【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造领域，涉及一种增材制造过程中的送粉路径规划方法，尤其涉及一种用于基于粉末床的多材料增材制造过程中的送粉路径规划方法，可以充分覆盖第二种材料模型的切片区域，确保全覆盖，同时尽量减少第二种材料与基体材料的混合污染，并提高送粉效率，节约时间。
技术介绍
1、增材制造(additive manufacturing，am)是一种利用数字模型和逐层叠加的方式来制造复杂形状的零件或产品的技术。增材制造技术具有高效、节能、环保、灵活等优点，已经在航空航天、汽车、医疗、能源等领域得到了广泛的应用。然而，目前的增材制造技术主要是单材料制造，无法满足特定场合下具有复合功能的结构件制造需求，例如，在航空航天领域，需要制造具有高强度、高导热性、耐腐蚀性等多种性能的复合材料结构件。随着增材制造技术的不断发展与创新，多金属增材制造(multi-material additive manufacturing,mmam)作为这一领域的新兴方向，逐渐展现出巨大的应用潜力。mmam是指在同一增材制造过程中使用两种或多种不同的金属材料来制造具有复合功能或梯度性能的结构件，可以实现不同材料的精准控制与组合，为复合功能结构件的制造提供了新的可能。例如通过mmam技术，美国nasa利用grcop–84铜合金和铬镍铁合金制造了双金属火箭发动机推力室，同时具有铜合金的高热导性与铬镍铁合金的高强度。
2、现有多金属增材制造技术可以分为两类：一类是基于粉末床的多金属增材制造技术(powder bed multi-metal additive man
3、然而，基于粉末床的多金属增材制造技术面临着许多挑战和问题，其中之一就是如何有效地规划送粉装置的送粉路径，路径规划是送粉工艺的关键环节，直接影响第二种材料的覆盖率和烧结质量。送粉路径规划的目的是为了在第二粉末的铺粉过程中，既要保证在随后的刮粉过程中完全覆盖第二种材料的切片区域，以确保多材料结构的完整性和功能性，同时要保证第二种材料不能污染第一种粉末，以保证不同材料的纯度和性能。然而由于现有送粉装置主要使用螺杆挤粉(screw extrusion)的方式来输送粉末，现行的适用于单材料制造的送粉路径规划，并不适用于多金属粉末床增材制造。
4、综上所述，开发专用于基于粉末床的多金属增材制造技术的送粉路径规划算法，从而保证可以充分覆盖第二种材料模型的切片区域，确保全覆盖，同时尽量减少第二种材料与基体材料的混合污染，并提高送粉效率，节约时间是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、(一)专利技术目的
2、针对现有送粉装置主要使用螺杆挤粉，导致现行的路径规划技术并不适用于多金属粉末床增材制造技术的技术问题，本专利技术旨在提供一种用于基于粉末床的多材料增材制造过程中的送粉路径规划方法，该送粉路径规划方法可以充分覆盖第二种材料模型的切片区域，确保全覆盖，同时尽量减少第二种材料与基体材料的混合污染，并提高送粉效率，节约时间。
3、(二)技术方案
4、为实现该专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，所述送粉路径规划方法在实施时至少包括如下步骤：
6、ss1.基于目标结构件的三维模型数据，采用切片技术并基于预设的切片厚度h在预设的切片高度z处对所述目标结构件进行切片处理，生成反映所述目标结构件在高度z处横截面结构信息的二维切片轮廓，并基于所述二维切片轮廓识别和分离出所述目标结构件中第二种结构的二维切片轮廓c(z)，从而为后续的送粉路径规划提供基础几何信息，其中，所述目标结构件为至少由两种不同金属材料组成的多金属结构件，所述第二种结构为所述目标结构件中除去基体结构之外的区域并由基体材料之外的金属材料形成的结构；
7、ss2.将所述第二种结构的二维切片轮廓c(z)进行前处理，应用几何分析算法对二维切片轮廓c(z)中宽度小于临界值宽度w的区域进行识别和提取，在所提取出的区域中，根据区域的几何形状和尺寸，生成并填充单道路线l(z)，从而为后续的送粉操作提供准确的路径指导，其中，所述临界值宽度w为送粉装置移动单道后的撒粉宽度，所述单道路线l(z)为所提取区域中心点的集合，其长度等于该区域的最大长度并平行于刮刀铺粉方向的最大距离，以确保在送粉过程中能够实现均匀的粉末覆盖；
8、ss3.应用几何分析算法将所述第二种结构的二维切片轮廓c(z)减去单道路线l(z)后得到剩余未填充区域r(z)，并对该剩余未填充区域r(z)进行路径填充，填充过程中使用预设的z字形填充策略，填充矢量方向垂直于刮刀铺粉方向，以确保在送粉过程中能实现均匀和有效的粉末覆盖，填充矢量宽度等于撒粉单道铺粉后的所述临界值宽度w以保持填充的均匀性和效率，通过z字形填充得到一组填充矢量并形成为填充矢量集合v(z)；
9、ss4.将步骤ss2计算所得到的单道路线l(z)以及步骤ss3计算所得到的填充矢量集合v(z)合并为送粉路径集合p(z)，将所述送粉路径集合p(z)进行整体偏移处理，其中，所述整体偏移的大小d等于撒粉单道被刮刀铺平后的中心偏移量，以补偿可能因刮刀铺粉过程中的物理动力学效应而产生的误差，所述整体偏移的方向为刮刀铺粉方向的反方向，以保证在随后的刮粉过程中不会出现空缺或重叠的情况，确保在实际的送粉过程中可以获得均匀和高效的粉末覆盖；
10、ss5.将切片高度z向上移动一个切片厚度h，在下一切片层上重复步骤ss2～ss4，直至切片高度z达到所述目标结构件的最大高度时，结束送粉路径规划过程。
