【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，具体为一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法。
技术介绍
1、激光粉末床熔融技术是增材制造领域的一种主流方法。该技术的工作流程首先涉及三维建模，随后模型被切片以获取层数据，再根据切片层的几何形状生成激光填充轨迹，最后将切片及轨迹文件编码为设备可识别的格式进行打印。在生产制造过程中，所采用的激光扫描策略对成形零件的力学性能产生显著影响。这主要归因于激光扫描过程中形成的熔池具有高凝固速率，这导致了大量热应力的累积，这些热应力会随着扫描层数的增加而增多。如果激光扫描策略不适宜，面对特定的材料或精度要求可能导致打印失败。
2、常用的激光扫描策略包括单轨扫描、zigzag扫描、棋盘格扫描等，前两者可以总结为使用一系列平行的扫描路径填充待打印区域，尽管这种扫描策略实行难度较低，但随着激光扫描线的矢量长度增加，其熔池凝固后产生的热应力也更大，易产生打印缺陷并降低成形精度；棋盘格扫描则是另一种常用扫描策略，其通过划分子区域来缩短激光矢量长度，从而减小熔池凝固后的残余应力。然而棋盘格扫描在子分区边界处往往出现成形质量下降的缘故，一方面这是由于单个格子内熔池在边界处转向或停止，边界附近的熔池所受到的激光能量密度于中间区域的熔池有一定差异，且如果熔池在边界处停止，熔池前端会在边界位置堆积并凝固，最终造成边界处微观组织与中间部分微观组织出现差异；另一方面，现有算法在棋盘格划分过程中，棋盘格区域在层与层间的空间位置上存在重叠，这无疑加重了已有凝固层在边界位置组织不均匀的问题，因此亟需一种应用于增材制造的随机多边形分
技术实现思路
1、本专利技术本专利技术的目的是提供一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，能有效解决上述现有技术中存在的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用了以下技术方案：一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，通过对各切片层的分区，并重复切片层分区步骤，获取应用于模型的分区激光扫描轨迹，切片层分区包括如下步骤：
3、获取切片层几何轮廓的包络边界，并向外偏移生成网格覆盖区域；
4、基于几何轮廓与网格覆盖区域内各网格区域的位置关系，赋予对应网格区域标记，标记包括外离、相交和内含；
5、在所有外离和内含的网格区域内生成种子点坐标；
6、在相交的网格区域中，基于其相邻的网格区域的种子点坐标获取对应的影响权重；以及
7、基于各影响权重，并构建误差函数，获取相交的网格区域的种子点坐标；
8、基于所有种子点坐标构建泰森多边形，并使用切片层几何轮廓保留其内部的泰森多边形；
9、将保留的泰森多边形向内偏置后获得应用切片层几何轮廓范围内所有分区。
10、优选的，所述偏移距离为d，d＝2a，a为网格单元尺寸。
11、优选的，各网格区域标记约束为：当网格区域gij为内含时，标记mij＝1，当网格区域gij为相交时，且交集面积大于设计阈值arealimit，标记mij＝0；当网格区域gij为外离或交集面积小于等于设计阈值arealimit时，标记mij＝-1。
12、优选的，外离和内含的网格区域内生成种子点坐标为：
13、pm＝1,-1(x,y)＝(xmin+rand·(xmax-xmin),ymin+rand·(ymax-ymin))；
14、其中，xmin、xmax、ymin、ymax分别代表网格区域gij的边界范围。
15、优选的，每个网格区域均随机生成一个种子点坐标。
16、优选的，影响权重获取具体为：
17、计算相交的网格区域与几何轮廓交集面积的质心坐标[cx,cy]：
18、
19、其中，(xi,yi)为交集区域的顶点坐标，a为交集区域面积；
20、计算该网格区域周围所有相邻网格区域内的种子坐标与该质心坐标的欧式几何距离；
21、基于欧式几何距离计算对应的影响权重：
22、
23、其中，lij为欧式几何距离，σ表示影响参数值，wij′为归一化权重系数。
24、优选的，在相交的网格区域相邻，且当前无种子坐标的网格区域内随机生成一个点坐标作为临时种子点坐标进行计算，并在计算结束后该临时种子点坐标进行重置。
25、优选的，构建误差函数，并求解最小误差函数，误差函数为：
26、
27、其中，d(xc,yc,c)表示中心网格种子点与所在范围内几何轮廓c的最近距离，λ代表网格点与轮廓距离的平衡参数。
28、优选的，计算保留的泰森多边形的面积，并与与阈值sarea比较，若小于与阈值sarea，则将该泰森多边形区域与周围相邻区域合并，或提取对应泰森多边形多边形的种子点，重置并生成新的网格种子点。
29、优选的，向内偏置hatchspace/2，hatchspace为激光扫描工艺中的扫描间距。
