[发明专利]SLM制造具有内嵌FRID标签金属零件的方法及设备

权利要求书

1.SLM制造具有内嵌FRID标签金属零件的设备，其特征在于，包括光束聚焦系统、近波长同轴视觉定位系统、标签嵌入系统、粉末铺设系统、气体保护系统；

所述光束聚焦系统，包括依次光路连接的光纤激光器、扩束镜、扫描振镜和F-θ组合透镜；

近波长同轴视觉定位系统，包括镀膜反射镜片、工业CCD和用于给待加工金属零件照明的照明装置；所述镀膜反射镜片设置在扩束镜与扫描振镜之间的光路中；所述工业CCD设置在镀膜反射镜片的上方；

所述粉末铺设系统，包括成型缸、铺粉刮板、粉末缸、设置在成型缸和粉末缸底部的升降活塞，升降活塞连接控制系统；

所述气体保护系统，包括密封成型室、置于密封成型室内的氧含量实时监测仪、连接在密封成型室一侧的保护气装置，以及连接在密封成型室另一侧的粉尘净化装置；

所述标签嵌入系统设置在密封成型室内部，其包括机械传动臂、标签读写器和预置在机械传动臂端部的FRID标签，所述标签读写器连接控制系统；

所述气体保护系统、光纤激光器、工业CCD分别与控制系统连接；

所述标签嵌入系统和控制系统组成射频信号识别检测系统。

2.采用权利要求1所述设备加工具有内嵌FRID标签金属零件的直接制造方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：准备阶段

用三维软件设计出待加工的金属零件3D造型，为了防止FRID标签被金属屏蔽，金属零件需要设计孔隙和倒粉孔；

然后利用magics软件进行摆放位置、添加支撑和切片操作，然后利用路径规划系统确定每一层的扫描路径；最后针对不同的金属粉末材料，选择合适的基板，将基板安装在成型缸中；选用FRID标签，在其表面贴上抗金属膜，确定嵌入到金属零件中的位置；

第二步：加工阶段

采用SLM方法加工设计好的金属零件；使用铺粉刮板，将金属粉末材料铺展成微米至微米厚度的薄层；控制系统按照设置好的扫描路径控制扫描振镜偏转，扫描振镜指引激光束在金属粉末材料薄层上移动，将金属粉末熔化形成金属实体；扫描完一层的轮廓之后，继续进行粉末铺设；

当金属零件加工到合适的位置时暂停加工，照明装置发射经过扩束后的激光，照射到金属零件表面；扩束后的激光依次经过F-θ组合透镜、扫描振镜和呈45°角的镀膜反射镜片发射到工业CCD中；工业CCD获取一帧金属零件上表面的图像，该图像经过量化处理后变为数字图像发送到控制系统中，由控制系统对摄取的图像进行处理和特征量识别，定位出嵌入FRID标签的精确位置；接着控制系统操纵机械传动臂将FRID标签嵌入到金属零件中；

为了防止在后续加工时，铺粉刮板将FRID标签刮走，在嵌入FRID标签时应该通过机械传动臂将FRID标签按入到金属粉末平面下方；

为了使暂停层的接合强度，再次加工时采用加大光纤激光器的激光功率和减小扫描速度措施来增加激光能量密度；然后取消暂停，直至将整个金属零件加工成型；在整个加工过程中，采用氧含量实时监测仪，监控含氧量在100ppm以下；

第三步：后处理和测试阶段

加工结束后，将金属零件从基板上用线切割方式切割下来，清除金属零件中的粉末；最后用标签读写器检测FRID标签的射频信号识别功能是否正常；再将具有内嵌FRID标签的金属零件放在标签读写器上，与控制系统连接就可以对FRID标签进行读写。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，金属零件在上述第二步所述的整个加工成型过程中，需要对密封成型室进行惰性气体保护，充满氩气或氮气；

加工过程中，保护气装置向密封成型室内不断通入氮气或氩气，对成型的金属零件进行保护。