[發明專利]一種激光粉末床熔融成形件缺陷反饋與調節方法

有效

• 申請號: 202010645180.4
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111790910B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 廖文和;鄒志永;劉婷婷;張凱;顧明飛;熊志偉;陳香媛;閆志隆;陳丹
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B33Y50/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳月菊

本發明公開了一種激光粉末床熔融成形件缺陷反饋與調節方法，包括：以預設的采樣頻率同步采集熔池光輻射信號和所屬的坐標位置信號，一一對應后進行顏色映射，生成三維立體RGB圖像；根據RGB顏色差異在三維立體RGB圖像上識別出缺陷的類型、形狀并獲取缺陷的空間分布位置；統計光輻射異常值數量，根據統計結果判定采用停機或局部重熔對打印進程進行調節。本發明能夠在線監測到缺陷的發生，還能夠精確定位缺陷發生的位置，因而不僅能夠及時發現缺陷，而且能夠視缺陷多少通過“停機”或“局部重熔”等反饋調節機制及時修復缺陷，經濟高效，有利于成品質量，減少資源浪費。

技術領域

本發明涉及3D打印技術領域，具體而言涉及一種激光粉末床熔融成形件缺陷反饋與調節方法。

背景技術

金屬增材制造制件在制造過程中極易出現孔隙、裂紋等缺陷，這些缺陷的存在使得金屬增材制造制件在拉伸性能、高溫持久性能以及疲勞壽命等無法與鍛件媲美，甚至低于鑄件。因此，通過實時監控成形過程中缺陷產生等異常，隨時調整工藝參數以減少廢品的產生，實現增材制造技術的閉環控制至關重要，為此，研究人員開展了多項在線監測技術的研究，如激光超聲、高速相機、紅外熱像儀等，但這些技術由于各種原因尚不能大規模推廣應用，如，激光超聲監測方法對零件表面粗糙度要求較高，目前的激光粉末床熔融技術難以達到粗糙度要求；高速相機及紅外熱像儀成本太高，適用于科研，難以用于生產加工，且難以準確定位缺陷位置，不利于缺陷的在線修復。

專利號為CN108509665A中提及了一種光電二極管檢測的熔池光強數據場建模方法，但其中并未涉及適于任意掃描方式的具有復雜形狀的熔融成形件缺陷的在線監測方式。因此目前亟需提出一種適于任意掃描方式的具有復雜形狀的熔融成形件缺陷的在線監測方式，以及基于在線監測結果的實時調節方法。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供一種基于熔池光輻射信號的激光粉末床熔融成形件缺陷反饋與調節方法，能夠在線監測到缺陷的發生，還能夠精確定位缺陷發生的位置，因而不僅能夠及時發現缺陷，而且能夠視缺陷多少通過“停機”或“局部重熔”等反饋調節機制及時修復缺陷，經濟高效，有利于成品質量，減少資源浪費。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種激光粉末床熔融成形件缺陷反饋與調節方法，所述方法包括以下步驟：

S1，以預設的采樣頻率同步采集熔池光輻射信號和所屬的坐標位置信號，一一對應后進行顏色映射，生成三維立體RGB圖像；

S2，根據不同材料組分、不同工藝參數下有缺陷和無缺陷時光輻射強度差異，設置對應的缺陷閾值，根據RGB顏色差異在三維立體RGB圖像上識別出缺陷的類型、形狀并獲取缺陷的空間分布位置；

S3，統計光輻射異常值數量：

如果光輻射異常值數量占整個光輻射信號數量的比例大于預設的第一比例閾值，判定當前零件的缺陷較多，采用停機的調節方式終止當前打印進程；

如果光輻射異常值數量占整個光輻射信號數量大于預設的第二比例閾值但小于第一比例閾值，判定當前零件的缺陷較少，采用局部重熔的調節方式在線修復缺陷，繼續當前打印進程；

所述第一比例閾值和第二比例閾值均大于0。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，步驟S1中，所述同步采集熔池光輻射信號和所屬的坐標位置信號，一一對應后進行顏色映射，生成三維立體RGB圖像的過程包括以下步驟：

S11，采用FPGA以預設的采樣頻率采集光輻射強度信號并發送至計算機串口，驅使增材制造成形控制程序通過串口通訊函數實時讀取串口的光輻射強度信號；

S12，振鏡控制卡以相同的采樣頻率實時采集振鏡坐標位置信號，并在增材制造成形控制程序中調用RTC5函數，實時讀取振鏡控制卡采集的振鏡坐標位置信號；