CN115165894A - 一种激光增材制造在线检测方法 - Google Patents
一种激光增材制造在线检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115165894A CN115165894A CN202210711273.1A CN202210711273A CN115165894A CN 115165894 A CN115165894 A CN 115165894A CN 202210711273 A CN202210711273 A CN 202210711273A CN 115165894 A CN115165894 A CN 115165894A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- additive manufacturing
- online detection
- powder
- analysis module
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 61
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 31
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 28
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 10
- 238000000547 structure data Methods 0.000 claims description 8
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007790 scraping Methods 0.000 claims description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 15
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 11
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005469 synchrotron radiation Effects 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000002536 laser-induced breakdown spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000012356 Product development Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010249 in-situ analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/48—Thermography; Techniques using wholly visual means
- G01J5/485—Temperature profile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
- G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明涉及增材制造检测技术领域，具体涉及一种激光增材制造在线检测方法，该在线检测方法包括成型缸、控制分析模块、激光器、X射线发射器和在线检测组件，所述激光器、所述X射线发射器和所述在线检测组件均位于所述成型缸上方，所述在线检测组件包括分别与所述控制分析模块连接的CCD摄像机、X射线探测器、红外热像仪、所述激光诱导等离子体光谱探头、应力检测传感器，该在线检测方法能够全面地对打印缺陷机理进行实时定量分析，便于预警制造过程中打印件产生的各类缺陷，使得及时调整增材制造工艺参数，利于提高零件的成品率和力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造检测技术领域，具体涉及一种激光增材制造在线检测方法。
背景技术
基于铺粉工艺的粉末床熔化技术(Laser powder bed fusion LPBF)是通过激光作为能量源，将金属粉末熔化，利用材料快速凝固、逐层冶金，突破传统材料制造的一种制造方法。粉末床选区熔化技术按照三维模型在切片软件中生成的规划路径对金属粉末床的粉末层逐层加工，堆叠成型。相比于传统的减材制造工艺，粉末床选区熔化技术有许多优势，如可以突破传统设计思维与制造的局限性，使产品设计更加灵活；可以同时高精度生产多个零件且成型稳定，提升产品质量一致性；还能够大幅度缩短产品的研制周期，使产品研制总成本更具有竞争力。
粉末床选区熔化技术因其优异的打印精度和成型质量，目前已批量化应用于航空航天、模具、交通运输等行业零部件的快速制造，成为制造业不可或缺的新兴技术之一。
然而粉末床选区熔化技术还面临着一些问题，金属粉末在激光束的作用下会形成液态熔池，液态熔池快速熔化凝固的过程会伴随着非常复杂的热力学行为，熔池受到多参量综合作用会处于一种非稳定状态，打印过程中容易出现飞溅、球化、气孔、裂纹等缺陷，这些缺陷会对产品的抗拉强度、疲劳性能、表面质量造成影响，严重的会使加工过程失败。目前粉末床选区熔化技术所制造的零件与传统方式制造的零件检测方法大多都采用破坏性检测的方式，无法表征打印过程中缺陷形成的过程，也无法对缺陷机理进行定量分析。
针对以上难题，中国专利CN113618085A提出一种适用于同步辐射光源的小型选区激光熔化增材装置，其由X射线光源发射白光，穿过激光增材制造区域，通过YAG晶体反射信号，经过X射线成像高速探测器，对微熔池熔凝过程进行成像，获取检测信息。但该专利检测手段过于单一，该设备也无法利用收集的信息对工艺参数进行调控。
