一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法与流程

一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法
技术领域
1.本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法。


背景技术：

2.现有3d打印成形策略中通常采用单条轮廓扫描加实体填充或多轮廓统一参数加实体填充的扫描模式，当采用该模式进行成形时，轮廓间搭接，轮廓填充区域搭接，不同填充方向与轮廓搭接区域一致性差异，轮廓，填充扫描顺序以及轮廓填充能量密度选择等问题，会导致表面质量恶化和搭接区冶金缺陷的产生，该冶金缺陷被称为“近表面疏松层”。
3.cn101678455a公开了一种使用粉状材料逐层生成三维产品的方法，其优化表面质量的手段是：在粉床预热完成后先采用低能量密度的电子束先进行轮廓扫描，以实现减少工件侧表面因热辐射造成的吸附粉、半熔粉等缺陷恶化表面质量。此外增加零件周围的预热遍数，增加粉床预烧结程度也是减小成形工件侧表面吸粉的措施之一。
4.利用此类策略可以有效的降低填充高能电子束对打印区域外的粉末粘连现象；但是由于填充能量密度相对轮廓较高，填充熔化轨迹的熔深，熔宽都远大于轮廓的熔深与熔宽，因此在填充与轮廓搭接时容易产生填充溢出轮廓范围造成表面质量恶化，或存在填充未完全搭接上轮廓造成近表面疏松层的产生。其次由于填充方向不同，在闭合轮廓范围内，不同位置填充与轮廓的搭接方式不同，进而导致表面质量的差异。此外，当同层成形过程中填充与轮廓扫描线能量密度差异过大时，对尺寸精度的控制难度越大。
5.因此开发一种新的轮廓-填充扫描策略具有较大的现实意义。


技术实现要素：

6.鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法，通过轮廓偏置，增加轮廓数量，最外层轮廓保障工件的表面质量，内部轮廓消除近表面疏松层并完成大小能量密度的平稳过渡，消除了近表面疏松层，优化了冶金质量，提升了尺寸精度，而且各轮廓参数独立，可应对不同成形条件与模型结构。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。
9.电子束增材制造技术使用计算机绘制的成型件的三维cad实体模型，利用分层软件将成型件的三维轮廓信息转化为二维轮廓信息，并生成扫描路径。电子枪发射的高能电子束根据制定的扫描路径，逐层熔化沉积通过刮粉器铺设的预合金化金属粉末薄层，层层堆积得到三维合金部件，电子束增材制造技术特别适用于难加工、高性能难熔合金的复杂形状构件的制备。电子束选区熔炼过程一般包括（1）基板预热；（2）铺粉；（3）连通性骨架区域成型；（4）轮廓与填充区域成型；（5）热量补偿；（6）成型基板降低，通过重复进行（2）-（6）
步骤实现零件的增材制造。
10.但是步骤（4）中轮廓与填充区的成型中的轮廓区与填充区存在搭接问题，这是由于在粉末床熔融工艺中成型侧表面质量由于熔体的流动和堆积所受的复杂的热力学和多物理场影响，侧表面成形质量优化工艺难度大，粗糙度极差。在实际中，通常采用轮廓-填充的扫描方式，利用轮廓的篱笆效应，防止粉末床中松散的粉末由于热效应向熔化区域流动，以达到减小侧表面粉末吸附的问题。但由于轮廓本身的小热输入，熔化轨迹通常细小，而填充熔化轨迹远大于填充，因此填充线与轮廓的搭接区域经常出现过冲和搭接不完全的现象。
11.因此本发明通过设置轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增，通过第1轮廓来保障表面质量，并通过设置内轮廓来消除轮廓与填充区搭接不足或过度搭接造成的冶金缺陷，提高了冶金质量和打印的表面质量，而且从外到内逐步递增的热输入方式也有利于工件上表面的平整化处理。
12.本发明对增材制造的外轮廓-内轮廓-填充区的扫描顺序关系没有特殊限制，可采用任意顺序进行扫描，例如顺序关系可以为外轮廓-内轮廓-填充，外轮廓-填充-内轮廓，填充-内轮廓-外轮廓，填充-外轮廓-内轮廓。
13.优选地，所述轮廓区自填充区始依次包括第n轮廓、
…
和第i轮廓，i为1≤i≤n-1的自然数，n为自然数，第1轮廓为外轮廓，第n轮廓为内轮廓。
14.优选地，n为2~5的自然数，例如可以是2、3、4或5。
15.本发明优选将轮廓的数量控制在上述范围内，既能够实现轮廓向填充区的平稳过渡，又能够避免轮廓数量过多带来的效率显著下降的问题，且轮廓数量过多容易导致熔体沿边缘会导致上移，会影响打印质量，进一步可能导致能量输入和能量输出不对应出现较大的热损失。
16.优选地，所述轮廓区中第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值为2~50j/mm3，例如可以是2j/mm3、3j/mm3、4j/mm3、5j/mm3、6j/mm3、7j/mm3、8j/mm3、10j/mm3、12j/mm3、15j/mm3、18j/mm3、20j/mm3、25j/mm3、30j/mm3、40j/mm3、45j/mm3或50j/mm3等。
