[發明專利]用于估計3D印刷過程期間熔池深度的方法和設備，以及3D印刷系統

有效

• 申請號: 202011578078.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN113118465B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 孫勛;全益槿
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術院
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F12/41;B22F12/90;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 上海和躍知識產權代理事務所(普通合伙) 31239
• 代理人: 尹洪波

1.一種用于估計3D印刷過程期間形成的熔池的深度的方法，包括：

通過用熱成像相機拍攝層壓印刷物體的區域的熱圖像來測量所述熔池的表面溫度，所述層壓印刷物體的所述區域包括在所述3D印刷過程期間形成于所述層壓印刷物體上的基材的所述熔池；

將所述層壓印刷物體測量的表面溫度與所述基材的熔點(T_m)比較以將超出所述熔點的區域的邊界確定為所述熔池的表面邊界；

將所述熔池的表面區域由所述熔池的所述表面邊界限定的沿x軸方向和y軸方向的最大長度分別確定為所述熔池的表面的長度(a)和寬度(b)；

通過將所述熔池的長度(a)和寬度(b)輸入到所述熔池的預設溫度分布預測模型中來得到所述熔池的溫度分布公式，

其中K為所述基材的熱導率；I₀為強度比例因數；V為拍攝基材表面時所述熱成像相機的掃描速度；并且T_m為基金屬的熔點；

基于所述熔池的表面區域的長度(a)和寬度(b)計算所述熔池的溫度關系式Φ＝T(x,y＝0,z)-T_m在長度方向上導數為0的點(X_max,0,Z_max)處的z軸坐標值(Z_max)；和

基于所述熔池的所述表面區域的所述長度(a)和所述寬度(b)來實時地將計算的z軸坐標值(Z_max)估計為所述熔池沿z軸方向的最大深度(d)，

其中T(x,y＝0,z)為假定所述熔池的所述最大深度(d)點位于所述熔池的寬度方向上(y軸方向)的中心(y＝0)時所述熔池的溫度。

2.根據權利要求1所述的方法，還包括：測量所述熔池的所述層壓印刷物體的截面的實際深度；和檢查所述熔池測量的實際深度和估計的最大深度之間的差是否在預定誤差范圍內以驗證估計的所述最大深度的有效性。

3.根據權利要求2所述的方法，還包括將其中所述熔池測量的實際深度和估計的最大深度之間的差超出所述預定誤差范圍的情況視為所述熔池出現深度異常的情況。

4.根據權利要求1所述的方法，其中所述3D印刷過程以定向能量沉積(DED)方法執行。

5.根據權利要求1所述的方法，其中所述熔池的所述基材為金屬材料。

6.一種用于估計3D印刷過程期間形成的熔池的深度的設備，包括：

熱成像相機，所述熱成像相機構造成通過在所述3D印刷過程期間拍攝層壓印刷物體包括基材的熔池的區域來測量所述熔池的表面溫度；

計算單元，所述計算單元構造成利用由所述熱成像相機測量的所述熔池的所述表面溫度來估計所述熔池的深度，

其中所述計算單元包括以下功能：將所述層壓印刷物體測量的所述表面溫度與所述基材的熔點(T_m)相比較從而將超出所述熔點的區域的邊界確定為所述熔池的表面邊界；將所述熔池的表面區域由所述熔池的所述表面邊界限定的沿x軸方向和y軸方向的最大長度分別確定為所述熔池的表面的長度(a)和寬度(b)；通過將所述熔池的長度(a)和寬度(b)輸入到所述熔池的預設溫度分布預測模型中來得到所述熔池的溫度分布公式，

其中K為所述基材的熱導率；I₀為強度比例因數；V為拍攝基材表面時所述熱成像相機的掃描速度；并且T_m為基金屬的熔點；基于所述熔池的表面區域的長度(a)和寬度(b)計算所述熔池的溫度關系式Φ＝T(x,y＝0,z)-T_m在長度方向上導數為0的點(X_max,0,Z_max)處的z軸坐標值(Z_max)；和基于所述熔池的所述表面區域的所述長度(a)和所述寬度(b)將計算的z軸坐標值(Z_max)估計為所述熔池沿z方向的最大深度(d)，并且

其中T(x,y＝0,z)為假定所述熔池的所述最大深度(d)點位于所述熔池的寬度方向上(y軸方向)的中心(y＝0)時所述熔池的溫度。