中国专利CN112881435A提出一种激光增材制造熔池结构演化原位观察的装置及方法，其利用同步辐射X射线束对熔池结构的演化过程进行监测，对采集的X射线束投影图片进行分析处理，实现增材制造过程中熔池结构演化过程的原位观察和在线无损检测。虽然该技术方案能实现演化过程的原位观察和在线无损检测，但该专利不能重构当前层三维结构，以致不能全面地对缺陷机理进行定量分析。并且，该专利技术也不能对打印件的多种缺陷类型同步检测，仍不能全面地对缺陷机理进行定量分析，对象单一且没有数据反馈闭环控制策略。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种激光增材制造在线检测方法，该在线检测方法能够全面地对打印缺陷机理进行实时定量分析，便于预警制造过程中打印件产生的各类缺陷，使得及时调整增材制造工艺参数，利于提高零件的成品率和力学性能。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
提供一种激光增材制造在线检测方法，包括成型缸、控制分析模块、激光器、X射线发射器和在线检测组件，所述激光器、所述X射线发射器和所述在线检测组件均位于所述成型缸上方，所述在线检测组件包括分别与所述控制分析模块连接的CCD摄像机、X射线探测器、红外热像仪、所述激光诱导等离子体光谱探头、应力检测传感器，所述在线检测方法包括：
将所述CCD摄像机检测成型缸中当前层的铺粉质量，所述控制分析模块将所述CCD摄像机获取的铺粉检测数据与切片数据对比从而控制刮刀的铺粉动作，若铺粉质量不合格，则刮刀复位后再次对当前层铺粉，直至铺粉质量合格；
将所述X射线发射器与所述激光器同步照射到当前层，一边照射一边旋转所述成型缸，同时根据成型缸的旋转角度调整所述激光器的加工路径；
使所述X射线探测器接收所述X射线发射器对所述当前层生成的X射线辐射，所述X射线探测器根据所述成型缸的旋转角度采集所述当前层的二维结构数据，所述二维结构数据将所述X射线辐射转换为X射线束投影图片，将所述X射线束投影图片传输至所述控制分析模块，所述控制分析模块将所述X射线束投影图片进行三维结构重构，若三维结构异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使红外热像仪检测熔池的当前层温度场，所述控制分析模块通过所述红外热像仪获取熔池红外热像图从而控制所述激光器加工，若熔池红外热像图异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使所述激光诱导等离子体光谱探头采集当前层逸散的等离子体，所述控制分析模块通过所述等离子体信息从而控制所述激光器加工，若等离子体信息异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使所述应力检测传感器检测当前层的应力分布，所述控制分析模块通过所述应力分布从而控制所述激光器加工，若应力分布异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径。
在一些实施方式中，激光增材制造零件的铺粉步骤包括：
将零件三维模型导入切片软件，获取切片数据，将所述切片数据发送至增材制造设备的控制分析模块，所述控制分析模块获取切片数据，所述切片数据包括模型分层数据和打印路径；
将所用的打印粉末置于粉料缸内，调整增材制造设备处于初始默认程序，通过刮刀将粉料缸中的粉末刮到成型缸中的基板上表面；
开启自动除氧模式，充入保护气使成型缸的环境变为真空，并对所述基板预热；
根据所述模型分层的层厚，所述基板上升一层厚度，所述粉料缸下降一层厚度，刮刀将粉料缸上表面的打印粉末均匀刮至所述基板表面。
在一些实施方式中，采用A/D转换器将CCD摄像机获得的检测图像转换为所述铺粉检测数据。
在一些实施方式中，所述成型缸的顶面围设有有机玻璃护罩，所述有机玻璃护罩的顶部为敞口。
在一些实施方式中，所述成型缸的底部连接有旋转轴，所述旋转轴驱动所述成型缸旋转，所述旋转轴与所述控制分析模块连接，所述控制分析模块控制所述旋转轴的旋转角度。
在一些实施方式中，所述激光诱导等离子体光谱探头距离所述当前层不小于30cm。
在一些实施方式中，所述X射线发射器与所述X射线探测器对称分布在所述增材制造设备的两侧，所述增材制造设备上开设有透X光射线陶瓷窗口。
在一些实施方式中，所述X射线探测器是平面探测器。
本发明激光增材制造在线检测方法的有益效果：
(1)本发明的激光增材制造在线检测方法，其采用CCD摄像机，利用CCD摄像机对铺粉过程进行监测，确保打印过程中铺粉均匀性和稳定性，提高零件打印质量。
(2)本发明的激光增材制造在线检测方法，其采用X射线，将X射线与激光器同步作用到当前层，通过旋转成型缸从而改变了X射线穿透当前层的角度，实现采集当前层不同角度的二维结构数据，经过图像处理技术将完整的二维结构数据重建获得样品的三维结构，控制分析模块通过分析三维结构来判断当前层的三维是否符合标准，继而及时调节激光器的加工工艺，能对整个零件的结构缺陷机理进行定量分析，提高零件的打印质量。
(3)本发明的激光增材制造在线检测方法，其借助红外热像仪将增材制造过程中熔池的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，在显示模块中获得熔池的红外热像图，能定量分析熔池的温度场，通过温度场严格控制激光器的加工温度。
(4)本发明的激光增材制造在线检测方法，其利用激光诱导等离子体光谱探头对打印当前层时的熔池进行成分采集，确定增材制造过程中熔池的成分，对熔池中的元素进行原位分析，这样不会影响熔池的表面特性，还能形成当前层的三维元素分布图，通过三维元素分布图研究元素分布对当前层质量的影响以及实时检测特定元素的梯度分布状态，利于保证高质量打印，实现全面地对当前层的元素进行定量分析，提高当前层的力学性能。
(5)本发明的激光增材制造在线检测方法，其通过应力检测传感器检测当前层的应力分布情况，从而分析当前层的应力效果，能对整个零件的应力缺陷机理进行定量分析，提高零件的打印质量。
