CN111702174B - 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法 - Google Patents

一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111702174B
CN111702174B CN202010574619.9A CN202010574619A CN111702174B CN 111702174 B CN111702174 B CN 111702174B CN 202010574619 A CN202010574619 A CN 202010574619A CN 111702174 B CN111702174 B CN 111702174B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oct
laser
powder
height
additive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010574619.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111702174A (zh
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Radium Industrial Technology Shanghai Co ltd
Original Assignee
Radium Industrial Technology Shanghai Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Radium Industrial Technology Shanghai Co ltd filed Critical Radium Industrial Technology Shanghai Co ltd
Priority to CN202010574619.9A priority Critical patent/CN111702174B/zh
Publication of CN111702174A publication Critical patent/CN111702174A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111702174B publication Critical patent/CN111702174B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608—Height gauges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
    • G01B11/0675—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating using interferometry
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

本发明提供了一种应用OCT技术的增材制造装置及其使用方法。本发明提供的装置和方法能够在SLM打印过程中应用OCT技术对初始铺设的粉末高度及打印过程中的零件高度进行精确测量，从而实现精确测量和控制厚度差的功能，能够及时发现问题，杜绝了增材制造过程中因为细微厚度差随着熔化层数的增加形成的累积误差，能够降低产品报废率，提高生产效率，降低成本，对于控制工艺稳定性有显著效果。本发明提供的装置设备简单、使用方法操作便捷、生产及检测效率高，能够进一步提高增材制造的生产效率。

Description

一种应用OCT技术的增材制造装置及其使用方法
技术领域
本发明设计一种3D打印(增材制造)装置及方法，具体是一种应用OCT 技术实现增材制造的装置及方法。
背景技术
SLM:Selective lasermelting(选择性激光熔化),是增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维切片模型中规划好的路径在粉末床层进行逐层扫描，扫描过的粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的零件。SLM技术克服了传统技术制造具有复杂形状的零件带来的困扰。它能直接成型出近乎全致密且力学性能良好的零件。 SLM打印过程中的铺粉高度和厚度往往决定了增材过程中的材料强度和质量，然而由于SLM过程周期长，成本高，过程中难免出现细微的厚度差，这些细微厚度差随着熔化层数的增加形成累积误差，影响了成品材料的强度的质量，因此，打印过程厚度差的控制对于SLM打印得到的增材的材料强度和质量至关重要。
