一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，包括：从所有零件层切文件中读取各零件最小包围盒X轴与Y轴数据；同时平移零件层切数据与支撑层切数据，使得邻近两零件最小包围盒在刮板运动方向上或水平垂直于刮板运动方向上的间隙为预设值L；生成多零件整体最小包围盒，若多零件整体最小包围盒X轴长度小于加工箱体的X轴长度，且多零件整体最小包围盒Y轴长度小于加工箱体的Y轴长度，则转下一步，否则结束；生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置；根据所述高速运动区间以及低速运动区间的起始位置与终点位置控制刮板运动。

A multi part layout optimization processing method and system for laser material addition manufacturing

The invention discloses a multi-part layout optimization processing method for laser augmented material manufacturing, which comprises: reading the data of X-axis and Y-axis of the minimum bounding box of each part from all parts lamination files; translating the lamination data and the support lamination data at the same time, so that the minimum bounding box of the adjacent two parts is in the direction or level of the scraper movement; The clearance perpendicular to the motion direction of the scraper is the preset value L; the minimum bounding box of the whole multi-part is generated; if the X-axis length of the minimum bounding box of the whole multi-part is less than the X-axis length of the machining box, and the Y-axis length of the minimum bounding box of the whole multi-part is less than the Y-axis length of the machining box, the next step is turned, otherwise the height of the scraper is finished. The starting position and the ending position of the low-speed motion section of the scraper are generated, and the movement of the scraper is controlled according to the starting position and the ending position of the high-speed motion section and the low-speed motion section.

