料均勻的涂覆在加工平面上；(2)能量束對(duì)三維物體在該橫截面上相對(duì)應(yīng)的金屬粉末位置實(shí)心部分實(shí)施掃描加工，得到對(duì)應(yīng)的掃描截面。粉末材料在能量束作用下被熔合在一起，得到零件的截面，并與下面已經(jīng)成形的部分自然熔化連接；(3) —個(gè)截面層燒結(jié)完成后，再鋪上一層新的材料，繼續(xù)有選擇性的根據(jù)三維物體對(duì)應(yīng)的截面信息進(jìn)行掃描熔化；(4)根據(jù)上述步驟一層層堆積掃描熔化，最終直接“生長(zhǎng)”成金屬的三維加工實(shí)體零件。
[0003]該技術(shù)現(xiàn)有的一個(gè)問(wèn)題是，由于高能束在熔化金屬粉末時(shí)，常會(huì)因粉末的匯聚、金屬飛濺以及部分細(xì)小工件形變，從而在粉層上形成凸起，使得涂覆粉末材料的涂布器卡在凸起處，無(wú)法順利越過(guò)凸起并將材料均勻的涂覆在工作面上，這種現(xiàn)象稱為“卡頓”。
[0004]卡頓會(huì)導(dǎo)致涂布器停頓在凸起處，系統(tǒng)不能繼續(xù)進(jìn)行粉末涂覆及后續(xù)工藝，嚴(yán)重影響了三維制造系統(tǒng)的運(yùn)行效率，尤其是在系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)人值守時(shí)，發(fā)生卡頓后要直到設(shè)備操作人員發(fā)現(xiàn)并處理，這段時(shí)間將成為一段生產(chǎn)加工的空白期，這給生產(chǎn)運(yùn)行帶來(lái)了不可預(yù)知的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制造三維物體的方法，解決發(fā)生卡頓時(shí)三維制造系統(tǒng)不能順利進(jìn)行后續(xù)工藝，需要人工發(fā)現(xiàn)并解決的技術(shù)缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行智能化水平，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。
[0006]本發(fā)明提供的制造三維物體的方法包括如下步驟:
a、設(shè)置涂布器將供料系統(tǒng)提供的粉末材料涂覆至加工平面，每次涂覆新增的加工粉層層厚為h;
b、檢測(cè)若當(dāng)涂布器執(zhí)行步驟a時(shí)發(fā)生卡頓，控制涂布器返回涂覆前的初始位置，供料系統(tǒng)繼續(xù)提供粉末材料，上一層的加工粉層下降設(shè)定距離，繼續(xù)執(zhí)行步驟a ;
c、根據(jù)未經(jīng)能量束加工的加工粉層連續(xù)下降的總距離H，調(diào)節(jié)能量束對(duì)步驟a中完成涂覆的加工粉層實(shí)施加工。
[0007]進(jìn)一步地，當(dāng)所述的加工粉層連續(xù)下降總距離Η > 3h，執(zhí)行步驟a時(shí)發(fā)生卡頓，三維物體制造系統(tǒng)不自動(dòng)執(zhí)行后續(xù)操作。
[0008]進(jìn)一步地，步驟b中所述的下降設(shè)定距離為一個(gè)加工粉層厚度h。
[0009]進(jìn)一步地，步驟c中能量束的調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)加工該層的能量束功率，或者調(diào)節(jié)該層的能量束加工次數(shù)，或者兩者的結(jié)合調(diào)解。
[0010]進(jìn)一步地，三維物體制造系統(tǒng)檢測(cè)步驟a中發(fā)生卡頓的判定是:系統(tǒng)設(shè)置控制涂布器涂覆粉末的驅(qū)動(dòng)力F小于涂覆時(shí)遇到的阻力f，且涂布器無(wú)法沿設(shè)定方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，則判定發(fā)生卡頓。
[0011]進(jìn)一步地，三維物體制造系統(tǒng)檢測(cè)步驟a中發(fā)生卡頓的判定也可以是:系統(tǒng)設(shè)置控制涂布器涂覆粉末時(shí)，涂布器單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的位移量s小于設(shè)定的位移值S，則判定發(fā)生停頓。
