[发明专利]一种激光沉积成形产品的质量控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光沉积制造技术领域，特别是涉及一种激光沉积成形产品的质量控制方法及系统。

背景技术

金属激光沉积制造技术是基于层层叠加制造原理，以激光为热源，对同轴输送的金属粉末材料按照规划的扫描路径实现逐层熔化沉积，来成形具有三维形状的金属零件的技术。该项技术在航空航天中得到广泛应用，尤其是在钛合金等材料大型零部件的直接成形制造和修复领域。

然而，在制造过程中，尤其是大面积和大体积金属零件的激光沉积制造过程中，成形件的变形开裂和成形质量问题是阻碍该项技术发展的主要障碍。导致这个原因的因素是多方面的，包括材料、工艺、设备等。但其根本的原因在于沉积工件不同位置的热积累现象。现有的激光沉积制造技术是通过设定的优化后的扫描路径和分层厚度进行分区扫描沉积制造，然而，由于过程中不可避免的局部热积累导致成形工件温度场分布不均，导致内应力集中，并且热量的积累导致熔池尺寸会出现变化，引起工件开裂并且成形质量较差。目前，针对上述问题大多解决途径是增大层间停留时间，但过长的层间停留时间降低了生产效率。

由此可见，上述现有的激光沉积成形产品的质量控制仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的激光沉积成形产品的质量控制方法及系统，使其在提高成形产品质量的同时又能提高生产效率，成为当前业界急需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种激光沉积成形产品的质量控制方法，使其在提高成形产品质量的同时又能提高生产效率，从而克服现有的激光沉积成形产品质量的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光沉积成形产品的质量控制方法，包括如下步骤：

(1)导入需成形产品的零件模型，对所述零件模型进行分层分区，每一层成形区域分成多个扫描分区；

(2)根据需成形产品的特征和最优层间扫描温度T_opt，确定低临界温度值T₁和高临界温度值T₂，且T₁≤T_opt≤T₂；

(3)在激光出光前利用红外采集设备获取一个扫描分区起始位置的温度T，并将所述温度T与所述低临界温度值T₁和高临界温度值T₂进行比较，根据比较结果，调节激光沉积工艺参数以实现适宜的热输入；

(4)按照步骤(3)依次完成其它扫描分区的激光沉积。

作为本发明的一种改进：所述步骤(3)中若T＜T₁，通过调节激光沉积工艺参数增加热输入实现所述扫描分区的激光沉积，若T＞T₂，通过调节工艺参数或暂停出光降低热输入实现所述扫描分区的激光沉积，若T₁≤T≤T₂，保持工艺参数不变实现所述扫描分区的激光沉积。

进一步改进，所述步骤(3)中红外采集设备为红外测温仪或红外传感器。

进一步改进，所述步骤(3)中利用红外采集设备采集温度时，激光沉积控制系统处于停止出光状态。

进一步改进，所述步骤(3)中工艺参数包括激光功率、扫描速度和送粉率。

进一步改进，所述步骤(2)中成形产品的特征包括材料特性、表面形状和体积。

进一步改进，所述步骤(2)中低临界温度值T₁取值范围在50～120℃，高临界温度值T₂取值范围在300～400℃。

本发明还提供一种激光沉积成形产品的质量控制系统，包括依次连接的测温单元、量化处理单元和反馈控制单元，

所述测温单元，用于在激光出光前获取扫描分区起始位置的温度T；

所述量化处理单元，用于根据需成形产品的特征和最优层间扫描温度T_opt，预先确定低临界温度值T₁和高临界温度值T₂，且T₁≤T_opt≤T₂；并将所述测温单元所测的温度T与所述低临界温度值T₁和高临界温度值T₂进行比较，根据比较结果，调节激光沉积工艺参数并将调节信息传送至所述反馈控制单元；

所述反馈控制单元，用于将所述量化处理单元传送的调节激光沉积工艺参数的信息，反馈至所述激光沉积装置的控制系统。