[实用新型]一种选择性激光熔化成形熔池实时监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种选择性激光熔化成形熔池实时监测装置，属于3D打印增材制造技术领域。

背景技术

3D打印技术，又称增材制造技术，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，该技术将信息网络技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合，是先进制造业的重要组成部分。3D打印不需切削材料，也不需模具，可批量制造，还可远程操控，尤其适用于结构复杂、体积非常小的产品，制造速度快，生产周期短，降低开发成本和风险，带来了制造工艺和生产模式的变革。金属制品3D打印技术（SLM技术）作为整个3D打印体系中最前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。

SLM技术的基本原理是:先在计算机上利用pro/e、UG、CATIA等三维造型软件设计出零件的三维实体模型，然后通过切片软件对该三维模型进行切片分层，得到各截面的轮廓数据，由轮廓数据生成填充扫描路径，设备将按照这些填充扫描线，控制激光束选区熔化各层的金属粉末材料，逐步堆叠成三维金属零件。激光束开始扫描前，铺粉系统将金属粉末铺置在金属基板上。激光束按照零件制品当前界面轮廓数据选择性的进行熔化成形。随后基板下降一定高度，铺粉系统重新铺一层粉末，激光按照模型下一层截面信息进行选择性熔化，如此往复循环直至整个制品完成熔化成形。

SLM成形过程中，金属熔池内部存在着强烈的传热、辐射、固化、对流、相变等物理化学变化，是激光与金属粉末相互作用的关键区域。熔池状态与成形工艺中的冶金、结晶、相变等过程有着密切的联系，熔池状态在工艺过程中的稳定性直接影响到成形制品的尺寸精度与力学性能。因此，对熔池状态的实时监测是控制SLM成形工艺的关键。目前关于焊接过程中熔池监控的研究相对较多，而且相关技术也比较成熟，然而在SLM成形过程中，激光扫描速度较快，而且熔池受激光功率、光束扫描速度、气体成分、气流量、材料性能和层厚等因素影响较大，因此需要监测系统拍摄速度要快，数据量较大，而且信号处理必须实施进行，用常规监测设置无法实现实时监测。

实用新型内容

为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种能够实时监测SLM成形过程中熔池温度、形状及面积，并能够对成形精度及激光功率进行在线评估，并反馈的选择性激光熔化成形熔池实时监测装置。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为一种选择性激光熔化成形熔池实时监测装置,包括成型腔，所述成型腔的顶部设置有熔化成形激光系统和脉冲激光器，所述成型腔的顶部中央设置有透明玻璃，所述透明玻璃上方设置有激光镜筒，所述脉冲激光器通过光纤与激光镜筒相连接，所述成型腔内设置有升降架，所述升降架的两侧设置有升降机构，所述升降架的底部多个角度上设置有摄像机，所述熔化成形激光系统、脉冲激光器、升降机构和摄像机均与主控系统相连接。

优选的，所述成型腔顶部设置有支撑支架，所述支撑支架上设置有转轴，所述转轴的一端设置有第一电机，另一端设置有U型架，所述激光镜筒铰接在U型架内，所述U型架的铰接轴上设置有第二电机，所述第一电机、第二电机均与主控系统相连接。

优选的，所述激光镜筒包括筒体、扩束镜、聚焦镜和保护镜，所述筒体的顶部与光纤连接，筒体底部设置有保护镜，所述筒体内自上而下依次设置有扩束镜和聚焦镜。

优选的，所述升降架的中部设置有环形支架，所述环形支架内转动安装有环形底座，所述环形底座的下部设置有环形槽，上部设置有齿圈，所述环形底座通过环形槽卡装在环形支架上，所述环形底座的两侧设置有与齿圈啮合的齿轮，所述齿轮上设置有第三电机，所述摄像机均匀固定在环形底座的底部，每个摄像机旁还设置有一个红外测温传感器，所述环形支架的底部两侧还设置有红外测距传感器，所述第三电机、红外测温传感器和红外测距传感器均与主控系统相连接。

优选的，所述摄像机的镜头上设置有耐高温保护罩。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：本实用新型能够实时监测SLM成形过程中熔池温度、形状及面积，并能够对成形精度及激光功率进行在线评估，并将信息反馈给主控系统，主控系统从而调整激光功率，实现对金属熔池的控制，从而实现对成形制品精度及力学性能的控制，提高成品率及制品的组织性能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型中激光镜筒的安装结构示意图。

图3为本实用新型中激光镜筒的结构示意图。

图4为本实用新型中环形底座与环形支架的结构示意图。

具体实施方式