[0012]本發(fā)明提供的制造三維物體的方法，通過(guò)設(shè)計(jì)在發(fā)生卡頓時(shí)，涂布器回歸原始位置，供料系統(tǒng)繼續(xù)提供粉末材料，上一層的加工粉層下降一定距離，再控制涂布器將新供給的粉末進(jìn)行涂覆，且在必要的時(shí)候重復(fù)上述操作，從而使系統(tǒng)自動(dòng)將凸起處的粉層提升一定厚度，從而提高了刮刀通過(guò)凸起的概率，并根據(jù)該層最終的層厚調(diào)節(jié)能量束實(shí)施加工。通過(guò)此方法能很好的解決涂覆過(guò)程中卡頓的問(wèn)題，避免了系統(tǒng)因卡頓而無(wú)法自動(dòng)進(jìn)行后續(xù)工藝，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，同時(shí)根據(jù)涂覆層厚自動(dòng)進(jìn)行能量束的加工調(diào)節(jié)，使粉層與粉層之間加工區(qū)域有效結(jié)合，保證了整個(gè)三維物體件的性能一致。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1表示的是本發(fā)明的工藝流程圖；
圖2表示的是一種選區(qū)激光熔化設(shè)備的示意圖；
圖3表示的是本發(fā)明的一種方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]在逐層加工金屬粉層的增材制造工藝中，需要采用功率較高的能量束加工，從而使金屬粉末熔化連接，如采用激光為能量源的選區(qū)激光熔化技術(shù)或者以電子束為能量源的電子束熔融技術(shù)。高能量束在與金屬粉末發(fā)生作用時(shí)，常伴隨著金屬飛濺、粉末匯聚或者加工細(xì)小工件變形而引起的凸起，這種凸起會(huì)給涂布器在實(shí)施粉末涂覆程中帶來(lái)很大的阻力，當(dāng)阻力達(dá)到一定值時(shí)，涂布器無(wú)法順利繞過(guò)凸起而發(fā)生卡頓?？梢岳斫獾厥牵瑸榱瞬恢劣谑箍刂仆坎计魍扛卜勰┑尿?qū)動(dòng)力過(guò)大，造成涂覆時(shí)因強(qiáng)制撞擊或者跨越某些凸起而導(dǎo)致加工三維零件位置的移動(dòng)或者零件的損傷，因此一般將增材制造系統(tǒng)中用于驅(qū)動(dòng)涂布器的力控制在一定的范圍內(nèi)。如果把驅(qū)動(dòng)涂布器的最大力值記為F，涂布器涂覆過(guò)程中受到的阻力記為f，當(dāng)f < F時(shí)，能順利的完成涂覆過(guò)程；當(dāng)f > F時(shí)，即可能發(fā)生卡頓。當(dāng)然這種卡頓的判定也可以通過(guò)其他途徑判定，如在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)涂布器實(shí)施涂覆時(shí)發(fā)生的位移量s小于設(shè)定的位移量S時(shí)，也可以認(rèn)定發(fā)生卡頓。
[0016]發(fā)生卡頓時(shí)，如果不做處理，系統(tǒng)將處于一種運(yùn)行停滯的狀態(tài)，直到操作者發(fā)現(xiàn)并處理。這種情況的發(fā)生非常影響工作效率，尤其是當(dāng)系統(tǒng)在無(wú)人值守時(shí)運(yùn)行，卡頓將給生產(chǎn)帶來(lái)不可預(yù)估的風(fēng)險(xiǎn)。
[0017]基于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種制造三維物體的方法，能夠解決卡頓時(shí)系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行后續(xù)工藝的問(wèn)題，其方法流程如圖1所示:
設(shè)置涂布器將供料系統(tǒng)提供的粉末材料涂覆至基板或上一層的加工粉層，每次涂覆新增的加工粉層層厚為h，h值的設(shè)定根據(jù)加工需求和材料屬性來(lái)確定，常采用0.02mm ;檢測(cè)若當(dāng)涂布器實(shí)施涂覆中發(fā)生卡頓時(shí)，驅(qū)動(dòng)涂布器返回初始位置，供料系統(tǒng)繼續(xù)提供一定量的粉末材料，此時(shí)上一層的加工粉層下降設(shè)定距離，然后繼續(xù)執(zhí)行涂覆程序，一般情況下一定量指的是能夠涂覆加工粉層1個(gè)厚度的量，設(shè)定距離相應(yīng)的設(shè)為h，當(dāng)然也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)節(jié)；如果仍然檢測(cè)到涂布器發(fā)生停頓，重復(fù)執(zhí)行上述