[实用新型]一种用于金属3D打印的热应力检测装置

说明书

本实用新型公开了一种用于金属3D打印的热应力检测装置，包括支架，支架安装在金属3D打印机的成型缸上；若干测力单元设置在支架中，每个测力单元包括成型底板，成型底板与支架的上表面平齐，所有成型底板紧密连接形成零件成型平面，且零件成型平面与金属3D打印机的激光烧结区域对应重合；力学检测传感器的输入端与成型底板连接，力学检测传感器的输出端依次连接传感器数据处理器、控制器及计算机；本实用新型通过将若干成型底板拼接形成零件成型平面；激光烧结过程中，通过测力传感器对成型底板的热应力，并将每个测力单元作为一个测量区域，实现了对激光烧结区域的热应力进行独立分区采集，确保了热应力信息采集的完整性和准确性。

技术领域

本实用新型属于力学测量技术领域，特别涉及一种用于金属3D打印的热应力检测装置。

背景技术

金属3D打印是基于逐层堆积的制造理念，直接根据零件模型制造三维实体的先进制造技术；金属3D打印是当前最具潜力、发展最为迅速的金属增材制造技术之一；其利用高能量密度的激光束充分熔化粉末材料，能直接成形具有高致密度、高尺寸精度以及高性能的复杂结构件；金属3D打印技术已经大量的应用于工业制造、医疗器材和首饰加工等领域。

现有金属3D打印中的SLM技术在零件成型过程中，高度定向的热输入和快速移动热源的作用下，粉床局部将经历快速加热和冷却的过程，从而导致零件产生残余应力，进而影响零件的成形性与尺寸精度，甚至会使零件产生裂纹。金属3D打印成型过程，激光能量密度高，激光与粉末作用时间短，金属粉末在热源作用下产生极高的温度和温度梯度，过高的温度梯度极易导致零件变形，甚至开裂；同时，材料熔化所形成的微熔池时刻处于动态变化的状态，极易导致液相飞溅以及球化缺陷的产生，从而降低实体的致密度和零件性能，影响成形的稳定性；由于金属3D打印成型过程中的稳定性和零件性能与加工过程中热行为以及应力演变等密切相关，为了减小缺陷的产生，获得具有良好性能的零件，需要深入了解成型过程中的温度场和应力场，而现有技术中尚无针对金属3D打印过程中的热应力进行测量的装置。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种用于金属3D打印的热应力检测装置，以解决现有技术中无法对金属3D打印过程中热应力进行测量的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供了一种用于金属3D打印的热应力检测装置，包括支架、若干测力单元、控制器、通讯模块及计算机，支架安装在金属3D打印机的成型缸上；若干测力单元均匀设置在支架中，每个测力单元包括从上到下依次设置的成型底板、力学检测传感器及传感器数据处理器；

成型底板与支架的上表面平齐，所有成型底板连接形成零件成型平面，零件成型平面的上表面为金属3D打印机的激光烧结成型平面；力学检测传感器及传感器数据处理器均嵌设在支架中，力学检测传感器的输入端与成型底板连接，力学检测传感器的输出端与传感器数据处理器的输入端，传感器数据处理器的输出端与控制器的输入端连接，控制器的输出端通过通讯模块与计算机连接。

进一步的，支架包括支架基座，支架基座水平设置在金属3D打印机的成型缸的上端面；支架基座中均匀设置有若干测力单元安装孔，每个测力单元安装孔中均设置有一个测力单元；控制器及通讯模块分别固定安装在支架基座的下端面。

进一步的，若干测力单元安装孔呈矩形阵列分布。

进一步的，支架基座与金属3D打印机的成型缸之间可拆卸固定连接。

进一步的，支架基座与金属3D打印机的成型缸之间采用螺钉连接；支架基座的四周均设置有固定螺纹孔，成型缸的上端面上对应设置有安装螺纹孔，螺钉贯穿固定螺纹孔后与成型缸上的安装螺纹孔连接。

进一步的，力学检测传感器采用P20RV160力学传感器，传感器数据处理器采用QQ55-FHX-11A信号放大器。

进一步的，控制器采用stm32F103C8T6控制器。