【技术实现步骤摘要】
一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法与系统
本专利技术属于3D打印
，更具体地，涉及一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法与系统。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing，AM)，又称3D打印技术，它是一种以数字零件文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。为了充分利用成型箱体，往往会将多个较小的零件放进一个成型箱体内加工。激光增材制造中刮板运动耗时远高于激光扫描速度，刮板运动距离和速度是决定激光增材制造耗时的重要因素，所以节省刮板运动距离和提高刮板运动速度可以显著降低激光增材制造中的总耗时。在多零件激光增材制造中，既要避免零件与零件之间在空间中碰撞，也要避免多零件在成型箱体内布局较为分散。较为分散的多零件在成型箱体内的布局可能造成光固化3D打印机每次激光层面扫描完成后刮板的运动距离较长，或者粉末烧结3D打印机可提高刮板运动速度的非加工区域行程缩短。中国专利申请号CN201510937549.8提出了一种三维零件的碰撞检测方法及系统。该方法及系统只是通过零件文件在水平面上投影形状判断零件与零件之间的碰撞，并未对零件在加工箱体内的间距进行检测，也没有对零件在加工箱体内的布局进行调整。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法与系统，其目的在于对零件的间距进行布局优化，并且尽量减少刮板运动时间，由此解决现有技术中无法快速进行碰撞检测提高加工效率的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，包括：S100、从所有零件层切文件中读取各零件最小包围盒X轴与Y轴数据；S200、同时平移零件层切数据与支撑层切数据，使得邻近两零件最小包围盒在刮板运动方向上或水平垂直于刮板运动方向上的间隙为预设值L，移动所述多零件整体最小包围盒使其中心位置与加工箱体的中心位置基本重合；S300、生成多零件整体最小包围盒，若多零件整体最小包围盒X轴长度小于加工箱体的X轴长度，且多零件整体最小包围盒Y轴长度小于加工箱体的Y轴长度，则转下一步，否则结束；S400、生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置；S500、根据所述高速运动区间以及低速运动区间的起始位置与终点位置控制刮板运动。本专利技术的一个实施中，所述步骤S200中同时平移零件的零件层切数据与支撑层切数据，具体为：计算各零件最小包围盒在刮板运动方向的间隙总长度，计算各零件最小包围盒在刮板运动方向重叠总深度；若间隙总长度不小于重叠总深度与(N-1)*L之和，则在刮板运动方向上平移各零件，使得邻近两零件在垂直于刮板运动方向上的间隙为L，其中N为刮板运动方向上的零件总个数；否则结束。本专利技术的一个实施中，所述L为激光增材制造加工材料热效应最小间距。本专利技术的一个实施中，所述L的取值范围在8～12mm。本专利技术的一个实施中，所述步骤S400中生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置，具体为：输出刮板运动方向上多零件整体最小包围盒边缘位置，刮板运动方向上多零件整体最小包围盒边缘之内为刮板低速运动区间，刮板运动方向上成型箱体之外为刮板高速运动区间。本专利技术的一个实施中，所述输出刮板运动方向上多零件整体最小包围盒边缘位置之前还包括：若多零件整体最小包围盒X轴和Y轴中，刮板运动方向长度大于垂直于刮板运动方向长度，且成型箱体X轴和Y轴中垂直于刮板运动方向长度大于多零件整体最小包围盒刮板运动方向长度，则以最小包围盒中心为原点旋转所有零件，并平移使得多零件整体最小包围盒不超出加工箱体。本专利技术的一个实施中，所述以最小包围盒中心为原点旋转所有零件具体为：将加工区X-Y二维坐标系正向或反向旋转90度。本专利技术的一个实施中，所述步骤S500具体为：在所述高速运动区间，所述刮板以第一速度运动；在所述低速运动区间内，所述刮板以第二速度运动；其中所述第一速度大于所述第二速度；在所述刮板运动方向上，从所述低速运动区间到所述高速运动区间，所述刮板由所述第二速度加速到所述第一速度。本专利技术的一个实施中，所述刮板由所述第二速度均匀加速到所述第一速度。按照本专利技术的另一方面，还提供了一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工系统，包括数据读取模块、布局优化模块、包围盒生成模块、运动区间生成模块以及运动控制模块，其中：所述数据读取模块，用于从所有零件层切文件中读取各零件最小包围盒X轴与Y轴数据；所述布局优化模块，用于同时平移零件层切数据与支撑层切数据，使得邻近两零件最小包围盒在刮板运动方向上或水平垂直于刮板运动方向上的间隙为预设值L，移动所述多零件整体最小包围盒使其中心位置与加工箱体的中心位置基本重合；所述包围盒生成模块，用于生成多零件整体最小包围盒，若多零件整体最小包围盒X轴长度小于加工箱体的X轴长度，且多零件整体最小包围盒Y轴长度小于加工箱体的Y轴长度，则转运动区间生成模块，否则结束；所述运动区间生成模块，用于生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置；所述运动控制模块，用于根据所述高速运动区间以及低速运动区间的起始位置与终点位置控制刮板运动。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本专利技术基于零件最小包围盒的边缘直接控制零件间的间距，不做碰撞检测，计算负载小；(2)本专利技术利用不仅消除了零件间的碰撞(重叠)，也对缩小了刮板运动方向较远零件间的间隔。控制了多零件整体最小包围盒在刮板运动方向的长度，可以尽可能加大刮板在加工区域外的运动长度；(3)本专利技术还对多零件整体最小包围盒的长宽边方向进行了检测和方向调整，进一步加大刮板在加工区域外的运动长度，节约刮板运动时间，提高了加工效率。附图说明图1是本专利技术实施例中一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例中一种零件优化布局前的位置关系示意图；图3是本专利技术实施例中一种零件优化布局后的位置关系示意图；图4是本专利技术实施例中一种多零件整体最小包围盒、加工箱体及刮板运动区域划分的示意图；图5是图4中多零件整体最小包围盒旋转后的示意图；图6是本专利技术实施例中一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工系统的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。通用层切接口CLI(CommonLayerInterface)格式是欧洲共同体BRITE-EURAM快速原型技术项目提出并完善的一种层片文件接口，它是在LEAF基础上结合了许多RP工艺的具体要求而实现的。CLI格式较好地处理了每层中分层轮廓的内外环和相应的填充线表达，具有较广泛的适应性。激光增材制造中加工箱体的基板为水平面，Z轴指垂直于加工箱体中基板的方向，X轴、Y轴与Z轴在三维空间中互相垂直。包围盒是一个简单的几何空间，里面包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，包括：S100、从所有零件层切文件中读取各零件最小包围盒X轴与Y轴数据；S200、同时平移零件层切数据与支撑层切数据，使得邻近两零件最小包围盒在刮板运动方向上和水平垂直于刮板运动方向上的间隙为预设值L，移动所述多零件整体最小包围盒使其中心位置与加工箱体的中心位置基本重合；S300、生成多零件整体最小包围盒，若多零件整体最小包围盒X轴长度小于加工箱体的X轴长度，且多零件整体最小包围盒Y轴长度小于加工箱体的Y轴长度，则转下一步，否则结束；S400、生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置；S500、根据所述高速运动区间以及低速运动区间的起始位置与终点位置控制刮板运动。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，包括：S100、从所有零件层切文件中读取各零件最小包围盒X轴与Y轴数据；S200、同时平移零件层切数据与支撑层切数据，使得邻近两零件最小包围盒在刮板运动方向上和水平垂直于刮板运动方向上的间隙为预设值L，移动所述多零件整体最小包围盒使其中心位置与加工箱体的中心位置基本重合；S300、生成多零件整体最小包围盒，若多零件整体最小包围盒X轴长度小于加工箱体的X轴长度，且多零件整体最小包围盒Y轴长度小于加工箱体的Y轴长度，则转下一步，否则结束；S400、生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置；S500、根据所述高速运动区间以及低速运动区间的起始位置与终点位置控制刮板运动。2.如权利要求1所述的用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，所述步骤S200中同时平移零件的零件层切数据与支撑层切数据，具体为：计算各零件最小包围盒在刮板运动方向的间隙总长度，计算各零件最小包围盒在刮板运动方向重叠总深度；若间隙总长度不小于重叠总深度与(N-1)*L之和，则在刮板运动方向上平移各零件，使得邻近两零件在垂直于刮板运动方向上的间隙为L，其中N为刮板运动方向上的零件总个数；否则结束。3.如权利要求1或2所述的用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，所述L为激光增材制造加工材料热效应最小间距。4.如权利要求3所述的用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，所述L的取值范围在8～12mm。5.如权利要求1或2所述的用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，所述步骤S400中生成刮板的高速运动区间的起始位置与终点位置，生成刮板的低速运动区间的起始位置与终点位置，具体为：输出刮板运动方向上多零件整体最小包围盒边缘位置，刮板运动方向上多零件整体最小包围盒边缘之内为刮板低速运动区间，刮板运动方向上成型箱体之外为刮板高速运动区间。6.如权利要求5所述的用于激光增材制造的多零件布局优化加工方法，其特征在于，所述输出刮板...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈立新，葛金，梅建华，于妍，姜作霖，
申请(专利权)人：武汉滨湖机电技术产业有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42