[实用新型]一种3D打印零件成形过程表面硬度在线监测装置

说明书

本实用新型属于3D打印设备检测技术领域，公开一种3D打印零件成形过程表面硬度在线监测装置，包括工作台、激光器、光谱仪、光路装置、反射镜、电控位移装置、计算机和支架，电控位移装置、激光器和支架依次设置在工作台上，激光器置于反射镜下方，光路装置设置在电控位移装置一侧，计算机置于工作台上方；将本装置安装到3D打印设备成型室内，在3D打印零部件成形过程中，可实时对零部件已成形部位进行脉冲激光照射产生等离子体，采集等离子体光谱数据，以评估该成形部位的表面硬度，通过在线实时检测硬度来确保3D打印零件的整体表面硬度符合设计要求，避免在成形过程中因不可预测因素产生的硬度不达标现象。

技术领域

本实用新型属于3D打印设备检测技术领域，特别的涉及一种3D打印零件成形过程表面硬度在线监测装置。

背景技术

3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术；3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

而在现有的3D打印技术中，对一些具有表面硬度要求的机械零部件不能立刻投入使用，需要对其硬度进行检测，符合零部件的硬度要求才可使用；传统的硬度检测方法，如维氏硬度试验等，往往需要对检测目标进行破坏性取样，这种方法不适合3D打印零件一次成型的应用要求，检测不准确的同时不能对零部件各个部位都检测，导致检测的精度不高，无法保证零部件硬度是否达标。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种3D打印零件成形过程表面硬度在线监测装置及方法，用以解决上述提到的涉及到对一些具有表面硬度要求的机械零部件不能立刻投入使用，需要对其硬度进行检测，符合零部件的硬度要求才可使用；传统的硬度检测方法，如维氏硬度试验等，往往需要对检测目标进行破坏性取样，这种方法不适合3D打印零件一次成型的应用要求，检测不准确的同时不能对零部件各个部位都检测，导致检测的精度不高，无法保证零部件硬度是否达标。

本实用新型解决的方案是，提出一种3D打印零件成形过程表面硬度在线监测装置，包括工作台、激光器、光谱仪、光路装置、反射镜、电控位移装置、计算机和支架，所述电控位移装置、激光器和支架依次设置在工作台上，所述支架包括设有用以支撑反射镜的第一支架和用以支撑光谱仪的第二支架，所述激光器置于反射镜下方用以将脉冲激光经反射镜反射至光路装置上，所述光路装置设置在电控位移装置靠近检测样品一侧用以汇聚脉冲激光至检测样品上并收集检测样品的等离子体所产生的信号，所述电控位移装置设置在光路装置与反射镜之间用以将光路装置所收集的等离子体光信号经光纤传送至光谱仪，所述计算机置于工作台上方，所述计算机与光谱仪连接用以接收经光谱仪转换的电信号并对检测样品的等离子体光谱进行处理。

进一步优选的，所述光路装置包括用以汇聚脉冲激光的第一聚焦透镜、用以固定所述第一聚焦透镜的第一夹持架、用以收集等离子体光信号的第二聚焦透镜和用以固定所述第二聚焦透镜的第二夹持架，所述第一聚焦透镜置于第二聚焦透镜上方，所述第一夹持架和第二夹持架设置在电控位移装置上。

进一步优选的，所述电控位移装置包括用以移动第一夹持架的第一电动升降杆、用以移动第二夹持架的第二电动升降杆和分别驱动所述第一电动升降杆、第二电动升降杆的电机，所述电机与计算机电连接。

进一步优选的，所述第一支架包括设置在工作台上的固定杆和与所述固定杆铰接的移动杆，所述移动杆与反射镜背面连接用以调节反射镜与激光器的角度。

进一步优选的，所述计算机还与激光器电连接用以控制激光器的通断。

进一步优选的，所述光纤靠近第二聚焦透镜一侧设有聚光器。

本实用新型的有益效果：