[實用新型]一種3D打印零件成形過程表面硬度在線監測裝置

有效

• 申請號: 201921676064.8
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN210923529U
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 楊金偉;孔令華;練國富;游通飛;雷鵬達
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G01N23/2273
• 分類號: G01N23/2273
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本實用新型屬于3D打印設備檢測技術領域，公開一種3D打印零件成形過程表面硬度在線監測裝置，包括工作臺、激光器、光譜儀、光路裝置、反射鏡、電控位移裝置、計算機和支架，電控位移裝置、激光器和支架依次設置在工作臺上，激光器置于反射鏡下方，光路裝置設置在電控位移裝置一側，計算機置于工作臺上方；將本裝置安裝到3D打印設備成型室內，在3D打印零部件成形過程中，可實時對零部件已成形部位進行脈沖激光照射產生等離子體，采集等離子體光譜數據，以評估該成形部位的表面硬度，通過在線實時檢測硬度來確保3D打印零件的整體表面硬度符合設計要求，避免在成形過程中因不可預測因素產生的硬度不達標現象。

技術領域

本實用新型屬于3D打印設備檢測技術領域，特別的涉及一種3D打印零件成形過程表面硬度在線監測裝置。

背景技術

3D打印即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術；3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的，常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

而在現有的3D打印技術中，對一些具有表面硬度要求的機械零部件不能立刻投入使用，需要對其硬度進行檢測，符合零部件的硬度要求才可使用；傳統的硬度檢測方法，如維氏硬度試驗等，往往需要對檢測目標進行破壞性取樣，這種方法不適合3D打印零件一次成型的應用要求，檢測不準確的同時不能對零部件各個部位都檢測，導致檢測的精度不高，無法保證零部件硬度是否達標。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種3D打印零件成形過程表面硬度在線監測裝置及方法，用以解決上述提到的涉及到對一些具有表面硬度要求的機械零部件不能立刻投入使用，需要對其硬度進行檢測，符合零部件的硬度要求才可使用；傳統的硬度檢測方法，如維氏硬度試驗等，往往需要對檢測目標進行破壞性取樣，這種方法不適合3D打印零件一次成型的應用要求，檢測不準確的同時不能對零部件各個部位都檢測，導致檢測的精度不高，無法保證零部件硬度是否達標。

本實用新型解決的方案是，提出一種3D打印零件成形過程表面硬度在線監測裝置，包括工作臺、激光器、光譜儀、光路裝置、反射鏡、電控位移裝置、計算機和支架，所述電控位移裝置、激光器和支架依次設置在工作臺上，所述支架包括設有用以支撐反射鏡的第一支架和用以支撐光譜儀的第二支架，所述激光器置于反射鏡下方用以將脈沖激光經反射鏡反射至光路裝置上，所述光路裝置設置在電控位移裝置靠近檢測樣品一側用以匯聚脈沖激光至檢測樣品上并收集檢測樣品的等離子體所產生的信號，所述電控位移裝置設置在光路裝置與反射鏡之間用以將光路裝置所收集的等離子體光信號經光纖傳送至光譜儀，所述計算機置于工作臺上方，所述計算機與光譜儀連接用以接收經光譜儀轉換的電信號并對檢測樣品的等離子體光譜進行處理。

進一步優選的，所述光路裝置包括用以匯聚脈沖激光的第一聚焦透鏡、用以固定所述第一聚焦透鏡的第一夾持架、用以收集等離子體光信號的第二聚焦透鏡和用以固定所述第二聚焦透鏡的第二夾持架，所述第一聚焦透鏡置于第二聚焦透鏡上方，所述第一夾持架和第二夾持架設置在電控位移裝置上。

進一步優選的，所述電控位移裝置包括用以移動第一夾持架的第一電動升降桿、用以移動第二夾持架的第二電動升降桿和分別驅動所述第一電動升降桿、第二電動升降桿的電機，所述電機與計算機電連接。

進一步優選的，所述第一支架包括設置在工作臺上的固定桿和與所述固定桿鉸接的移動桿，所述移動桿與反射鏡背面連接用以調節反射鏡與激光器的角度。

進一步優選的，所述計算機還與激光器電連接用以控制激光器的通斷。

進一步優選的，所述光纖靠近第二聚焦透鏡一側設有聚光器。

本實用新型的有益效果：