(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211368474.2 (22)申请日 2022.11.03 (71)申请人 西安鑫泰航智能制造有限公司 地址 710089 陕西省西安市国家航空高技 术产业基地 (72)发明人 符友恒　陈曦　王湘平　杨永红　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 李鹏 (51)Int.Cl. B22F 10/20(2021.01) B33Y 10/00(2015.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金 属零件增材制造方法 (57)摘要 本发明公开了基于分区动态轨迹规划策略 的复杂结构金属零件增材制造方法， 包括以下步 骤， 步骤S1： 针对复杂结构零件材料进行基础工 艺实验， 确定最优工艺参数及熔积层形貌参数范 围； 步骤S2： 依据零件三维模型特征及熔积层形 貌参数范围， 选择动态轨迹规划方法； 步骤S3： 按 照所确定的动态轨迹规划方法及最优工艺参数 进行分区逐层打印。 本发明避免了零件中无支撑 区域流淌等缺陷， 增加了材料利用率， 实现了复 杂结构零件高精度、 高质量、 高材料利用的一体 化制造。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115519134 A 2022.12.27 CN 115519134 A 1.基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤S1： 针对复杂结构零件材料进行基础工艺实验， 确定最优工艺参数及熔积层形貌 参数范围； 步骤S2： 依据零件三维模型 特征及熔积层形貌参数 范围， 选择动态轨 迹规划方法； 步骤S3： 按照所确定的动态轨 迹规划方法及最优工艺 参数进行分区逐层打印。 2.根据权利要求1所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 基础工艺 实验为多目标优化 实验， 优化目标包括： 最大化焊 宽和焊高来提高增材效率、 最大化宽高比来提高搭接平整度、 最小化热影响区宽度来减小 热输入、 最小化深高比来减小重熔、 最大化 维氏硬度来提高强度、 最小化晶粒尺寸来提升塑 性、 最小化层间等待时间来 提高制造效率。 3.根据权利要求1所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述步骤S1中， 工艺参数包括送丝速度、 电流、 成形速度等， 熔积层形貌参 数主要包括： 搭接偏移系 数， 最优值a和范围区间(al， au)， 其中， al是搭接偏移系数下限， au 是搭接偏移系 数上限； 焊道宽度， 最优值w和范围区间(wl， wu)， 其中， wl是焊道宽度下限， wu 是焊道宽度上限。 4.根据权利要求1所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述 步骤S2包括以下子步骤： 步骤S21： 依据零件宽度变化特 征， 将零件分为有支撑区域和无支撑区域； 步骤S22： 对于有支撑区域进行切片分层处理， 预选择轨迹规划策略1或轨迹规划策略 3； 步骤S23： 对于无支撑区域进行切片分层处理， 预选择轨迹规划策略2或轨迹规划策略 3； 步骤S24： 设计搭接预实验 验证表面平整度， 确定最终动态轨 迹规划策略。 5.根据权利要求4所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述步骤S21中有支撑区域为该区域的宽度从下至上减小或不变； 所述步 骤S21中无支撑区域 为该区域的宽度从下至上增大。 6.根据权利要求4所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述轨 迹规划策略1包括以下步骤： 步骤1： 采用最优搭接偏移系数a， 从焊层中心向边缘对称填充， 直至最左焊道A和最右 焊道B首次超出模型边界轮廓线， 并将超出部分宽度记为d'； 步骤2： 若0 ≤d'<aw/2， A、 B两道均向内偏移至与轮廓线平齐； 步骤3： 若aw/2≤d'<aw， 则采用单向轨迹填充， 从当前层右侧向左侧搭接， 直至最左焊 道A首次填满或超出模型边界轮廓线， 然后将A焊道向内偏移至与轮廓线平齐。 7.根据权利要求4所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述轨 迹规划策略2包括以下步骤： 步骤1： 采用最优搭接偏移系数a， 从焊层边缘向中心对称填充， 直至当前层中心区域的 左右两边焊道C和D开始搭接， 焊道C和焊道D中心 距离为d0； 步骤2： 若auw<d0≤w， 则以层间中心线为焊道中心线， 额外补充一道焊道；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115519134 A 2步骤3： 若2(au‑a)w<d0≤auw， 则不做任何动作， 保留当前轨 迹策略； 步骤4： 若0≤d0≤2(au‑a)w， 则以层间中心线为焊道中心线， 额外填充一道焊道， 同时删 除C、 D焊道的轨 迹。 8.根据权利要求4所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述轨迹规划策略3采用均一搭接偏移量进行均匀填充， 其中， 工艺参数优先基于成形 速度的改变， 给定初始搭接偏移系数为a， 初始焊道宽度为w， 实际搭接偏移系数为ar， 实际 焊道宽度为 wr， 当前层实际层宽为 W， 具体包括以下步骤： 步骤1： 采用最优搭接偏移系数a与 最优焊宽w进行填充计算理论搭接道次n(实数)： (1+ (n‑1)a)w＝W， 步骤2： 将理论搭接道次n向下取整计算得到 此时搭接的边 界余量： 利用边界余 量d'和最优焊宽w的比较结果进行实际搭接偏移系数和焊宽的计算； 步骤3： 若0≤d'<alw， 采用下式计算实际焊道宽度 此时， 若wr‑w≤ (au‑al)w， 保留当前轨迹规划策略， 若wr‑w>(au‑al)w， 则取道次向上取整 进行均匀搭接， 在最优焊宽范围(wl， wu)里计算搭接偏移系数的最大值 将armax 和对应的焊宽wr设定为当前层的实际搭接偏移系数和实际焊宽； 步骤4： 若alw≤d'<aw， wr＝w， 取道次向上取整 进行搭接， 前 道次ar＝a， 末尾 道次向内偏移至与轮廓线平齐。 9.根据权利要求4所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造方 法， 其特征在于， 所述 步骤S24包括以下子步骤： 步骤1： 利用预选择的2种轨迹规划策略， 在最优工艺参数范围内， 进行多道搭接预实 验； 步骤2： 利用线激光扫描， 得到表面轮廓， 选择表面平整度最高的轨迹规划策略为当前 区域的最优轨 迹规划策略， 最终确定整个复杂结构零件的分区动态轨 迹规划策略。 10.根据权利要求9所述的基于分区动态轨迹规划策略的复杂结构金属零件增材制造 方法， 其特 征在于， 所述选择的2种轨 迹规划策略为S2 2和S23的预选择路径。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115519134 A 3