CN109834267A - 一种基于3d打印二维码的金属加工件自动识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，该二维码应用金属3D打印机完成，包括以下步骤：制备所述粉末(6)；设计二维码的图案；将所述基板(8)固定在所述工作台面(7)上；将制备好的所述粉末(6)装入到所述落粉斗(5)中；所述设备控制系统(3)控制激光器中红光扫描的路径；关闭所述激光器红光开关(2)，打开所述激光器激光开关(4)，粉层经激光扫描烧结，逐层堆积形成所需的二维码；将3D打印的二维码嵌入到金属加工件中。本发明金属加工件自动识别方法，既避免了直接在加工件上蚀刻二维码存在深度低、不易识别等问题，又避免了加工件在热处理时发生反应而被腐蚀、开裂或者变形，造成二维码不能识别等问题。

Description

一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法

技术领域

本发明属于金属加工识别技术领域，更具体地，涉及一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法。

背景技术

在现代工业生产中，金属模具、零件及其他加工件批量制造化，需要配套地快速运输或分类库存。然而金属加工件种类繁多，且材料、生产工艺、质量要求等不尽相同。快速进行识别，获得模具或零件具体信息，对模具及零件的快速筛选、分类、调配等具有重要意义。

传统的识别和分类方法是通过人工进行识别和分类，费时费力成本高，二维码(又称QR Code，QR全称Quick Response)技术，是一种储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜的识别技术，可将二维码技术用于金属加工件快速运输或分类库存，但存在以下问题，很多金属加工件都会经过热加工处理，若直接采用激光打码的方式在金属产品上蚀刻二维码，将存在二维码深度低，不易识别；与热处理溶液反应被腐蚀，开裂、变形等不足，最终造成二维码无法识别。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，通过镶嵌的形式在零件表面附着二维码，既避免了直接在加工件上蚀刻二维码深度低、不易识别的问题，又避免了加工件在热处理反应时被腐蚀、开裂或者变形，造成二维码不能识别的问题，实现金属制品的快速识别。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于D打印二维码的金属加工件自动识别方法，该二维码应用金属D打印机制备，所述金属D打印机包括腔体、设备控制系统和工作台面，所述工作台面设于所述腔体内，所述工作台面上设有基板，所述基板上端设有可移动的落粉斗，所述落粉斗内装有粉末；所述设备控制系统连接有激光器，所述激光器包括激光器红光开关和激光器激光开关，该方法包括以下步骤：

步骤一：制备所述粉末；

步骤二：设计二维码图案，并转换成与所述控制设备系统匹配的格式；

步骤三：将所述基板固定在所述工作台面上，并调整所述工作台面的高度；

步骤四：将制备好的所述粉末装入到所述落粉斗中；

步骤五：所述设备控制系统控制激光器中红光扫描的路径，用红光扫描模拟激光扫描路径；

步骤六：关闭所述激光器红光开关，打开所述激光器激光开关，对所述基板进行预热，预热结束后将所述落粉斗从所述工作台面的一端水平移动到另一端，在所述工作台面上铺上所述粉末，所述基板上形成粉层，铺粉完毕后，打开所述激光器激光开关对粉层进行扫描，粉层经激光扫描烧结，逐层堆积形成所需的二维码；

步骤七：将所述二维码嵌入金属加工件中，实现所述金属加工件的自动识别。

作为本发明进一步优选，所述粉末为钛合金粉末、镍基合金粉末、钴铬合金粉末、铝合金粉末、不锈钢粉末、高强钢粉末、工模具钢粉末、铁镍合金粉末、非晶合金粉末或其他金属粉末。

作为本发明进一步优选，所述粉末采用水雾法、气雾法或电极感应雾化法制备。

作为本发明进一步优选，所述步骤四中，使用真空泵将腔体抽成真空状态，再向腔体中通入惰性气体对腔体进行气氛保护，防止所述金属粉末发生氧化。

进一步地，所述步骤五中，分析红光扫描检测路径的偏差，通过调整红光扫描区域，确保扫描区域全部落在基板的几何尺寸范围内。

作为本发明进一步优选，步骤六中，所述落粉斗匀速运动。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，直接在金属产品上激光3D打印制备出可识别的二维码，或者将激光3D打印的二维码镶嵌在金属模具或零件等制品上，既避免了直接在加工件上蚀刻二维码深度低、不易识别的问题，又避免了加工件在热处理反应时被腐蚀、开裂或者变形，造成二维码不能识别的问题，实现金属制品的快速识别。

(2)本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，可针对不同的需要，适合所有类型及规格的金属粉末和所有类型及规格的金属加工件，满足不同热处理条件要求，且通过腔体内填充惰性气体，防止金属粉末被氧化。

(3)本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，通过红光进行定位，调整扫描路径和扫描区域，确保激光扫描能够准确完成，工作台在激光扫过后会下降，从而保证铺的粉末始终在激光聚焦面上。

