[发明专利]一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置

说明书

本发明是关于一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置。该方法可以包括以下步骤：确定待打印部件的分层形状；确定熔化的扫描路径；逐层铺设打印材料；根据所述分层形状和所述扫描路径对当前层的所述打印材料进行熔化；对完成熔化的成形表面进行平整度检测；根据所述平整度检测的检测结果调整下一层进行熔化的热输入。本发明实施例可以根据平整度检测结果使下一层整体或局部区域的能量输入进行调整，从而提高打印部件的成形质量。

技术领域

本发明实施例涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印成形表面自调节的方法及其装置。

背景技术

增材制造是基于“离散+堆积”原理，采用高能热源选区熔化金属粉末，通过逐层堆积方法实现三维零件的制造，适合复杂形状的构件，尤其是内部有复杂异形结构，用传统方法无法制造的复杂构件，具有快速、无模具、近净成形的优点，应用范围广泛。增材制造通过计算机设计数据，在能量源作用下对材料逐层累加来制造金属零件的技术，实现自由制造，大大减少加工工序，缩短加工周期，可以制备出近完全致密、力学性能优异的金属零件。增材制造技术解决了兼顾复杂形状和高性能金属构件快速制造的技术难题，在航空航天、生物医疗、动力能源等领域展现出广阔的应用前景。增材制造过程中，金属材料在能量源作用下经历复杂的热力学行为，反复的加热熔化、冷却凝固的循环过程主要与熔化工艺、铺粉层厚、底板温度等参数紧密相关，适宜的工艺参数可以获得成形质量良好、组织性能优异的成形件。另外，增材制造技术是一种无模具的自由制造技术，在复杂金属零件的制备方面具有独特的优势，但复杂零件截面信息具有复杂性，突变性，成形过程中可能存在温度场分布不均匀，局部热量积聚造成零件翘曲、变形。要想获得复杂零件的高成形质量，提高每一层的成形质量显得尤为重要。成形过程受多因素控制，其中熔化工艺对于获得光滑平整的表面质量起决定性作用，基于增材制造逐层堆积的原理，每层熔化表面的平整度对下一层材料的堆积乃至整个成形件的质量有重要影响，另外增材制造是在真空环境中成形，成形过程中无法直接检测表面平整度，只能在成形后对零件形状尺寸进行离线检测，导致检测的实时性较差，易产生大量不合格品，增加成本，或者是在成形过程中通过肉眼观察熔化后的表面质量，手动调整熔化工艺，这种方法的弊端是肉眼观察不准确且及时性差，等到表面熔化质量有明显的变化才可能被观察到，再进行工艺的调整，延误最佳调整时机，导致难以调整或打印失败。

相关技术中，有提出了一种基于视觉技术的熔池监控方法，主要涉及电弧熔丝增材制造，通过设置相机和红外激光光源，在每个监测点采集熔池图像，处理后获得熔池尺寸，根据每个监测点处的基准数据，实时调整增材制造路径，提高制造质量。有一种激光诱导式增材制造缺陷监测装置，包括固定支撑装置、延时发生器、反射聚光检测模块等，通过激光诱导击穿光谱分析采集样品信息，数据处理系统分析结果确定样品质量，通过调节检测器位置可实现多点检测对比，检测速度快。有一种增材制造的缺陷检测装置及缺陷检测系统，通过控制机构接收检测机构反馈的检测信号，实现对增材制件的缺陷检测，检测实时性好，精度较高，并避免了制件的表面盲区，有利于提高成品质量。还有一种高能束粉床打印增材制造零件变形实时测量装置及方法，通过在打印基板底板粘贴温度补偿应变片，使基板悬空，打印时应变片受基板底板变形伸长或压缩产生信号，实时测量零件的变形行为，此方法反应灵敏，实现打印过程的实时监控，提高质量监控水平。

关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：

目前增材制造检测主要涉及熔池尺寸的监测和制造过程中缺陷检测装置，而成形过程中零件的表面质量决定着零件的整体质量及打印是否成功，为了实时监测熔化后的表面质量，有必要设计一种表面平整度监测系统，及时的调整工艺，获得高质量的成形件。

因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容