CN106363172A - 选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法，属于选择性激光熔化成形装置技术领域，提供了一种能够实时监测SLM成形过程中铺粉及制品内部孔隙率，提高成品率及制品的组织性能的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法，所采用的技术方案为成形腔顶部设置有熔化成形激光系统，成形腔内设置有用于采集铺粉及制品孔隙率的电子显微镜，成形腔的顶部设置有报警器，电子显微镜和报警器均与主控系统相连接；本发明广泛用于选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率的检测。

Description

选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法，属于选择性激光熔化成形装置技术领域。

背景技术

3D打印技术是基于三维CAD 模型数据，通过材料逐层叠加构造三维物体的技术。3D打印技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据在一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，实现了复杂结构零件的快速成形，大大减少了加工工序，减少了加工周期，降低了开发成本和风险，被认为是第三次工业革命。

目前典型的3D打印技术主要有：选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、光固化立体成形（SLA）、熔融沉积制造（FDM）等。SLM技术是3D打印技术领域最具发展潜力的技术之一。其基本原理是：在计算机上设计出零件的三维模型，然后对该三维模型进行切片分层，得到各截面的二维轮廓数据，将这些数据导入快速成形设备计算机中。激光束开始扫描前，铺粉装置首先把金属粉末平铺到成形缸的基板上，激光束再按当前层的填充轮廓线选区熔化成形基板上的金属粉末。加工完当前层后，成形缸下降一个层厚的距离，粉料缸上升一定距离，铺粉装置在已加工好的当前层上铺好金属粉末，设备调入下一层轮廓的数据进行加工，如此层层加工，直到整个零件加工完毕。

SLM成形过程中，铺粉及制品内部的孔隙率直接影响制品组织性能。目前SLM成形过程中无法检测铺粉及制品内部的孔隙率，只能是成形结束后，从成形腔中取出制品，利用X光检测制品内部孔隙率。如果该制品内部空隙较多不合格，将重新调整成形工艺，重新进行激光熔化成形，不仅降低了成形效率，而且浪费了材料，在一定程度上影响了SLM技术的发展。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种能够实时监测SLM成形过程中铺粉及制品内部孔隙率，提高成品率及制品组织性能的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置及方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，包括成形腔，所述成形腔顶部设置有熔化成形激光系统，所述成形腔内设置有用于采集铺粉及制品孔隙率的电子显微镜，所述成形腔的顶部设置有报警器，所述电子显微镜和报警器均与主控系统相连接。

优选的，所述成形腔内部两侧设置有升降机构，所述升降机构的顶部设置有固定横梁，两个固定横梁的一端设置有水平导轨，另一端设置有齿条，所述水平导轨和齿条上滑动安装有运动横梁，所述运动横梁的两端设置有方孔，水平导轨和齿条分别滑动安装在方孔内，所述运动横梁上设置有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮的轴上设置有驱动电机，所述运动横梁的底部设置有多个电子显微镜。

优选的，所述运动横梁的两侧设置有红外测距传感器，运动横梁中部设置有补光灯，所述红外测距传感器和补光灯均与主控系统相连接。

优选的，所述电子显微镜的外部罩有透明保护罩。

优选的，所述透明保护罩为透明石英玻璃。

选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测方法，按照以下步骤进行操作，

a、调整电子显微镜与成形腔基板的距离，使电子显微镜达到最佳的拍照距离；

b、启动铺粉系统，铺完粉后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对铺粉表面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

c、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对铺粉的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果铺粉的孔隙率满足设定要求，则进行激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警器，提醒操作人员进行重新铺粉，并对粉末进行压实；

d、启动激光熔化系统，对铺好的粉末进行激光熔化成形；熔化成形后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对制品截面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

e、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对制品截面的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果制品截面的孔隙率满足设定要求，则进行下一次的铺粉及激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警系统，提醒操作人员调整工艺参数；

f、重复上述步骤，直到零件烧结成形完成为止。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：本发明采用电子显微镜实时检测SLM成形过程中铺粉及制品内部孔隙率，并将信息反馈给主控系统，通过图像分析对比，确定孔隙率的大小，从而调整成形工艺，减小铺粉及制品内部孔隙率，提高成品率及制品的组织性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中运动横梁的结构示意图。

图3为发明中齿条的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，包括成形腔1，成形腔1顶部设置有熔化成形激光系统8，成形腔1内设置有用于采集铺粉及制品孔隙率的电子显微镜15，成形腔1的顶部设置有报警器9，电子显微镜15和报警器9均与主控系统14相连接。

如图1和图2所示，成形腔1内部两侧设置有升降机构2，升降机构2的顶部设置有固定横梁4，两个固定横梁4的一端设置有水平导轨5，另一端设置有齿条10，水平导轨5和齿条10上滑动安装有运动横梁7，运动横梁7的两端设置有方孔16，水平导轨5和齿条10分别滑动安装在方孔16内，运动横梁7上设置有与齿条10啮合的齿轮3，齿轮3的轴上设置有驱动电机6，运动横梁7的底部设置有多个电子显微镜15，电子显微镜15的外部罩有透明保护罩12，透明保护罩12采用透明石英玻璃。运动横梁7的两侧设置有红外测距传感器11，运动横梁7中部设置有补光灯13，红外测距传感器11和补光灯13均与主控系统14相连接。

