[发明专利]一种基于激光诱导等离子光谱的3D打印监测系统

说明书

本发明提供一种基于激光诱导等离子光谱的3D打印监测系统，包括采集单元、分光单元、成分分析单元、定位单元和分布重构单元；分布重构单元分别与成分分析单元和定位单元连接；分光单元分别与采集单元和成分分析单元电连接；采集单元用于采集3D打印设备烧结点产生的等离子体；分光单元用于对等离子体进行分光，获取光谱数据；成分分析单元用于根据光谱数据获取烧结点的成分；定位单元用于获取烧结点的位置；分布重构单元应用烧结点的成分和位置构建打印件的成分分布信息。本发明提供的系统，通过构建3D打印制件的成分分布，实现了3D打印设备的烧蚀效果的实时监测，为指导3D打印设备工艺参数的改进提供了依据。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种基于激光诱导等离子光谱的3D打印监测系统。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。3D打印技术与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”进行层叠加，最终把计算机上的蓝图变成实物。采用激光进行烧蚀的3D打印技术，主要包括选择性激光熔化成型(Selective lasermelting，SLM)、选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)技术，针对钛合金，钴铬合金，不锈钢，铝或热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末进行烧结，实现3D打印。

其中，选择性激光烧结的加工能源为激光器，使用的造型材料为粉末或颗粒材料。加工时，首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度，然后将粉末铺平成数微米到毫米的适当厚度，将激光束聚焦在粉末层上熔化粉末，可在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择的烧结，一层完成后再进行下一层烧结，每层烧结后的构型粘接在一起，经过多层烧结构成全部烧结完后去掉多余的粉末，则就可以得到烧结好的零件。选择性激光烧结可加工多种常规机械加工难以制造的复合结构，并且可以将多种材料粉末混合，制造特殊的合金结构件甚至分层变化材质的零部件，具有多自由度加工、材料选择范围广、加工精度较高等优点。

对于工业级金属3D打印领域，粉末耗材仍是制约该技术规模化应用的重要因素之一。目前，国内尚未制订出金属3D打印材料标准、工艺规范、零件性能标准等行业标准或国标，业内通常认可的评价方法是沿用该金属粉末对应的铸态标准，或在该标准的基础上双方协商放宽指标要求。然而，由于粉末耗材的化学成分和含量与3D打印制件的质量和稳定性相关性极高，如何在线获取3D打印制件的成分分布以监测3D打印的烧蚀效果成为了3D打印领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种基于激光诱导等离子光谱的3D打印监测系统。

本发明提出一种基于激光诱导等离子光谱的3D打印监测系统，包括采集单元、分光单元、成分分析单元、定位单元和分布重构单元；所述分布重构单元分别与所述成分分析单元和定位单元电连接；所述分光单元分别与所述采集单元和成分分析单元电连接；所述采集单元用于采集3D打印设备烧结点产生的等离子体；所述分光单元用于对所述等离子体进行分光，获取光谱数据；所述成分分析单元用于根据所述光谱数据获取所述烧结点的成分；所述定位单元用于获取所述烧结点的位置；所述分布重构单元应用所述烧结点的成分和位置构建打印件的成分分布信息。

优选地，所述分布重构单元包括面分布子单元和体分布子单元；所述面分布子单元与体分布子单元电连接；所述面分布子单元根据任一烧结面上所有烧结点的成分和位置，构建所述任一烧结面的成分分布信息；所述体分布子单元根据所述烧结面的成分分布信息和位置，构建所述打印件的成分分布信息。

优选地，所述打印件的成分分布信息为预先设定的一种或多种成分的分布信息。

优选地，还包括显示单元，所述显示单元与所述分布重构单元电连接；所述显示单元用于显示所述打印件的成分分布信息。