[发明专利]金属增材制造系统及其在线实时追踪监控系统

说明书

本发明涉及一种用于金属增材制造的在线实时追踪监控系统及具有该在线实时追踪监控系统的金属增材制造系统，该在线实时追踪监控系统包括激光位置检测模块、激光速度检测模块、激光强度检测模块及中央控制器，通过激光位置检测模块对激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比，通过激光速度检测模块对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比，通过激光强度检测模块实时检测作用于粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比，从而实时调控加工过程。

技术领域

本发明涉及一种用于金属增材制造的在线实时追踪监控系统及具有该在线实时追踪监控系统的金属增材制造系统。

背景技术

在国内外近几年的研究中，增材制造技术有了质的飞跃发展，但还未形成大规模的工业化应用。在制造过程中成型件的性能和制造精度都会有一定量的不达标，当前SLM产品的成品率大概为70％，严重影响了大规模工业化制造的进程。其主要原因是加工过程中的工艺可重复性和质量的可靠性问题还没有得到实质可靠性的解决。目前在航空航天领域，由于器件多是大尺寸构件，一般增材制造过程大概需要几天到几个月不等，在这个制造过程中亟需实时检测装置或设备对其进行检测，并进行反馈处理，从而对加工过程进行针对性的调控来实时优化整个加工过程，提高构件最终成品几率及质量精度。因此，国内外近几年很多研究机构都对此进行了研究。目前，比利时鲁汶大学、德国亚琛工业大学、芬兰拉彭兰塔理工大学等对增材制造过程熔池尺寸和温度场在线监控、工艺参数反馈控制进行了研究；德国夫琅禾费研究所、西班牙加泰罗尼亚理工大学、美国国家标准与技术研究院等进行了在线和离线超声检测增材类试样内部缺陷研究；清华大学、美国卡内基梅隆大学、英国曼彻斯特大学、澳大利亚蒙纳士大学进行了增材试样缺陷离线X射线检测研究。但是目前，在线监测反馈控制手段和装备还是非常匮乏的，增材制造过程中，工艺参数和外部环境的波动可能在零件内部局部区域产生各种特殊的冶金缺陷，如层间及道间局部未熔合、卷入性和析出性气孔、夹杂物、内部特殊裂纹、应力集中、翘曲变形等，并影响最终成形零件的内部质量、力学性能和构件的服役使用安全。

发明内容

本发明实施例涉及一种用于金属增材制造的在线实时追踪监控系统及具有该在线实时追踪监控系统的金属增材制造系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明实施例涉及一种用于金属增材制造的在线实时追踪监控系统，包括激光位置检测模块、激光速度检测模块、激光强度检测模块及中央控制器，所述激光位置检测模块、所述激光速度检测模块及所述激光强度检测模块均与所述中央控制器电性连接；通过所述激光位置检测模块对激光束的位置进行实时检测并与预设的切片轨迹进行对比，通过所述激光速度检测模块对激光束的移动速度进行实时检测并与预设的激光束移动速度信息进行对比，通过激光强度检测模块实时检测作用于粉末上的激光强度并与预设的激光加工强度信息进行对比，从而实时调控加工过程。

作为实施例之一，所述激光位置检测模块包括光纤位置传感器，所述光纤位置传感器布置于3D打印机的腔室内。

作为实施例之一，所述激光速度检测模块包括光纤速度传感器，所述光纤速度传感器布置于3D打印机的腔室内。

作为实施例之一，所述激光强度检测模块包括光纤光强度传感器，所述光纤光强度传感器布置于3D打印机的腔室内。

本发明实施例涉及一种金属增材制造系统，包括3D打印机，还包括如上所述的用于金属增材制造的在线实时追踪监控系统，所述3D打印机与所述中央控制器电性连接。

作为实施例之一，该金属增材制造系统还包括位于所述3D打印机外的随动安装平台及用于定位所述随动安装平台的空间位置的驱动机构，所述随动安装平台上设有辅助调控装置，所述辅助调控装置包括热风供应装置、磁场发生器、散热风扇、红外热像仪和超声探伤仪中的至少一种。