17.本发明优选将第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值控制在2~50j/mm3上述范围内，能够更加平稳的实现轮廓区向填充区的过渡。
18.优选地，所述第i+1轮廓的能量密度大于第i轮廓的能量密度，优选第i轮廓的能量密度为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。
19.本发明通过采用参数各异的多轮廓策略，可控性更强，轮廓间搭接冶金质量更优，优选采用上述轮廓间参数之间的关系，具有更优的搭接质量。
20.优选地，所述第i+1轮廓的扫速大于第i轮廓的扫速，优选为第i轮廓的扫速为第i+1轮廓的0.8~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。
21.本发明在设计路径时无需设置熔深和熔宽，但可在打印过程中有意识的控制所述第i+1轮廓的熔深大于第i轮廓的熔深，优选第i轮廓的熔深为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。同样，可在打印过程中有意识的控制所述第i+1轮廓的熔宽大于第i轮廓的熔宽，优选第i轮廓的熔宽
为第i+1轮廓的0.5~0.9倍，例如可以是0.5倍、0.55倍、0.6倍、0.65倍、0.7倍、0.75倍、0.8倍、0.85倍或0.9倍等。
22.优选地，所述轮廓区中第i轮廓与第i+1轮廓的偏置距离关系为l
i+1偏置
=1/3-1/2r
第i轮廓
,其中l
i+1偏置
是指第i轮廓向第i+1轮廓的偏置距离，r
第i轮廓
是指第i轮廓的熔池半径。
23.本发明中采用多轮廓的方案，外轮廓负责表面质量优化，通过进一步限定内轮廓及最内层轮廓与填充的位置关系，即轮廓间位置关系与轮廓的熔池半径成比例关系，可以有效减少轮廓间孔隙的产生。
24.优选地，所述填充区最外侧与第n轮廓的位置关系符合：l
填充
=(1-β)*(r
第n轮廓
+r
填充
)，其中r
填充
是指填充区的熔池半径，β为搭接系数。
25.本发明中轮廓与填充的位置关系由第n轮廓和填充区的熔池半径共同决定，可控性增强，提高了轮廓与填充区的搭接质量。
26.优选地，所述β的取值范围为0~2，例如可以是0、0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8或2.0等，优选为0.8~1.2。
27.本发明中β的取值可根据对目标产品的需求来定，优选在上述范围内，能够更好地保障轮廓区向填充区的平稳过渡，避免表面疏松层缺陷的出现。
28.优选地，所述3d打印的工艺包括粉末床熔融工艺。
29.值得说明的是，一般仅有粉末床熔融工艺容易出现打印过程中轮廓与填充区搭接过冲或搭接不足导致的表面疏松层的问题，因此本发明提供的工艺特别适用于粉末床熔融工艺。
30.优选地，所述填充区采用蛇形扫描方式。
31.本发明中填充区采用蛇形扫描方式，扫描方式为往复，起始90
°
，旋转90
°
，间隔层为1层。
32.优选地，所述轮廓区的能量密度小于填充区的能量密度。
33.优选地，所述轮廓区的扫速小于填充区的扫速。
34.本发明在设计路径时无需设置熔深和熔宽，但可在打印过程中有意识的控制所述轮廓区的熔深浅于填充区的熔深。所述轮廓区的熔宽小于填充区的熔宽。
35.本发明对打印过程中的束流、扫速的具体数值没有特殊限定，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于3d打印的上述参数范围，其中束流例如可以是2ma~25ma，例如可以是2ma、3ma、4ma、5ma、8ma、10ma、12ma、15ma、18ma、20ma或25ma等，扫速例如可以是0.1~5m/s，例如可以是0.1m/s、0.2m/s、0.5m/s、0.8m/s、1.0m/s、1.2m/s、1.5m/s、2m/s、3m/s、4m/s或5m/s等，但需要控制熔深与熔宽需要分别与层厚、轮廓偏置距离的比例关系，例如熔深为层厚的2~8倍，例如可以是2倍、2.5倍、3倍、3.5倍、4倍、4.5倍、5倍、5.5倍、6倍、6.5倍或8倍等，熔宽例如可以是0.2mm~2mm，例如可以是0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.8mm或2.0mm等。值得说明的是，本发明中熔深和熔宽均为打印过程中的测量值，并非打印前提前设置的路径参数。
36.第二方面，本发明提供一种消除近表面疏松层的打印方法，所述打印方法包括第一方面所述的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法。
37.本发明提供的打印方法能够消除近表面疏松层，提高冶金质量和表面质量，有利于打印航天航空用制品。
38.本发明对上述工艺中的具体打印参数没有特殊限制，可采用本领域技术人员熟知的具体的打印参数，也可根据实际工艺进行调整。
