[发明专利]一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量设备、位置测量方法及增材制造方法

说明书

本发明提供了一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量设备、位置测量方法及增材制造方法，可以在3D打印准备阶段及打印过程中均可实现对粉末高度以及零件高度的检测和精度控制，及时发现问题，修复问题，对于尝试多次修复后仍无法满足条件的，可以直接暂定打印，以实现降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。

技术领域

本发明设计一种3D打印(增材制造)设备及方法，具体是一种应用可变焦点技术的增材制造过程材料位置测量设备、采用该设备进行材料位置测量的方法及增材制造方法。

背景技术

SLM:Selective lasermelting(选择性激光熔融),是工程塑料、陶瓷、金属材料等以激光作为热源的增材制造中的一种主要技术途径。该技术选用激光作为能量源，按照三维切片模型中规划好的路径在粉末床层进行逐层扫描，扫描过的粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终获得模型所设计的零件。SLM技术克服了传统技术制造具有复杂形状的零件带来的困扰。它能直接成型出近乎全致密且力学性能良好的零件。SLM打印过程中的铺粉高度和厚度往往决定了增材过程中的材料强度和质量，然而由于SLM过程周期长，成本高，过程中难免出现细微的厚度差，这些细微厚度差随着熔化层数的增加形成累积误差，影响了成品材料的强度的质量，因此，打印过程厚度差的控制对于SLM打印得到的增材的材料强度和质量至关重要。

然而，现有技术中仍没有成熟的、可以控制打印过程中铺粉厚度差的、适用范围广的增材制造设备及方法。现有技术主要依托于粉仓每次下降所设定的铺粉厚度，再由毛刷刮刀或者硬质合金刮刀将新一层粉末铺于表面。整个过程完全依赖机械结构的精度，但是毛刷刮刀和硬质合金刮刀在反复使用过程中会出现磨损甚至是撞刀的情况发生，从而在铺粉过程中，会有区域出现铺粉厚度异常，这是无法被现有技术检测到的，粉末厚度异常会直接影响材料的力学和金相特性，造成产品缺陷，甚至报废。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种能够在SLM打印过程中应用可变焦点技术精确控制铺粉厚度差、打印层厚度差的增材制造过程材料位置测量设备、位置测量方法及增材制造方法，在打印准备阶段及打印过程中均可实现对粉末高度以及零件高度的检测，旨在解决上述问题，降低产品报废率，提高生产效率，降低成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种应用可变焦点技术的增材制造位置测量设备，包括可变焦点光源，机械移动式镜头装置或液态镜头装置，激光增材振镜偏摆镜，激光增材振镜聚焦场镜，分光镜、传感器聚焦镜片，传感器；所述的机械移动式镜头装置或液态镜头装置设置在可变焦点光源和激光增材振镜偏摆镜之间；所述的分光镜设置在机械移动式镜头装置或液态镜头装置和激光增材振镜偏摆镜之间，使得可变焦点光源通过机械移动式镜头装置或液态镜头装置中的镜头后形成的可变焦点光束可以耦合进激光增材振镜偏摆镜，并将反射光通过分光镜反射至传感器聚焦镜片后聚焦并投射到传感器；所述的激光增材振镜聚焦场镜设置在激光增材振镜偏摆镜和待测表面之间，将耦合进入激光增材振镜偏摆镜的可变焦点光源的光束聚焦到待测表面。

所述的机械移动式镜头装置或液态镜头装置是通过改变可变焦点光源相对于机械移动式镜头装置或液态镜头装置镜片的焦点位置，以实现焦点可变的目的；所述的激光增材振镜偏摆镜可以通过偏摆镜的位置变化，将可变焦点光束投射至所需要的测量位置；所述的激光增材振镜聚焦场镜，将可变焦点光束聚焦于被测物体的表面，通过焦点沿垂直方向的上下移动，可以获取不同反射信号强度，当焦点落在材料表面的时刻，光斑直径最小，此时反射的信号面积最小且强度最大；所述的分光镜将反射信号通过分光镜反射至传感器聚焦镜片；所述的传感器聚焦镜片将反射回的光束进行聚焦，并投射至传感器；所述的传感器用来分析焦点变化过程中的反射光信号强度变化。