(4)本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，适合选择性激光熔化(SLM)成形技术，以及激光近净成形(LENS)与激光熔覆修复等激光3D打印及成形技术。

(5)本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，适合所有条形码，二维码及其他任何形状识别码及编码。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法涉及的3D打印装置结构示意图；

图2为本发明实施例一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法涉及的二维码嵌入金属加工件的效果图。

所有附图中，同一个附图标记表示相同的结构与零件，其中：1-腔体、2-激光器红光开关、3-设备控制系统、4-激光器激光开关、5-落粉斗、6-粉末、7-工作台面、8-基板、9-粉缸、10-金属加工件、11-二维码、12-二维码图案。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法涉及的3D打印装置结构示意图。如图1所示，金属加工识别的二维码打印装置包括腔体1、激光器红光开关2、设备控制系统3、激光器激光开关4、落粉斗5、粉末6、工作台面7、基板8和粉缸9。打印装置整体设在腔体1内，腔体1密封真空，腔体1内充有防氧化的气体，优选为氩气，用于腔体内的金属粉末的抗氧化保护；打印装置包括两个相邻的腔室结构，左边腔室中设有活塞结构，活塞的上端为工作台面7，工作台面7水平设置，工作台面7的外侧设有活塞壁，该工作台面7下方设有活塞杆，用于推动工作台面7沿着活塞壁做往复运动，用于调整工作台面的高度，使加工装置处于最佳加工状态，右边腔室为粉缸9，粉缸9中设有水平台面和竖直支撑结构，该水平台面的高度固定。

基板8设在工作台面7上，并用螺丝固定在工作台面上。基板8之上设有激光器，该激光器与设备控制系统3连接，设备控制系统中导入有3D二维码打印所需的文件，该激光器包括激光器红光开关2和激光器激光开关4，红光用于扫描模拟激光扫描路径，调整红光的扫描区域，以确保扫描区域能全部落在基板的几何尺寸范围内；激光对基板3和粉末6多次重复扫描，用于预热基板3及烧结粉末6，完成二维码(11)成型。

工作台面7上设有落粉斗5，落粉斗5为漏斗状结构，用于盛装粉末6，该落粉斗5从工作台面7的一端水平移动至另一端，该落粉斗5保持匀速移动，用于在工作台面7上铺上均匀的一层粉末；粉缸9用于盛装多余的粉末，当粉缸9中粉末堆积的高度高于两腔室之间隔断的高度时，该粉缸9中的粉末就会溢出落入到工作台面7上，起到对工作台面7铺粉的作用。

作为优选，粉末6可选择具有高激光吸收率、成型性好的316L不锈钢作为成形材料，或钛合金粉末(包含TA0、TA1、TC4、TC4ELI、TC11、TC17、TC18、TC21、TA7、TA12、TA15、TA17、TA19、Ti40、Ti60、TiAl(Ti36Al、Ti48Al2Cr2Nb)、TiNi、TiNb、ZrTi)，或镍基合金粉末(包含In718(GH4169)、In 625(GH3625)、Hastelloy X(GH3536)、Waspaloy(GH738)、In713C(K418)、K465、K640、Rene′125(DZ125)、DD6、FGH95、FGH96、FGH97等)，或钴铬合金粉末(如CoCrMo、CoCrMoW等)；铝合金粉末(包括2219、2024、6061、AlSi7Mg(ZL101)、AlSi12(ZL102)、AlSi10Mg(ZL104)、Al-Si5Cu1Mg(ZL105))，或不锈钢粉末(包括304、316L、410L、15-5PH、17-4PH、2Cr13)，或高强钢粉末(包括A100、300M、30CrMnSiA、40CrMnSiMoVA)，或工模具钢粉末(包括18Ni300、H13、M2、M35、M42、T15、2030、S390)，或铁镍合金(Invar 36)，或非晶合金(Zr基、Fe基等)。作为优选粉末6采用水雾法或气体雾化法或电极感应雾化法制备。

在本发明的一个实施例中，一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，具体包括一下步骤：

步骤1，选取选择具有高激光吸收率、成形性较好的316L不锈钢或钛合金粉末，或镍基合金粉末，或钴铬合金粉末，或铝合金粉末，或高强钢粉末作为成形材料，采用水雾法、气雾法或电极感应雾化法制备不锈钢粉末6。

步骤2，根据所需二维码图案12，用电脑描绘出图案，并转换成3D格式，并将转换后的格式导入到设备控制系统3中。

步骤3，选取目标二维码所需尺寸的不锈钢基板8，用螺丝将基板8锁定在工作台面7上，用活塞结构调整工作台面7的高度，从而调整基板8的高度，即调整落粉斗5与基板8之间的位置，使基板8处于最佳的工作平面上。

