本發明專利技術涉及金屬激光3D打印制造技術領域，尤其涉及一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法，包括：通過應力仿真軟件對打印制件成品分析，獲得待打印區域的應力分布圖；在同一個打印坐標系構建蜂窩單元大小相同的蜂窩分區覆蓋待打印區域；基于待打印區域的應力分布圖對打印區域的蜂窩單元大小相同的蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整；基于所述自適應蜂窩分區作為打印軌跡獲得打印制件。本發明專利技術通過對蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整，實現了大應力區域應力降低，使得制件各區域應力較為平均；同時減少了低應力區域蜂窩分區數量，克服了傳統棋盤掃描或蜂窩掃描存在的打印速度慢的缺陷。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及金屬激光3d打印制造，尤其涉及一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法。
技術介紹
1、金屬激光3d打印采用逐層添加金屬粉末方式，對于待打印的每一層，將金屬粉末均勻鋪在打印平臺上，激光按照預設路徑逐點熔化粉末，使相鄰路徑的粉末融化燒結成形，在完成單層后，繼續打印下一層直到完成整個金屬件的打印。
2、現有技術的一個方面，激光掃描路徑使用條帶掃描方式，在每層上以平行條帶的方式逐行打印，其連續掃描的分區較大，影響到應力的分布，冷卻后累積的殘余應力較大，如圖1a-圖1b所示。現有技術的另一個方面，激光掃描路徑可以使用棋盤掃描或蜂窩分區掃描方式，將打印區域劃分為類似于棋盤或蜂窩布局的若干小塊，并交替打印相鄰小塊，棋盤掃描如圖2a-圖2b所示；但棋盤掃描或蜂窩布局掃描由于增加了跳轉路徑，導致激光的掃描速度減慢，打印時長增加；除此之外，現有技術使用棋盤掃描或蜂窩分區掃描方式，其掃描基本單元/分區單元往往是固定的，現有技術蜂窩分區掃描方式打印制件如圖3所示，各區域之間應力差別較大。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術旨在提供一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法，用以解決現有技術問題中殘余應力大、打印速度慢、打印區域應力不均勻等問題中的至少一個。
2、本專利技術的目的主要是通過以下技術方案實現的：
3、本專利技術提供了一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法，包括：
4、通過應力仿真軟件對打印制件成品分析，獲得待打印區域的應力分布圖；</p>5、在同一個打印坐標系構建蜂窩單元大小相同的蜂窩分區覆蓋待打印區域；
6、基于待打印區域的應力分布圖對打印區域的蜂窩單元大小相同的蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區；
7、基于所述自適應蜂窩分區作為打印軌跡獲得打印制件。
8、優選地，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：依據待打印區域的應力分布圖，調整蜂窩分區的頂點位置，使得任意兩個蜂窩分區內的頂點構成的彈簧系統的彈性勢能基本相同。
9、優選地，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：
10、s301：將蜂窩分區的頂點中相鄰頂點兩兩一組構建雙質點彈簧系統，計算彈簧系統的彈性勢能；
11、s302：計算蜂窩分區的頂點受到自身相鄰三頂點的合力，獲得所有蜂窩分區的頂點受到的合力
12、s303：將所有蜂窩分區的頂點在其自身受到的合力方向上位移
13、
14、s304：對的數值判斷：
15、當所有蜂窩分區的頂點的位移的數值＜e，則蜂窩分區完成自適應變化，蜂窩分區頂點連線能夠作為打印軌跡；
16、當所有蜂窩分區的頂點的位移的數值≥e，則蜂窩分區未完成自適應變化，重復s301-s303直至的數值＜e。
17、優選地，s301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
18、由應力分布圖獲得所有彈簧系統的能量密度u在蜂窩分區邊長各位置分布圖；
19、對所有彈簧系統的能量密度u在蜂窩分區邊長各位置積分獲得各彈簧系統的彈性勢能。
20、優選地，s301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
21、s3011：將應力分布圖轉化為彈簧系統兩端點間距為變量、應力為因變量的二維平面坐標系；
22、s3012：將彈簧系統兩端點間距的線段細分為多個小段，每小段的距離為δ；
23、s3013：根據每小段的中心點，在應力分布圖上找到該點的應力，作為該小段的平均應力σ；
24、s3014：根據能量密度的計算公式，基于平均應力σ計算獲得該小段的能量密度u的平均值；
25、s3015：使用該小段能量密度u的平均值乘以該小段的長度δ，獲得該小段的應變能量e1；
26、s3016：基于上述步驟獲得所有小段的應變能量，將所有小段的應變能量求和獲得彈簧系統的彈性勢能。
27、優選地，s3014中能量密度的計算公式，滿足：
28、其中，e為材料的楊氏模量。
29、優選地，s3012中可以是彈簧系統兩端點間距的0.0005～0.002。
30、優選地，s303包括：基于蜂窩分區的頂點坐標，將所有蜂窩分區的頂點從待打印區域的一側向另一側順次進行處理。
31、優選地，基于蜂窩分區的頂點坐標包括：將所有蜂窩分區的頂點坐標，橫坐標和縱坐標進行對比篩選，并進一步依據排序結果確定所有蜂窩分區的頂點坐標處理先后順序。
