[發明專利]一種激光增材制造在線監測方法

有效

• 申請號: 201810413843.2
• 申請日: 2018-05-03
• 公開（公告）號: CN108838397B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 張敏;陳長軍
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 羅滿

本發明公開了一種激光增材制造在線監測方法，包括：實時采集熔池中心溫度和熔池直徑大小；當采集的所述熔池中心溫度或熔池直徑大小不符合預先存儲的激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系時，則根據該關系調整所述激光功率P以使采集的所述熔池中心溫度與熔池直徑大小均符合預先存儲的激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系。應用本發明提供的激光增材制造在線監測方法，實現在線監測與控制的目的，變事后檢測為事中干預，具有可控性好、加工效率高的優點，能夠更好的應用于輪船、軌道交通等領域大尺寸、大面積的在線監測，更好的適應柔性制造環境，具有更為深遠的現實意義。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，更具體地說，涉及一種激光增材制造在線監測方法。

背景技術

激光增材制造的過程不同于傳統材料的制造，傳統材料在經過鑄造、鍛造、加工后，采用X射線、超聲等檢測方法來確定材料是否合格，對于不合格的產品做報廢處理或者采用焊接等方法進行補救。但激光增材制造由于是采用層層疊加而生產出來的，在監測與監控的質量監控方面要顯著區別于傳統的制造方法。

對增材制造來說，通常情況下，每一道激光掃描能熔化并重新凝固數層粉末，粉末層的厚度通常為20μm至幾個mm。在每一次激光照射后將額外的粉末從工作區刮掉(鋪粉)或者直接送上新的粉末(送粉)進行熔化，然后重復上述過程，直到構建出一個堅固的三維(3D)零件。每一個“構建”過程包含數以千計的分層，因此每次運行需要花費幾十到幾百個小時。每一次“構建”可以生成數十個相同或不同的零件。

綜合上述問題一起考慮，特別是那些對結構起到關鍵作用的零件，廣泛應用增材制造技術所要面臨的重大挑戰是成品的合格性以及如何檢定其合格性。最近，關于增材制造的一些報道都在呼吁借助在線、閉環的過程控制和傳感器來確保增材制造的質量、一致性和再現性。在線質量監測，有利于減少浪費，這將免除通常在構建后進行的檢測或破壞性測試。

隨著輪船、航空航天、軌道交通等行業的高速發展，在激光設備價格下降、自動化程度提高的影響下，對增材制造質量的要求越來越高，現有的質量檢測方法已無法滿足現有制造業對激光增材制造的質量要求和自動化的現實需求。因此，需要針對激光增材制造設計一種在線監測方法。

綜上所述，如何有效地解決激光增材制造質量要求難以滿足等問題，是目前本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種激光增材制造在線監測方法，該激光增材制造在線監測方法可以有效地解決激光增材制造質量要求難以滿足的問題。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種激光增材制造在線監測方法，包括：

實時采集熔池中心溫度和熔池直徑大??；

當采集的所述熔池中心溫度或熔池直徑大小不符合預先存儲的激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系時，則根據該關系調整所述激光功率P以使采集的所述熔池中心溫度與所述熔池直徑大小符合預先存儲的激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系。

優選地，上述激光增材制造在線監測方法中，所述預先存儲的激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系，具體包括：

通過分別固定激光功率P、激光掃描速度V和送粉速率Mp三者中的任兩者，變化另一者進行試驗并記錄熔池中心的溫度和熔池直徑大小，并以金相分析和計算得到的稀釋率及熔覆層形狀系數，確定激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系并存儲；

或者通過分別固定激光功率P、激光掃描速度V和鋪粉厚度三者中的任兩者，變化另一者進行試驗并記錄熔池中心的溫度和熔池直徑大小，并以金相分析和計算得到的稀釋率及熔覆層形狀系數，確定激光功率P與熔池中心溫度和熔池直徑的關系并存儲。

優選地，上述激光增材制造在線監測方法中，所述實時采集熔池中心溫度之前，還包括步驟：