CN213564388U - 增材制造装备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种增材制造装备，包括：能量源，用于发射激光。振镜系统，用于接收且使得激光能够在一定范围内扫描。成形系统，包括底座以及成形台，成形台安装于底座上，用于接收成形材料以及经过振镜系统作用后的激光。校准系统，包括校准尺以及打印面成像装置，校准尺安装在底座上，并与打印面成像装置的相对位置固定，用于对打印面成像装置进行几何标定，打印面成像装置用于校准振镜系统。本申请可以使得振镜系统获得更准确的校准结果。

Description

增材制造装备

技术领域

本申请涉及雷达试验技术领域，特别是涉及一种增材制造装备。

背景技术

增材制造技术是当前工业界、学术界的一个研究热点，特别是GE、西门子等工业巨头，业已实现多款增材制造制件的装机试用。尽管增材制造技术已经取得了较好的发展，但其工艺难以实现标准化，制件的质量一致性难以保证。例如，使用同一台装备加工的同一个零件，最终的力学性能和几何精度会出现较大偏差。为解决该问题，出现了大量具备过程监控的设备。

由于增材制造过程每一个凝固点均与最终成形质量相关，所以也必须保证监控设备、打印设备本身具备相当的准确度。因此，如何对这些设备进行准确的校准便成为一个急需解决的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种增材制造装备。

一种增材制造装备，包括：

能量源，用于发射激光；

振镜系统，用于接收且使得所述激光能够在一定范围内扫描；

成形系统，包括底座以及成形台，所述成形台安装于所述底座上，用于接收成形材料以及经过所述振镜系统作用后的激光；

校准系统，包括校准尺以及打印面成像装置，所述校准尺安装在所述底座上，并与所述打印面成像装置的相对位置固定，用于对所述打印面成像装置进行几何标定，所述打印面成像装置用于校准所述振镜系统。

在其中一个实施例中，

所述增材制造装备还包括聚焦系统，所述聚焦系统用于将所述能量源发射的激光聚焦，并发射至所述振镜系统；

所述打印面成像装置还用于校准所述聚焦系统。

在其中一个实施例中，

所述增材制造装备还包括聚焦系统，所述聚焦系统用于将所述能量源发射的激光聚焦，并发射至所述振镜系统；

所述校准系统还包括熔池成像装置，所述熔池成像装置与所述打印面成像装置的相对位置固定。

在其中一个实施例中，所述增材制造装备还包括图像存储模块，所述图像存储模块用于存储振镜参考图像以及聚焦参考图像，所述振镜参考图像用于所述振镜系统的校准，所述聚焦参考图像用于所述聚焦系统的校准。

在其中一个实施例中，所述校准系统还包括标准热源，所述标准热源安装在所述底座上，用于对所述熔池成像装置进行温度标定。

在其中一个实施例中，所述标准热源与所述熔池成像装置的位置相对固定。

在其中一个实施例中，所述标准热源包括多个热源。

在其中一个实施例中，所述标准热源的温度可控。

在其中一个实施例中，所述校准尺包括第一尺与第二尺，所述第一尺与所述第二尺相互垂直。

在其中一个实施例中，所述第一尺和/或所述第二尺上的图案为棋盘格或周期性圆点。

上述增材制造装备中，校准系统包括校准尺以及打印面成像装置。校准尺安装在成形系统的底座上，并与打印面成像装置的相对位置固定。校准尺用于对打印面成像装置进行几何标定，打印面成像装置用于校准振镜系统。由于打印面成像装置采用与其相对位置固定的校准尺进行标定，能够保证成像系统的溯源性，进而使得打印面成像装置的标定更加准确。因此，通过打印面成像装置进行校准的振镜系统的能够获得更准确的校准结果。

附图说明

图1为一个实施例中的增材制造装备示意图；

图2为一个实施例中的增材制造装备另一角度局部示意图；

图3为一个实施例中的增材制造装备校准方法示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

增材制造技术是当前工业界、学术界的一个研究热点，特别是GE、西门子等工业巨头，业已实现多款增材制造制件的装机试用。尽管增材制造技术已经取得了较好的发展，但其工艺难以实现标准化，制件的质量一致性难以保证。例如，使用同一台装备加工的同一个零件，最终的力学性能和几何精度会出现较大偏差。为解决该问题，出现了大量具备过程监控的设备。

由于增材制造过程每一个凝固点均与最终成形质量相关，所以也必须保证监控设备、打印设备本身具备相当的准确度。因此，如何对这些设备进行准确的校准便成为一个急需解决的问题。

