[发明专利]一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法

说明书

本发明公开了一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法；该装置包括扫描振镜，半透半反镜，滤光片，激光头，高速摄像机，控制器等。扫描振镜用于控制激光束选择性熔化金属粉末，半透半反镜将熔池辐射反射入所述高速摄像机并转化为图像信息传至控制器。本装置针对SLM加工过程的粉末熔化进行监控，并反馈至计算机软件界面，实时反映不同位置的熔池特征，并精确测量每一熔化层的轮廓，通过反求方式获得零件模型，将该模型与原始三维模型进行比较分析，获得金属3D打印零件与原始模型数据在精度尺寸方面的误差。可精确获取3D打印过程中内部缺陷的位置、立体形状，避免了打印零件后期针对零件的破坏性试验。

技术领域

本发明涉及金属3D打印过程监控和质量精确控制，尤其涉及一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法。

背景技术

激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)技术是一种能直接成型高致密、高精度金属零件的快速成型的3D打印技术，但是熔融过程中有超过50种不同的因素在发挥作用，例如尺寸和形状误差、熔融层中的空隙、最终部件的高残余应力，以及对材料性能等各种变量相互关系的影响导致了打印工艺难以量化控制。

质量监控的发展使得增材制造技术中成型件的表面粗糙度和性能有了显著改善，减少了内部结构的变形。激光熔化系统中需要监控一系列的关键的参数，包括氧含量、激光输出功率、铺粉和粉末质量等。但是，仅仅简单地基于设备工艺去综合评价零件的质量是不够的，打印过程本身必须受到监控。实时监控系统可以为早期有效的检测打印缺陷和避免缺陷做出有效的贡献。

Concept laser公司的QM熔池3D系统通过光电二极管和COMS摄像头来监控整个打印过程，使用同轴传感器来监测熔池热辐射；EOS的EOSTATE MeltPool系统提供了自动化、智能过程监控技术——无论是每一点、每一层，还是每一个部件。以这种方式，它为熔池的自动化监测创造了条件，同时它也能够在构建过程中对于零件内部进行观察。

目前质量监控的难点在于对信息收集和处理的准确性，能否精确反映加工状态；还有对于加工过程的纠正，由于大量的影响因素导致的打印缺陷或者自身组织缺陷，而且整个过程有着高度动态特性，开发一个自动修正的控制回路是一大难点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置与方法。本发明通过监控熔池位置及特征，并通过每层轮廓数据反求三维模型，这样的信号能够直观并且打印过程完成后在三维模型上立即进行分析。用户可以根据位置追溯每个零件的打印过程。在打印过程中零件内部产生的影响可以更好的检测并分析。通过针对零件打印缺陷进行分析，寻找原因和提出解决措施。

本发明通过下述技术方案实现：

一种3D打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置，包括激光头3、扫描振镜9和计算机1、半透半反镜16、高速摄像机20、控制器2；所述高速摄像机20通过控制器2与计算机1电讯连接；

所述激光头3的激光光路17，经半透半反镜16反射入扫描振镜9，由扫描振镜9控制激光束选择性熔化平铺在工作平台15上的金属粉末；同时，扫描振镜9采集熔池辐射，并将其透过半透半反镜16传至高速摄像机20，高速摄像机20对该熔池辐射数据进行处理，并转化为图像信息传至控制器2，控制器2用于处理图像数据，以确定熔池位置和生成每一熔化层的轮廓。

所述控制器2包括：图像采集模块、图像轮廓提取模块、图像三角形化模块；

图像采集模块，用于控制高速摄像机20采集工件每一层成型过程中的熔池实时图像数据，并保存在其内存中；