[发明专利]一种送粉式增材制造粉末行为探测方法

说明书

一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，属于激光增材制造技术领域。其特征在于：探测系统、送粉器、焊接激光器和保护系统组成送粉式增材制造系统。在增材制造过程中，探测系统的多束探测光在不同高度处穿过焊接激光束，部分探测光被光束内的粉末颗粒反射回各自探测激光腔内形成新的谐振，通过测量各个探测激光器电压、频率的变化，可以得到送粉式增材制造中光束内不同位置处的粉末颗粒尺寸和速度，探测增材制造过程中的粉末行为。本发明具有系统结构简单、体积小、易于调节、成本低廉、测量简单快速、获得结果准确性好等优点，能够实时测量光束内不同位置处粉末的尺寸和速度，有利于深化对增材制造过程的理解，同时可以用于检测和控制送粉参数。

技术领域

本发明涉及一种送粉式增材制造过程中监测粉末行为的方法，属于激光增材制造领域，尤其涉及一种送粉式增材制造粉末行为探测方法。

背景技术

激光增材制造技术是先建立零件三维模型，对模型进行分层切片处理，然后用逐层扫描、叠加成形的方式添加粉末材料，将模型直接转换实体零件的制造方式。它与传统的制造技术相比，具有明显的优势，由于其能耗低、流程短、加工柔性高等优点，被广泛应用于金属加工领域。送粉式激光增材制造是一种重要的增材制造方式。在送粉式激光增材制造过程中，粉末束流对激光产生散射和吸收，在此过程中粉末的尺寸数量也相应产生变化，通过检验粉末束流尺寸和数量的变化，能够更好地分析影响材料成型的因素，从而对增材制造过程进行监测。所以，检测激光增材制造过程中粉末尺寸和数量的变化具有重要的研究意义。

送粉式金属增材制造工艺对粉末的性能要求严格，粉末直接影响成型过程以及缺陷的产生。现存常用的粒度检测方法有机械法、激光衍射法和显微镜法，但这几种测量方法都是事前测量，不能检测出增材制造过程中粉末尺寸和速度的变化。

为了克服该局限性，本发明提出了一种送粉式增材制造粉末行为探测方法。利用多台探测激光穿过粉末束流后，部分光被粉末反馈回各自的探测激光腔内形成新的谐振，通过测量每一个探测激光电压和频率的变化规律，可实时测量焊接激光束内粉末的演化规律。本发明具有系统结构简单、体积小、易于调节、成本低廉、测量简单快速、获得结果准确性好等优点，能够原位实时测量光束内不同位置处粉末的尺寸，深化对增材制造过程的理解。

发明内容

本发明目的在于提供一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，监测光束内粉末颗粒的尺寸和速度在焊接激光束内不同位置处的演化规律，包括实际焊接状态下不同位置处光束内的粉末尺寸、数量和速度等信息。本发明能够实时测量粉末束流粉末的状态，从而得到不同位置处粉末尺寸和数量等信息，以此更好地分析粉末颗粒在光束内的能量规律，以及得到影响材料成型的因素。

为实现上述目的，探测系统、送粉器、焊接激光器和保护系统组成送粉式增材制造系统。在增材制造过程中，粉末与激光同步作用在熔池中，粉末束流对激光产生散射和吸收，同时粉末也相应产生吸热熔化或气化，探测系统的多束探测光在不同高度处穿过焊接激光束，部分探测光被光束内的粉末颗粒反射回各自探测激光腔内形成新的谐振，探测激光器与光电二极管集成，进行光电信号转换，经放大器后，由软件控制数据采集卡采集，再通过程序处理，得到表示功率随时间变化的电压图和频谱图，通过测量探测激光器电压、频率的变化并经过数据处理，可以得到送粉式增材制造中光束内粉末颗粒的尺寸在光束内不同位置的演化规律。以监测焊接激光束中粉末微粒尺寸、速度和浓度变化规律的方式，监测激光增材制造过程中的粉末行为。

一种送粉式增材制造粉末行为探测方法，其特征在于：探测系统、送粉器、焊接激光器和保护系统组成送粉式增材制造系统；探测系统的多束探测光在不同高度处穿过焊接激光束，部分探测光被焊接激光束内的粉末颗粒反射回各自探测激光腔内形成新的谐振，通过测量每一个探测激光器电压、频率的变化，得到焊接激光束内不同位置处粉末颗粒的尺寸和速度，基于颗粒尺寸和速度在激光束内的变化监测增材制造过程；