基于此，本申请提出了一种增材制造装备。

在一个实施例中，参考图1以及图2，提供一种增材制造装备，包括能量源 100、振镜系统600、成形系统以及校准系统。

能量源100用于发射高能束的激光，进而为增材制造装备的制造过程提高能量。振镜系统600接收来自能量源100的激光。具体地，振镜系统600与能量源之间还可以设有聚焦系统500以及反射系统(未图示)。能量源100发射出的高能束激光可以先经过聚焦系统500的聚焦，然后将聚焦后的光束发射至反射系统。之后，反射系统将接收到的激光光束反射至振镜系统600，进而使得振镜系统接收到来自能量源100的激光。

当然，在其他实施例中，增材制造装备在能量源100与振镜系统600之间的具体结构也可以根据实际情况进行调整，本申请对此并没有限制。

振镜系统600接收激光后并将其作用至成形系统。成形系统包括底座730 以及成形台200。底座730为安装底座。成形台200安装于底座730上，进而接收经过振镜系统600作用后的激光。与此同时，成形台200还接收成形材料(如粉末材料)，进而进行增材加工制造。成形系统还可以包括用于实现成形台200 升降的第一升降台320。

校准系统包括校准尺410以及打印面成像装置420。校准尺410用于标定打印面成像装置420，校其与打印面成像装置420的相对位置固定。同时，校准尺 410与成形台200一样安装在底座730上。因此，通过校准尺410标定的打印面成像装置420可以准确地确定成形台200上形成的产品的形状尺寸。打印面成像装置420用于校准振镜系统600。

振镜系统600的具体校准过程可以为：打印面成像装置420获取校准尺410 的图像。根据校准尺410的图像，对打印面成像装置420进行几何标定。控制振镜系统600根据第一预定位置组形成光斑。打印面成像装置420采集光斑的图像。根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的中心。计算光斑在不同预定位置的中心与其对振镜系统600的控制量之间的关系，校准振镜系统600。

在本实施例中，打印面成像装置420采用与其相对位置固定的校准尺410 进行标定，能够保证成像系统的溯源性，进而使得打印面成像装置420的标定更加准确。因此，通过打印面成像装置420进行校准的振镜系统600的能够获得更准确的校准结果。

进一步地，当增材制造装备包括聚焦系统500时，打印面成像装置420还可以用于校准聚焦系统500。此时，同样，由于打印面成像装置420采用与其相对位置固定的校准尺410进行标定，能够保证成像系统的溯源性，进而使得聚焦系统500的校准也更加准确。

聚焦系统500的校准过程可以为：控制校准好的振镜系统600在第三预定位置组形成光斑。打印面成像装置420采集光斑的图像。根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的焦点。然后，计算光斑在不同预定位置的焦点与其对聚焦系统500的控制量之间的关系，校准聚焦系统500。

在一个实施例中，校准系统还包括熔池成像装置430。熔池成像装置430与打印面成像装置420的相对位置固定。因此，可以通过打印面成像装置420来对熔池成像装置430进行几何标定。

具体地，可以让打印面成像装置420与熔池成像装置430同时采集高能束激光在成形台200上形成的光斑的图像。然后将二者对比，从而简便准确地完成熔池成像装置430的几何标定。

在本实施例中的增材制造装备，还可以在通过打印面成像装置420校准聚焦系统的同时，还通过熔池成像装置430校准聚焦系统，二者的校准结果可以相互验证，进而提高聚焦系统的校准精准度。

同时，在本实施例中，校准系统还包括可以包括标准热源440。标准热源 440安装在底座730上，用于对熔池成像装置430进行温度标定。

进一步地，可以设置标准热源440与熔池成像装置430的位置相对固定，从而方便熔池成像装置430对其进行图像获取，进而方便熔池成像装置430的温度标定。

这里的标准热源440可以包括多个热源，例如其可以包括低温热源、中温热源以及高温热源三个。当然，标准热源440也可以为一个温度可控的标准热源，进而可根据需要标定的温度点调整标准热源的温度值。本申请对于标准热源440的具体形式并不做限定。

在一个实施例中，增材制造装备包括图像存储模块。图像存储模块用于存储振镜参考图像以及聚焦参考图像。振镜参考图像用于振镜系统600的校准。聚焦参考图像用于聚焦系统500的校准。

此时，可以在振镜系统600的校准过程中，可以通过将打印面成像装置420 采集的成形台200上的激光图像与图像存储模块存储的振镜参考图像对比，从而简便地完成振镜系统600校准。

同样，可以在聚焦系统500的校准过程中，可以通过将熔池成像装置430 采集的成形台200上的激光图像与图像存储模块存储的聚焦参考图像对比，从而简便地完成聚焦系统500校准。

在一个实施例中，为了使得校准尺410对打印面成像装置420的标定更加全面准确，设置校准尺410包括第一尺与第二尺。第一尺与第二尺相互垂直。进而使得打印面成像装置420可以在相互垂直的两个方向(例如水平方向与竖直方向)均可以得到准确的标定。具体地，第一尺和/或第二尺上的图案可以为为棋盘格或周期性圆点等。