然而，现有技术中仍没有成熟的、可以控制打印过程中铺粉厚度差的有效方法以及实现该方法的装置。现有技术主要依托于粉仓每次下降所设定的铺粉厚度，再由毛刷刮刀或者硬质合金刮刀将新一层粉末铺于表面。整个过程完全依赖机械结构的精度，但是毛刷刮刀和硬质合金刮刀在反复使用过程中会出现磨损甚至是撞刀的情况发生，从而在铺粉过程中，会有区域出现铺粉厚度异常，这是无法被现有技术检测到的，粉末厚度异常会直接影响材料的力学和金相特性，造成产品缺陷，甚至报废。
发明内容
本发明提供了一种能够在SLM打印过程中应用光学相干断层扫描OCT (opticalcoherence tomography)技术精确控制铺粉厚度差的增材制造装置及其使用方法，旨在解决上述问题，降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。本发明通过应用OCT技术、设计增材制造装置，对初始铺设的粉末厚度及打印过程中的层厚度进行精确测量，从而实现精确控制厚度差的增材制造。在打印过程中利用OCT技术可以实现对粉末高度以及零件高度的检测，可以及时发现问题，有助于降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。所以利用OCT技术检测这两种高度对于控制工艺稳定性有很大的帮助。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用OCT技术的增材制造装置，包括增材制造激光系统及OCT测量系统，其中，所述的增材制造激光系统包括：增材激光光源，用于生成增材所需要的激光光束；增材激光振镜系统，包括准直镜，偏摆镜及场镜，利用准直镜，将光路中传输的增材激光进行准直，形成平行光束，振镜系统中的偏摆镜将平行光束投射到需要作用的位置，并通过场镜进行聚焦，作用于材料表面；增材激光振镜控制器，用以控制增材激光振镜系统中的偏摆镜，以实现投射增材激光光束的能力；闭环控制回路，将偏摆镜位置信息，反馈给OCT电动参考光束镜片模组；
所述的OCT测量系统包括：OCT光源，含有低相干干涉光源，生成具备干涉特性的激光光束，形成OCT测量所需要的激光光束；OCT分光镜，用于将OCT测量光束进行光束分束以及光束合束；OCT电动参考光束镜片模组，包括参考镜片，并用于调整参考镜片的位置，以起到调整参考光束光程的作用，弥补和修正OCT光束通过场镜后导致的系统光程变化；OCT传感器，用于分析OCT干涉条纹，获得光程差信息；OCT振镜系统，包括偏摆镜，利用偏摆镜将OCT光束绕增材激光光束中心位置小范围扫描，以获得材料表面的区域信息；OCT振镜控制器，用以控制OCT振镜系统中的偏摆镜，以实现OCT光束绕增材激光光束中心位置小范围扫描。小范围扫描的目的是：获取材料表面的一个区域值，进行算数或者加权平均等处理，避免因OCT测量光束完全与激光光束重合并保持静止，测量到的仅是一个单独点的距离值，缺乏统计意义。
进一步地，所述的OCT电动参考光束镜片模组还包括参考镜片支架、带动参考镜片支架移动的线性移动机构、驱动线性移动机构的伺服电机、记录线性移动机构位置的编码器以及控制伺服电机的控制器。
一种利用所述的应用OCT技术的增材制造装置进行增材制造的方法，包括以下步骤：
步骤1：OCT测量系统标定：选择多个标定点的位置和数量，标定过程中，激光增材振镜控制器控制增材激光振镜系统中的偏摆镜到达预定位置，与此同时，OCT光源发射出相干特性光束，通过OCT分光镜分别形成光程一与光程二，其中光程二通过由OCT振镜控制器控制的OCT振镜系统中的偏摆镜以及增材激光振镜系统中的偏摆镜，在选定的标定点的位置周围小范围旋转；观察光程一和光程二反射回OCT分光镜所产生的干涉现象：如有干涉现象，则调节OCT电动参考光束镜片模组，沿着光程一方向调整位置，直至干涉现象消失；干涉现象消失后，通过闭环控制回路，将增材激光振镜控制器中的偏摆镜位置信息和OCT电动参考光束镜片模组中的反射镜位置信息做关联，形成该标定点的位置对应关系，该标定点标定工作完成；重复以上步骤直至完成所有选定的标定点的标定；
步骤2：形成多个点的位置对应关系：根据F-theta场镜的物理特性导致的光程增加与偏摆距离成正比，即根据增材激光振镜系统中偏摆镜发生连续偏转时、对应的OCT电动参考光束镜片模组中的镜片位置的连续变化，利用不同位置的点，拟合出一条连续位置变化的对应位置曲线，并将所述生成的拟合曲线存储在系统中；
步骤3：将待打印的粉末铺设在基板或基材上：根据粉末的材料以及颗粒的粒径，选择在基材待打印位置铺设的层厚。增材制造行业对于常用的材料、不同颗粒的粒径，均有现有的、成熟的经验参数，现有技术中将所述的经验参数存储至设备数据库中，当应用于具体的打印任务时，只需在设备数据库中选择相应的工艺参数即可，一般层厚为粉末颗粒直径的两到三倍。