32、優選地，所述打印制件成品由以下方法打印制備，包括：掃描軌跡采用蜂窩單元尺寸固定的蜂窩分區。
33、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
34、(1)本專利技術通過對蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整，一方面，針對應力分布圖中應力較大區域，實現了大應力區域應力降低，避免了現有技術中冷累積的殘余應力較大，容易造成局部開裂的問題；另一方面，除了降低大應力區域應力外，針對應力較小區域，適當增大其中原有蜂窩分區尺寸，減少蜂窩分區數量，使得制件各區域應力較為平均；除此之外，針對應力較小區域，并未增多蜂窩分區數量，因而并未增加跳轉路徑，保證了較快的激光掃描速度及打印速度，克服了傳統棋盤掃描或蜂窩掃描存在的打印速度慢的缺陷；相對傳統的棋盤掃描或蜂窩單元尺寸固定的蜂窩分區掃描，本專利技術在降低殘余應力差異的同時，提高了打印效率。
35、(2)本專利技術通過將蜂窩分區的頂點中相鄰頂點兩兩一組構建雙質點彈簧系統，計算所有彈簧系統的彈性勢能和所有蜂窩分區的頂點受到的合力，并在合力方向上位移核心的蜂窩分區的頂點，并計算每次位移后所有彈簧系統的彈性勢能，實現了蜂窩分區的頂點的自適應調整并獲得應力和應力能量(彈性勢能)最低的蜂窩分區方案，較現有技術蜂窩單元尺寸不變的分區方案克服了部分區域殘余應力較大，容易造成局部開裂的缺陷，也使得制件各區域應力較為平均。
36、(3)本專利技術通過構建以蜂窩分區的頂點為質心的彈性勢能模型，將打印區域蜂窩分區的應力能量轉化為蜂窩分區頂點所在彈簧系統的彈性勢能進行分析和降維處理，極大地簡化了計算過程，提高了運算速率。
37、本專利技術中，上述各技術方案之間還可以相互組合，以實現更多的優選組合方案。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過說明書實施例以及附圖中所特別指出的內容中來實現和獲得。
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【技術保護點】
1.一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，基于待打印區域的應力分布圖對打印區域的蜂窩單元大小相同的蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：依據待打印區域的應力分布圖，調整蜂窩分區的頂點位置，使得任意兩個蜂窩分區內的頂點構成的彈簧系統的彈性勢能基本相同。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，S301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，S301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，S3014中能量密度的計算公式，滿足：
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，S3012中可以是彈簧系統兩端點間距的0.0005～0.002。
8.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，S303包括：基于蜂窩分區的頂點坐標，將所有蜂窩分區的頂點從待打印區域的一側向另一側順次進行處理。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，基于蜂窩分區的頂點坐標包括：將所有蜂窩分區的頂點坐標，橫坐標和縱坐標進行對比篩選，并進一步依據排序結果確定所有蜂窩分區的頂點坐標處理先后順序。
10.根據權利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于，所述打印制件成品由以下方法打印制備，包括：掃描軌跡采用蜂窩單元尺寸固定的蜂窩分區。
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【技術特征摘要】
1.一種基于自適應蜂窩分區的快速打印方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，基于待打印區域的應力分布圖對打印區域的蜂窩單元大小相同的蜂窩分區進行蜂窩單元大小的自適應調整，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：依據待打印區域的應力分布圖，調整蜂窩分區的頂點位置，使得任意兩個蜂窩分區內的頂點構成的彈簧系統的彈性勢能基本相同。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲得應力分布更均衡的自適應蜂窩分區包括：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，s301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，s301中計算彈簧系統的彈性勢能包括：
6.根據權利要求5所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋國華，錢遠宏，樊喜剛，崔峰，侯永鋒，劉昌陽，孫濤，
申請(專利權)人：北京星航機電裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：
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