[發(fā)明專利]金屬增材制造系統(tǒng)及其在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710597210.7
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107608284B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李輝;申勝男;李勝巍;劉勝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048
• 代理公司: 11228 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 胡建文

本發(fā)明涉及一種用于金屬增材制造的在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)及具有該在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)的金屬增材制造系統(tǒng)，該在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)包括激光位置檢測模塊、激光速度檢測模塊、激光強(qiáng)度檢測模塊及中央控制器，通過激光位置檢測模塊對激光束的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并與預(yù)設(shè)的切片軌跡進(jìn)行對比，通過激光速度檢測模塊對激光束的移動速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并與預(yù)設(shè)的激光束移動速度信息進(jìn)行對比，通過激光強(qiáng)度檢測模塊實(shí)時(shí)檢測作用于粉末上的激光強(qiáng)度并與預(yù)設(shè)的激光加工強(qiáng)度信息進(jìn)行對比，從而實(shí)時(shí)調(diào)控加工過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于金屬增材制造的在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)及具有該在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)的金屬增材制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在國內(nèi)外近幾年的研究中，增材制造技術(shù)有了質(zhì)的飛躍發(fā)展，但還未形成大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。在制造過程中成型件的性能和制造精度都會有一定量的不達(dá)標(biāo)，當(dāng)前SLM產(chǎn)品的成品率大概為70％，嚴(yán)重影響了大規(guī)模工業(yè)化制造的進(jìn)程。其主要原因是加工過程中的工藝可重復(fù)性和質(zhì)量的可靠性問題還沒有得到實(shí)質(zhì)可靠性的解決。目前在航空航天領(lǐng)域，由于器件多是大尺寸構(gòu)件，一般增材制造過程大概需要幾天到幾個月不等，在這個制造過程中亟需實(shí)時(shí)檢測裝置或設(shè)備對其進(jìn)行檢測，并進(jìn)行反饋處理，從而對加工過程進(jìn)行針對性的調(diào)控來實(shí)時(shí)優(yōu)化整個加工過程，提高構(gòu)件最終成品幾率及質(zhì)量精度。因此，國內(nèi)外近幾年很多研究機(jī)構(gòu)都對此進(jìn)行了研究。目前，比利時(shí)魯汶大學(xué)、德國亞琛工業(yè)大學(xué)、芬蘭拉彭蘭塔理工大學(xué)等對增材制造過程熔池尺寸和溫度場在線監(jiān)控、工藝參數(shù)反饋控制進(jìn)行了研究；德國夫瑯禾費(fèi)研究所、西班牙加泰羅尼亞理工大學(xué)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院等進(jìn)行了在線和離線超聲檢測增材類試樣內(nèi)部缺陷研究；清華大學(xué)、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、英國曼徹斯特大學(xué)、澳大利亞蒙納士大學(xué)進(jìn)行了增材試樣缺陷離線X射線檢測研究。但是目前，在線監(jiān)測反饋控制手段和裝備還是非常匱乏的，增材制造過程中，工藝參數(shù)和外部環(huán)境的波動可能在零件內(nèi)部局部區(qū)域產(chǎn)生各種特殊的冶金缺陷，如層間及道間局部未熔合、卷入性和析出性氣孔、夾雜物、內(nèi)部特殊裂紋、應(yīng)力集中、翹曲變形等，并影響最終成形零件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和構(gòu)件的服役使用安全。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種用于金屬增材制造的在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)及具有該在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)的金屬增材制造系統(tǒng)，至少可解決現(xiàn)有技術(shù)的部分缺陷。

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種用于金屬增材制造的在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，包括激光位置檢測模塊、激光速度檢測模塊、激光強(qiáng)度檢測模塊及中央控制器，所述激光位置檢測模塊、所述激光速度檢測模塊及所述激光強(qiáng)度檢測模塊均與所述中央控制器電性連接；通過所述激光位置檢測模塊對激光束的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并與預(yù)設(shè)的切片軌跡進(jìn)行對比，通過所述激光速度檢測模塊對激光束的移動速度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并與預(yù)設(shè)的激光束移動速度信息進(jìn)行對比，通過激光強(qiáng)度檢測模塊實(shí)時(shí)檢測作用于粉末上的激光強(qiáng)度并與預(yù)設(shè)的激光加工強(qiáng)度信息進(jìn)行對比，從而實(shí)時(shí)調(diào)控加工過程。

作為實(shí)施例之一，所述激光位置檢測模塊包括光纖位置傳感器，所述光纖位置傳感器布置于3D打印機(jī)的腔室內(nèi)。

作為實(shí)施例之一，所述激光速度檢測模塊包括光纖速度傳感器，所述光纖速度傳感器布置于3D打印機(jī)的腔室內(nèi)。

作為實(shí)施例之一，所述激光強(qiáng)度檢測模塊包括光纖光強(qiáng)度傳感器，所述光纖光強(qiáng)度傳感器布置于3D打印機(jī)的腔室內(nèi)。

本發(fā)明實(shí)施例涉及一種金屬增材制造系統(tǒng)，包括3D打印機(jī)，還包括如上所述的用于金屬增材制造的在線實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)控系統(tǒng)，所述3D打印機(jī)與所述中央控制器電性連接。

作為實(shí)施例之一，該金屬增材制造系統(tǒng)還包括位于所述3D打印機(jī)外的隨動安裝平臺及用于定位所述隨動安裝平臺的空間位置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述隨動安裝平臺上設(shè)有輔助調(diào)控裝置，所述輔助調(diào)控裝置包括熱風(fēng)供應(yīng)裝置、磁場發(fā)生器、散熱風(fēng)扇、紅外熱像儀和超聲探傷儀中的至少一種。