CN208303879U - 用于三维物体制造的监控装置及包含该监控装置的三维物体制造设备 - Google Patents

Abstract

一种用于三维物体制造的监控装置及包含该监控装置的三维物体制造设备，该监控装置包括控制模块、处理模块和两个或两个以上红外热像仪，红外热像仪安装在成型腔的腔体内部，且沿腔体内壁的四周安装，每个红外热像仪采集部分熔池数据信息，控制模块接收红外热像仪采集的熔池数据信息，并将该数据信息转换为图像，处理模块将所有红外热像仪获取的图像进行整合以合成完整图像，并将该完整图像与预设图像数据进行分析对比，以实时调整烧结参数。本实用新型采用两个或两个以上红外热像仪对烧结平面监控，不仅适用于小尺寸的烧结平面，还适用于大尺寸的烧结平面，并在用于大尺寸烧结平面时，提高了单个红外热像仪分辨率，且更好地控制烧结件的质量。

Description

用于三维物体制造的监控装置及包含该监控装置的三维物体 制造设备

技术领域

本实用新型属于增材制造技术领域，具体涉及一种用于三维物体制造的监控装置及包含该监控装置的三维物体制造设备。

背景技术

增材制造技术是一项具有数字化制造、高度柔性和适应性、直接CAD模型驱动、快速、材料类型丰富多样等鲜明特点的先进制造技术，自二十世纪八十年代末发展至今，己成为现代先进制造技术中的一项支柱技术。选择性激光熔融（简称SLM）是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一，其以粉末材料为物料，采用激光对三维实体的截面进行逐层扫描完成原型制造，不受零件形状复杂程度的限制，不需要任何的工装模具，应用范围广。

上述选择性激光熔融技术在烧结过程中也会存在许多问题，如零件内部气孔、粉末未完全熔融、粉末床温度不均等缺陷，这些缺陷会导致成形后的零件不满足要求或报废，目前常见的做法是在成型过程中使用摄像头对每一层烧结情况进行拍照并进行图像处理与预定的标准图像进行对比分析，实时调整烧结参数，从而可以提升成形零件质量，如表面粗糙度、精度以及力学性能等。

然而，由于摄像头有一定的监控范围（即拍照区域），对于大成形尺寸或多激光振镜的选择性激光熔融技术，单个摄像头已经满足不了整个烧结平面的监控，从而影响了三维物体的成形质量。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种适用范围广，且提高三维物体打印质量的用于三维物体制造的监控装置及包含该监控装置的三维物体制造设备。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于三维物体制造的监控装置，包括控制模块、处理模块，以及两个或两个以上红外热像仪，所述两个或两个以上红外热像仪安装在成型腔的腔体内部，且沿腔体内壁的四周安装，所述每个红外热像仪采集烧结平面的部分熔池数据信息，控制模块接收红外热像仪采集的熔池数据信息，并将该熔池数据信息转换为图像，处理模块将所有红外热像仪获取的图像进行整合以合成烧结平面的完整图像，并将该完整图像与预设的图像数据进行分析对比，以实时调整烧结参数。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述监控装置还包括反射镜，以使烧结平面的热辐射通过反射镜传递至红外热像仪。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述反射镜的可视角度θ与烧结平面的垂直方向的夹角为15°－45°。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述红外热像仪的分辨率不低于10μm/pixel。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述熔池数据信息包括熔池温度和熔池形状。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述控制模块包括若干个控制器，控制器的数量与热像仪相等，且控制器与热像仪一一对应。

作为本实用新型的进一步优选方案，当烧结平面的尺寸为400mm*400mm，所述红外热像仪的数量为四个，且每个红外热像仪的监控区域为100mm*100mm。

作为本实用新型的进一步优选方案，所述四个红外热像仪沿腔体内壁的四周均匀布置。

本实用新型还提供了一种三维物体制造设备，包含上述任一项所述的用于三维物体制造的监控装置。

本实用新型的用于三维物体制造的监控装置及包含该装置的三维物体制造设备具有以下有益效果：

1、通过对烧结平面的烧结情况进行实时监控，可实现加工过程中工艺参数的实时调整，且当发现故障并会导致零件加工失败或出现质量问题的时候，系统自动停止工作，或停止对失败零件的加工，从而可以避免材料的浪费；

