一种基于粉末床分区预热的SLS尼龙件增材成形方法与流程

本技术涉及增材制造，尤其涉及一种基于粉末床分区预热的sls尼龙件增材成形方法。

背景技术：

1、选择性激光烧结（selective laser sintering，sls）是一种以粉末材料为成形原料的增材制造技术，其通常通过逐层铺设粉末、对粉末床进行预热，并根据当前成形层的截面数据对相应区域进行选择性激光烧结，以逐层形成三维制件。尼龙材料具有较好的力学性能和成形适应性，是sls工艺中较为常用的聚合物粉末材料。为减小激光烧结过程中局部温升过大、温差集中以及由此产生的翘曲和变形，通常需要在激光烧结前对粉末床进行预热，并维持粉末床处于适宜的热状态。

2、现有粉末床温度控制通常根据当前粉末床表面的温度分布确定不同区域的预热状态，并通过分区加热或者调整加工参数改善局部温度不均。随着逐层成形持续进行，当前成形层不同位置下方所经历的前序烧结过程并不完全相同，部分位置可能连续经历多层烧结，部分位置则可能存在烧结状态中断或者不同的层间烧结历史。上述差异会使前序成形过程对当前新铺粉层产生不同程度的热影响，而该热影响并不一定能够由当前时刻的表面温度直接表征。

3、尤其是在当前成形层完成铺粉后，不同区域的局部温度变化还会同时受到铺粉先后顺序、整体预热状态以及前序成形热历史的共同影响。对于表面温度相近的区域，现有控制方式容易将其视为具有相近的预热需求，但不同的前序烧结历史仍可能使其后续温度响应和实际烧结热状态存在差异，进而造成局部烧结不足、过热或者不同区域烧结状态不一致。

4、因此，如何在当前表面温度相近的情况下识别前序烧结历史造成的隐藏热状态差异，并据此提高sls尼龙件当前成形层预热控制的准确性，是现有技术需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术旨在解决的技术问题是：现有sls尼龙件逐层成形过程中，对于当前表面温度相近但前序烧结历史不同的区域，难以准确识别前序烧结历史造成的隐藏热状态差异，导致统一或仅依据当前温度进行预热控制时，容易出现局部预热需求与实际热状态不匹配的问题。

2、根据本技术的一方面，提供一种基于粉末床分区预热的sls尼龙件增材成形方法，包括：

3、s10、获取当前成形层的烧结区域以及多个前序成形层的烧结区域，针对所述当前成形层烧结区域内的待烧结位置，根据各所述待烧结位置在多个前序成形层对应位置的烧结状态形成对应的前序烧结状态序列，根据所述前序烧结状态序列确定对应的历史状态特征，并将空间连续且历史状态特征满足预设相似条件的待烧结位置划分为历史状态区域；

4、s20、在当前成形层完成铺粉后，获取各所述历史状态区域的初始温度以及铺粉后经历时间，从不同历史状态区域中确定第一待比较区域和第二待比较区域，其中，所述第一待比较区域与所述第二待比较区域的初始温度差不大于预设温差阈值、铺粉后经历时间差不大于预设时间阈值，且对应的历史状态特征不同；

5、s30、在同一热响应时段内获取所述第一待比较区域和所述第二待比较区域的温度变化信息，根据两者的温度差随时间的变化确定历史热响应差异；

6、s40、根据所述历史热响应差异确定所述第一待比较区域和所述第二待比较区域对应历史状态特征的预热补偿量，并建立所述历史状态特征与预热补偿量之间的对应关系，根据各所述历史状态区域的历史状态特征以及所述对应关系确定各所述历史状态区域的预热补偿量；

7、s50、根据各所述历史状态区域的预热补偿量将所述当前成形层的烧结区域划分为多个预热分区，对各所述预热分区进行分区预热，并在完成所述分区预热后根据所述当前成形层的烧结区域进行选择性激光烧结。

