【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬3d打印，尤其涉及一種微小區域3d打印成形方法。
技術介紹
1、激光選區熔化成形技術(3d打印)基于逐層切片、線性填充以及逐層掃描和堆疊的原理。對于任何具有特定幾何特征的零件，首先需通過切片軟件將其三維幾何結構轉化為一系列二維平面圖形，然后根據特定的算法對這些二維圖形進行填充處理。之后，激光器在計算機控制下按設定的填充路徑逐行、逐層掃描，結合層層鋪粉和逐層燒結的過程，最終生成完整的三維實體。
2、3d打印技術尤其適合快速制造復雜結構的零件。然而，在實際工程應用中，三維結構的成形必須充分考慮3d打印工藝的可行性。例如，零件擺放時應盡量避免懸空位置，減少尖銳棱角的產生。在零件經過調整擺放并完成切片后，二維平面圖形中常出現尖銳的棱角區域。對于此類尖銳棱角的區域，傳統3d打印軟件在進行填充時往往生成大量短填充線，尤其是長度小于1毫米的線段。激光束在沿這些短填充線進行掃描時，由于掃描速度極快，相鄰的短填充線在極短時間內會被連續掃描。由于激光束能量極高，這些微小區域內熱量迅速積聚，相鄰短填充線之間缺乏足夠的散熱時間，導致熱量集中于尖銳棱角區域，進而使該區域凸起于鋪粉平面。隨著問題的加劇，可能會導致零件嚴重翹起，影響產品性能，并可能導致無法順利進行后續的鋪粉操作。這一問題限制了3d打印技術的發展與應用。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種微小區域3d打印成形方法，以解決激光選區熔化成形過程中，由于微小區域掃描線段過短，導致熱量在打印過程中大量積聚，從而引
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種微小區域3d打印成形方法，將調整好成形角度的結構體三維數字模型導入激光選區熔化成形軟件中，按預定厚度d切片，形成多層用于激光燒結的打印層；打印層形成有上層超出下層的界外區域、位于每層中間作為主體結構的實體填充區域和位于實體填充區域另一側的上表面區域，設定實體填充區域的掃描策略：
3、將實體填充區域劃分為a區域和b區域，a區域面積大于b區域面積，b區域包含位于尖銳頂端的c區域，定義c區域的夾角為θ，θ＜45°；定義b區域的長度為l1，1mm＜l1＜10mm；對b區域的劃分，可以有效識別出中間實體填充區域的微小區域，避免該區域出現密集且短促的填充線。同時，通過定義l1的數值，減小微小區域面積，縮短激光束在b區域的成形時間，提高成形效率。這樣可以確保微小區域的成形質量，同時不降低打印效率。
4、在a區域內劃分多個子區域，通過減少內部填充線的長度，從而降低激光燒結時的熱積累，減小成形過程中的應力。
5、分別在子區域和b區域內設定填充線，相鄰子區域以及與b區域相鄰的子區域的填充線存在夾角，且填充線存在重疊區域，重疊區域有效避免了填充線在掃描時的收縮，防止了掃描線不連續，進而減少了孔洞和裂紋等成形缺陷。
6、定義b區域中的填充線與水平邊的夾角為λ，0°＜λ＜30°或150°＜λ＜180°；通過定義夾角λ，有效避免了b區域內形成短掃描線的現象，特別是在b區域尖端部位。
7、上下相鄰打印層的子區域存在偏轉角度，偏轉角度的范圍為5°～60°；
8、上下相鄰切片層的子區域在x軸和y軸方向上還存在1mm～10mm的偏移距離。避免填充線完全重疊，從而減少打印過程中氣孔、夾雜和微裂紋等成形缺陷的產生。
9、通過對微小區域中間實體填充區域的再次劃分，成功解決了傳統填充策略中尖端區域填充線短而密集的問題。大部分區域被劃分為a區域，而b區域占據較小面積。a區域的進一步細分將填充線分割為多個獨立的子區域，減少了激光束在每個分區域內的掃描長度，從而減小打印過程中產生的應力，降低了變形與裂紋的風險。雖然這些分區域的掃描方向各不相同，但由于部分區域存在重疊，避免了因應力引發的孤立成形問題，實現了不同區域之間的有效結合。此外，a區域的填充線在相鄰層之間不重疊，而是交錯排列，使得上層的填充缺陷可以在后續層的打印過程中得到修復。對于b區域的設計，填充線與水平線之間的夾角設定有效消除了短小密集填充線的現象。針對尖端區域，設計了單條或多條較長的填充線，避免了因激光束覆蓋不足而造成的特征缺失。激光延時參數的設定確保了偶爾出現的短填充線有足夠的時間進行熱量散失，減少了熱量的積聚。通過對中間實體填充區域的分區處理，可以分別調節a區和b區的激光燒結參數，從而確保a區域的快速高效成形，同時由于b區域面積較小，即使設置了激光延時，也不會明顯影響整體成形效率。這種方法避免了在整個實體填充區域調整激光延時或燒結參數時帶來的效率大幅降低，成功實現了成形效率與微小區域成形質量的平衡。