11、优选地，上述步骤ss1中，所述切片技术采用基于三维重建技术的轮廓生成方法，基于所述目标结构件的三维模型数据，利用三维重建算法和曲面拟合技术，生成高精度和高质量的二维切片轮廓，并有效地处理复杂的轮廓形状和拓扑结构，从而为后续的送粉路径规划提供准确的基础信息。
12、优选地，上述步骤ss1中，所述切片处理还包括对所得的二维切片轮廓c(z)进行优化处理，以消除可能存在的几何缺陷和非理想的切片特征，确保二维切片轮廓c(z)的质量满足送粉路径规划的需求。
13、优选地，上述步骤ss本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，所述送粉路径规划方法在实施时至少包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS1中，所述切片技术采用基于三维重建技术的轮廓生成方法，基于所述目标结构件的三维模型数据，利用三维重建算法和曲面拟合技术，生成高精度和高质量的二维切片轮廓，并有效地处理复杂的轮廓形状和拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS1中，所述切片处理还包括对所得的二维切片轮廓C(z)进行优化处理，以消除可能存在的几何缺陷和非理想的切片特征。
4.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS2中，所述几何分析算法采用基于蚁群算法的区域识别和提取方法，基于所述二维切片轮廓C(z)中的像素点分布和相邻关系，利用蚁群算法的全局搜索能力和局部调整能力，快速识别和提取出宽度小于临界值w的区域，并生成相应的单道路线L(z)。
5.根据权利要求1所述的
6.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS2中，所述单道路线L(z)的生成和填充通过基于Bezier曲线或B-spline曲线的路径生成算法实现，以确保填充路径的平滑性和连续性，提高送粉操作的效率和精度。
7.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS3中，所述Z字形填充策略采用基于遗传算法的优化方法，根据剩余未填充区域R(z)中的几何特征和约束条件，利用遗传算法的适应性评价、选择、交叉和变异操作，寻找最优的Z字形填充方案，并生成相应的填充矢量集合V(z)。
8.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS3中，所述填充矢量的生成通过应用基于矢量场的路径生成技术实现，以确保填充路径的连续性和均匀性。
9.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS4中，所述整体偏移处理采用基于有限元分析技术的模拟方法，根据送粉路径集合P(z)中的几何参数和物理参数，利用有限元分析技术对送粉过程中的各影响因素进行模拟计算，并得到最佳的整体偏移量d，以提高送粉路径规划的精度和效率。
10.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤SS5中，在切片高度z向上移动一个切片厚度h之前，对当前层的送粉路径集合P(z)进行评价处理，应用多目标优化技术对送粉路径集合P(z)进行评价，并根据评价结果对送粉路径集合P(z)进行调整优化，以至少平衡包括送粉路径的长度、时间、能耗、质量在内的多个目标函数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，所述送粉路径规划方法在实施时至少包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤ss1中，所述切片技术采用基于三维重建技术的轮廓生成方法，基于所述目标结构件的三维模型数据，利用三维重建算法和曲面拟合技术，生成高精度和高质量的二维切片轮廓，并有效地处理复杂的轮廓形状和拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤ss1中，所述切片处理还包括对所得的二维切片轮廓c(z)进行优化处理，以消除可能存在的几何缺陷和非理想的切片特征。
4.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤ss2中，所述几何分析算法采用基于蚁群算法的区域识别和提取方法，基于所述二维切片轮廓c(z)中的像素点分布和相邻关系，利用蚁群算法的全局搜索能力和局部调整能力，快速识别和提取出宽度小于临界值w的区域，并生成相应的单道路线l(z)。
5.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤ss2中，所述前处理还包括对所生成的单道路线l(z)进行优化和校正，以消除可能存在的路径交叉和重叠。
6.根据权利要求1所述的基于粉末床多材料增材制造的送粉路径规划方法，其特征在于，上述步骤ss2中，所述单道路线l(z)的生成和填充通过基于bez...
【专利技术属性】
技术研发人员：王殿政，杜宝瑞，李恺伦，张心豪，张晓峰，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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