2、采用两个或两个以上红外热像仪对烧结平面监控，不仅适用于小尺寸的烧结平面，还适用于大尺寸的烧结平面，并在用于大尺寸烧结平面时，相比于传统采用单个红外热像仪监控来说，提高了单个红外热像仪的分辨率，拍照更为清晰，监控数据更准确，从而更好地控制烧结件的质量。

3、通过在成型腔的腔体内安装红外热像仪，避免了其安装在腔体外部，需要在腔体上开孔并安装透光玻璃，从而造成安装复杂的弊端，本实用新型安装结构简单，且便于安装和拆卸。

附图说明

图1为本实用新型用于三维物体制造的监控装置提供的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型三维物体制造设备提供的一实施例的主视结构示意图；

图3为本实用新型三维物体制造设备提供的一实施例的俯视结构示意图。

图中附图标记如下：

1、烧结平面，11、1a区域，12、1b区域，13、1c区域，14、1d区域，2、控制器，3、计算机，4、处理模块，5、红外热像仪，6、振镜，7、光束，8、激光器，9、熔池，10、反射镜，21、待打印工件，22、铺粉机构，33、驱动机构。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解并实现本实用新型的技术方案，以下将结合说明书附图和具体实施例做进一步详细说明。

如图1所示，用于三维物体制造的监控装置包括控制模块、处理模块4，以及两个或两个以上红外热像仪5，所述两个或两个以上红外热像仪5安装在成型腔的腔体内部，且沿腔体内壁的四周安装，所述每个红外热像仪5采集烧结平面1的部分熔池9数据信息，控制模块接收红外热像仪5采集的熔池9数据信息，并将该熔池9数据信息转换为图像，处理模块4将所有红外热像仪5获取的图像进行整合以合成烧结平面1的完整图像，并将该完整图像与预设的图像数据进行分析对比，以实时调整烧结参数。具体地，所述熔池9数据信息包括熔池9温度、熔池9形状等等。在此需说明的是，所述预设的图像数据是指通过理论计算应该得到的熔池9数据信息。

具体地，如图1所示，所述控制模块包括若干个控制器2，控制器2的数量与热像仪相等，且控制器2与热像仪一一对应，具体实施中，所述控制模块还可以包括一个控制器2，该控制器2用于分别接收红外热像仪5采集的熔池9数据信息，并将该熔池9数据信息转换为图像，当然控制模块也可以包括多个控制器2，但控制器2与红外热像仪5的数量可以不相等，例如可以一个控制器2对应两个红外热像仪5等。

所述监控装置还包括反射镜10，以使烧结平面1的热辐射通过反射镜10传递至红外热像仪5，所述反射镜10与烧结平面1的垂直方向的夹角为15°－45°。

优选地，所述红外热像仪5的分辨率不低于10μm/pixel，这样采集更清楚、更准确的熔池9数据信息。进一步优选地，所述红外热像仪5采用双波长测温技术，这样能有效地减少辐射减少环境温度对测温的影响，从而提高了测量结果的准确性。

本实施例的每个红外热像仪5具有一定的监控范围和分辨率，监控装置包含的红外热像仪5的具体数量可根据烧结平面1的大小和需要监控的区域大小决定，例如，当烧结平面1尺寸为400mm*400mm，红外热像仪5的监控区域为100mm*100mm，此时需要4个红外热像仪5便能监控整个烧结平面1的烧结情况。其中，多个红外热像仪5的具体位置设置可根据成型腔的腔体内的其它元器件的摆放合理布局，作为其中一种优选方式，所述四个红外热像仪5可沿腔体内壁的四周均匀布置。