10、優選的，預定厚度d范圍為0.01～0.2mm。
11、優選的，所述子區域的形狀為正六邊形；定義正六邊形的邊長l2，5mm＜l2＜50mm。
12、進一步地，若θ＜2°，則c區域取消短填充線，填充長填充線，長填充線與b區域內其他填充線不平行，用于有效降低熱量的積累。
13、進一步地，在b區域中，若相鄰兩條以上填充線長度小于2mm，則啟用激光器延時策略：
14、激光束完成一條短填充線的掃描后，振鏡偏轉至下一條填充線時，激光器延時k毫秒，延時結束后，激光器再沿該填充線進行掃描；該延時過程持續進行，直至完成b區域的全部掃描，以優化激光掃描穩定性，防止過熱和成形缺陷。減少熱量積累，降低翹起和冶金不良等現象的發生。
15、進一步地，定義子區域內的填充線間距為t1，0.01＜t1＜0.3mm；定義b區域內的填充線間距為t2，0.01＜t2＜0.3mm。
16、進一步地，在界外區域還添加有支撐。避免因參數設置不當導致熱量富集，通過設置支撐可以有效傳遞熱量至成形基板，并通過基板將其散失，從而避免熱累積。
17、優選的，重疊區域的寬度范圍為0.01mm～0.2mm
18、本專利技術提供的一種微小區域3d打印成形方法具有以下優點：
19、本專利技術通過對微小區域中間實體填充區域的二次劃分，解決了激光選區熔化成形過程中微小區域掃描線段短、熱量富集導致的產品翹起和性能下降的問題。通過將實體填充區域劃分為a區域和b區域，并進一步細分a區域，優化了掃描線的長度與方向，減少了激光燒結過程中的熱積累，降低了成形過程中的應力和變形風險。針對b區域的特殊設計，通過定義填充線與水平線的夾角，有效避免了密集且短小的填充線現象，特別是在尖端部位，通過長填充線設計防止了特征缺失。同時，激光延時參數的設定為短填充線提供了充分的熱量散失時間，減少了熱量的富集。上下相鄰打印層之間的填充線存在偏移與角度錯位，進一步減少了孔洞、夾雜和微裂紋等成形缺陷的產生。該方法確保了a區域快速高效的燒結，而b區域因面積較小，延時設定不會顯著影響成形效率，兼顧了成形效率與微小區域成形質量。
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1.一種微小區域3D打印成形方法，將調整好成形角度的結構體三維數字模型導入激光選區熔化成形軟件進行切片，生成包含界外區域、實體填充區域和上表面區域的打印層，其特征在于，設定實體填充區域的掃描策略：
2.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，切片的厚度d范圍為0.01～0.2mm。
3.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，所述子區域的形狀為正六邊形；定義正六邊形的邊長L2，5mm＜L2＜50mm。
4.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，若θ＜2°，則C區域填充長填充線，長填充線與B區域內其他填充線相交。
5.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，在B區域中，若相鄰兩條以上填充線長度小于2mm，則啟用激光器延時策略：
6.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，定義子區域內的填充線間距為t1，0.01＜t1＜0.3mm；定義B區域內的填充線間距為t2，0.01＜t2＜0.3mm。
7.根據權利要求1所述的微小區
8.根據權利要求1所述的微小區域3D打印成形方法，其特征在于，重疊區域的寬度范圍為0.01mm～0.2mm。
...【技術特征摘要】
1.一種微小區域3d打印成形方法，將調整好成形角度的結構體三維數字模型導入激光選區熔化成形軟件進行切片，生成包含界外區域、實體填充區域和上表面區域的打印層，其特征在于，設定實體填充區域的掃描策略：
2.根據權利要求1所述的微小區域3d打印成形方法，其特征在于，切片的厚度d范圍為0.01～0.2mm。
3.根據權利要求1所述的微小區域3d打印成形方法，其特征在于，所述子區域的形狀為正六邊形；定義正六邊形的邊長l2，5mm＜l2＜50mm。
4.根據權利要求1所述的微小區域3d打印成形方法，其特征在于，若θ＜2°，則c區域填充長填充線，長填充線與b...
【專利技術屬性】
技術研發人員：韓向陽，劉普祥，
申請(專利權)人：深圳市華陽新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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