[發(fā)明專利]一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置和方法

有效

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112378820B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 南文光;顧益青
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/84
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發(fā)明公開了一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測的裝置和方法，屬于增材制造領(lǐng)域。本發(fā)明采用一種新型的裝置進行模擬鋪粉，通過監(jiān)測鋪粉過程中刮刀上扭矩傳感器和底板下方壓力傳感器的輸出變化情況以及對鋪粉后粉層進行圖像處理，獲得鋪粉之后粉末層空斑的分布特征，進而對該增材制造粉末進行鋪展性能的綜合測量與表征。本裝置由伺服電機、特制刮刀、扭矩傳感器、升降臺、底板、工業(yè)相機等組成。本裝置鋪粉方式、鋪展性能的測量和表征方式均較為新穎，適用于測量各種用于增材制造的粉末。該裝置結(jié)構(gòu)簡潔、清晰，成本低廉且組裝迅速，占地面積小，易于操作，故適合大批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體來說是一種新型的鋪粉裝置和鋪展性能表征方法，電機帶動特質(zhì)刮刀旋轉(zhuǎn)進行鋪粉，通過監(jiān)測鋪粉過程中扭矩傳感器、壓力傳感器的數(shù)據(jù)變化，以及鋪粉之后的對粉層的圖像處理來綜合測量和表征粉末的鋪展性能。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)由于具有快速成型、不受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制等序列優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、生物醫(yī)藥等行業(yè)，成為了一種推動傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要力量。其中，在以增材制造粉末為原料的增材制造技術(shù)中，增材制造粉末通過輥子或刮刀以薄層形式鋪展在工作面上，進而在高能量激光束作用下選擇性熔化，然后循環(huán)鋪粉-熔化成三維零件。作為制造過程中的重要中間環(huán)節(jié)，鋪粉質(zhì)量的好壞直接影響到成形件的質(zhì)量。對于鋪展性能較差的增材制造粉末，鋪粉粉層容易出現(xiàn)缺陷，如沒有完全覆蓋工作面、顆粒聚團等，使得單層加工后的表面質(zhì)量較差，導(dǎo)致最終成形的零件內(nèi)部出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷，進而影響零件的質(zhì)量和性能。然而，用于衡量鋪粉能力的鋪展性能一直以來缺乏精確定義和明確的測量方法。由于對增材制造材料和增材制造增材制造產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，缺乏裝置和方法在增材制造加工之前測量和表征粉末的鋪展性能，嚴重制約了增材制造增材制造產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

與傳統(tǒng)的增材制造粉末鋪展性能檢測裝置和方法相比，本裝置由伺服電機、特制刮刀、壓力傳感器、升降臺等組成。調(diào)節(jié)升降臺，使用塞尺控制特制刮刀與鋪粉板之間的間隙。通過伺服電機帶動刮刀進行圓周速度精確的鋪粉運動，鋪粉后對粉層進行圖像處理和數(shù)據(jù)分析。最終通過鋪粉后粉層空斑的分布特征和鋪粉過程中的無量綱壓力和扭矩變化情況來測量和表征粉末的鋪展性能，其中無量綱壓力為壓力與粉末重力的比值(F/mg)。

2017年7月28日，授權(quán)號為CN 106984816 A的中國專利公開了一種用于增材制造粉末流動性檢測的設(shè)備。該裝置包括密封的殼體，殼體內(nèi)設(shè)有用于鋪設(shè)粉末的鋪粉裝置和用于測量粉末層表面形貌的裝置，表面形貌的測量裝置設(shè)置于鋪粉裝置的四周。所表征的參數(shù)用于調(diào)整打印參數(shù)和選擇粉末材料等情況。該方法理論可行，可測出粉末流動性等參數(shù)，但僅是一個大致框架。而對于鋪粉裝置以及粉末流動性的檢測，并沒有給出詳細的測量和表征方法，粉末層的表面形貌也僅是理論存在，也沒有給出實際的測量表征方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的增材制造鋪展性能測量現(xiàn)狀，提供一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置和方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種新型增材制造粉末鋪展性能檢測裝置，包括伺服電機、特制刮刀、扭矩傳感器、升降臺、環(huán)形鋪粉板、底板、工業(yè)相機；所述伺服電機與扭矩傳感器之間通過聯(lián)軸器連接，所述特制刮刀由聯(lián)軸器固定于扭矩傳感器下方，所述砂紙由膠水粘貼于環(huán)形鋪粉板上，環(huán)形鋪粉板裝配到底板槽內(nèi)，底板位于升降臺上方，升降臺下方固定有壓力傳感器，所述特制刮刀與砂紙存在間隙，所述砂紙正上方通過支架固定有工業(yè)相機。

本發(fā)明采用堆疊漏斗將待測粉末送至環(huán)形鋪粉板的砂紙上，通過塞尺來控制特制刮刀和鋪粉板的間隙，伺服電機控制特制刮刀在砂紙上旋轉(zhuǎn)鋪粉，特制刮刀和伺服電機之間裝有扭矩傳感器，三者之間由聯(lián)軸器連接。裝置整體封閉于透明箱體內(nèi)，通過相機拍攝和圖像處理得出鋪粉后粉層空斑的分布特征，根據(jù)空斑分布情況以及鋪粉過程中的無量綱扭矩和壓力變化情況來綜合測量和表征粉末的鋪展性能。