此外，在本申请实施例中，增材制造装备还可以包括铺粉系统。铺粉系统包括铺粉装置720、第二升降台330、集粉容器710。

增材制造装备启动后，首先对聚焦系统500和振镜系统600进行校准。然后，通过能量源110发射出高能束激光。高能束激光经过聚焦系统500后，通过反射系统激光进入振镜系统600。振镜系统600通过振镜的作用使得激光能够在一定范围内扫描，并作用在成形系统的成形台200上。

每打印完一层，成形系统的第一升降台320下降一定高度，铺粉系统的第二升降台330升高一定高度。然后，驱动铺粉装置720的刮板将粉末均匀铺设至成形台200上，多余的粉末将直接进入集粉容器710。

打印过程中可利用打印面成像装置420获得每一层打印过程或打印后的图像，以便做后续分析。同时，利用熔池成像装置430获得熔池的实施信息，可用于反馈控制等。

在一个实施例中，参考图3，提供一种增材制造装备的校准方法。增材制作装备可以是上述实施例中以及由上述实施例引申的变形实施例中的任意一种增材制造装备。增材制造装备的校准方法包括如下步骤：

步骤S1，打印面成像装置420获取校准尺410的图像。

步骤S2，根据校准尺410的图像，对打印面成像装置420进行几何标定。

具体地，增材制造装备设有实现处理以及控制的控制模块。控制模块可以是一个单独的控制模块，也可以是全部或者部分位于增材制造装备的某一系统 (例如，校准系统中的打印面成像装置420和/或熔池成像装置430中)。本申请对比并没有限制。

控制模块可以接收打印面成像装置420获取的校准尺410的图像，然后计算打印面成像装置420的畸变系数。这里可采用成熟的计算方法获得该系数，将计算结果作为打印面成像装置420的标定数据，完成几何标定。

步骤S3，控制振镜系统600，根据第一预定位置组形成光斑。

此时，可以先将能量源100的高能束能量调至最低，然后发射激光。振镜系统600接收能量源100发射的激光后，可以使得激光能够在一定范围内扫描。控制模块对振镜系统600施加控制量，可以使得振镜系统600根据第一预定位置组，将能量源100发射的激光光斑形成在成形系统的成形台200上。

第一预定位置组包括多个不同的预定位置，其可以是光斑间断作用形成的点阵位置组，也可以是光斑连续作用形成的扫描线位置组等等。本申请对其具体形式并不做限定。

步骤S4，打印面成像装置420采集在第一预定位置组的光斑图像。

此时，打印面成像装置420已在步骤S2中完成了几何标定。

步骤S5，根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的中心。

步骤S6，计算光斑在不同预定位置的中心与对振镜系统600的控制量之间的关系，校准振镜系统600。

光斑在不同预定位置的中心即为不同预定位置的实际光斑中心，其与控制模块对振镜系统600的控制量之间进行比较计算，即可校准振镜系统600。

进一步地，本实施例方法在步骤S6(计算光斑在不同预定位置的中心与对振镜系统600的控制量之间的关系，校准振镜系统600)之后，还可以包括：

步骤S01，控制校准后的振镜系统600，根据第二预定位置组形成光斑。

第二预定位置组也包括多个不同的预定位置。其可以与第一预定位置组相同也可以不同，本申请对此没有限制。

步骤S02，打印面成像装置420采集在第二预定位置组的光斑图像。

步骤S03，存储打印面成像装置采集的光斑图像作为振镜参考图像。

以上步骤S1至步骤S03可以为首次或者前一次校准。当增材制造装备完成首次或者前一次校准后，再次使用时，增材制造装备的校准方法可以在步骤S03 之后包括：

步骤S001，控制振镜系统600根据第二预定位置组形成光斑。

步骤S002，打印面成像装置420采集在第二预定位置组的光斑图像。

步骤S003，根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的中心。

步骤S004，计算光斑在不同预定位置的中心与振镜参考图像之间的关系，校准振镜系统。

在一个实施例中，增材制造装备还包括聚焦系统500。在步骤S6(计算光斑在不同预定位置的中心与对振镜系统600的控制量之间的关系，校准振镜系统600)之后，还包括：

步骤S11，控制校准好的振镜系统600在第三预定位置组形成光斑。

第三预定位置组也包括多个不同的预定位置。其可以与第一预定位置组相同也可以不同，本申请对此没有限制。

步骤S12，打印面成像装置420采集在第三预定位置组的光斑图像。

步骤S13，根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的焦点。

由于不同位置的光斑在打印面成像装置420的夹角不同，因此其在打印面成像装置420的成像形状也不同。此时，可以根据光斑在不同预定位置的形状以及激光焦距等计算光斑在不同预定位置的焦点。

