[发明专利]具有实时原位检测功能的增材制造装置

权利要求书

1.一种具有实时原位检测功能的增材制造装置，其特征在于，所述增材制造装置利用二次电子检测粉末床及成形件的表面形貌，进而监测成形过程及成形质量，其中，所述增材制造装置包括：

成形区域，所述成形区域位于成形真空室内部；

电子束发射聚焦扫描装置，所述电子束发射聚焦扫描装置位于所述成形区域上方，利用电子束扫描成形区域，且扫描范围覆盖所述成形区域；

二次电子信号采集装置，所述二次电子信号采集装置用于采集电子束扫描成形区域时产生的二次电子信号；

控制器，所述控制器用于控制所述电子束发射聚焦扫描装置对所述成形区域进行扫描处理，并控制所述二次电子信号采集装置采集电子束扫描过程中的二次电子信号和电子束偏转信号，并对二次电子信号和电子束偏转信号进行数据处理生成图像、分析成形质量和进行工艺反馈控制；

其中，所述二次电子信号采集装置包括：

至少两个二次电子探测器，所述二次电子探测器位于所述成形真空室内部，侧置于所述成形区域的近距离处；

电流放大器，所述电流放大器的多个输入端分别连接所述至少两个二次电子探测器，将二次电流信号放大后输入AD采集卡；

AD采集卡，所述AD采集卡的多个采样通道均与所述电流放大器相连，且与所述控制器相连，所述AD采集卡的另外两路输入通道连接所述电子束发射聚焦扫描装置的偏转线圈，同步采集偏转线圈的驱动信号。

2.根据权利要求1所述的具有实时原位检测功能的增材制造装置，其特征在于，所述至少两个二次电子探测器位于成形区域四周，以不影响电子束对最大成形范围的扫描为准，且二次电子探测器部分或全部位于距离成形区域垂直高度小于扫描范围长度的区域。

3.根据权利要求2所述的具有实时原位检测功能的增材制造装置，其特征在于，所述至少两个二次电子探测器关于所述成形区域中心轴线圆周对称分布。

4.根据权利要求1所述的具有实时原位检测功能的增材制造装置，其特征在于，所述控制器具体包括：首先对二次电子信号进行信号处理，去除二次电子信号中的高频噪声；其次根据电子束偏转信号与坐标点的映射关系，将电子束偏转信号转换成电子束扫描点坐标，从相同坐标位置处已去除高频噪声的二次电子信号提取特征值，将位置相关的特征值根据全局最大最小值转化为灰度值，并将所述灰度值按照扫描点位置排列成二维电子图像；然后对二维电子图像进行处理和分析以统计成形精度和识别缺陷，以用于工艺反馈控制。

5.根据权利要求4所述的具有实时原位检测功能的增材制造装置，其特征在于，所述对二维电子图像进行处理和分析以统计成形精度和识别缺陷，以用于工艺反馈控制，具体包括：

采用图像处理算法或深度学习算法从每一帧的图像组上提取熔融层轮廓，与原始CAD轮廓数据对比，计算当前层成形的精度；通过图像处理或深度学习算法识别熔融层上孔隙和凸起缺陷，统计缺陷的数量、尺寸和位置分布；

当成形尺寸误差超出阈值则停止打印；当缺陷数量超出停机阈值时停止打印，如果未超出停机阈值，但超出修复阈值，则对当前熔融层进行局部重熔，修复缺陷；或者调整下一层扫描成形工艺参数，修复熔融层缺陷。