[發明專利]基于選擇性激光熔化的3D打印系統及方法

在審

• 申請號: 202110443068.7
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113172240A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 祝勇仁;鄭曉峰;申屠勝男;婁岳海;張紅星
• 申請（專利權）人: 浙江機電職業技術學院
• 主分類號: B22F12/00
• 分類號: B22F12/00;B22F10/28;B22F10/31;B22F10/85;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 吳斌林

1.一種基于選擇性激光熔化的3D打印系統，其特征在于，所述3D打印系統包括成型缸熔池模塊、鋪粉運動模塊、激光掃描模塊、氣流保護模塊和在線監控模塊；所述鋪粉運動模塊用于逐層3D打印后對所述成型缸熔池模塊進行鋪粉以形成粉床；所述激光掃描模塊用于對所述成型缸熔池模塊中的金屬粉末進行激光熔化以實現3D打印；所述氣流保護模塊用于在進行3D打印時提供惰性保護氣體；所述在線監控模塊用于實時監測所述成型缸熔池模塊中的產品數據和粉床數據以及所述氣流保護模塊中的氣體數據，并根據所述產品數據、所述粉床數據和所述氣體數據控制所述鋪粉運動模塊、所述激光掃描模塊和所述氣流保護模塊的工作。

2.根據權利要求1所述的基于選擇性激光熔化的3D打印系統，其特征在于，所述在線監控模塊包括TOF監測儀、高清工業攝像機、紅外熱像儀、氣流壓差傳感器和中央處理器；

所述TOF監測儀設于所述鋪粉運動模塊，用于在所述鋪粉運動模塊鋪粉時監測粉床的平整度并形成當前層的粉床平整度數據；

所述高清工業攝像機位于所述成型缸熔池模塊上部，用于在所述鋪粉運動模塊鋪粉后測量所述粉床的三維數據，以及在所述激光掃描模塊3D打印后測量所述產品的三維數據和識別所述產品的外觀缺陷，進而形成當前層的粉床三維數據、產品三維數據和產品缺陷數據；

所述紅外熱像儀位于所述成型缸熔池模塊上部，用于在所述激光掃描模塊3D打印后測量所述產品的溫度分布情況，以形成當前層的產品溫度梯度分布數據；

所述氣流壓差傳感器位于所述成型缸熔池模塊的上表面，用于實時監測所述氣流保護模塊提供的惰性保護氣體的氣流大小；

所述中央處理器用于接收所述TOF監測儀、所述高清工業攝像機、所述紅外熱像儀和所述氣流壓差傳感器的數據并根據接收的數據控制所述激光掃描模塊、所述鋪粉運動模塊和所述氣流保護模塊的工作。

3.根據權利要求1所述的基于選擇性激光熔化的3D打印系統，其特征在于，所述氣流保護模塊包括變頻驅動器、煙塵抽吸器、過濾器和氣泵風口；所述變頻驅動器與所述氣泵風口相連用于提供惰性保護氣體；所述煙塵抽吸器與所述過濾器相連用于將氣體通過所述過濾器抽吸至外部；所述氣泵風口的出風口呈喇叭狀，且表面具有陣列排布的細孔。

4.一種基于選擇性激光熔化的3D打印方法，應用于如權利要求1～3任一項所述的基于選擇性激光熔化的3D打印系統中，其特征在于，所述3D打印方法包括：

步驟一，對成型缸熔池進行鋪粉以形成粉床，同時監測鋪粉平面是否存在異常凸起，若存在異常凸起，則暫停鋪粉并報警；

步驟二，對形成的粉床進行幾何特征提取，得到當前層的粉床三維數據；

步驟三，對成型缸熔池內的粉床進行3D打印；

步驟四，在當前層的粉床3D打印后，對產品進行幾何特征提取，得到當前層的產品三維數據和產品缺陷數據；同時測量產品的溫度分布，得到當前層的產品溫度梯度分布數據；

步驟五，根據所述產品三維數據、所述產品缺陷數據和所述產品溫度梯度分布數據調節3D打印參數；同時根據所述產品三維數據和所述產品缺陷數據判斷產品是否出現缺陷，若出現缺陷則自動調整3D打印參數或中止3D打印；

步驟六，重復步驟一至步驟五，直至產品3D打印結束。

5.根據權利要求4所述的基于選擇性激光熔化的3D打印方法，其特征在于，所述步驟一包括：

在鋪粉運動時，利用TOF監測儀在鋪粉刮刀運動方向前側發射光束穿過成型缸熔池表面；

若光束被粉末或產品遮擋，則會被反射，此時判定為存在異常凸起，同時暫停鋪粉并報警。

6.根據權利要求4所述的基于選擇性激光熔化的3D打印方法，其特征在于，所述步驟二包括：

對高清工業攝像機進行標定，建立成像模型，以確定空間坐標系中物點與像點之間的對應關系；

利用標定后的高清工業攝像機對粉床進行圖像數據提取和三維測定，得到當前層的粉床三維數據；

將當前層的粉床數據保存至對應層的監測數據中。