39.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
40.（1）本发明提供的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法利用多轮廓，多参数可调，从外到内能量密度递增的轮廓优化方法，实现近表面冶金质量与侧表面粗糙度双优化的效果，其中表面粗糙度优选≤17μm，致密度优选≥99.7%；
41.（2）本发明提供的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法优选通过控制多轮廓间的重叠距离，保持最外层轮廓外边缘的结构稳定，减小外边缘轮廓的粉末粘连与波动；
42.（3）本发明提供的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法中多轮廓参数各自独立，外轮廓保障表面质量，次轮廓消除因轮廓与填充界面搭接不足或过度搭接造成的冶金缺陷，实现表面质量与冶金质量的同步提升。而且对特殊形貌结构进行识别，通过更改轮廓数量，采用多点扫描，在薄壁、拐角、内流道等特殊结构由轮廓代替填充扫描，完成特殊结构精细化成形。更进一步轮廓参数相对于传统填充参数对电子束的控制更加精细，通过轮廓参数的精细化控制，可以实现尺寸精度控制与冶金质量双优化。
附图说明
43.图1是本发明实施例1提供的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法示意图。
44.图2是本发明实施例1打印得到的轮廓搭接示意图。
45.图3是本发明实施例1和对比例1打印得到的轮廓搭接示意图。
46.图4是本发明对比例2打印得到的轮廓搭接示意图。
47.图5是本发明对比例3打印得到的轮廓搭接示意图。
48.图6是本发明对比例4打印得到的轮廓搭接示意图。
49.图中：1-第1轮廓；2-第2轮廓；3-填充区；4-第1轮廓补偿半径；5-第1轮廓熔池；6-第1轮廓跳转；7-第1轮廓向第2轮廓的偏置距离；8-第2轮廓向填充区的偏置距离。
具体实施方式
50.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
51.下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
52.需要理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
53.需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
54.值得说明的是，本发明中的熔宽为实际测试值。
55.实施例1
56.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，如图1所示，所述扫描方法包括：针对长15mm*宽15mm*高50mm的部件，轮廓区设置有两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立，具体地：
57.所述轮廓区中第2轮廓与第1轮廓的能量密度差值为45j/mm3，第1轮廓的熔池半径为0.25mm，第2轮廓的熔池半径为0.35mm，填充区的熔池半径为0.45mm。偏置距离关系为l
2偏置
=1/3-1/2r
第1轮廓
=0.208mm。填充区最外侧与第2轮廓的位置关系符合：l
填充
=(1-β)*(r
第2轮廓
+r
填充
)=0.08mm，其中β的取值范围为0.9。
58.第1轮廓的束流为3ma，所述第2轮廓的束流为7ma；填充区的束流为9.5ma；
59.第1轮廓的扫速为0.6m/s，所述第2轮廓的扫速为0.8m/s；填充区的扫速为1m/s。
60.本实施例和对比例1的轮廓搭接示意图如图3所示，上面部分为对比例1打印的轮廓搭接示意图，下面部分为实施例1打印的轮廓搭接示意图。
61.实施例2
62.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法包括：针对长55mm*宽2mm*高50mm的部件，轮廓区设置有3个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立，具体地：
63.所述轮廓区中第2轮廓与第1轮廓的能量密度差值为45j/mm3，所述轮廓区中第3轮廓与第2轮廓的能量密度差值为30j/mm3，第1轮廓的熔池半径为0.25mm，第2轮廓的熔池半径为0.35mm，第3轮廓的熔池半径为0.55mm，填充区的熔池半径为0.75mm。偏置距离关系为l
2偏置
=1/3-1/2r
第1轮廓
=0.208mm；l
3偏置
=1/3-1/2r
第2轮廓
=0.158mm。填充区最外侧与第1轮廓的位置关系符合：l
填充
=(1-β)*(r
第3轮廓
+r
填充
)=0.26mm，其中β的取值范围为0.8。
64.所述第3轮廓的束流为9ma，所述第2轮廓的束流为7ma，第1轮廓的束流为3ma；填充区的束流为15ma；
65.所述第3轮廓的扫速为0.8m/s，所述第2轮廓的扫速为0.8m/s，第1轮廓的扫速为0.6m/s；填充区的扫速为1m/s。
