[发明专利]一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量方法及增材制造方法

说明书

本发明提供了一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量方法及增材制造方法，可以在3D打印准备阶段及打印过程中均可实现对粉末高度以及零件高度的检测和精度控制，及时发现问题，修复问题，对于尝试多次修复后仍无法满足条件的，可以直接暂定打印，以实现降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。

技术领域

本发明设计一种3D打印(增材制造)方法，具体是一种应用可变焦点技术的增材制造材料位置测量的方法及增材制造方法。

背景技术

SLM:Selective lasermelting(选择性激光熔融),是工程塑料、陶瓷、金属材料等以激光作为热源的增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维切片模型中规划好的路径在粉末床层进行逐层扫描，扫描过的粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的零件。SLM技术克服了传统技术制造具有复杂形状的零件带来的困扰。它能直接成型出近乎全致密且力学性能良好的零件。SLM打印过程中的铺粉高度和厚度往往决定了增材过程中的材料强度和质量，然而由于SLM过程周期长，成本高，过程中难免出现细微的厚度差，这些细微厚度差随着熔化层数的增加形成累积误差，影响了成品材料的强度的质量，因此，打印过程厚度差的控制对于SLM打印得到的增材的材料强度和质量至关重要。

然而，现有技术中仍没有成熟的、可以控制打印过程中铺粉厚度差的、适用范围广的增材制造方法。现有技术主要依托于粉仓每次下降所设定的铺粉厚度，再由毛刷刮刀或者硬质合金刮刀将新一层粉末铺于表面。整个过程完全依赖机械结构的精度，但是毛刷刮刀和硬质合金刮刀在反复使用过程中会出现磨损甚至是撞刀的情况发生，从而在铺粉过程中，会有区域出现铺粉厚度异常，这是无法被现有技术检测到的，粉末厚度异常会直接影响材料的力学和金相特性，造成产品缺陷，甚至报废。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种能够在SLM打印过程中应用可变焦点技术精确控制铺粉厚度差、打印层厚度差的增材制造过程材料位置测量方法及增材制造方法，在打印准备阶段及打印过程中均可实现对粉末高度以及零件高度的检测，旨在解决上述问题，降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量方法，包括以下步骤：

步骤1：对可变焦点光源的可变焦点镜头的参数进行标定，获取连续的、不同的增材打印基板高度时，可变焦点光源的焦点落在基板表面上时的镜头参数随增材打印基板高度变化的标定曲线；

步骤2：将可变焦点光源发出的光聚焦到待测材料表面并收集反射信号，对材料高度进行单点或连续测量，得到材料高度数据。

进一步地，所述的步骤1的标定包括以下步骤：

步骤1.1：将可变焦点光源发出的光束聚焦后投射到基材表面，使光斑沿垂直方向上下移动，获取可变焦点位置：当可变焦点位置在基材表面时，反射光学信号最强，获取反射光学信号最大值，记录此时对应的镜头参数；

步骤1.2：调整基板表面，使其上升或下降一定高度，记录基板高度位置，重复步骤1，获得此时新的落在基板表面的可变焦点位置对应的镜头参数；

步骤1.3：连续调整并记录基板的高度位置，重复步骤1，获得多个新的落在基板表面的可变焦点位置对应的镜头参数；

步骤1.4：以镜头参数为横轴，基板位置为纵轴，将所有测量得到的不同的基板位置下可变焦点光源的焦点位置落在基板表面时对应的镜头参数与基板位置通过曲线拟合，获取连续的焦点镜头参数随基板高度变化的标定曲线，完成标定。

进一步地，所述步骤2中将可变焦点光源发出的光聚焦到待测材料表面并收集反射信号，对材料高度进行单点或连续测量，得到材料高度数据的方法包括以下步骤：