[实用新型]一种基于激光诱导击穿光谱的功能梯度材料增材制造系统

说明书

本实用新型公开了一种基于激光诱导击穿光谱的功能梯度材料增材制造系统，所述装置主要包括粉末预混合装置，LIBS粉末成分检测系统，增材制造系统和控制系统。本装置主要通过LIBS粉末成分检测系统检测粉末预混合装置中的混合粉末的配比，控制系统根据检测反馈信息，实时调节混合粉末体积，控制粉末预混合装置中的混合粉末配比，实现材料混合粉末配比的精确控制。本实用新型通过对粉末预混合装置中的混合粉末的实时检测和反馈控制，能够制造高精度、高性能的功能梯度材料。

技术领域

本实用新型涉及增材制造技术领域，尤其是涉及一种基于激光诱导击穿光谱的功能梯度材料增材制造系统。

背景技术

增材制造技术是通过材料逐步累积形成三维零件的一种技术，它通过三维造型软件对零件进行切片和扫描路径规划，然后利用高能激光束照向材料粉末，使材料粉末快速熔化和凝固，层层堆积形成所要的零件。

功能梯度材料即材料的组分和结构从材料的某一方位向另一方位连续地变化，使材料的性能和功能也呈现梯度变化的一种新型材料。现有的增材制造技术一般只能实现单一材料的成形制造，而无法实现功能梯度材料的成形制造。部分增材制造设备通过对铺粉装置的改进，可以实现多种材料粉末的混合，但由于混合粉末的配比难以精确地控制，因此难以制造高性能的功能梯度材料。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种材料成分检测技术，该技术使用高能激光脉冲聚焦于样品表面，当高能激光聚焦于材料表面并达到光学击穿阈值时，样品被聚焦处的部分材料会转化成等离子状态，然后使用信号采集仪收集来自等离子体的光谱，并利用光谱仪分析收集到的光谱信息，从而可以准确确定被测样品的组成成分。LIBS检测具有实时、快速、现场原位检测和多元素同时检测的优点。另外，使用LIBS技术检测的样品状态可以是固态、液态甚至是气态，而且样品无需进行预处理。从原理上讲，激光诱导击穿光谱可以检测所有元素，如果已知待分析材料的成分，则可以使用LIBS来评估每种组成元素的相对丰度。

将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术和增材制造技术进行结合，可以实现对不同材料混合粉末的配比进行精确检测的目的，从而实现高精度、高性能功能梯度材料的快速成形制造。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于激光诱导击穿光谱的功能梯度材料粉末预混合增材制造系统，具有材料混合粉末的配比精确检测、实时调节的特点。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于激光诱导击穿光谱的功能梯度材料增材制造系统，包括成形室，所述成形室内设有光纤激光器，所述的光纤激光器产生成形激光光束；成形激光光束依次通过光束隔离器、扩束镜、扫描振镜、F-θ镜后，聚焦于成形室底部的成形缸内的混合粉末的表面，使混合粉末熔化；当成形激光光束离开混合粉末表面后，已经熔化的混合粉末凝固形成成形件；

成形室底部设有铺粉辊筒，铺粉辊筒将混合粉末均匀地铺平于成形缸已有混合粉末的上表面，多余的混合粉末在铺粉辊筒的作用下进入粉末回收缸成形缸底部设有第一升降台回收缸底部设有第二升降台；

所述成形室内还设有用于产生混合粉末的粉末混合系统，所述粉末混合系统包括至少2个储粉罐，每个储粉罐底部均设有出粉口，出粉口设有由计算机控制的阀门；各个出粉口的粉末落入粉末预混合装置中；所述粉末预混合装置可以旋转或振动，以使粉末混合均匀；粉末预混合装置下方设有由计算机控制的阀门，可使粉末预混合装置内的粉末落入成形室底部；

所述粉末预混合装置上方设有LIBS粉末成分检测系统，LIBS粉末成分检测系统，包括LIBS激光器LIBS激光器通过X-Y扫描系统将检测激光束投射于粉末预混合装置中存储的混合粉末表面，在混合粉末表面制造阵列型的检测点，并将信号传输给计算机；光谱仪通过检测由检测激光束在混合粉末表面所制造的处于等离子体状态的检测点的光谱信息，得到混合粉末的成分与含量信息。

进一步的，所述的粉末预混合装置为漏斗状