步骤4：利用OCT测量系统对待打印粉末进行高度测量：OCT光源的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜进行光束分束，分别投射到OCT电动参考光束镜片模组中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过OCT振镜系统和增材激光振镜系统到达待测粉末表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜上的干涉现象，如不发生干涉现象，则不存在光程差，待测粉末位置高度与参考高度一致，如发生干涉现象，则存在光程差，粉末表面发生突起或者凹陷，此时经由OCT分光镜反射至另一侧的传感器进行测定，获得具体高度数据；
步骤5：将步骤4中测得具体待打印粉末高度数据与预设阈值相比较：如所述的粉末高度数据超过预设阈值，则返回步骤3重新铺粉，直到粉末高度在预设阈值之内，则进入步骤6；所述的预设阈值通常根据已有实验结果，即在满足特定产品力学，金相等要求特性下，粉末厚度变化不得超过铺粉厚的特定百分比。
步骤6：启动增材激光光源对所述的粉末进行选择性激光熔融，逐层堆积实现零件打印；
步骤7：当步骤6所述的逐层堆积的层数为某个特定数量层后，利用OCT 测量系统对零件表面进行高度测量，获得零件表面高度数据：OCT光源的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜进行光束分束，分别投射到OCT电动参考光束镜片模组中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过OCT振镜系统和增材激光振镜系统到达零件表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜上的干涉现象：如不发生干涉现象，则不存在光程差，零件表面高度与参考高度一致；如发生干涉现象，则存在光程差，零件表面高度与参考高度不一致，此时经由 OCT分光镜反射至另一侧的OCT传感器进行测定，获得具体高度数据；并将所述的零件表面高度数据与预设阈值进行比较：如超过预设阈值，则停止打印；如在预设阈值内，则继续打印直至打印完成；
根据具体的打印任务设置，所述的步骤3-7可重复，直至打印工作完成。
使用本发明提供的增材制造装置及方法，在打印过程中利用OCT技术实现对粉末高度以及零件高度的检测。增材打印过程中的粉末高度和零件高度对于整个打印过程有着至关重要的作用，特别是当打印部件存在较长的加工时间以及较多的速度突变点特性时，这个检测就变得尤为重要。对于粉末高度，在较长的加工时间条件下存在着系统故障风险的累积，例如粉仓下降机构故障，送粉装置故障以及刮刀碰撞损坏或者磨损，这些都会导致铺粉高度的变化，这种高度变化其实就是粉层的厚度变化，当变化量超过粉末平均粒径时，会影响该位置打印后材料的金相和力学特性。对于零件高度，在较多的速度突变点条件下，高速区域会存在激光熔融不足而低速区域会存在激光熔融过量的情况，从而导致零件的高度发生变化，并且随着加工层数的增加而恶化，同时，材料高度的变化，还会引起下一层铺粉厚度的变化。若高度过低，下一时刻的粉层厚度就会增加。若高度过高，则下一时刻的粉层厚度就会减小，或甚至零件超出铺粉平面导致撞刀。所以在过程中通过OCT方式进行检测，可以及时发现问题，有助于降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。所以利用OCT技术检测这两种高度对于控制工艺稳定性有很大的帮助。
附图说明
图1一种应用OCT技术的增材制造装置示意图。
图中：1-增材激光光源，2-增材激光振镜系统，3-增材激光振镜控制器， 4-闭环控制回路，5-OCT光源，6-OCT分光镜，7-OCT电动参考光束镜片模组， 8-OCT传感器，9-OCT振镜控制器，10-OCT振镜系统。
具体实施方式
在本部分将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种应用OCT技术的增材制造装置，包括增材制造激光系统及OCT测量系统，其中，所述的增材制造激光系统包括：增材激光光源1，用于生成增材所需要的激光光束；增材激光振镜系统2，包括准直镜，偏摆镜及场镜，利用准直镜，将光路中传输的增材激光进行准直，形成平行光束，振镜系统中的偏摆镜将平行光束投射到需要作用的位置，并通过场镜进行聚焦，作用于材料表面；增材激光振镜控制器3，用以控制增材激光振镜系统中的偏摆镜，以实现投射增材激光光束的能力；闭环控制回路4，将偏摆镜位置信息，通过模拟量或者数字量信号反馈给OCT电动参考光束镜片模组，因为偏摆镜的角度变化会使激光光束远离中心位置，此时通过场境的光就会产生额外的光程差，为消除光程差，需要调整OCT电动参考光束镜片来调整参考光程的距离，以抵消场境物理特性产生的额外光程；
