[发明专利]一种用于送粉式增材制造设备的控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域中的增材制造领域。具体来讲是一种用于增材制造设备的控制系统及控制方法。

背景技术

现有的金属3D打印技术按照送料形式的不同主要有金属粉末3D打印技术、金属送丝3D打印技术。而金属粉末3D打印技术又细分为送粉式金属3D打印技术以及铺粉式金属3D打印技术。相比于送粉式金属3D打印技术，铺粉式金属3D打印技术更加成熟，现已小批量用于汽车、航空以及模具行业的生产制造。铺粉式金属3D打印技术的成熟得益于生产工艺的成熟，由此可见送粉式金属3D打印技术未来的突破口更加倾向于生产工艺的突破。

由于送粉式金属3D打印技术生产过程复杂，零件成型质量影响因素众多，各影响因子联合控制比较困难，因此现阶段该技术的生产工艺的控制多停留在开环控制。采用送粉式金属3D打印技术成型零件的过程中，由于成型时间较长，导致设定的工艺参数随着环境以及时间的变化而变化，由此导致成型零件材料性能偏低、零件表面形貌粗糙等不良现象。综合分析送粉式金属3D打印技术成型过程，可知采用送粉式金属3D打印设备成型零件过程中熔覆宽度（以下简称“熔宽”,当熔池没有溢出的情况下，熔宽与熔池尺寸大小相同）的改变将会导致设定的搭接率（相邻扫描道间重叠部分的大小占据单道扫描时熔覆宽度大小的比例）的变化，造成成型零件内部出现孔隙、道与道间搭接不良等现象。间接造成成型零件力学性能低下等缺陷。

而现有的技术解决方法多采用后处理的方式消除零件成型过程中生产工艺参数变化带来的不良影响。但是采用后处理的方式不仅仅增加企业的制造成本，同时使得产品的生产合格率得不到有效保障，因此急需一种方式能够有效的控制生产工艺参数在成型过程中保持在设定的范围之内。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种成型过程中搭接良好使成型产品具有稳定力学性能的用于送粉式增材制造设备的控制系统及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于送粉式增材制造设备的控制系统，所述增材制造设备包括送粉机构、激光器以及送粉喷嘴，其特征在于：所述控制系统包括控制器、图像采集装置以及图像处理器，所述图像采集装置用于获取经喷嘴出料在所述激光器作用下形成的熔池图像；所述图像处理器对所述图像采集装置采集的熔池图像进行处理并得到熔池宽度；所述控制器根据所述处理器得到的熔池宽度与设定的熔池宽度进行比较，当图像处理器得到的熔池宽度大于设定的熔池宽度，则减小所述激光器的功率；当图像处理器得到的熔池宽度小于设定的熔池宽度，则增大所述激光器的功率，当激光器的功率调整到极限功率仍不能满足设定熔池宽度，则增加所述送粉机构的送粉量。

所述控制器包括比较模块、存储模块以及控制模块，所述存储模块存储所述同样大小的激光光斑下不同搭接率对应的熔池宽度的数据（对应公式：λ= D/W,其中，λ为搭接率，D为相同工艺参数下两个扫描道之间重叠部分的尺寸，W为同一工艺参数下单道熔池宽度），以及同样大小的激光光斑下不同激光功率以及送粉量对应的熔池尺寸的数据；所述比较模块用于比较所述图像处理模块获取的熔池宽度和存储模块存储的熔池宽度；所述控制器根据比较模块的比较结果和存储模块存储的同样大小的激光光斑下不同激光功率以及送粉量对应的熔池尺寸的数据，控制所述激光器的输出功率和送粉机构的送粉量。

所述图像处理器包括虑噪处理模块以及图像识别模块，所述虑噪处理模块对所述图像采集装置获取的熔池图像进行虑噪处理；所述图像识别模块根据虑噪处理的图像进行识别得到熔池宽度。

所述图像采集装置为摄像模块。

所述摄像模块带有滤镜保护，且摄像模块安装在送粉喷嘴上并进行实时监控。

所述控制器为工业控制计算机。

一种用于送粉式增材制造设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、实时获取激光作用在工件上的熔池图像；

步骤二、对步骤一获取的熔池图像进行处理得到实时熔池宽度；

步骤三、将步骤二得到的熔池宽度与设定的熔池宽度进行比较，根据比较结果首先调整激光器的输出功率，如果还没满足设定熔池宽度，则调整打印头的送粉量。