本发明中电子显微镜的数量为两台，分辨率为微米级别，两台电子显微镜分别安装在运动横梁上，两台显微镜15之间安装补光灯13，补光灯采用LED灯。运动横梁7两侧同时安装红外测距传感器11，用于测量电子显微镜15与制品的距离。运动横梁7一端安装在水平导轨5上，另一端安装在齿条10上。运动横梁7安装在齿条上的一端安装有齿轮3，齿轮3上连接驱动电机6，齿轮3与齿条10啮合。在驱动电机6作用下，通过齿轮组驱动运动横梁7及安装在运动横梁7上的电子显微镜15等装置在成形腔1内运动，从而便于对铺粉表面及制品截面进行扫描拍照。水平导轨5和齿条10两端分别安装在两根固定横梁4上，固定横梁4安装在升降机构2上。升降机构可以采用升降机构结构，也可以采用机械结构。报警器9安装在成形腔1顶部，紧邻激光成形系统8。

电子显微镜15、升降机构2、驱动电机6、红外测距传感器11、报警器9均与主控系统14相连。红外测距传感器11测得电子显微镜15与制品距离后，将此信息反馈给主控系统14，主控系统14从而控制升降机构2进行升降运动，使电子显微镜15达到最佳的焦距，实现自动对焦。电子显微镜15拍完铺粉表面或制品截面图片后，将图片信息反馈到主控系统14，主控系统14内置的处理单元，该处理单元能够将两台电子显微镜15拍摄的照片进行自动拼接，并且能够对孔隙进行自动识别、统计、分析，如果孔隙率超过设定要求，将会启动报警器，提醒操作者调整工艺参数，降低铺粉或制品孔隙率。

具体的检测方法，按照以下步骤进行操作，

a、调整电子显微镜与成形腔基板的距离，使电子显微镜达到最佳的拍照距离；

b、启动铺粉系统，铺完粉后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对铺粉表面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

c、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对铺粉的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果铺粉的孔隙率满足设定要求，则进行激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警器，提醒操作人员进行重新铺粉，并对粉末进行压实；

d、启动激光熔化系统，对铺好的粉末进行激光熔化成形；熔化成形后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对制品截面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

e、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对制品截面的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果制品截面的孔隙率满足设定要求，则进行下一次的铺粉及激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警系统，提醒操作人员调整工艺参数；

f、重复上述步骤，直到零件烧结成形完成为止。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本发明范围内。

Claims (6)

1.选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，包括成形腔，所述成形腔顶部设置有熔化成形激光系统，其特征在于：所述成形腔内设置有用于采集铺粉及制品孔隙率的电子显微镜，所述成形腔的顶部设置有报警器，所述电子显微镜和报警器均与主控系统相连接。

2.根据权利要求1所述的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，其特征在于：所述成形腔内部两侧设置有升降机构，所述升降机构的顶部设置有固定横梁，两个固定横梁的一端设置有水平导轨，另一端设置有齿条，所述水平导轨和齿条上滑动安装有运动横梁，所述运动横梁的两端设置有方孔，水平导轨和齿条分别滑动安装在方孔内，所述运动横梁上设置有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮的轴上设置有驱动电机，所述运动横梁的底部设置有多个电子显微镜。

3.根据权利要求2所述的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，其特征在于：所述运动横梁的两侧设置有红外测距传感器，运动横梁中部设置有补光灯，所述红外测距传感器和补光灯均与主控系统相连接。

4.根据权利要求2或3所述的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，其特征在于：所述电子显微镜的外部罩有透明保护罩。

5.根据权利要求4所述的选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测装置，其特征在于：所述透明保护罩为透明石英玻璃。

6.选择性激光熔化成形铺粉及制品孔隙率检测方法，其特征在于：按照以下步骤进行操作，

a、调整电子显微镜与成形腔基板的距离，使电子显微镜达到最佳的拍照距离；

b、启动铺粉系统，铺完粉后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对铺粉表面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

c、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对铺粉的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果铺粉的孔隙率满足设定要求，则进行激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警器，提醒操作人员进行重新铺粉，并对粉末进行压实；

d、启动激光熔化系统，对铺好的粉末进行激光熔化成形；熔化成形后，在驱动电机的作用下，电子显微镜从一侧运动到另外一侧对制品截面进行拍照，并将图片信息反馈到主控系统；

e、主控系统接收到图片信息后，主控系统内置处理单元对电子显微镜的照片进行拼接，并且对制品截面的孔隙进行自动识别、统计、分析；如果制品截面的孔隙率满足设定要求，则进行下一次的铺粉及激光熔化成形；如果孔隙率超过设定要求，则启动报警系统，提醒操作人员调整工艺参数；

f、重复上述步骤，直到零件烧结成形完成为止。