30、有益效果：本专利技术记载了一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，实现了基于voronoi多边形的随机分区扫描策略，不仅通过分区方式优化了激光路径以减少残余应力，还通过随机分区方式，确保了零件在成形过程中不同切片层各位置微观组织成形的一致性，减小了零件成形过程中因热裂纹和残余应力导致的失败风险，避免了传统分区方法在分区边界位置出现层与层之间的空间重叠问题，在激光成形过程中提升了零件微观组织分布的均匀性。
31、另外，本专利技术还通过预定义网格尺寸进行泰森多边形的尺寸控制，同时通过判断切片多边形和网格位置关系，优化初始泰森多边形种子点的生成位置；进一步的，结合对裁剪后的泰森多边形面积进行判断并迭代生成边缘位置种子点坐标，降低裁切后边缘部分出现小面积泰森多边形，即低质量随机分区的情况。
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1.一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，通过对各切片层的分区，并重复切片层分区步骤，获取应用于模型的分区激光扫描轨迹，其特征在于：切片层分区包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：所述偏移距离为d，d＝2a，a为网格单元尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：各网格区域标记约束为：当网格区域gij为内含时，标记mij＝1，当网格区域gij为相交时，且交集面积大于设计阈值Arealimit，标记mij＝0；当网格区域gij为外离或交集面积小于设计阈值Arealimit，标记mij＝-1。
4.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：外离和内含的网格区域内生成种子点坐标为：
5.根据权利要求4所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：每个网格区域均随机生成一个种子点坐标。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在
7.根据权利要求6所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：在相交的网格区域相邻，且当前无种子坐标的网格区域内随机生成一个点坐标作为临时种子点坐标进行计算，并在计算结束后该临时种子点坐标进行重置。
8.根据权利要求6所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：构建误差函数，并求解最小误差函数，误差函数为：
9.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：计算保留的泰森多边形的面积，并与阈值Sarea比较，若小于阈值Sarea，则将该泰森多边形区域与周围相邻区域合并，或提取对应泰森多边形多边形的种子点，重置并生成新的网格种子点。
10.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：向内偏置hatchspace/2，hatchspace为激光扫描工艺中的扫描间距。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，通过对各切片层的分区，并重复切片层分区步骤，获取应用于模型的分区激光扫描轨迹，其特征在于：切片层分区包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：所述偏移距离为d，d＝2a，a为网格单元尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：各网格区域标记约束为：当网格区域gij为内含时，标记mij＝1，当网格区域gij为相交时，且交集面积大于设计阈值arealimit，标记mij＝0；当网格区域gij为外离或交集面积小于设计阈值arealimit，标记mij＝-1。
4.根据权利要求1所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：外离和内含的网格区域内生成种子点坐标为：
5.根据权利要求4所述的一种应用于增材制造的随机多边形分区成形方法，其特征在于：每个网格区域均随机生成一个种子点坐标。
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁力平，张鹏飞，任立强，巩学达，王泽明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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