[發明專利]用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控系統及方法

在審

• 申請號: 201911241799.2
• 申請日: 2019-12-06
• 公開（公告）號: CN111036900A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 趙曉明;胡廣;郁明瑋
• 申請（專利權）人: 西安鉑力特增材技術股份有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y50/02
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控系統，包括計算機數控系統，計算機數控系統與人機交互系統、距離傳感器雙向連接；人機交互系統負責程序的編寫、參數的輸入，以及系統狀態信息的可視化顯示；計算機數控系統通過數據線分別與運動控制器、激光控制器和送粉控制器連接；送粉控制器通過送粉管道連接送粉頭，送粉頭正對工作平面設置、距離傳感器安裝在送粉頭側壁，運動控制器用于控制機床和送粉頭的運動。本發明還公開了用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控方法。本發明可以預設并實時測控增材制造過程中工作平面與送粉頭的離焦量，提高每層的工藝穩定性，進而提升送粉式激光增材制造產品的質量。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，涉及一種用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控系統，本發明還涉及離焦量測控方法。

背景技術

送粉式激光增材制造技術以合金粉末為原料，通過高功率激光束快速熔化、凝固金屬，逐層堆積。可以直接從三維模型完成全致密、高性能大型金屬結構件的直接近凈毛坯成形制造。相比傳統技術，送粉式激光增材制造技術具有以下優勢：1、制造過程柔性化程度高；2、產品生產周期短，加工速度快；3、成形零件具有優良的綜合力學性能；4、零件的尺寸大小對加工工藝的影響小；5、制造過程數字化程度高，智能化程度高。因此，送粉式激光增材制造技術在航空、航天、電力、石化、船舶等現代工業領域有著越來越廣闊的應用。

送粉式激光增材制造是激光束、粉末束、工作平面相互作用的過程。金屬粉末通過專用的噴嘴形成粉末束，在下落過程中粉末穿過激光束而吸收能量熔化，剩余的激光能量用于熔化基材，共同形成熔池，熔池快速冷卻形成致密的金屬組織，其質量對增材制造零件的質量有重要的影響。激光增材制造的微觀組織主要由材料種類和工藝參數決定，工藝參數主要包括激光束掃描速度、光斑直徑、激光功率、搭接率、送粉量、離焦量等。其中離焦量對于粉末束和激光束的匹配起到了至關重要的作用。若離焦量過小，粉末吸收激光能量的時間過短，粉末束還沒有完全匯聚就到達基材的工作平面，會造成粉末利用率降低，送粉頭吹出的保護氣體又會使熔覆層的平整度降低，最終導致成形表面質量降低。若離焦量過大，會造成送粉頭到工作平面的距離增大，激光束的能量密度降低，粉末束的發散性變大，易形成氣孔、未熔合等缺陷。因此，想要得到穩定優質的成形組織，必須將離焦量控制在一定的工藝窗口范圍內。

發明內容

本發明目的是提供的一種用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控系統，可以實時測量并控制送粉增材制造過程中送粉頭與工作面間離焦量的穩定，從而提高增材制造過程的穩定性，提升產品質量。

本發明的另一個目的是提供了上述用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控方法。

本發明所采用的第一種技術方案是，用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控系統，包括計算機數控系統，計算機數控系統與人機交互系統雙向連接；人機交互系統負責程序的編寫、參數的輸入，以及系統狀態信息的可視化顯示；計算機數控系統通過數據線分別與運動控制器、激光控制器和送粉控制器連接；送粉控制器通過送粉管道連接送粉頭，送粉頭正對工作平面設置、距離傳感器安裝在送粉頭側壁，距離傳感器通過數據線與計算機數控系統雙向連接；運動控制器用于控制機床和送粉頭的運動；激光控制器連接內置在送粉頭中的激光器，激光控制器用于調節激光輸出功率。

本發明的特點還在于，

距離傳感器負責測量送粉頭與工作平面的距離并將數據實時反饋給計算機數控系統。

計算機數控系統負責系統指令的輸入、運算、輸出；

送粉頭通過專用噴嘴噴出的粉末束與激光器產生的激光束同軸。

人機交互設備由顯示器、鍵盤和鼠標組成，顯示器、鍵盤和鼠標與計算機數控系統相連，鍵盤和鼠標負責參數的輸入，顯示器用于系統狀態的顯示。

本發明所采用的第二種技術方案是，一種用于送粉式激光增材制造設備的離焦量測控方法，具體如下：