[发明专利]金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统

说明书

本发明提供了一种金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统，包括：高速相机检测模块，对增材制造件的三维轮廓精度和熔池轮廓进行检测；可见分光计检测模块，对激光的偏转角进行检测；红外热像仪检测模块，对熔池温度进行检测；抵近可见高光谱相机检测模块，对熔池以及溅射的空间信息和光谱信息进行检测；干涉成像光谱仪检测模块，获取增材制造件的二维空间图像和一维光谱信息；应力应变检测模块，监测增材制造件应力应变数据；激光超声检测模块，配合旋转式加工台对增材制造件的表面及近表面缺陷进行检测；电子计算机断层扫描模块，配合旋转式加工台检测增材制造件的内部缺陷和内部几何轮廓；激光诱导击穿光谱检测模块，确定增材制造件物质成分及含量；中央处理器发现加工误差和冶金缺陷后反馈给金属增材制造加工端。本发明可以从本质上提高成品件的质量。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统。

背景技术

增材制造被视为未来产业发展的新增长点，在各国政府和市场相互推动下，增材制造技术得到了质的飞跃式发展，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％，较低的成品率严重影响了增材制造大规模工业化应用的进程。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一种实质可靠的解决方案。目前在航空航天领域，由于器件多是大尺寸构件，耗时大致几天到几个月不等。因此，质量的可靠性尤为重要，亟需实时检测装置或设备对增材制造过程的监测，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，提高构件最终成品率及打印质量。因此，国内外近几年很多研究机构都对此进行了研究。目前，美国国家航空航天局、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国阿贡国家实验室等对大型航空零部件，复杂工业零部件增材制造过程中的加工工件形貌轮廓在线监测进行了研究。德国EOS、德国SLMSolutions、美国3Dsystems公司等对增材制造试样加工材料进行了研究；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，兼顾全方位在线监测并反馈的控制设备还是非常匮乏的，增材制造过程中，工艺参数和外部环境的波动均可能在零件内部局部区域产生各种冶金缺陷，如层间及道间局部未熔合、卷入性和析出性气孔、夹杂物、裂纹、应力集中、翘曲变形等，并最终影响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

本发明的目的在于提供一种金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统，旨在用于解决现有的金属增材制造监控设备因获取信息不全面而无法及时发现加工缺陷产生原因的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种金属增材制造多种监测设备在线实时监控系统，包括高速相机检测模块、可见分光计检测模块、红外热像仪检测模块、抵近可见高光谱相机检测模块、干涉成像光谱仪检测模块、应力应变检测模块、激光超声检测模块、电子计算机断层扫描模块、激光诱导击穿光谱检测模块以及中央处理器，上述各检测模块均与所述中央处理器电连接；