[發明專利]一種基于激光誘導等離子光譜的3D打印監測系統

有效

• 申請號: 201711307808.4
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108381912B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 趙天卓;聶樹真;樊仲維;連富強;劉洋;林蔚然;貊澤強;王璞;肖紅;李欣;鐘奇秀
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發明提供一種基于激光誘導等離子光譜的3D打印監測系統，包括采集單元、分光單元、成分分析單元、定位單元和分布重構單元；分布重構單元分別與成分分析單元和定位單元連接；分光單元分別與采集單元和成分分析單元電連接；采集單元用于采集3D打印設備燒結點產生的等離子體；分光單元用于對等離子體進行分光，獲取光譜數據；成分分析單元用于根據光譜數據獲取燒結點的成分；定位單元用于獲取燒結點的位置；分布重構單元應用燒結點的成分和位置構建打印件的成分分布信息。本發明提供的系統，通過構建3D打印制件的成分分布，實現了3D打印設備的燒蝕效果的實時監測，為指導3D打印設備工藝參數的改進提供了依據。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，尤其涉及一種基于激光誘導等離子光譜的3D打印監測系統。

背景技術

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。3D打印技術與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”進行層疊加，最終把計算機上的藍圖變成實物。采用激光進行燒蝕的3D打印技術，主要包括選擇性激光熔化成型(Selective lasermelting，SLM)、選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)技術，針對鈦合金，鈷鉻合金，不銹鋼，鋁或熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末進行燒結，實現3D打印。

其中，選擇性激光燒結的加工能源為激光器，使用的造型材料為粉末或顆粒材料。加工時，首先將粉末預熱到稍低于其熔點的溫度，然后將粉末鋪平成數微米到毫米的適當厚度，將激光束聚焦在粉末層上熔化粉末，可在計算機控制下根據分層截面信息進行有選擇的燒結，一層完成后再進行下一層燒結，每層燒結后的構型粘接在一起，經過多層燒結構成全部燒結完后去掉多余的粉末，則就可以得到燒結好的零件。選擇性激光燒結可加工多種常規機械加工難以制造的復合結構，并且可以將多種材料粉末混合，制造特殊的合金結構件甚至分層變化材質的零部件，具有多自由度加工、材料選擇范圍廣、加工精度較高等優點。

對于工業級金屬3D打印領域，粉末耗材仍是制約該技術規?；瘧玫闹匾蛩刂?。目前，國內尚未制訂出金屬3D打印材料標準、工藝規范、零件性能標準等行業標準或國標，業內通常認可的評價方法是沿用該金屬粉末對應的鑄態標準，或在該標準的基礎上雙方協商放寬指標要求。然而，由于粉末耗材的化學成分和含量與3D打印制件的質量和穩定性相關性極高，如何在線獲取3D打印制件的成分分布以監測3D打印的燒蝕效果成為了3D打印領域亟待解決的問題。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的問題，提供了一種基于激光誘導等離子光譜的3D打印監測系統。

本發明提出一種基于激光誘導等離子光譜的3D打印監測系統，包括采集單元、分光單元、成分分析單元、定位單元和分布重構單元；所述分布重構單元分別與所述成分分析單元和定位單元電連接；所述分光單元分別與所述采集單元和成分分析單元電連接；所述采集單元用于采集3D打印設備燒結點產生的等離子體；所述分光單元用于對所述等離子體進行分光，獲取光譜數據；所述成分分析單元用于根據所述光譜數據獲取所述燒結點的成分；所述定位單元用于獲取所述燒結點的位置；所述分布重構單元應用所述燒結點的成分和位置構建打印件的成分分布信息。

優選地，所述分布重構單元包括面分布子單元和體分布子單元；所述面分布子單元與體分布子單元電連接；所述面分布子單元根據任一燒結面上所有燒結點的成分和位置，構建所述任一燒結面的成分分布信息；所述體分布子單元根據所述燒結面的成分分布信息和位置，構建所述打印件的成分分布信息。

優選地，所述打印件的成分分布信息為預先設定的一種或多種成分的分布信息。

優選地，還包括顯示單元，所述顯示單元與所述分布重構單元電連接；所述顯示單元用于顯示所述打印件的成分分布信息。