步骤S14，计算光斑在不同预定位置的焦点与对聚焦系统500的控制量之间的关系，校准聚焦系统500。

进一步地，在步骤S14(计算光斑在不同预定位置的焦点与其对聚焦系统 500的控制量之间的关系，校准聚焦系统500之后)，还包括：

步骤S15，控制校准后的振镜系统600，根据第四预定位置组形成光斑。

第四预定位置组也包括多个不同的预定位置。其可以与第三预定位置组相同也可以不同，本申请对此没有限制。

步骤S16，打印面成像装置采集在第四预定位置组的光斑图像。

步骤S17，存储打印面成像装置采集的光斑图像作为聚焦参考图像。

以上步骤S1至步骤S17为可以为首次或者前一次校准。当增材制造装备完成首次或者前一次校准后，再次使用时，增材制造装备的校准方法可以在步骤 S17之后包括：

步骤S101，校准振镜系统600。

振镜系统600的校准方法可以参考前述实施例步骤S04至步骤S07。

步骤S102，控制校准好的振镜系统600根据第四预定位置组形成光斑。

步骤S103，打印面成像装置420采集在第四预定位置组的光斑图像。

步骤S104，根据光斑在不同预定位置的形状计算光斑在不同预定位置的焦点。

步骤S105，计算光斑在不同预定位置的中心与聚焦参考图像之间的关系，校准聚焦系统500。

在一个实施例中，校准系统还包括熔池成像装置430。在步骤S6(计算光斑在不同预定位置的中心与其对振镜系统600的控制量之间的关系，校准振镜系统600)之后，还包括：

步骤S21，控制校准好的振镜系统在第五预定位置组形成光斑。

第五预定位置组第三预定位置组也包括多个不同的预定位置。其可以与第一预定位置组相同也可以不同，本申请对此没有限制。

步骤S22，打印面成像装置420与熔池成像装置430同时采集在第五预定位置组的光斑图像。

步骤S23，对比打印面成像装置的图像和熔池成像装置的图像，对熔池成像装置进行几何标定。

进一步地，在步骤S23之后，还包括：

步骤S24，控制校准好的振镜系统600，使得熔池成像装置430能观察到标准热源440。

标准热源的图像经过振镜系统600反馈后达到熔池成像装置430。因此，可以通过控制振镜系统600，使得熔池成像装置430能观察到标准热源440。

步骤S25，熔池成像装置430在标准热源440稳定后采集标准热源的温度值。

步骤S26，以标准热源440为参考，计算熔池成像装置430中的温度转换系数，对熔池成像装置430进行温度标定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种增材制造装备，其特征在于，包括：

能量源，用于发射激光；

振镜系统，用于接收且使得所述激光能够在一定范围内扫描；

成形系统，包括底座以及成形台，所述成形台安装于所述底座上，用于接收成形材料以及经过所述振镜系统作用后的激光；

校准系统，包括校准尺以及打印面成像装置，所述校准尺安装在所述底座上，并与所述打印面成像装置的相对位置固定，用于对所述打印面成像装置进行几何标定，所述打印面成像装置用于校准所述振镜系统。

2.根据权利要求1所述的增材制造装备，其特征在于，

所述增材制造装备还包括聚焦系统，所述聚焦系统用于将所述能量源发射的激光聚焦，并发射至所述振镜系统；

所述打印面成像装置还用于校准所述聚焦系统。

3.根据权利要求1所述的增材制造装备，其特征在于，

所述增材制造装备还包括聚焦系统，所述聚焦系统用于将所述能量源发射的激光聚焦，并发射至所述振镜系统；

所述校准系统还包括熔池成像装置，所述熔池成像装置与所述打印面成像装置的相对位置固定。

4.根据权利要求2或3所述的增材制造装备，其特征在于，所述增材制造装备还包括图像存储模块，所述图像存储模块用于存储振镜参考图像以及聚焦参考图像，所述振镜参考图像用于所述振镜系统的校准，所述聚焦参考图像用于所述聚焦系统的校准。

5.根据权利要求3所述的增材制造装备，其特征在于，所述校准系统还包括标准热源，所述标准热源安装在所述底座上，用于对所述熔池成像装置进行温度标定。

6.根据权利要求5所述的增材制造装备，其特征在于，所述标准热源与所述熔池成像装置的位置相对固定。

7.根据权利要求5所述的增材制造装备，其特征在于，所述标准热源包括多个热源。

8.根据权利要求5所述的增材制造装备，其特征在于，所述标准热源的温度可控。

9.根据权利要求1所述的增材制造装备，其特征在于，所述校准尺包括第一尺与第二尺，所述第一尺与所述第二尺相互垂直。

10.根据权利要求9所述的增材制造装备，其特征在于，所述第一尺和/或所述第二尺上的图案为棋盘格或周期性圆点。

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