[发明专利]一种选区激光熔化铺粉厚度控制装置与方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化铺粉厚度控制装置与方法，该控制装置通过调整工作台升降Z轴，将成形扫描工作面调整至初始扫描层数对应的位置，并按照预设铺粉厚度值控制送粉刮刀机构开始送粉，形成初始铺粉层，若初始扫描层数不超过预设扫描层数，则将初始扫描层数加1作为当前扫描层数，对当前扫描层数与扫描层数进行求余计算，当计算的求余结果等于零，则安装在送粉刮刀机构下方的电涡流传感器测量原始铺粉厚度值并发给控制单元，以获取有效铺粉厚度值，并计算预设铺粉厚度值与有效铺粉厚度值的补偿误差值，最后基于补偿误差值，控制送粉刮刀机构继续送粉，以实现SLM设备打印过程中对铺粉厚度值的准确检测和控制，提高SLM设备的打印质量。

技术领域

本发明涉及金属材料增材制造技术领域，特别是涉及一种选区激光熔化铺粉厚度控制装置与方法。

背景技术

选区激光熔化(SLM)技术是一种基于高激光能量密度，将金属粉末逐层扫描熔化、完成粉末与固体金属的冶金焊合，直接成形接近完全致密度、机械负荷性能与锻造工艺媲美的金属零件的技术，该技术具有成形精度高、力学综合性能好、提高贵金属材料利用率、缩短新产品研发周期等技术优势，在航空航天、医疗、机械电子等行业得到越来越广泛的应用。

SLM工艺中各扫描打印层的铺粉厚度值，是控制成形精度、影响金属打印件综合性能的重要工艺参数，精确控制各扫描层的铺粉厚度值，是保证SLM设备打印质量的重要保障。SLM设备中的铺粉厚度值取决于成形扫描工作面与刮刀间的距离，通过调节刮刀与成型工作台的Z向位置，以控制成形扫描工作面与刮刀间的距离，并在铺粉机构的水平运动下，完成在扫描工作面上的铺粉操作。在实际铺粉操作中，由于SLM设备热加工时产生的热影响和多层铺粉扫描在Z向的累计误差等因素，导致铺粉厚度值的实际值与各扫描层的设计值存在较大的误差。目前的SLM设备无法实现对铺粉厚度值的检测和控制，影响SLM设备打印的综合质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前的SLM设备无法实现对铺粉厚度值的精确检测和控制，影响了SLM打印的综合质量。本发明提供了一种选区激光熔化铺粉厚度控制装置与方法，以实现在SLM设备打印过程中对铺粉厚度值进行检测和控制，提高SLM设备的打印质量。

本发明通过下述技术方案实现：

一种选区激光熔化铺粉厚度控制装置，包括激光振镜、送粉刮刀机构、成形扫描工作面、成形工作台、罩壳、电涡流传感器、X轴滑块、X轴导轨、工作台升降Z轴和控制单元；以X轴、Y轴作为水平面，Z轴作为竖直轴建立直角坐标系；

所述激光振镜位于所述成形扫描工作面上方，且与机床支架固定；所述激光振镜和所述成形扫描工作面之间设置有送粉刮刀机构，所述送粉刮刀机构固定安装在所述X轴滑块上，随所述X轴滑块在所述X轴导轨上沿X轴左右移动；所述成形工作台随所述工作台升降Z轴沿Z轴上下移动；所述成形扫描工作面位于所述成形工作台的上表面，随所述成形工作台沿Z轴上下移动；所述电涡流传感器安装在所述送粉刮刀机构的下方，所述电涡流传感器的测头朝向所述成形扫描工作面，且所述电涡流传感器的测头高于所述送粉刮刀机构的刮刀面，所述电涡流传感器和所述送粉刮刀机构在Z轴方向位置保持固定不变；所述罩壳将所述激光振镜、所述送粉刮刀机构、所述成形扫描工作面、所述X轴滑块和所述X轴导轨形成封闭仓；

所述送粉刮刀机构，用于在所述成形扫描工作面上铺粉，所述成形扫描工作面与所述送粉刮刀机构在Z轴方向的距离，即为铺粉厚度值；所述电涡流传感器，用于测量所述成形扫描工作面在Z轴的位置；

所述控制单元分别与所述激光振镜、所述送粉刮刀机构、所述电涡流传感器、所述X轴滑块的驱动装置和所述工作台升降Z轴的驱动连接，以实现对所述选区激光熔化铺粉厚度值的检测和控制。

进一步地，所述电涡流传感器的测头端面高出所述送粉刮刀机构的刮刀面0.5～2mm。

进一步地，所述电涡流传感器的个数根据所述送粉刮刀机构的铺粉宽度确定，包括至少一个。