電弧熔絲增材製造（Arc based directed energy deposition, DED-Arc）是一種高效快速近凈成形製造技術，因其低成本、高柔性的顯著優勢，成為中/大型金屬零件製造的熱點研究方向，其廣泛應用於航空航天、武器裝備、船舶重工等核心高端裝備製造領域。在整個增材製造過程中，從三維模型到列印數據的工藝規劃直接決定了零件的可製造性及成形質量，包括分層切片、路徑規劃、參數匹配等，而電弧增材製造成形過程及成形規律更加複雜，傳統的路徑規劃方法難以滿足複雜結構件的高質量成形要求，如何突破傳統方法約束，設計更加符合電弧增材製造成形特徵的路徑規劃方法迫在眉睫。
針對上述背景，北京工業大學智能成型裝備與系統陳樹君教授團隊深入分析了傳統輪廓偏置路徑規劃方法的優缺點，從底層算法出發，揚長避短，綜合多種影響因素，設計了一種基於骨架輪廓分區的混合路徑規劃方法。近日，該團隊在計算機集成製造領域權威期刊《Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》上報道了有關機器人增材製造的骨架輪廓分區混合路徑規劃方法的研究工作。相關論文題為』Hybrid path planning method based on skeleton contour partitioning for robotic additive manufacturing』。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.rcim.2023.102633
該工作首先精確識別傳統路徑規劃方法中的缺陷區域，經過過濾併合並重構為骨架輪廓區域；其次提出了一種基於梯形無限分割的多邊形分區方法，將骨架填充區進行分區分形規劃；最後將輪廓偏置路徑分割重組與骨架區路徑合併為電弧增材的成形路徑。
/ 研究簡介
該研究針對傳統輪廓偏置方法不可避免的狹長和尖角兩類缺陷區域提出一種基於布爾差運算的正反等距兩次偏置精確識別缺陷區域的新方法，通過設定角度閾值，可選擇性的保留一定角度範圍內的缺陷區域。
圖1 多邊形布爾運算識別缺陷區域
該研究同時提出一種基於梯形微分重建的多邊形分區方法，可將任意切片輪廓分解為多個子多邊形，並根據子多邊形的幾何形狀重新規劃往復直線路徑。
圖2 缺陷區域合併為骨架填充區
最後所有輪廓偏置路徑被骨架填充區分割並與往復直線路徑重構為新的成形路徑，該方法實現了複雜結構緻密填充的同時繼承了傳統輪廓偏置幾何還原度高的優點。
圖3 複雜結構件成形路徑仿真
文章來源：焊接切割聯盟
論文引用信息：
Tao Zhao, Zhaoyang Yan, Liwei Wang, Rui Pan, Xiaowei Wang, Kun Liu, Kaiwei Guo, Qingsong Hu, Shujun Chen,Hybrid path planning method based on skeleton contour partitioning for robotic additive manufacturing,Robotics and Computer-Integrated Manufacturing,Volume 85,2024,102633,ISSN 0736-5845,https://doi.org/10.1016/j.rcim.2023.102633.