[發(fā)明專利]一種用于送粉式增材制造設(shè)備的控制系統(tǒng)及控制方法

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• 申請日: 2016-12-15
• 公開（公告）號: CN106735210A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范欽春;邢飛;劉紀(jì)源
• 申請（專利權(quán)）人: 南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域中的增材制造領(lǐng)域。具體來講是一種用于增材制造設(shè)備的控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的金屬3D打印技術(shù)按照送料形式的不同主要有金屬粉末3D打印技術(shù)、金屬送絲3D打印技術(shù)。而金屬粉末3D打印技術(shù)又細分為送粉式金屬3D打印技術(shù)以及鋪粉式金屬3D打印技術(shù)。相比于送粉式金屬3D打印技術(shù)，鋪粉式金屬3D打印技術(shù)更加成熟，現(xiàn)已小批量用于汽車、航空以及模具行業(yè)的生產(chǎn)制造。鋪粉式金屬3D打印技術(shù)的成熟得益于生產(chǎn)工藝的成熟，由此可見送粉式金屬3D打印技術(shù)未來的突破口更加傾向于生產(chǎn)工藝的突破。

由于送粉式金屬3D打印技術(shù)生產(chǎn)過程復(fù)雜，零件成型質(zhì)量影響因素眾多，各影響因子聯(lián)合控制比較困難，因此現(xiàn)階段該技術(shù)的生產(chǎn)工藝的控制多停留在開環(huán)控制。采用送粉式金屬3D打印技術(shù)成型零件的過程中，由于成型時間較長，導(dǎo)致設(shè)定的工藝參數(shù)隨著環(huán)境以及時間的變化而變化，由此導(dǎo)致成型零件材料性能偏低、零件表面形貌粗糙等不良現(xiàn)象。綜合分析送粉式金屬3D打印技術(shù)成型過程，可知采用送粉式金屬3D打印設(shè)備成型零件過程中熔覆寬度（以下簡稱“熔寬”,當(dāng)熔池沒有溢出的情況下，熔寬與熔池尺寸大小相同）的改變將會導(dǎo)致設(shè)定的搭接率（相鄰掃描道間重疊部分的大小占據(jù)單道掃描時熔覆寬度大小的比例）的變化，造成成型零件內(nèi)部出現(xiàn)孔隙、道與道間搭接不良等現(xiàn)象。間接造成成型零件力學(xué)性能低下等缺陷。

而現(xiàn)有的技術(shù)解決方法多采用后處理的方式消除零件成型過程中生產(chǎn)工藝參數(shù)變化帶來的不良影響。但是采用后處理的方式不僅僅增加企業(yè)的制造成本，同時使得產(chǎn)品的生產(chǎn)合格率得不到有效保障，因此急需一種方式能夠有效的控制生產(chǎn)工藝參數(shù)在成型過程中保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種成型過程中搭接良好使成型產(chǎn)品具有穩(wěn)定力學(xué)性能的用于送粉式增材制造設(shè)備的控制系統(tǒng)及控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于送粉式增材制造設(shè)備的控制系統(tǒng)，所述增材制造設(shè)備包括送粉機構(gòu)、激光器以及送粉噴嘴，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包括控制器、圖像采集裝置以及圖像處理器，所述圖像采集裝置用于獲取經(jīng)噴嘴出料在所述激光器作用下形成的熔池圖像；所述圖像處理器對所述圖像采集裝置采集的熔池圖像進行處理并得到熔池寬度；所述控制器根據(jù)所述處理器得到的熔池寬度與設(shè)定的熔池寬度進行比較，當(dāng)圖像處理器得到的熔池寬度大于設(shè)定的熔池寬度，則減小所述激光器的功率；當(dāng)圖像處理器得到的熔池寬度小于設(shè)定的熔池寬度，則增大所述激光器的功率，當(dāng)激光器的功率調(diào)整到極限功率仍不能滿足設(shè)定熔池寬度，則增加所述送粉機構(gòu)的送粉量。

所述控制器包括比較模塊、存儲模塊以及控制模塊，所述存儲模塊存儲所述同樣大小的激光光斑下不同搭接率對應(yīng)的熔池寬度的數(shù)據(jù)（對應(yīng)公式：λ= D/W,其中，λ為搭接率，D為相同工藝參數(shù)下兩個掃描道之間重疊部分的尺寸，W為同一工藝參數(shù)下單道熔池寬度），以及同樣大小的激光光斑下不同激光功率以及送粉量對應(yīng)的熔池尺寸的數(shù)據(jù)；所述比較模塊用于比較所述圖像處理模塊獲取的熔池寬度和存儲模塊存儲的熔池寬度；所述控制器根據(jù)比較模塊的比較結(jié)果和存儲模塊存儲的同樣大小的激光光斑下不同激光功率以及送粉量對應(yīng)的熔池尺寸的數(shù)據(jù)，控制所述激光器的輸出功率和送粉機構(gòu)的送粉量。

所述圖像處理器包括慮噪處理模塊以及圖像識別模塊，所述慮噪處理模塊對所述圖像采集裝置獲取的熔池圖像進行慮噪處理；所述圖像識別模塊根據(jù)慮噪處理的圖像進行識別得到熔池寬度。

所述圖像采集裝置為攝像模塊。

所述攝像模塊帶有濾鏡保護，且攝像模塊安裝在送粉噴嘴上并進行實時監(jiān)控。

所述控制器為工業(yè)控制計算機。

一種用于送粉式增材制造設(shè)備的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、實時獲取激光作用在工件上的熔池圖像；

步驟二、對步驟一獲取的熔池圖像進行處理得到實時熔池寬度；

步驟三、將步驟二得到的熔池寬度與設(shè)定的熔池寬度進行比較，根據(jù)比較結(jié)果首先調(diào)整激光器的輸出功率，如果還沒滿足設(shè)定熔池寬度，則調(diào)整打印頭的送粉量。