66.实施例3
67.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法包括：针对长55mm*宽5mm*高50mm的部件，包括：轮廓区设置有4个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立，具体地：
68.所述轮廓区中第1轮廓与第2轮廓的能量密度差值为45j/mm3，所述轮廓区中第2轮廓与第3轮廓的能量密度差值为30j/mm3，所述轮廓区中第3轮廓与第4轮廓的能量密度差值为15j/mm3，第1轮廓的熔池半径0.25mm，第2轮廓的熔池半径为0.35mm，第3轮廓的熔池半径为0.55mm,第4轮廓熔池半径为0.65mm，填充区的熔池半径为0.75mm。偏置距离关系为l
2偏置
=1/3-1/2r
第1轮廓
=0.208mm；l
3偏置
=1/3-1/2r
第2轮廓
=0.158mm；l
4偏置
=1/3-1/2r
第3轮廓
=0.058mm。填充区最外侧与第4轮廓的位置关系符合：l
填充
=(1-β)*(r
第4轮廓
+r
填充
)=-0.28mm其中β的取值范围为1.2。
69.所述第4轮廓的束流为11ma，所述第3轮廓的束流为9ma，所述第2轮廓的束流为7ma，第1轮廓的束流为3ma；填充区的束流为15ma；
70.所述第4轮廓的扫速为0.95m/s，所述第3轮廓的扫速为0.8m/s，所述第2轮廓的扫
速为0.8m/s，第1轮廓的扫速为0.6m/s；填充区的扫速为1m/s。
71.实施例4
72.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除β的取值范围记为2.5（l
填充
=-1.2mm）外，其余均与实施例1相同。
73.实施例5
74.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除填充区最外侧与第2轮廓的位置关系符合：l
填充
=1/2β*r
第2轮廓
=0.158mm外，其余均与实施例1相同。
75.实施例6
76.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除偏置距离关系为l
2偏置
=1/3-1/3r
第1轮廓
=0.25mm外，其余均与实施例1相同。
77.实施例7
78.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除偏置距离关系为l
2偏置
=1/3-2/3r
第1轮廓
=0.167mm外，其余均与实施例1相同。
79.实施例8
80.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除轮廓区中第2轮廓与第1轮廓的能量密度差值为55j/mm3外，其余均与实施例1相同。
81.实施例9
82.本实施例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除轮廓区中第2轮廓与第1轮廓的能量密度差值为1j/mm3外，其余均与实施例1相同。
83.对比例1
84.本对比例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除第1轮廓的扫描参数与第2轮廓的扫描参数（均采用第1轮廓的扫描参数）均相同外，其余均与实施例1相同。
85.对比例2
86.本对比例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除第1轮廓、填充区的扫描参数与第2轮廓的扫描参数（均采用第1轮廓的扫描参数）均相同外，其余均与实施例1相同。
87.对比例3
88.本对比例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除仅设置第2轮廓外，其余均与实施例1相同。
89.对比例4
90.本对比例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除仅设置第1轮廓外，其余均与实施例1相同。
91.对比例5
92.本对比例提供一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，所述扫描方法除轮廓自外向填充区的能量密度递减，所述轮廓区中第1轮廓与第2轮廓的能量密度差值为45j/mm3外，其余均与实施例1相同。
93.采用探针式粗糙度仪和光学显微镜对打印得到的产品进行表面质量和冶金质量表征，其中实施例1、对比例1~4的图如图2~6所示，从图2~6可以看出，实施例1制得的打印制
品冶金质量和表面均更优良。对比例3和对比例4中分别存在搭接不足和搭接过冲的情况，对比例1和对比例2中存在表面疏松孔洞的情况，表面质量较差。
94.测试方法：采用探针式粗糙度仪检测打印制品表面的粗糙度；采用光学显微镜和阿基米德法检测打印制品表面的致密度。
95.以上实施例和对比例的测试结果如表1所示。
96.表1
[0097][0098]
