[實用新型]一種激光同軸熔融與檢測反饋控制的增材制造系統

有效

• 申請號: 202023100107.3
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN215879897U
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 王輝;黃衛東;葉盛;洪浩;鄭建喜;張慶永
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/28;B22F10/31;B22F10/85;B22F12/41;G01J5/08;G01J5/0806;G01J5/10;G01N21/01;G01N21/71;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 北京科名專利代理有限公司 11468
• 代理人: 陳朝陽

發明公開了一種激光同軸熔融與檢測反饋控制的增材制造系統，包括激光成形系統、LIBS系統、雙色高溫計系統、控制系統。激光成形系統、LIBS系統、雙色高溫計系統，通過第一分束鏡、第二分束鏡、第三分束鏡的串聯，構成一個激光同軸熔融與檢測反饋控制同時進行的系統。本發明利用激光誘導擊穿光譜（LIBS）裝置和雙色高溫計對功能梯度材料增材制造過程中的局部金屬粉末混合比例及熔池溫度進行實時在線檢測，并根據局部的金屬粉末混合比例及熔池溫度對激光功率進行反饋控制，實現了功能梯度材料成形過程中的成形參數的實時調節，提高功能梯度材料的成形質量。

技術領域

本實用新型屬于增材制造技術領域，涉及一種激光同軸熔融與檢測反饋控制的增材制造系統。

背景技術

激光增材制造技術是一種通過對零件三維模型進行分層，然后根據分層情況規劃成形路徑，最后通過激光，使材料熔融并利用“自下而上”累加的方式，實現零件成形的成形方式，是一種實現三維零件快速成形制造的新型制造方法。通過激光增材制造，可以實現將金屬材料粉末層層堆疊焊接起來制造三維零件的目標。

功能梯度材料是指兩種或多種材料復合且成分和結構呈連續梯度變化的一種新型復合材料，簡單來說，就是材料的成分沿厚度方向由一側向另一側連續變化，從而實現材料的性質和功能也呈連續性變化的材料。激光增材制造技術可用于制造功能梯度材料，其中，使用金屬材料的混合粉末來制造功能梯度材料是激光增材制造領域的重要應用之一。

激光增材制造過程中，為了控制成形質量，成形材料的熔池溫度應當控制在合理的范圍內。成形過程中，熔池溫度的劇烈變化，可能會導致成形零件內部出現不可預知的裂紋和氣泡等缺陷。對于功能梯度材料的成形來說，不同梯度區域的金屬粉末混合比例不同，即對應著不同的成形溫度的需求，因此，更需要通過對于金屬粉末混合比例和成形溫度的實時在線監控，實現對成形激光功率的反饋控制。更進一步地，通過對金屬粉末混合比例和成形溫度的實時在線監控，可以實現對激光功率、掃描間距、掃描速度、基板粉末厚度等重要成形參數的實時優化。

激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是一種材料成分檢測技術，該技術使用高能激光脈沖聚焦于樣品表面，當高能激光聚焦于材料表面并達到光學擊穿閾值時，樣品被聚焦處的部分材料會轉化成等離子狀態，然后使用信號采集儀收集來自等離子體的光譜，并利用光譜儀分析收集到的光譜信息，從而可以準確確定被測樣品的組成成分和成分比例。雙色輻射高溫計又稱為比色高溫計，它是利用同一物體發射的兩個不同波段的波長，其光譜的輻射亮度經過光電轉換兩路輸出信號的比值與溫度的單值關系來確定物體的溫度。它屬于一種非接觸式測溫，其理論源于黑體輻射能量分布的普朗克定理。雙色輻射高溫計對溫度的檢測受探頭和檢測對象之間的煙塵、雜質、保護氣體等的干擾小，可以準確檢測激光增材制造過程中材料的高溫熔池溫度。利用雙色輻射高溫計的溫度監控和LIBS裝置的成分檢測，可以實現對功能梯度材料的激光增材制造過程進行實時監控和反饋控制。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種實現功能梯度材料激光同軸熔融與檢測反饋控制的增材制造系統，該裝置共用一套光學系統，具有體積小，結構緊湊，能對功能梯度材料的成形制造過程進行實時檢測反饋控制等優點。

本實用新型采用的技術方案是：

一種功能梯度材料激光同軸熔融與檢測反饋控制的增材制造系統，包括成形室，所述成形室內設有光纖激光器，所述的光纖激光器產生成形激光光束；成形激光光束依次通過光束隔離器、擴束鏡、第一分束鏡、掃描振鏡、F-θ鏡，聚焦于成形室底部的成形缸內的混合粉末的表面，使混合粉末熔化；當成形激光光束離開粉末表面后，已經熔化的粉末凝固形成成形件；

成形室底部設有鋪粉輥筒，鋪粉輥筒將待處理粉末均勻地鋪平于成形缸已有粉末的上表面，多余的粉末在鋪粉輥筒的作用下進入粉末回收缸成形缸底部設有第一升降臺回收缸底部設有第二升降臺；