(6)本发明的激光增材制造在线检测方法，其在线检测组件体积小、质量轻、便于携带，可以配合同步辐射X射线光源进行使用，用于能全面分析研究激光对熔池产生的单道次熔融机理、增材制造多层互相影响机理、熔池搭接机理问题，能及时发现制造过程中产生的各类缺陷并进行预警，通过收集的多信息参数经过分析处理后形成指令信号反馈给增材设备中的激光器从而及时调整激光器的工艺参数，提高零件的成品率，提高力学性能。
附图说明
图1是实施例的激光增材制造在线检测方法的流程图。
图2是实施例的X射线发射器的工作流程图。
图3是实施例的增材制造设备与在线检测组件的工作示意图。
图4是实施例的X射线发射器与X射线探测器的工作示意图。
图5是实施例的成型缸、粉末缸与刮刀的工作示意图。
附图标记
成型缸1；控制分析模块2；激光器3；X射线发射器4；CCD摄像机5；X射线探测器6；红外热像仪7；激光诱导等离子体光谱探头8；应力检测传感器9；刮刀10；有机玻璃护罩11；旋转轴12；零件13；粉料缸14；基板15；粉末回收缸16；光路系统17；振镜18计算机19；窗口20。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“该”旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
现有技术的适用于同步辐射光源的小型选区激光熔化增材装置，其由X射线光源发射白光，穿过激光增材制造区域，通过YAG晶体反射信号，经过X射线成像高速探测器，对微熔池熔凝过程进行成像，获取检测信息。但该专利检测手段过于单一，该设备也无法利用收集的信息对工艺参数进行调控。
现有技术的激光增材制造熔池结构演化原位观察的装置及方法，其利用同步辐射X射线束对熔池结构的演化过程进行监测，对采集的X射线束投影图片进行分析处理，实现增材制造过程中熔池结构演化过程的原位观察和在线无损检测。虽然该技术方案能实现演化过程的原位观察和在线无损检测，但该专利不能重构当前层三维结构，以致不能全面地对缺陷机理进行定量分析。并且，该专利技术也不能对打印件的多种缺陷类型同步检测，仍不能全面地对缺陷机理进行定量分析，对象单一且没有数据反馈闭环控制策略。
针对上述问题，本实施例公开了激光增材制造在线检测方法，图1-图5所示，包括成型缸1、控制分析模块2、激光器3、X射线发射器4和在线检测组件，所述激光器3、所述X射线发射器4和所述在线检测组件均位于所述成型缸1上方，所述在线检测组件包括分别与所述控制分析模块2连接的CCD摄像机5、X射线探测器6、红外热像仪7、所述激光诱导等离子体光谱探头8、应力检测传感器9，所述在线检测方法包括：
将所述CCD摄像机5检测成型缸1中当前层的铺粉质量，所述控制分析模块2将所述CCD摄像机5获取的铺粉检测数据与切片数据对比从而控制刮刀10的铺粉动作，若铺粉质量不合格，则刮刀10复位后再次对当前层铺粉，直至铺粉质量合格；
将所述X射线发射器4与所述激光器3同步照射到当前层，一边照射一边旋转所述成型缸1，同时根据成型缸1的旋转角度调整所述激光器3的加工路径；
根据切片数据，激光器3发射端发射激光束对当前层粉末进行选择性熔化；
使所述X射线探测器6接收所述X射线发射器4对所述当前层生成的X射线辐射，所述X射线探测器6根据所述成型缸1的旋转角度采集所述当前层的二维结构数据，所述二维结构数据将所述X射线辐射转换为X射线束投影图片，将所述X射线束投影图片传输至所述控制分析模块2，所述控制分析模块2将所述X射线束投影图片进行三维结构重构，若三维结构异常，则停止所述激光器3加工或调整所述激光器3的加工路径；
使红外热像仪7检测熔池的当前层温度场，所述控制分析模块2通过所述红外热像仪7(红外热像仪7将红外辐射信号转化为电信号，将电信号传输至控制分析模块2)获取熔池红外热像图从而控制所述激光器3加工，若熔池红外热像图异常，则停止所述激光器3加工或调整所述激光器3的加工路径；
使所述激光诱导等离子体光谱探头8采集当前层逸散的等离子体，所述控制分析模块2通过所述等离子体信息从而控制所述激光器3加工，若等离子体信息异常，则停止所述激光器3加工或调整所述激光器的加工路径；
使所述应力检测传感器9检测当前层的应力分布，所述控制分析模块2通过所述应力分布从而控制所述激光器3加工，若应力分布异常，则停止所述激光器3加工或调整所述激光器的加工路径。
每打印一层当前层，检测进行一次在线检测，直至获得打印好整个零件13。
本实施例中，采用A/D转换器将CCD摄像机5获得的检测图像转换为所述铺粉检测数据。
本实施例的控制分析模块2是现有产品，例如，控制分析模块选用西门子S7-1500可编程控制器，该产品适用于对程序范围及处理速度有一定要求的应用场景，可实现多处理器的多通道处理，控制能力强，功耗和体积小，编程和故障检测更为灵活方便。控制分析模块2还连接有计算机19，以便于显示图像。
本实施例的激光器3通过光路系统17穿过振镜18再传输到成型缸1上。
上述激光增材制造在线检测方法及装置，用于研究激光单道次熔融、增材制造多层互相影响机理、熔池搭接、缺陷形成机理研究等问题，以解决现有技术在增材制造零件13过程中无法对应力和温度场进行定量分析，也无法在线监测缺陷的形成，实现对缺陷机理进行定量分析。
实施例2
便于理解，以下提供了激光增材制造在线检测方法的一个实施例进行说明，在实际应用中，激光增材制造零件13的铺粉步骤包括：
将零件13三维模型导入切片软件，获取切片数据，将所述切片数据发送至增材制造设备的控制分析模块2，所述控制分析模块2获取切片数据，所述切片数据包括模型分层数据和打印路径；
将所用的打印粉末置于粉料缸14内，调整增材制造设备处于初始默认程序，通过刮刀10将粉料缸14中的粉末刮到成型缸1中的基板15上表面，使基板15上表面、粉料缸14上表面、刮刀10下表面位于同一水平线；
开启自动除氧模式，充入保护气使成型缸1的环境变为真空，并对所述基板15预热；
根据所述模型分层的层厚，所述基板15上升一层厚度，所述粉料缸14下降一层厚度，刮刀10将粉料缸14上表面的打印粉末均匀刮至所述基板15表面，对余的粉末被刮到粉末回收缸16中。
其他部件和原理与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例3
便于理解，以下提供了激光增材制造在线检测方法的一个实施例进行说明，在实际应用中，图3-图5，所述成型缸1的顶面围设有有机玻璃护罩11，所述有机玻璃护罩11的顶部为敞口。
所述有机玻璃护罩11起到限位作用，其能在刮刀10移动过程中将多余粉末清除，防止粉末飞溅、堆积，避免对后续打印产生影响，并且PMMA材料便于X射线透过。
其他部件和原理与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例4
便于理解，以下提供了激光增材制造在线检测方法的一个实施例进行说明，在实际应用中，图3-图5所述成型缸1的底部连接有旋转轴12，所述旋转轴12驱动所述成型缸1旋转，所述旋转轴12与所述控制分析模块2连接，所述控制分析模块2控制所述旋转轴12的旋转角度。
本实施例中，所述激光诱导等离子体光谱探头8距离所述当前层不小于30cm。防止热粉末颗粒散射造成探头损坏。
其他部件和原理与实施例1相同，此处不再赘述。
实施例5
便于理解，以下提供了激光增材制造在线检测方法的一个实施例进行说明，在实际应用中，图3-图5所述X射线发射器4与所述X射线探测器6对称分布在所述增材制造设备的两侧。
所述X射线发射器4与所述X射线探测器6对称分布在所述增材制造设备的两侧，便于所述X射线探测器6接收X射线发射器4的信号。
所述增材制造设备上开设有透X光射线陶瓷窗口20。
该透X光射线陶瓷窗口20便于X射线射入增材制造设备内。
本实施例中，所述X射线探测器6是平面探测器。
其他部件和原理与实施例1相同，此处不再赘述。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光增材制造在线检测方法，其特征是：包括成型缸、控制分析模块、激光器、X射线发射器和在线检测组件，所述激光器、所述X射线发射器和所述在线检测组件均位于所述成型缸上方，所述在线检测组件包括分别与所述控制分析模块连接的CCD摄像机、X射线探测器、红外热像仪、激光诱导等离子体光谱探头、应力检测传感器，所述在线检测方法包括：
将所述CCD摄像机检测成型缸中当前层的铺粉质量，所述控制分析模块将所述CCD摄像机获取的铺粉检测数据与切片数据对比从而控制刮刀的铺粉动作，若铺粉质量不合格，则刮刀复位后再次对当前层铺粉，直至铺粉质量合格；
将所述X射线发射器与所述激光器同步照射到当前层，一边照射一边旋转所述成型缸，同时根据成型缸的旋转角度调整所述激光器的加工路径；
使所述X射线探测器接收所述X射线发射器对所述当前层生成的X射线辐射，所述X射线探测器根据所述X射线辐射采集所述当前层的二维结构数据，所述二维结构数据将所述X射线辐射转换为X射线束投影图片，将所述X射线束投影图片传输至所述控制分析模块，所述控制分析模块将所述X射线束投影图片进行三维结构重构，若三维结构异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使红外热像仪检测熔池的当前层温度场，所述控制分析模块通过所述红外热像仪获取熔池红外热像图从而控制所述激光器加工，若熔池红外热像图异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使所述激光诱导等离子体光谱探头采集当前层逸散的等离子体，所述控制分析模块通过所述等离子体信息从而控制所述激光器加工，若等离子体信息异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径；
使所述应力检测传感器检测当前层的应力分布，所述控制分析模块通过所述应力分布从而控制所述激光器加工，若应力分布异常，则停止所述激光器加工或调整所述激光器的加工路径。
2.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：铺粉步骤包括：
将零件三维模型导入切片软件，获取切片数据，将所述切片数据发送至控制分析模块，所述控制分析模块获取切片数据，所述切片数据包括模型分层数据和打印路径；
将所用的打印粉末置于粉料缸内，调整增材制造设备处于初始默认程序，通过刮刀将粉料缸中的粉末刮到成型缸中的基板上表面；
开启自动除氧模式，充入保护气使成型缸的环境变为真空，并对所述基板预热；
根据所述模型分层的层厚，所述基板上升一层厚度则所述粉料缸下降一层厚度，刮刀将粉料缸上表面的打印粉末均匀刮至所述基板表面。
3.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：采用A/D转换器将CCD摄像机获得的检测图像转换为所述铺粉检测数据。
4.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：所述成型缸的顶面围设有有机玻璃护罩，所述有机玻璃护罩的顶部为敞口。
5.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：所述成型缸的底部连接有旋转轴，所述旋转轴驱动所述成型缸旋转，所述旋转轴与所述控制分析模块连接，所述控制分析模块控制所述旋转轴的旋转角度。
6.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：所述激光诱导等离子体光谱探头距离所述当前层不小于30cm。
7.根据权利要求2所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：所述X射线发射器与所述X射线探测器对称分布在所述增材制造设备的两侧，所述增材制造设备上开设有透X光射线陶瓷窗口。
8.根据权利要求1所述的激光增材制造在线检测方法，其特征是：所述X射线探测器是平面探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210711273.1A CN115165894A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种激光增材制造在线检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210711273.1A CN115165894A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种激光增材制造在线检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115165894A true CN115165894A (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=83486339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210711273.1A Pending CN115165894A (zh) | 2022-06-22 | 2022-06-22 | 一种激光增材制造在线检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115165894A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115609018A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-01-17 | 广州润合光电科技有限公司 | 同步质检的金属3d打印装置 |
| CN117392471A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-01-12 | 深圳市智能派科技有限公司 | 基于多参数协同的3d打印监测方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106404795A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 华中科技大学 | 一种基于红外信息的金属增材制造过程控制装置与方法 |
| CN107598163A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-19 | 华中科技大学 | 一种适用于铺粉式增材制造的质量无损在线检测装备及方法 |
| CN111795977A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-10-20 | 武汉大学 | 金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统 |
| CN112881435A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-06-01 | 上海大学 | 一种激光增材制造熔池结构演化原位观察的装置及方法 |
| CN113618085A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 上海交通大学 | 适用于同步辐射光源的小型选区激光熔化增材装置 |
| US20220088683A1 (en) * | 2019-02-11 | 2022-03-24 | The Regents Of The University Of Michigan | Method of online stress measurement residual during laser additive manufacturing |
-
2022
- 2022-06-22 CN CN202210711273.1A patent/CN115165894A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106404795A (zh) * | 2016-10-26 | 2017-02-15 | 华中科技大学 | 一种基于红外信息的金属增材制造过程控制装置与方法 |
| CN107598163A (zh) * | 2017-09-01 | 2018-01-19 | 华中科技大学 | 一种适用于铺粉式增材制造的质量无损在线检测装备及方法 |
| US20220088683A1 (en) * | 2019-02-11 | 2022-03-24 | The Regents Of The University Of Michigan | Method of online stress measurement residual during laser additive manufacturing |
| CN111795977A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-10-20 | 武汉大学 | 金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统 |
| CN112881435A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-06-01 | 上海大学 | 一种激光增材制造熔池结构演化原位观察的装置及方法 |
| CN113618085A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-09 | 上海交通大学 | 适用于同步辐射光源的小型选区激光熔化增材装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115609018A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-01-17 | 广州润合光电科技有限公司 | 同步质检的金属3d打印装置 |
| CN117392471A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-01-12 | 深圳市智能派科技有限公司 | 基于多参数协同的3d打印监测方法及系统 |
| CN117392471B (zh) * | 2023-12-12 | 2024-03-26 | 深圳市智能派科技有限公司 | 基于多参数协同的3d打印监测方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Charalampous et al. | Non-destructive quality control methods in additive manufacturing: a survey | |
| CN115165894A (zh) | 一种激光增材制造在线检测方法 | |
| US20210146447A1 (en) | Additive manufacturing method and apparatus | |
| CN107598163B (zh) | 一种适用于铺粉式增材制造的质量无损在线检测装备及方法 | |
| Mohr et al. | In-situ defect detection in laser powder bed fusion by using thermography and optical tomography—comparison to computed tomography | |
| Everton et al. | Review of in-situ process monitoring and in-situ metrology for metal additive manufacturing | |
| Zenzinger et al. | Process monitoring of additive manufacturing by using optical tomography | |
| EP3170590B1 (en) | Non-contact acoustic inspection method for additive manufacturing processes | |
| Tapia et al. | A review on process monitoring and control in metal-based additive manufacturing | |
| DE102015011013B4 (de) | Verfahren zur Überwachung von generativen Fertigungsprozessen | |
| CN108788153A (zh) | 一种激光选区熔化加工过程实时质量监控装置及方法 | |
| CN106238946B (zh) | 激光填丝焊质量在线检测和尺寸反馈系统及方法 | |
| Carl | Monitoring system for the quality assessment in additive manufacturing | |
| EP3279648B1 (en) | System for high speed surface and subsurface foreign object debris and defect detection | |
| US20130343947A1 (en) | Method and device for process monitoring | |
| Chen et al. | Research on in situ monitoring of selective laser melting: a state of the art review | |
| EP3756859A1 (en) | System for manufacturing additive manufactured object and method for manufacturing additive manufactured object | |
| Colosimo et al. | Penelope: a novel prototype for in situ defect removal in LPBF | |
| EP3279647B1 (en) | System and method for high speed surface and subsurface foreign object debris and defect detection | |
| CN115488349A (zh) | 一种用于原位断层扫描重建和成像检测的粉末床增减材制造装置及其使用方法 | |
| CN108608119B (zh) | 一种激光增材制造在线监测方法 | |
| Sreeraj et al. | A review on non-destructive evaluation and characterization of additively manufactured components | |
| Wang et al. | Process parameters, product quality monitoring, and control of powder bed fusion | |
| Xie et al. | A defects detection method based on infrared scanning in laser metal deposition process | |
| Surana et al. | Flaw detection in multi-laser powder bed fusion using in situ coaxial multi-spectral sensing and deep learning |
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 |