所述的OCT测量系统包括：OCT光源5，含有低相干干涉光源，生成一束具备干涉特性的激光光束，形成OCT测量所需要的激光光束；OCT分光镜 6，用于将OCT测量光束进行光束分束以及光束合束；OCT电动参考光束镜片模组7，包括参考镜片，并用于调整参考镜片的位置，以起到调整参考光束光程的作用，弥补和修正OCT光束通过场镜后导致的系统光程变化；OCT传感器8，用于分析OCT干涉条纹，获得光程差信息；OCT振镜控制器9，用以控制OCT振镜系统中的偏摆镜，以实现OCT光束绕增材激光光束中心位置小范围扫描；OCT振镜系统10，包括偏摆镜，利用振镜系统中的偏摆镜将OCT光束绕增材激光光束中心位置小范围扫描，以获得对材料表面的区域信息。
实施例2
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的OCT电动参考光束镜片模组7还包括参考镜片支架、带动参考镜片支架移动的线性移动机构、驱动线性移动机构的伺服电机、记录线性移动机构位置的编码器以及控制伺服电机的控制器。
实施例3一种利用所述的应用OCT技术的增材制造装置进行增材制造的方法，包括以下步骤：
步骤1：OCT测量系统标定：选择多个标定点的位置和数量，标定过程中，激光增材振镜控制器3控制增材激光振镜系统2中的偏摆镜到达预定位置，同时，OCT光源5发射出相干特性光束，通过OCT分光镜6分别形成光程一与光程二，其中光程二通过由OCT振镜控制器9控制的OCT振镜系统10中的偏摆镜以及增材激光振镜系统2中的偏摆镜，在选定的标定点的位置周围小范围旋转；观察光程一和光程二反射回OCT分光镜6所产生的干涉现象：如有干涉现象，则调节OCT电动参考光束镜片模组7，沿着光程一方向调整位置，直至干涉现象消失；干涉现象消失后，通过闭环控制回路，将增材激光振镜控制器3中的偏摆镜位置信息和OCT电动参考光束镜片模组7中的反射镜位置信息做关联，形成该标定点的位置对应关系，该标定点标定工作完成；重复以上步骤直至完成所有选定的标定点的标定；
步骤2：形成多个点的位置对应关系：根据F-theta场镜的物理特性导致的光程增加与偏摆距离成正比，即根据增材激光振镜系统2中偏摆镜发生连续偏转时、对应的OCT电动参考光束镜片模组7中的镜片位置的连续变化，利用不同位置的点，拟合出一条连续位置变化的对应位置曲线，并将所述生成的拟合曲线存储在系统中；
步骤3：将待打印的粉末铺设在基板或基材上：根据粉末的材料以及颗粒的粒径，选择在基材待打印位置铺设的层厚。增材制造行业对于常用的材料、不同颗粒的粒径，均有现有的、成熟的经验参数，现有技术中将所述的经验参数存储至设备数据库中，当应用于具体的打印任务时，只需在设备数据库中选择相应的工艺参数即可，一般层厚为粉末颗粒直径的两到三倍。
步骤4：利用OCT测量系统对待打印粉末进行高度测量：OCT光源5的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜6进行光束分束，分别投射到OCT电动参考光束镜片模组7中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过OCT振镜系统10和增材激光振镜系统2到达待测粉末表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜6位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜6上的干涉现象，如不发生干涉现象，则不存在光程差，待测位置高度与参考高度一致，如发生干涉现象，则存在光程差，粉末表面发生突起或者凹陷，此时经由OCT分光镜6反射至另一侧的OCT传感器8进行测定，获得具体高度数据；
由于系统预先计算了下一时刻的运行轨迹，所以每一个时刻的增材激光振镜系统2偏摆镜位置都是已知的，根据步骤2形成的拟合曲线关系，OCT电动参考光束镜片模组7中的反射镜片的位置也可以得知，两者只需要在时间上进行同步，即可以保证每一个时刻、每一个位置的光程差相同。在对粉末高度进行测量时，由于步骤1和步骤2的OCT测量系统标定和曲线拟合步骤已经扣除了F-theta场镜带来的系统误差，新形成的干涉现象就是粉末高度的实际变化，从而得到需要测量的粉末高度数据。
步骤5：将步骤4中测得具体待打印粉末高度数据与预设阈值相比较：如所述的粉末高度数据超过预设阈值，则返回步骤3进行重新铺粉，直到粉末高度在预设阈值之内，则进入步骤6；所述的预设阈值通常根据已有实验结果确定。
步骤6：启动增材激光光源1对所述的粉末进行选择性激光熔融，逐层堆积实现零件打印；具体过程为：根据待打印位置的尺寸、零件性状指定激光过程工艺，激光过程工艺指的是系统根据该层零件的切片形状，系统自动生成光束运动轨迹路线，并结合已有数据库中的参数，选择合适的运动速度和激光功率，激光工艺参数通常包括功率、扫描速度、焦点位置。