8、更优地，所述根据各所述待烧结位置在多个前序成形层对应位置的烧结状态形成对应的前序烧结状态序列，包括：

9、按照各前序成形层与当前成形层之间的层序关系，依次判断所述待烧结位置在各前序成形层中的对应位置是否位于对应前序成形层的烧结区域内；

10、将位于所述烧结区域内的对应位置标记为第一烧结状态，将未位于所述烧结区域内的对应位置标记为第二烧结状态；

11、按照所述层序关系排列所述第一烧结状态和所述第二烧结状态，得到对应的前序烧结状态序列。

12、更优地，所述根据所述前序烧结状态序列确定对应的历史状态特征，包括：

13、确定所述前序烧结状态序列中自靠近当前成形层的一端起连续处于相同烧结状态的层数，根据所述连续处于相同烧结状态的层数形成历史状态特征；

14、在所述前序烧结状态序列存在烧结状态转变时，确定距离最近一次烧结状态转变的层数，并将所述距离最近一次烧结状态转变的层数加入所述历史状态特征。

15、更优地，所述将空间连续且历史状态特征满足预设相似条件的待烧结位置划分为历史状态区域，包括：

16、比较空间相邻的待烧结位置对应的各项历史状态参数；

17、当各项历史状态参数之间的差异分别满足对应的预设历史状态参数差异条件时，将对应的待烧结位置归入同一历史状态区域；

18、当至少一项历史状态参数之间的差异不满足对应的预设历史状态参数差异条件时，将对应的待烧结位置划分至不同历史状态区域。

19、更优地，所述获取各所述历史状态区域的初始温度以及铺粉后经历时间，包括：

20、获取各所述历史状态区域内多个待烧结位置在预设初始时段内的温度，根据所述多个待烧结位置的温度统计值确定对应历史状态区域的初始温度；

21、根据当前成形层的铺粉过程确定各所述历史状态区域对应的粉末覆盖时刻，并根据获取所述初始温度时的检测时刻与所述粉末覆盖时刻之间的时间间隔，确定对应历史状态区域的铺粉后经历时间。

22、更优地，在确定所述第一待比较区域和所述第二待比较区域后，以所述第一待比较区域和所述第二待比较区域各自对应的粉末覆盖时刻作为热响应起始基准；

23、根据所述热响应起始基准对所述第一待比较区域和所述第二待比较区域的温度变化信息进行时间匹配，使两者在对应的热响应时间位置进行温度比较。

24、更优地，所述根据两者的温度差随时间的变化确定历史热响应差异，包括：

25、按照时间匹配后的多个采集时刻，分别确定所述第一待比较区域与所述第二待比较区域之间的温度差，形成差分温度序列；

26、根据所述差分温度序列确定温度差变化幅度、温度差变化速率、温度差持续时间以及对所述差分温度序列在所述热响应时段内进行时间累积得到的差分热响应累积量中的至少一种；

27、根据所确定的至少一种参数确定所述历史热响应差异。

28、更优地，预先确定预设目标热响应范围，所述根据所述历史热响应差异确定所述第一待比较区域和所述第二待比较区域对应历史状态特征的预热补偿量，包括：

29、确定所述历史热响应差异相对于所述预设目标热响应范围的偏离方向和偏离程度；

30、根据所述偏离方向确定所述第一待比较区域和所述第二待比较区域中至少一个待比较区域的预热补偿方向，使补偿后的历史热响应差异朝向所述预设目标热响应范围变化；

31、根据所述偏离程度确定对应的预热补偿程度；

32、根据所述预热补偿方向和所述预热补偿程度确定对应历史状态特征的预热补偿量。

33、更优地，所述根据各所述历史状态区域的历史状态特征以及所述对应关系确定各所述历史状态区域的预热补偿量，包括：

34、将各所述历史状态区域的历史状态特征与所述对应关系中的历史状态特征进行匹配，并将满足预设匹配条件的历史状态区域关联至对应的预热补偿量；

35、将空间连续且预热补偿量之间的差异不大于预设补偿差异阈值的历史状态区域合并形成预热分区，并针对各所述预热分区确定对应的预热控制量。

36、更优地，在完成所述分区预热后、进行选择性激光烧结前，再次获取所述第一待比较区域和所述第二待比较区域在预设验证时段内的温度变化信息，并根据两者的温度差随时间的变化确定补偿后的热响应差异；

37、当所述补偿后的热响应差异位于所述预设目标热响应范围内时，执行所述选择性激光烧结；

38、当所述补偿后的热响应差异位于所述预设目标热响应范围外时，根据所述补偿后的热响应差异修正对应历史状态特征的预热补偿量，并按照修正后的预热补偿量继续进行分区预热。

39、有如下有益效果：

40、实施本技术的技术方案，能够基于当前成形层不同位置在多个前序成形层中的烧结状态确定其历史状态特征，并在当前温度和铺粉后经历时间相近的条件下，对具有不同历史状态特征的区域进行热响应比较，使铺粉时序、当前温度水平等共同因素对比较结果的影响得到削弱，从而提高对前序烧结历史所形成局部热影响的识别能力。

41、进一步地，通过根据不同历史状态区域之间的温度差随时间的变化确定历史热响应差异，并将所述历史热响应差异与对应历史状态特征的预热补偿量建立关联，可将局部对照得到的热响应信息用于具有相应历史状态特征的其他区域，使当前成形层能够按照不同区域的实际热响应实施分区预热，降低仅依据瞬时表面温度进行预热控制造成的局部过热或预热不足。

42、进一步地，在完成分区预热后，可通过再次比较不同历史状态区域的热响应差异判断预热补偿结果，使预热控制不以表面温度趋同作为唯一完成条件，而是进一步考虑不同区域的动态热响应是否达到预定状态，由此提高sls尼龙件各局部区域在激光烧结前热状态的一致性，减少因局部热状态差异引起的烧结程度不一致。