从表1可以看出如下几点：
[0099]
（1）综合实施例1~3可以看出，本发明提供的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法对电子束的控制更加精细，通过轮廓参数的精细化控制，可以实现尺寸精度控制与冶金质量双优化，其中表面粗糙度≤17μm，致密度≥99.8%；
[0100]
（2）综合实施例1和对比例1~5可以看出，实施例1中设置两个轮廓，并分别设置扫描参数，相较于对比例1~5中直设置一个轮廓，或者两个轮廓的参数相同或者两个轮廓的能量密度差值相反而言，实施例1中表面粗糙度仅为15μm，且致密度高达99.8%，而对比例1~5均存在不等的致密度不足或者表面粗糙度过大的情况，由此表明，本发明通过设置参数各异的多轮廓路径，且轮廓区和填充区的扫描参数不同，显著提高了3d打印的产品质量；
[0101]
（3）综合实施例1和实施例4~5可以看出，实施例4中β的取值范围记为2.5，超出较优范围，导致打印后的致密度显著下降，而实施例5中由于不遵循轮廓区和填充区打印的搭接系数的相关公式，导致产品的致密度下降，表面粗糙度有所升高，由此表明，本发明通过将搭接系数β优选控制在特定范围内并优选按照l
填充
=(1-β)*(r
第n轮廓
+r
填充
)进行，显著提高了打印产品的表面质量和冶金质量；
[0102]
（4）综合实施例1和实施例6~7可以看出，实施例6中偏置距离偏小，导致打印产品出现过冲，表面粗糙度升高至20μm，而实施例7中由于偏置距离偏大，导致打印产品的冶金质量下降，致密度仅为99.4%，由此表明，本发明通过将偏置距离通过合适的公式来选择，能够同时有效的保障冶金质量和表面质量；
[0103]
（5）综合实施例1和实施例8~9可以看出，实施例1中严格控制相邻轮廓之间的能量密度的差值在优选范围内，相较于实施例8~9中差值超出优选范围而言，从外到内的能量密度间隔较小时，冶金质量相对稳定，但表面质量出现了明显的恶化，增加轮廓间间隔，轮廓
与填充间间隔均可以减少内侧较大能量密度扫描线对外侧轮廓表面质量的影响，但增加间隔距离会导致冶金质量的相对下降，整体而言实施例1中的冶金质量和表面质量更佳，由此表明，本发明通过将相邻轮廓之间的能量密度的差值控制在优选范围内，能够同时有效的保障冶金质量和表面质量。
[0104]
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法，其特征在于，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。2.根据权利要求1所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区自填充区始依次包括第n轮廓、
…
和第i轮廓，i为1≤i≤n-1的自然数，n为自然数，第1轮廓为外轮廓，第n轮廓为内轮廓，n为2~5的自然数。3.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区中第i+1轮廓与第i轮廓的能量密度差值为2~50j/mm3。4.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述第i+1轮廓的能量密度大于第i轮廓的能量密度；所述第i+1轮廓的扫速大于第i轮廓的扫速。5.根据权利要求2所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区中第i轮廓与第i+1轮廓的偏置距离关系为l
i+1偏置
=1/3-1/2r
第i轮廓
,其中l
i+1偏置
是指第i轮廓向第i+1轮廓的偏置距离，r
第i轮廓
是指第i轮廓的熔池半径。6.根据权利要求1~5任一项所述的扫描方法，其特征在于，所述填充区最外侧与第n轮廓的位置关系符合：l
填充
=(1-β)*(r
第n轮廓
+r
填充
)，其中r
填充
是指填充区的熔池半径，β为搭接系数。7.根据权利要求6所述的扫描方法，其特征在于，所述β的取值范围为0~2。8.根据权利要求1~5任一项所述的扫描方法，其特征在于，所述3d打印的工艺包括粉末床熔融工艺；所述填充区采用蛇形扫描方式。9.根据权利要求1~5任一项所述的扫描方法，其特征在于，所述轮廓区的能量密度小于填充区的能量密度；所述轮廓区的扫速小于填充区的扫速。10.一种消除近表面疏松层的打印方法，其特征在于，所述打印方法包括权利要求1~9任一项所述的3d打印中轮廓区和填充区的扫描方法。

技术总结
本发明提供一种3D打印中轮廓区和填充区的扫描方法及打印方法，所述扫描方法包括：轮廓区设置有至少两个轮廓，所述轮廓区中轮廓自外向填充区的能量密度递增；且所述轮廓区与所述填充区的扫描参数各自独立。本发明能够消除近表面疏松层，并且轮廓参数相对于传统填充参数对电子束的控制更加精细，通过轮廓参数的精细化控制，可以实现尺寸精度控制与冶金质量双优化。优化。优化。


技术研发人员：阚文斌 刘利 张京玲 朱国浩
受保护的技术使用者：北京清研智束科技有限公司
技术研发日：2023.08.31
技术公布日：2023/10/7