[實用新型]鋪粉器機構與可在線檢測質量的金屬增材制造裝置

有效

• 申請號: 201920952538.0
• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN210548098U
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 胡澤建;王文;桑志謙;時光;陳占鋒;楊賀;盧科青;郭宗福
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本實用新型公開了鋪粉器機構與可在線檢測質量的金屬增材制造裝置?，F有增材制造零件的檢測技術無法滿足高精度且快速的檢測要求。本實用新型設計了一種高速平穩運行的鋪粉器，并通過在鋪粉器上安裝線陣相機，既保證了線陣相機的平穩運行與圖像的高速獲取，又保證增材制造過程中不會受到檢測系統的影響；可對增材制造每一層的制造進行快速實時在線檢測與分析，從而反饋激光發生器的激光功率和激光反射掃描機構的掃描速度，確保對金屬粉的燒結過程達到零件質量要求的同時，節約資源，避免構件成形完成后因質量問題導致不合格，可降低制造成本，還可提高鋪粉式金屬增材制造的生產效率。

技術領域

本實用新型屬于增材制造技術領域，更具體地，涉及鋪粉器機構與可在線檢測質量的金屬增材制造裝置。

背景技術

增材制造(Additive Manufacturing，AM)技術，又稱之為快速成型(RapidPrototyping Manufacturing，RPM)技術，俗稱3D打印技術。相對于傳統“減材制造”技術的不同之處，是基于離散—堆積原理，通過對材料的層層堆疊來實現制造的新型數字化成型技術。其基本原理是將預先建立好的三維模型進行分層切片，再由增材制造設備自下而上的“打印”出每一層切片，最終堆疊成三維實體模型。這種制造技術既不受傳統刀具、模具的限制，又可以進一步實現傳統加工工藝難以實現或無法加工的復雜構件制造。由于不受傳統刀具、模具限制，顯著減少了研發的周期，適用于各類新型產品的研發以及復雜構件、個性化構件以及小批量單件的生產加工。金屬增材制造技術現已廣泛應用于航空航天、船舶、醫療器械、汽車等眾多高精尖行業領域。

對于金屬增材制造技術而言，根據送料方式的不同分為鋪粉式和送料式兩種。其中，鋪粉式金屬增材制造技術是利用聚焦高能激光束對打印平臺上的金屬粉進行熔化或燒結，通過控制反射鏡的角度來實現激光的選擇性熔化，完成零件的單層制造。在完成單層制造后，打印平臺下降一個切片層的距離，鋪粉器對打印平臺進行一個切片層厚度的鋪粉，然后重復前一過程，層層堆疊直到完成整體零件的三維成型。由于鋪粉式金屬增材制成型速度快，熔化效果好，因此廣泛應用于航空航天、醫療等領域。

目前，國內研究者在增材制造零件的檢測系統設計方面已經取得了一定的進展。例如，CN108426839A中公開了一種利用機械手抓取激光超聲檢測模塊來進行增材制造零件檢測的方法，其中通過對待檢測表面進行網格化并結合機械手夾持的激光檢測裝置對XY方向進行超聲信號檢測，再通過相異系數計算，來實現對待側平面的檢測。但是該方案的檢測效率并不高，每完成一層增材制造，都需要機械臂將掃描裝置放置于待測平面上方，在完成檢測后，再由機械臂將掃描裝置移出打印區域，方才可以進行下一層的增材制造。因此，該方案影響了增材制造的過程，降低了快速成型的速度，在實際應用中效果有限。CN108489986A中公開了一種基于雙CCD相機的增材制造逐層缺陷檢測及修復的方案，該方案通過兩個CCD工業相機在環形光源照射工件的情況下進行拍照，并對所獲取的圖像進行分析，最終得到增材制造過程中每一層的精度分析結果，及時反饋來提高加工精度。但是在該方案中CCD相機與被測表面存在一定傾角，由于該傾角的存在，面陣相機所獲取的圖像必然存在畸變，就算通過一定的還原程序，依然會導致所獲取的圖像精度下降，從而無法達到預想的檢測精度。

此外，國內研究者在電弧增材制造零件的在線檢測系統方面也有了一定的突破。CN107764798A中公開了一種利用采集并分析光譜來分析電弧增材制造零件質量的方法，該方案通過與焊槍同步運動的可收縮桁架對電弧增材制造過程中的光譜進行采集并最終交由計算機進行分析處理，最終得出當前狀態下的打印狀態并及時給焊槍反饋，及時修正或停止增材制造的過程。但是該方案采用同步運動的桁架機構，為了保證焊槍與桁架可以同步運動才用了固定板結構，該結構很有可能導致增材制造本身的精度下降。與此同時，光譜分析本身存在著一定的誤差，而且光譜分析針對不同增材制造材料都需要收集大量的數據。

因此，現有的檢測技術無法滿足高精度且快速的檢測要求，開發一種可在線檢測質量的金屬增材制造裝置，變得尤為迫切和重要。

發明內容