[發明專利]一種選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測系統及方法

在審

• 申請號: 202010190158.5
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111375765A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 劉京南;陳從顏;李宇;袁景光
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;G01J3/42;G01K11/20;B33Y50/02;B33Y30/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測系統，包括激光發射器、擴束鏡、振鏡、場鏡、同軸分光鏡、3D打印工控機、通信模塊和打印工作臺，其特征在于，還包括窄帶濾光片、光電檢測電路模塊和數據采集與處理模塊；所述窄帶濾光片連接同軸分光鏡，鎖定待打印金屬的特征光譜，通過光電檢測電路對該波長的金屬熔池輻射光進行檢測，并通過數據采集與處理模塊將數字電壓信號傳輸至3D打印工控機；所述光電檢測電路模塊包括光電檢測管和放大電路模塊。

2.根據權利要求1所述的一種選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測系統，其特征在于，所述放大電路模塊設計如下：

選取A₁、A₂兩個具有參數互補特點的運算放大器，其中A₁為高速器件，A₂為低噪聲器件；輸入信號中的低頻分量經A₂通道傳送至輸出端，使得整個電路的失調、漂移等主要取決于A₂的器件參數；輸入信號中的高頻分量則主要經A₁通道放大，使整個電路的高頻響應主要取決于A₁的器件參數，且將A₁輸入端的失調電壓、失調電流及其溫度漂移的影響置于A₂的負反饋環路中，使其得到有效抑制。

3.根據權利要求1所述的一種選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測系統，其特征在于，所述放大電路模塊的輸入端直接聯接光電管檢測輻射光譜的電流信號。

4.根據權利要求1所述的一種選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測系統，其特征在于，所述窄帶濾光片的帶寬為以特征線譜為中心波長的±5nm范圍內。

5.一種采用如權利要求1所述系統的選擇性激光熔融3D打印機的熔池溫度檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)激光發射器發射的激光首先通過擴束鏡進行擴束，然后經振鏡調整激光的入射方向，經場鏡匯聚至打印工作臺，對金屬粉末進行熔融，產生的金屬熔池輻射光與反射的激光通過振鏡系統原路返回至激光入射點，通過同軸分光鏡將激光與金屬熔池輻射光分離，得到單獨的金屬熔池輻射光；

(2)依據所打印金屬的特征光譜特性，選擇合適波長的窄帶濾光片鎖定該特征光譜，通過光電檢測電路對該波長的金屬熔池輻射光進行檢測；

(3)通過數據采集與處理模塊進行A/D轉換及數據采集，將數字信號進行均值濾波后存儲至存儲器中，利用以太網，采用UDP協議，將數字電壓信號傳輸至3D打印工控機；3D打印工控機對激光發射器進行驅動控制，改變激光功率和激光掃描速度，并記錄打印過程中的實時參數。