[發明專利]一種基于AI的環境控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 202010081917.4
• 申請日: 2020-02-06
• 公開（公告）號: CN111097910B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 高尚孜
• 申請（專利權）人: 高尚孜
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 劉奇

一種基于AI的環境控制系統，包括計算機控制系統和3D打印系統，通過壓力環境監測裝置實時檢測密閉成型腔內的環境壓力信息并向計算機控制系統傳送壓力信號，通過干擾氣體監測裝置實時檢測3D打印過程中生成的干擾氣體的強度和/或濃度信息并向計算機控制系統傳送強度和/或濃度信號，通過保護氣體調節裝置向密閉成型腔提供一定壓力的保護氣體，通過抽氣裝置抽吸密閉成型腔內生成的干擾氣體，通過計算機控制系統基于壓力環境監測裝置和干擾氣體監測裝置的檢測信號生成控制指令，控制保護氣體調節裝置和抽氣裝置的運行，實現對密閉成型腔內環境的自動控制。基于上述系統的控制方法，依靠計算機程序自動進行閾值對比分析和環境調節，響應精度高。

技術領域

本發明涉及智能控制技術領域，具體涉及一種基于AI控制的用于金屬激光3D打印中的打印環境控制的系統及控制方法。

背景技術

激光3D打印是目前較為先進的一種金屬制件制造工藝，由于其無模快速制造的特點，在先進制造尤其是新產品研發中發揮著越來越重要的作用，近年來國內很多高校已經展開了金屬激光3D打印的研究。

計算機控制技術是實現智能控制的基礎，貫穿激光3D打印的整個過程，從三維圖層的計算機建模、分層切片到多軸系統的三維運動控制，從打印質量的實時分析到打印環境的實時監控都離不開基于AI的計算機控制技術。例如申請號為201310288137.7的中國發明專利公開了一種金屬零件的3D打印制造裝置及方法，整套裝置均依靠一計算機控制系統進行控制，其計算機控制系統包括計算機，該計算機分別通過數據線與驅動裝置的控制卡和激光系統的控制卡相連，除了激光加工系統，其還包括氣氛保護系統、加熱系統，氣氛保護系統的抽真空和充氣控制和檢測、加熱系統的溫度控制和檢測也都依賴計算機控制系統實現。

金屬制件的激光3D打印在密閉環境和保護氛圍下進行，環境壓力和溫度對打印層內在和外在質量都有很大影響，由此，金屬激光3D打印除了三維建模和三維打印過程的實現高度依賴計算機控制技術外，基于對打印工作環境的實施控制來確保打印質量是AI智能控制的另一重要應用方向，目前這種應用的技術也很多，例如申請號為201310024477.9的中國發明專利公開了一種選擇性激光熔化SLM氣氛保護系統，包括中央控制系統，該中央控制系統同帶有人機界面的上位機通信連接，選擇性激光熔化SLM氣氛保護系統安裝有氧含量傳感器、水含量傳感器、壓力傳感器以及內部的溫度傳感器，在制粉過程中氧含量、水含量、壓力、溫度等所有的工藝參數均可在中央控制系統中進行實時監控，并且中央控制系統可以自動調節氣氛保護系統的壓力、溫度，實現恒壓、恒溫成形，為選擇性激光熔化SLM過程提供高氣氛潔凈度的環境，監控系統還配有數據采集軟件，可以將實時顯示的工藝參數保存成工藝文件，方便后期質量追溯。

現有相關技術中，雖然已經將3D打印環境中的氣氛壓力條件和溫度條件納入環境控制的目標，但調控的對象均是固有氣氛本身，沒有考慮到一項非常重要的影響因素氣體干擾，這是因為多數金屬粉末在制備過程中都經過化學制備或者機械球磨制備，很多都混雜有例如殘留球磨介質、殘留保護劑、表面活性劑以及其他各類有機介質，而對于一些產品而言，粉末成分可能本身就是很復雜的，有的金屬零件其實是以金屬為基體混合了多種成分的復合材料，在一些粉末制備或送粉工藝中，可能還要有意加入一些粘接或流動助劑，或者加入一些以生成碳質增強體(例如碳納米管)為目標的有機碳源，這種情況下，由于激光3D打印是對粉末的高能量加工，加工工程中由于金屬粉末中混入的其他化學物質的熱解而產生的氣體對3D打印空間內的環境條件就產生了不可忽略的影響，這些氣體不但影響環境壓力，本身可能也是有害的，比如滲入熔融態金屬從而生成不期望的夾雜，比如對激光光路或者敏感的光學或電子器件造成污染或損壞。

目前，尚未有現有技術能夠針對上述干擾氣體提出可行的環境控制方案。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種基于AI的環境控制系統及控制方法，基于自動檢測分析系統以及計算機程序對干擾氣體進行自動檢測和閾值對比分析，進而通過后續的排氣和補壓保證3D打印環境的穩定，在保證產品質量的同時，也穩定了激光光路，保護了光學和電子器件。