[发明专利]3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置及其控制方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，公开了一种3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置及其控制方法，所述3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置包括：金属构件在线监测模块、金属构件光谱采集模块、主控模块、鉴定模块、构件模型构建模块、缺陷分析模块、缺陷评价模块、打印模块、数据存储模块、显示模块。本发明通过鉴定模块采用根据牌号规定生成虚拟样本的方式构造训练样本集，具有更好的使用便捷性和可扩展性、准确性；同时，通过缺陷评价模块采用本发明的技术方案，能可靠地、准确地评价金属3D打印件的内部缺陷对力学性能的综合影响，从而进一步评价选区激光熔化制备工艺参数的合理性。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置及其控制方法。

背景技术

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，又称增材制造，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。然而，现有基于激光诱导击穿光谱分析的3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置不能准确鉴定金属构件牌号；同时，不能可靠准确的对金属构件缺进行综合评价。

综上所述，现有技术存在的问题及缺陷是：现有基于激光诱导击穿光谱分析的3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置不能准确鉴定金属构件牌号；同时，不能可靠准确的对金属构件缺进行综合评价。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置及其控制方法。

本发明是这样实现的，一种3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置的控制方法，所述3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置的控制方法包括以下步骤：

步骤一，通过金属构件在线监测模块利用在线监测设备对金属构件进行实时在线监测，并对监测数据进行备份。

步骤二，通过金属构件光谱采集模块利用超短脉冲激光聚焦金属构件表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱采集金属构件光谱数据。

步骤三，通过主控模块利用主机控制所述3D打印金属构件缺陷在线监测与分析装置各个模块的正常工作。

步骤四，通过鉴定模块利用超短脉冲激光聚焦金属构件样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定金属构件样品的光谱数据。

步骤五，离线牌号鉴定模型的建立步骤：根据牌号库中各牌号分析元素浓度区间，采用均匀分布生成随机样本，并对生成的随机样本的数据集进行标准化，使数据在每个元素维度上的取值范围均在[-1,1]之间。

步骤六，使用标准化后的随机样本数据集训练牌号鉴定模型，得到离线牌号浓度鉴定模型；所述牌号鉴定模型为支持向量机SVM模型。

步骤七，实际金属牌号的鉴定：对待测样品的LIBS光谱强度数据进行预处理和定量分析得到待测样品化学组成元素浓度，与离线牌号鉴定模型进行比对从而实现对金属构件牌号的鉴定，并得到鉴定结果。

步骤八，通过构件模型构建模块利用建模程序根据采集的金属构件光谱数据构建金属构件模型。

步骤九，通过缺陷分析模块利用分析程序根据构建的金属构件模型对金属构件缺陷进行分析，并生成缺陷分析报告。

步骤十，通过缺陷评价模块利用金属制备设备采用高低不同的体积能量密度，利用选区激光熔化方法制备金属3D打印拉伸件，测量金属3D打印拉伸件的相关参数；所述测量的金属3D打印拉伸件的相关参数包括孔隙缺陷面积、密度、抗拉强度、断后延伸率。