[发明专利]用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板

说明书

本发明涉及一种用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板，属于增材制造中原位监测技术领域。该基板包括基板本体、镜面反射片和反射片定位螺栓；基板本体的四周加工有基板固定翼，基板本体的上表面为制造面，下表面为测量面，测量面上加工有螺纹点阵孔，反射片定位螺栓与测量面螺纹点阵孔相互配合，镜面反射片固定在反射片定位螺栓的端部。本发明的基板中，使用镜面反射片代替已有技术中的基板测量面的抛光处理，可以根据测量需要调整基板变形监测的区域。将基板上制造的零件切离基板后、原位监测前，只要重新更换镜面反射片即可满足相干梯度测量系统的要求，节约了经济成本和时间成本。

技术领域

本发明涉及一种用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板，属于增材制造原位监测技术领域。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，简称AM)，也就是众所周知的3D打印，是一种通过结合计算机3D模型数据，采用逐点累加的方法固结成整体的制造方式。与传统制造方式相比较，增材制造具有许多如设计不受工艺约束直接制造复合材料/结构产品等优点。特别是激光净成形工艺(LaserEngineered Net Shaping，简称LENS),在航天航空领域具有巨大的发展潜力。虽然增材制造发展迅速，但由于制造方式的特殊性，增材制造的产品仍然存在许多问题，例如裂纹、空隙、几何变形等问题。其中残余应力就是一个严重影响产品质量的因素。残余应力不仅仅会引起裂纹和变形，还会影响产品在服役过程中的力学性能，这极大的限制了增材制造的推广和应用。在美国国家标准与技术研究所的增材制造测量科学路线图中就明确将变形演化和残余变形的实时监测作为一个重要的研究课题。但是针对增材制造工艺的原位监测尚在起步阶段，特别是针对激光净成形过程中应力的原位监测仍然没有一个可广泛应用于实际生产的监测方案。

为了实现对激光净成形过程中应力的原位监测，本申请人曾提出了一种发明名称为《一种针对镜面表面变形梯度的双方向同步在线测量系统》的在线测量系统，申请号为201921667890.6，用于激光净成形过程中基板变形的原位测量。该测量装置在实现对激光净成形过程中应力的原位监测中的空间位置如图3中的部件10所示。在对激光净成形过程中应力的原位监测中，与201921667890.6号发明匹配的基板背面(测量面)需要满足镜面反射、测量之前是平面的要求。传统的基板存在经济成本高和时间成本高的不足，即现有的测量方案是每次在实现激光净成形过程基板变形的原位监测前，需要对基板的测量面重新进行抛光处理和表面平整度处理。很显然，原位监测前对基板测量面进行的抛光处理和表面平整度处理不仅会增加成本，更会因为处理流程增加激光净成形过程的时间成本。因此，如何降低抛光处理和平整度处理带来的经济成本和时间成本成为激光净成形过程中基板应力原位监测技术推广的关键因素。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板。通过对激光净成形过程中基板变形进行原位监测，结合有限元软件，实现针对基板应力的原位测量。

本发明提出的用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板，包括基板本体、镜面反射片和反射片定位螺栓；基板本体的四周加工有基板固定翼，基板固定翼上开有基板定位孔；所述的基板本体的上表面为制造面，基板本体的下表面为测量面，测量面上加工有均布的测量面螺纹点阵孔，所述的反射片定位螺栓与测量面螺纹点阵孔相互配合，所述的镜面反射片固定在反射片定位螺栓的端部。

本发明提出的用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板，其优点是：

1、本发明的用于激光净成形中结合有限元实现应力原位测量的基板，由于使用镜面反射片代替已有技术中的基板测量面上固定位置处的抛光处理，因此可以实现根据测量需要调整基板变形的监测区域。

2、本发明的基板，由于使用镜面反射片代替基板测量面上固定位置处的抛光处理，将基板上制造的零件切离基板后，只要重新更换镜面反射片，即可满足相干梯度测量系统的要求，替代了以往对基板测量面再次抛光的步骤，节约了经济成本和时间成本。