步骤7：当步骤6所述的逐层堆积的层数为某个特定数量层后，该特定数量根据以往实验结果或者实际生产要求制定，利用OCT测量系统对零件表面进行高度测量，获得零件表面高度数据：OCT光源5的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜6进行光束分束，分别投射到 OCT电动参考光束镜片模组7中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过 OCT振镜系统10和增材激光振镜系统2到达零件表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜6位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜6上的干涉现象：如不发生干涉现象，则不存在光程差，零件表面高度与参考高度一致；如发生干涉现象，则存在光程差，零件表面高度与参考高度不一致，此时经由 OCT分光镜6反射至另一侧的OCT传感器8进行测定，获得具体高度数据；并将所述的零件表面高度数据与预设阈值进行比较：如超过预设阈值，则停止打印；如在预设阈值内，则继续打印直至打印完成。
使用本发明提供的增材制造装置及方法，在打印过程中利用OCT技术实现对粉末高度以及零件高度的检测。增材打印过程中的粉末高度和零件高度对于整个打印过程有着至关重要的作用，特别是当打印部件存在较长的加工时间以及较多的速度突变点特性时，这个检测就变得尤为重要。对于粉末高度，在较长的加工时间条件下存在着系统故障风险的累积，例如粉仓下降机构故障，送粉装置故障以及刮刀碰撞损坏或者磨损，这些都会导致铺粉高度的变化，这种高度变化其实就是粉层的厚度变化，当变化量超过粉末平均粒径时，会影响该位置打印后材料的金相和力学特性。对于零件高度，在较多的速度突变点条件下，高速区域会存在激光熔融不足而低速区域会存在激光熔融过量的情况，从而导致零件的高度发生变化，并且随着加工层数的增加而恶化，同时，材料高度的变化，还会引起下一层铺粉厚度的变化。若高度过低，下一时刻的粉层厚度就会增加。若高度过高，则下一时刻的粉层厚度就会减小，或甚至零件超出铺粉平面导致撞刀。所以在过程中通过OCT方式进行检测，可以及时发现问题，有助于降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。所以利用OCT技术检测这两种高度对于控制工艺稳定性有很大的帮助。

Claims (1)

1.一种应用OCT技术的增材制造装置的使用方法，其特征在于：
所述的一种应用OCT技术的增材制造装置，包括增材制造激光系统及OCT测量系统，其中：所述的增材制造激光系统包括：增材激光光源（1）、增材激光振镜系统（2）、增材激光振镜控制器（3）、闭环控制回路（4），其中所述的增材激光振镜系统（2）包括准直镜，偏摆镜及场镜；所述的OCT测量系统包括：OCT光源（5）、OCT分光镜（6）、OCT电动参考光束镜片模组（7）、OCT传感器（8）、OCT振镜控制器（9）、OCT振镜系统（10）；所述的OCT电动参考光束镜片模组（7）包括参考镜片，所述的OCT振镜系统（10）包括偏摆镜；
所述的OCT电动参考光束镜片模组（7）还包括参考镜片支架、带动参考镜片支架移动的线性移动机构、驱动线性移动机构的伺服电机、记录线性移动机构位置的编码器以及控制伺服电机的控制器；
所述的一种应用OCT技术的增材制造装置的使用方法包括以下步骤：
步骤1：对OCT测量系统进行标定：选择标定点的位置和数量，在激光增材基板表面进行标定，标定过程中，激光增材振镜控制器（3）控制增材激光振镜系统（2）中的偏摆镜到达预定位置，同时，OCT光源（5）发射出相干特性光束，通过OCT分光镜（6）分别形成光程一与光程二，其中光程二通过由OCT振镜控制器（9）控制的OCT振镜系统（10）中的偏摆镜以及增材激光振镜系统（2）中的偏摆镜，在选定的标定点的位置周围旋转；观察光程一和光程二反射回OCT分光镜（6）所产生的干涉现象：如有干涉现象，则调节OCT电动参考光束镜片模组（7），沿着光程一方向调整位置，直至干涉现象消失；干涉现象消失后，通过闭环控制回路，将增材激光振镜控制器（3）中的偏摆镜位置信息和OCT电动参考光束镜片模组（7）中的参考镜片位置信息做关联，形成该标定点的位置对应关系，该标定点标定工作完成；重复以上步骤直至完成所有选定的标定点的标定；
步骤2：形成多个标定点的位置与增材激光振镜控制器（3）中的偏摆镜位置信息和OCT电动参考光束镜片模组（7）中的参考镜片位置的对应关系，拟合出一条OCT电动参考光束镜片模组（7）中的参考镜片连续位置变化的对应位置曲线，并将所述生成的拟合曲线存储在系统中；
步骤3：将待打印的粉末铺设在首次铺粉的基板或后续的基材上；