本实用新型还提供了一种三维物体制造设备，该三维物体制造设备包含上述任一实施例所述的用于三维物体制造的监控装置。如图2和图3所示，该三维物体制造设备还包括：

能量源，所述能量源为激光器8或电子束发生器，本实用新型专利优选为激光器8；

铺粉机构22，用于将粉末平铺到工作平面上；

驱动机构23，用于驱动成型缸进行上下运动；

振镜6，所述振镜6控制激光器8发出的光束7路径，选择性地对整个粉末床平面进行烧结；

计算机3，所述计算机3用于对处理模块4整合的烧结平面1的图像进行分析，根据分析结果对烧结过程的参数进行实时控制，以保证待打印制件11的顺利制造。

在此需说明的是，以上是三维物体制造设备的现有部件，由于其不属于本实用新型的创新核心，因此对其不做具体阐述，另外，在此需说明的是，以上仅仅例举三维物体制造设备的部分部件，其还可能包含其它现有技术部件，在此不做一一例举。

为了更好地理解并实现本实用新型的技术方案，下面详细阐述本实施例用于三维物体制造的监控装置的工作过程：

步骤一：如图1所示，根据烧结平面1尺寸和红外热像仪5的监控范围计算需要四个红外热像仪5，因此，将整个烧结区域分成4个区域，1a区域11、1b区域12、1c区域13、1d区域14，具体数量视情况而定。

步骤二：当能量源发出的光束7进入振镜6，由振镜6控制能量选择性的熔融烧结平面1的金属粉末形成熔池9，熔池9的热量通过反射镜10传递到红外热像仪5中，当烧结区域在1a区域11时，由负责该1a区域11监控的红外热像仪5获取1a区域11的熔池9实时数据，并由控制器2对数据进行实时处理，当烧结区域在1b区域12时，由红外热像仪5对1b区域12的熔池9实时监控，并由控制器2对数据进行实时处理，以此类推。

步骤三：该层烧结完成后，由处理器对该层所有区域的监控数据进行计算处理，并整理成该层烧结平面1的熔池9数据信息。

步骤四：将整理得到的烧结平面1的熔池9数据信息与预设的图像数据进行对比，如果有偏差，则反馈至计算机并对烧结参数进行调整。

步骤五：烧结完成后对所有的数据进行存档，以便查看、记录。

以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均应属于本实用新型的保护范围。应当指出，在不脱离本实用新型原理前提下的若干修改和修饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，包括控制模块、处理模块，以及两个或两个以上红外热像仪，所述两个或两个以上红外热像仪安装在成型腔的腔体内部，且沿腔体内壁的四周安装，所述每个红外热像仪采集烧结平面的部分熔池数据信息，控制模块接收红外热像仪采集的熔池数据信息，并将该熔池数据信息转换为图像，处理模块将所有红外热像仪获取的图像进行整合以合成烧结平面的完整图像，并将该完整图像与预设的图像数据进行分析对比，以实时调整烧结参数。

2.根据权利要求1所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述监控装置还包括反射镜，以使熔池的热辐射通过反射镜传递至红外热像仪。

3.根据权利要求2所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述反射镜的可视角度θ与烧结平面的垂直方向的夹角为15°－45°。

4.根据权利要求3所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述红外热像仪的分辨率不低于10μm/pixel。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述熔池数据信息包括熔池温度和熔池形状。

6.根据权利要求5所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述控制模块包括若干个控制器，控制器的数量与热像仪相等，且控制器与热像仪一一对应。

7.根据权利要求6所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，当烧结平面的尺寸为400mm*400mm，所述红外热像仪的数量为四个，且每个红外热像仪的监控区域为100mm*100mm。

8.根据权利要求7所述的用于三维物体制造的监控装置，其特征在于，所述四个红外热像仪沿腔体内壁的四周均匀布置。

9.一种三维物体制造设备，其特征在于，包含权利要求1至8任一项所述的用于三维物体制造的监控装置。