步骤4，将制备好的粉末6装入到落斗粉5中，用真空泵将腔体1抽成真空状态，再向腔体1中通入高纯氩气对腔体进行气氛保护，防止落粉斗6中和工作过程中落在工作台面7上的金属粉末6放生氧化，保证激光烧结的效果。

步骤5，打开激光器红光开关2，设备控制系统3控制激光器中红光扫描的路径，用红光扫描模拟激光扫描路径，通过红光扫描检测路径的偏差，在通过调整红光扫描区域，确保扫描区域全部落在基板的几何尺寸范围内。

步骤6，红光定位完成后，关闭红光开关，打开激光器激光开关4，对基板8进行多次重复扫描，使基板8预热；落粉斗5从工作台面7的一端水平移动到工作台面7的另一端，落粉斗5匀速运动，在工作台面7上落下粉末6，落粉斗5铺粉完毕后水平移动到起始位置；铺粉完毕后，激光器激光开关4打开，激光器对粉层进行扫描，粉层经激光扫描烧结后，工作台7在激光扫过后会下降，从而保证铺的粉末始终在激光聚焦面上。

扫描结束后，重复上述落粉斗5平移铺粉和激光器激光扫描烧结的过程，逐层堆积形成所需的二维码11，加工完成后，待零件随腔体冷却至室温后取出。

步骤7，将3D打印的二维码嵌入金属加工件10中，实现所述金属加工件10的自动识别，如图2所示。

本发明的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，直接在金属产品上激光3D打印制备出可识别的二维码，或者将激光3D打印的二维码镶嵌在金属模具或零件等制品上，既避免了直接在加工件上蚀刻二维码深度低、不易识别的问题，又避免了加工件在热处理反应时被腐蚀、开裂或者变形，造成二维码不能识别的问题，实现金属制品的快速识别。而且，可针对不同的需要，适合所有类型及规格的金属粉末和所有类型及规格的金属加工件，满足不同热处理条件要求，且通过腔体内填充惰性气体，防止金属粉末被氧化。

此外，通过红光进行定位，调整扫描路径和扫描区域，确保激光扫描能够准确完成，工作台在激光扫过后会下降，从而保证铺的粉末始终在激光聚焦面上。适合选择性激光熔化(SLM)成形技术，以及激光近净成形(LENS)与激光熔覆修复等激光3D打印及成形技术。适合所有条形码，二维码及其他任何形状识别码及编码。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，该二维码应用金属3D打印机制备，所述金属3D打印机包括腔体(1)、设备控制系统(3)和工作台面(7)，所述工作台面(7)设于所述腔体(1)内，所述工作台面(7)上设有基板(8)，所述基板(8)上端设有可移动的落粉斗(5)，所述落粉斗(5)内装有粉末(6)；所述设备控制系统(3)连接有激光器，所述激光器包括激光器红光开关(2)和激光器激光开关(4)，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一：制备所述粉末(6)；

步骤二：设计二维码图案(12)，并转换成与所述控制设备系统(3)匹配的格式；

步骤三：将所述基板(8)固定在所述工作台面(7)上，并调整所述工作台面(7)的高度；

步骤四：将制备好的所述粉末(6)装入到所述落粉斗(5)中；

步骤五：所述设备控制系统(3)控制激光器中红光扫描的路径，用红光扫描模拟激光扫描路径；

步骤六：关闭所述激光器红光开关(2)，打开所述激光器激光开关(4)，对所述基板(8)进行预热，预热结束后将所述落粉斗(5)从所述工作台面(7)的一端水平移动到另一端，在所述工作台面(7)上铺上所述粉末(6)，所述基板(8)上形成粉层，铺粉完毕后，打开所述激光器激光开关(4)对粉层进行扫描，粉层经激光扫描烧结，逐层堆积形成所需的二维码(11)；

步骤七：将所述二维码(11)嵌入金属加工件(10)中，实现所述金属加工件(10)的自动识别。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，其特征在于，所述粉末(6)为钛合金粉末、镍基合金粉末、钴铬合金粉末、铝合金粉末、不锈钢粉末、高强钢粉末、工模具钢粉末、铁镍合金粉末、非晶合金粉末或其他金属粉末。

3.根据权利要求1或2所述的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，其特征在于，所述粉末(6)采用水雾法、气雾法或电极感应雾化法制备。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，其特征在于，所述步骤四中，使用真空泵将腔体(1)抽成真空状态，再向腔体(1)中通入惰性气体对腔体(1)进行气氛保护，防止所述金属粉末(6)发生氧化。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，其特征在于，所述步骤五中，分析红光扫描检测路径的偏差，通过调整红光扫描区域，确保扫描区域全部落在基板(8)的几何尺寸范围内。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印二维码的金属加工件自动识别方法，其特征在于，步骤六中，所述落粉斗(5)匀速运动。