步骤4：利用OCT测量系统对待打印粉末进行高度测量： OCT光源（5）的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜（6）进行光束分束，分别投射到OCT电动参考光束镜片模组（7）中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过OCT振镜系统（10）和增材激光振镜系统（2）到达待测粉末表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜（6）位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜（6）上的干涉现象：如不发生干涉现象，则不存在光程差，待测粉末位置高度与参考高度一致；如发生干涉现象，则存在光程差，待测粉末位置高度与参考高度不一致，此时经由OCT分光镜（6）反射至另一侧的OCT传感器（8）进行测定，获得具体高度数据；
步骤5：将步骤4中测得的待打印粉末高度数据与预设阈值相比较：如所述的粉末高度数据超过预设阈值，则返回步骤3重新铺粉，直到粉末高度在预设阈值之内，则进入步骤6；
步骤6：启动增材激光光源（1）对所述的粉末进行选择性激光熔融，逐层堆积实现零件打印；
步骤7：当步骤6所述的逐层堆积的层数为某个特定数量层后，利用OCT测量系统对零件表面进行高度测量，获得零件表面高度数据：OCT光源（5）的低相干干涉光源生成一束具备干涉特性的激光光束，通过OCT分光镜（6）进行光束分束，分别投射到OCT电动参考光束镜片模组（7）中的参考镜片并反射，形成光路一，以及通过OCT振镜系统（10）和增材激光振镜系统（2）到达零件表面并反射，形成光路二；两束光在OCT分光镜（6）位置再次相遇，观察合束时OCT分光镜（6）上的干涉现象：如不发生干涉现象，则不存在光程差，零件表面高度与参考高度一致；如发生干涉现象，则存在光程差，零件表面高度与参考高度不一致，此时经由OCT分光镜（6）反射至另一侧的OCT传感器（8）进行测定，获得具体高度数据；并将所述的零件表面高度数据与预设阈值进行比较：如超过预设阈值，则停止打印；如在预设阈值内，则继续打印直至打印完成。
CN202010574619.9A 2020-06-22 2020-06-22 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法 Active CN111702174B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010574619.9A CN111702174B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010574619.9A CN111702174B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111702174A CN111702174A (zh) 2020-09-25
CN111702174B true CN111702174B (zh) 2022-09-16

Family

ID=72541738

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010574619.9A Active CN111702174B (zh) 2020-06-22 2020-06-22 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111702174B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10124410B2 (en) * 2010-09-25 2018-11-13 Ipg Photonics Corporation Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials
US10252466B2 (en) * 2014-07-28 2019-04-09 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods of machine vision assisted additive fabrication
US20180143147A1 (en) * 2015-05-11 2018-05-24 Board Of Regents, The University Of Texas System Optical-coherence-tomography guided additive manufacturing and laser ablation of 3d-printed parts
CA3050518A1 (en) * 2017-01-18 2018-07-26 Ipg Photonics Corporation Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials
JP6972165B2 (ja) * 2017-03-31 2021-11-24 プレシテック ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー 付加製造用の装置及び方法
US10393503B2 (en) * 2017-06-12 2019-08-27 Sightline Innovation Inc. Steerable focal adjustment for optical coherence tomography

Also Published As

Publication number Publication date
CN111702174A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107037126B (zh) 用于加性制造过程的声学监测方法
US11219967B2 (en) Machining head for a laser machining device
US10688581B2 (en) 3D metal printing device and process
JP6412049B2 (ja) 金属粉を供給しながらレーザを照射する加工部を移動させて積層造形を行う積層造形加工方法及び積層造形加工装置
US10399179B2 (en) Additive manufacturing systems and methods
CN107283828B (zh) 3d打印装置、打印方法及其运动控制方法
CN109530937B (zh) 一种激光加工晶圆的方法及系统
JPH10505799A (ja) ３次元物体の製造方法及び装置
US10442180B2 (en) Systems and methods for additive manufacturing recoating
US20210016394A1 (en) System and methods for compensating for calibration plate irregularities in additive manufacturing systems
US11441891B2 (en) Coordinate measuring machine and method for controlling a coordinate measuring machine
EP3560635A1 (en) Additive manufacturing system with moveable sensors
JP2009504407A (ja) 加工品表面にわたって機械部品を規定の移動経路に沿って導く方法および構造
US11850792B2 (en) Method for calibrating an apparatus for producing an object by means of additive manufacturing, and apparatus for the method
Pothen et al. Compensation of scanner based inertia for laser structuring processes
CN111702174B (zh) 一种应用oct技术的增材制造装置及其使用方法
Schmitt et al. Process monitoring in laser micro machining
CN109789487A (zh) 通过增材制造来制造导电材质的部件的方法
WO2017149308A1 (en) An additive manufacturing method and system
JP6817352B2 (ja) 三次元物体の付加製造装置
NL2019998B1 (en) Apparatus for producing an object by means of additive manufacturing
CN113511823B (zh) 一种具有自调焦功能的玻璃材料微焊接装置及方法
EP3730234A1 (en) Systems and methods for multi-laser head alignment in additive manufacturing systems
CN109530938B (zh) 一种激光加工晶圆的方法及系统
NL2013861B1 (en) Apparatus for producing an object by means of additive manufacturing.

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant