CN117696930B - 一种用于增材制造装置的吹粉检测方法及增材制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于增材制造装置的吹粉检测方法及增材制造装置。增材制造装置设置有隔热罩且与电子枪系统绝缘连接，下降隔热罩至靠近成形表面；设置电子枪系统的下束电流，检测隔热罩的侧壁的电流并记录为基准电流；在增材制造装置进行零件加工过程中，实时检测隔热罩的侧壁和顶壁的电流；当检测到隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障；根据吹粉故障执行相应的故障处理；隔热罩的侧壁和顶壁彼此绝缘。本发明通过检测隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化，在无需增加额外装置的情况下实现对粉末床吹粉现象的监测，且操作简单，成本低，进而解决吹粉问题造成的零件变形导致的打印产品报废以及电源和电子枪损坏问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种用于增材制造装置的吹粉检测方法及增材制造装置。
背景技术
电子束选区熔化成形技术是一种以电子束为能量源的粉末床增材制造技术，一方面电子的质量远大于光子，所以相对于激光束，电子束动量大，在选区熔化时，会出现特有的吹粉问题，即预制松散粉末在电子束的压力作用下被推开的现象；另一方面带负电荷的电子束轰击导致金属粉末带电，因电荷斥力发生吹粉。因此，在电子束选区熔化技术中，电子束扫描熔化金属粉末截面之前，会先快速大面积地预热粉床，使粉床温度升高产生粘结，可增加粉床的抗溃散能力。但当成形幅域较大、打印件高度较高或进行特殊材料工艺成形时，吹粉等异常现象会偶有发生。吹粉会导致金属粉末在熔化成形之前即已偏离原来位置，严重的会在粉末床上形成凹坑，从而无法按照既定的层厚继续成形造成打印废品。当吹粉现象较轻微时，若能及时进行干预，对缺失粉末的区域进行补救，即可继续成形，增加打印良品率；而当吹粉现象严重时，即粉末床发生类似“沙尘暴”的现象，大量的粉末扬起会进入上部的电子枪系统，此时若强行启动电子枪继续加工会造成电子枪及电源系统的损坏。
随着粉末床3D打印技术的快速发展，设备智能化、自动化需求越来越高，随着打印周期的不断加长，工作人员无法实时监测打印状态，打印过程中由于粉床吹粉等问题没有及时发现并修正导致产品报废，或吹粉导致的电子枪及电源系统损坏问题，严重阻碍了粉末床电子束3D打印装备朝着高效、智能和自动化方向发展。
相关技术中，关于增材制造过程中的粉末床的检测方法一般采用工业相机拍摄成像或射线照射粉末床进行粉床表面成像来判定粉末床的状态。额外增加的X射线装置和工业相机一般都处于成形室的真空高温环境内，装置需要耐压、耐高温，成本高昂，而且金属材料在熔化成形时，汽化的金属蒸汽会沉积蒸镀在相机摄像头上，影响拍摄画质甚至无法拍摄；另外对于高精密的电子束增材制造装备而言，额外增加装置也会影响装备的精密性。
上述技术方案至少存在以下的技术问题：
针对增材制造的零件加工过程中，由于缺少简单有效的方法对吹粉现象进行监测，从而造成零件变形导致的打印产品报废问题，或强行启动造成的电源和电子枪损坏问题。
因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于增材制造装置的吹粉检测方法及增材制造装置，进而至少在一定程度上解决上述的由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明首先提供一种用于增材制造装置的吹粉检测方法，所述增材制造装置设置有隔热罩，所述隔热罩设置于电子枪系统和成形室的成形表面之间且与所述电子枪系统绝缘连接，所述吹粉检测方法包括：
以所述隔热罩不接触成形表面为基础，下降所述隔热罩至靠近所述成形表面；
设置所述电子枪系统的下束电流，检测所述隔热罩的侧壁的电流并记录为基准电流；
在所述增材制造装置进行零件加工过程中，实时检测所述隔热罩的侧壁和顶壁的电流；
当检测到所述隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障；
当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理；
其中，所述隔热罩的所述侧壁和所述顶壁彼此绝缘。
可选的，所述当检测到所述隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障的步骤包括：
当检测到所述隔热罩的侧壁的电流大于所述基准电流，且所述隔热罩的顶壁的电流为零时，判定为发生微吹粉故障。
可选的，所述当检测到所述隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障的步骤包括：
当检测到所述隔热罩的顶壁的电流大于零时，判定为发生严重吹粉故障。
可选的，所述当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理的步骤包括：
当判定为发生微吹粉故障时，暂停零件加工，在重新铺粉和预热后继续进行零件加工。
可选的，所述当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理的步骤包括：
当判定为发生严重吹粉故障时，停止所述增材制造装置工作并终止零件加工。
可选的，所述在重新铺粉和预热后继续进行零件加工的步骤中，所述铺粉和所述预热包括：
以所述微吹粉故障前的铺粉取粉量的1.5~3倍的铺粉取粉量进行重新铺粉；通过阶梯预热的方式对粉末床进行预热。
可选的，所述以所述隔热罩不接触成形表面为基础，下降所述隔热罩至靠近所述成形表面的步骤包括：
将所述隔热罩下降至距离所述成形表面1mm的高度。
本发明还提供一种增材制造装置，包括：
电子枪系统，所述电子枪系统用于发射电子束；
装备成形仓，所述装备成形仓设置有用于进行选区熔化的成形室，所述成形室设置于所述电子枪系统的正下方；
隔热罩，所述隔热罩设置于所述电子枪系统和所述成形室的成形表面之间，且与所述电子枪系统绝缘连接；所述隔热罩包括彼此绝缘的侧壁和顶壁；
检测装置，所述检测装置分别在所述隔热罩的侧壁和顶壁设置有采集端；所述检测装置用于分别检测所述隔热罩的侧壁和顶壁的电流；
处理装置，所述处理装置与所述检测装置通信连接，并采用上述任一项所述的用于增材制造装置的吹粉检测方法对所述装备成形仓进行实时监测和处理。
可选的，所述隔热罩设置有悬挂件，所述隔热罩通过所述悬挂件悬挂于所述电子枪系统的下方，且所述隔热罩通过第一绝缘组件与所述电子枪系统相隔离。
可选的，所述隔热罩设置有安装件，所述安装件用于安装所述顶壁，且所述安装件通过第二绝缘组件设置于所述隔热罩的顶部。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明中，通过检测隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化，在无需增加额外的装置的情况下实现对粉末床吹粉现象的实时监测，且过程监控操作简单，成本低，进而有效解决吹粉问题造成的零件变形导致的打印产品报废问题以及电源和电子枪损坏问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明示例性实施例中用于增材制造装置的吹粉检测方法的流程示意图；
图2示出本发明示例性实施例中增材制造装置的结构示意图；
图3示出本发明示例性实施例中隔热罩的结构示意图。
附图标记：100、电子枪系统；200、装备成形仓；210、成形室；300、隔热罩；310、侧壁；320、顶壁；330、悬挂件；340、第一绝缘组件；350、第二绝缘组件；400、检测装置。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施例中首先提供了一种用于增材制造装置的吹粉检测方法，参考图1所示，吹粉检测方法包括：
步骤S101：以隔热罩300不接触成形表面为基础，下降隔热罩300至靠近成形表面。
步骤S102：设置电子枪系统100的下束电流，检测隔热罩300的侧壁310的电流并记录为基准电流。
步骤S103：在增材制造装置进行零件加工过程中，实时检测隔热罩300的侧壁310和顶壁320的电流。
步骤S104：当检测到隔热罩300的侧壁310或顶壁320的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障。
步骤S105：当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理。
其中，增材制造装置设置有隔热罩300，隔热罩300设置于电子枪系统100和成形室210的成形表面之间且与电子枪系统100绝缘连接。隔热罩300的侧壁310和顶壁320彼此绝缘。
需要理解的是，本发明所采用的增材制造装置具体为粉床电子束增材制造装置。通过实时监测选区熔化幅面正上方隔热罩300上通过的电流，来判断是否故障并反馈相应的处理。
还需要理解的是，零件加工之前，设置下束电流，隔热罩300下降至离成形表面1mm的高度处，检测反射到隔热罩300侧壁310的基准电流A10。由于隔热罩300顶壁320距离成形表面较远且与隔热罩300侧壁310做绝缘处理，所以此时顶壁320所检测到的电流为零。
还需要理解的是，零件加工过程中，实时监测通过隔热罩300侧壁310的电流A1和顶壁320的电流A2，并与侧壁310的基准电流A10对比，判定是否吹粉及严重程度，并作出相应的反馈处理。
还需要理解的是，零件加工过程中，当下束时，实时监测通过隔热罩300侧壁310的电流A1和顶壁320的电流A2，正常情况下，加工过程中检测到的A1＜A10，A2=0。当加工过程中检测到隔热罩300上的电流满足A2=0，A1＞A10时，判定为微吹粉故障，触发微吹粉故障反馈处理系统。当加工过程中检测到隔热罩300上的电流满足A2＞0时，判定为严重吹粉故障，触发紧急停止操作，打印终止。其中，设置下束电流并记录A10时，所检测到的A10是电子束通过成形表面反射到隔热罩300侧壁310的电流，而在打印过程中，已经完成铺粉，所检测到的A1是电子束通过金属粉末反射到隔热罩300侧壁310的电流，金属粉末会吸收更多的电子，因此所反射到隔热罩300侧壁310的电流也更小，即A1＜A10。
还需要理解的是，由于设置下束电流可以不相同，所以每次初始时，隔热罩300的侧壁310的电流并不相同，因此需在设置好电子枪系统100的下束电流后，检测隔热罩300的侧壁310的电流并记录为基准电流A10。也就是说，设置不同的下束电流会产生不同的基准电流A10。
还需要理解的是，通过上述吹粉检测方法，可以实时监测打印过程中的粉末床吹粉现象并做出相应的反馈处理，有效解决微吹粉问题造成零件变形导致的打印产品报废问题和预防大吹粉强行启动造成的电源和电子枪损坏问题。监控过程无需增加额外的装置，操作简单，成本低。
通过检测隔热罩300的侧壁310或顶壁320的电流变化，在无需增加额外的装置的情况下实现对粉末床吹粉现象的实时监测，且过程监控操作简单，成本低，进而有效解决吹粉问题造成的零件变形导致的打印产品报废问题以及电源和电子枪损坏问题。
下面，将对本示例实施例中的上述用于增材制造装置的吹粉检测方法的部分步骤进行更详细的说明。
在一些实施例中，步骤S104中还包括：
步骤S201：当检测到隔热罩300的侧壁310的电流大于基准电流，且隔热罩300的顶壁320的电流为零时，判定为发生微吹粉故障。
需要理解的是，当加工过程中检测到隔热罩300上的电流满足A2=0，A1＞A10时，判定为微吹粉故障，触发微吹粉故障反馈处理系统。由于微吹粉时，带电的粉末会扬起飞溅到隔热罩300的侧壁310上，引起A1检测电流的增加，因此判定为微吹粉故障，并及时触发故障处理，可及时挽回由于打印过程中粉床吹粉造成零件变形导致的打印产品报废问题的损失。
在一些实施例中，步骤S104中还包括：
步骤S301：当检测到隔热罩300的顶壁320的电流大于零时，判定为发生严重吹粉故障。
需要理解的是，当加工过程中检测到隔热罩300上的电流满足A2＞0时，判定为严重吹粉故障。因为当隔热罩300的顶壁320检测到电流时，说明带电的金属粉末已经扬起飞溅到隔热罩300的顶壁320，此时吹粉现象已经非常严重。
在一些实施例中，步骤S105中还包括：
步骤S401：当判定为发生微吹粉故障时，暂停零件加工，在重新铺粉和预热后继续进行零件加工。
需要理解的是，针对微吹粉故障，故障处理的具体步骤可以为：1.加工暂停；2.自动调整铺粉取粉量为原来的1.5~3倍并铺粉一次；3.恢复高压加载；4.采用阶梯预热的方式将粉末床温度缓慢加热至一定温度，开始正常加工。
在一些实施例中，步骤S105中还包括：
步骤S501：当判定为发生严重吹粉故障时，停止增材制造装置工作并终止零件加工。
需要理解的是，当隔热罩300的顶壁320检测到电流时，说明带电的金属粉末已经扬起飞溅到隔热罩300的顶壁320，此时吹粉现象已经非常严重，需终止加工，保护电子枪及电源系统不受损坏。因此，当判定为严重吹粉故障时，触发紧急停止操作，打印终止。
在一些实施例中，步骤S401中，铺粉和预热的步骤具体包括：
步骤S601：以微吹粉故障前的铺粉取粉量的1.5~3倍的铺粉取粉量进行重新铺粉；通过阶梯预热的方式对粉末床进行预热。
需要理解的是，阶梯预热方式指的是，先下束较小电流a加热粉末床t时间后，增加一个∆步进值，即以a+∆的电流加热t时间，如此重复，直至将粉末床温度加热至一定温度。
在一些实施例中，参考图2中所示，步骤S101中还包括：
步骤S701：将隔热罩300下降至距离成形表面1mm的高度。
需要理解的是，当下束时，隔热罩300会下降到离成形表面1mm的高度处（图2中虚线所示位置），可近距离检测粉末床微吹粉与否。
本示例实施例中还提供一种增材制造装置，参考图2中所示，包括：电子枪系统100，装备成形仓200，隔热罩300，检测装置400以及处理装置。
其中，电子枪系统100用于发射电子束。装备成形仓200设置有用于进行选区熔化的成形室210，成形室210设置于电子枪系统100的正下方。隔热罩300设置于电子枪系统100和成形室210的成形表面之间，且与电子枪系统100绝缘连接；隔热罩300包括彼此绝缘的侧壁310和顶壁320。检测装置400分别在隔热罩300的侧壁310和顶壁320设置有采集端；检测装置400用于分别检测隔热罩300的侧壁310和顶壁320的电流。处理装置与检测装置400通信连接，并采用上述任一项的用于增材制造装置的吹粉检测方法对装备成形仓200进行实时监测和处理。
需要理解的是，隔热罩300可沿Z轴方向（竖直方向）运动，也就是隔热罩300可以上升和下降。当下束时，隔热罩300会下降到离成形表面1mm的高度处（图2中虚线所示位置）。
还需要理解的是，参考图2和图3所示，检测装置400具体为电流检测装置400，可安装在隔热罩300上，电流检测装置400中A1用于检测通过隔热罩300侧壁310的电流，A2用于检测通过隔热罩300顶壁320的电流。
还需要理解的是，通过上述增材制造装置，可以实时监测打印过程中的粉末床吹粉现象并做出相应的反馈处理，有效解决微吹粉问题造成零件变形导致的打印产品报废问题和预防大吹粉强行启动造成的电源和电子枪损坏问题。监控过程无需增加额外的装置，操作简单，成本低。
在一些实施例中，参考图3中所示，隔热罩300设置有悬挂件330，隔热罩300通过悬挂件330悬挂于电子枪系统100的下方，且隔热罩300通过第一绝缘组件340与电子枪系统100相隔离。需要理解的是，隔热罩300位于成形室210正上方，悬挂在电子枪系统100下，悬挂处做绝缘处理。悬挂件330和电子枪系统100通过螺杆相连接，并垫有绝缘垫片进行隔绝。
在一些实施例中，参考图3中所示，隔热罩300设置有安装件，安装件用于安装顶壁320，且安装件通过第二绝缘组件350设置于隔热罩300的顶部。需要理解的是，隔热罩300顶壁320与侧壁310之间做绝缘处理。
需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。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。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (8)
1.一种用于增材制造装置的吹粉检测方法，其特征在于，所述增材制造装置设置有隔热罩，所述隔热罩设置于电子枪系统和成形室的成形表面之间且与所述电子枪系统绝缘连接，所述吹粉检测方法包括：
以所述隔热罩不接触成形表面为基础，下降所述隔热罩至靠近所述成形表面；
设置所述电子枪系统的下束电流，检测所述隔热罩的侧壁的电流并记录为基准电流；
在所述增材制造装置进行零件加工过程中，实时检测所述隔热罩的侧壁和顶壁的电流；
当检测到所述隔热罩的侧壁或顶壁的电流变化有增大时，则判定为发生吹粉故障；其中，当检测到所述隔热罩的侧壁的电流大于所述基准电流，且所述隔热罩的顶壁的电流为零时，判定为发生微吹粉故障；当检测到所述隔热罩的顶壁的电流大于零时，判定为发生严重吹粉故障；
当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理；
其中，所述隔热罩的所述侧壁和所述顶壁彼此绝缘；通过电流检测装置分别检测所述隔热罩的侧壁和顶壁的电流。
2.根据权利要求1所述的吹粉检测方法，其特征在于，所述当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理的步骤包括：
当判定为发生微吹粉故障时，暂停零件加工，在重新铺粉和预热后继续进行零件加工。
3.根据权利要求2所述的吹粉检测方法，其特征在于，所述当判定为发生吹粉故障时，根据吹粉故障执行相应的故障处理的步骤包括：
当判定为发生严重吹粉故障时，停止所述增材制造装置工作并终止零件加工。
4.根据权利要求3所述的吹粉检测方法，其特征在于，所述在重新铺粉和预热后继续进行零件加工的步骤中，所述铺粉和所述预热包括：
以所述微吹粉故障前的铺粉取粉量的1.5~3倍的铺粉取粉量进行重新铺粉；通过阶梯预热的方式对粉末床进行预热。
5.根据权利要求1-4任一项所述的吹粉检测方法，其特征在于，所述以所述隔热罩不接触成形表面为基础，下降所述隔热罩至靠近所述成形表面的步骤包括：
将所述隔热罩下降至距离所述成形表面1mm的高度。
6.一种增材制造装置，其特征在于，包括：
电子枪系统，所述电子枪系统用于发射电子束；
装备成形仓，所述装备成形仓设置有用于进行选区熔化的成形室，所述成形室设置于所述电子枪系统的正下方；
隔热罩，所述隔热罩设置于所述电子枪系统和所述成形室的成形表面之间，且与所述电子枪系统绝缘连接；所述隔热罩包括彼此绝缘的侧壁和顶壁；
检测装置，所述检测装置分别在所述隔热罩的侧壁和顶壁设置有采集端；所述检测装置用于分别检测所述隔热罩的侧壁和顶壁的电流；
处理装置，所述处理装置与所述检测装置通信连接，并采用权利要求1-5任一项所述的用于增材制造装置的吹粉检测方法对所述装备成形仓进行实时监测和处理。
7.根据权利要求6所述的增材制造装置，其特征在于，所述隔热罩设置有悬挂件，所述隔热罩通过所述悬挂件悬挂于所述电子枪系统的下方，且所述隔热罩通过第一绝缘组件与所述电子枪系统相隔离。
8.根据权利要求6所述的增材制造装置，其特征在于，所述隔热罩设置有安装件，所述安装件用于安装所述顶壁，且所述安装件通过第二绝缘组件设置于所述隔热罩的顶部。
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