本發(fā)明屬于增材制造，具體涉及一種用于激光粉末床熔融增材制造的渦流在線監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、增材制造(additive?manufacturing，am)俗稱3d打印，是指在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型的指導(dǎo)下，通過逐步添加薄層材料來制備三維零件的技術(shù)。作為am技術(shù)中的代表之一的激光粉末床熔融增材(laser?powder?bed?fusion，l-pbf)，其能直接成型出近乎全致密且力學(xué)性能良好的金屬零件，被廣泛應(yīng)用在航空航天、生物醫(yī)學(xué)和汽車等領(lǐng)域。然而，l-pbf加工過程中涉及到多物理場(chǎng)多尺度的變化，例如激光-粉末顆粒的相互作用、熔池流動(dòng)和晶粒生長(zhǎng)等，易出現(xiàn)孔隙缺陷，孔隙缺陷的存在會(huì)造成零件內(nèi)部裂紋的形成和生長(zhǎng)，影響零件的力學(xué)性能，并導(dǎo)致其過早失效。

2、渦流檢測(cè)是一種無損檢測(cè)方法，其原理為：根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近可導(dǎo)電零件時(shí)，線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)在零件內(nèi)感生出渦流，其大小、相位及流動(dòng)形式會(huì)受到零件性質(zhì)(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸)及有無缺陷的影響而產(chǎn)生變化，從而反作用于磁場(chǎng)使得線圈的電壓和阻抗發(fā)生變化。渦流檢測(cè)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)、不需要接觸零件，2)、檢測(cè)速度快，3)、對(duì)零件表面及近表面的缺陷有較高的檢出靈敏度，4)、檢測(cè)信號(hào)為電信號(hào)，可進(jìn)行數(shù)字化處理，便于存儲(chǔ)、再現(xiàn)及進(jìn)行數(shù)據(jù)比較和處理。

3、目前，針對(duì)l-pbf零件孔隙缺陷檢測(cè)的手段主要為離線檢測(cè)，如計(jì)算機(jī)斷層掃描和金相顯微鏡觀察法等，均需要等到加工完成后才能進(jìn)行缺陷的檢測(cè)，信息獲取滯后，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，并且不能實(shí)現(xiàn)孔隙缺陷的精確定位。將渦流檢測(cè)應(yīng)用到l-pbf加工過程中的在線監(jiān)測(cè)，對(duì)及時(shí)判斷加工零件的孔隙缺陷的存在、種類、得到孔隙率水平及缺陷位置、調(diào)整制造工藝參數(shù)和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。已有將渦流檢測(cè)應(yīng)用到激光粉末床熔融增材在線監(jiān)測(cè)的方法，例如名稱為“激光粉末床熔融增材制造氣孔在線監(jiān)測(cè)及閉合方法、系統(tǒng)”的專利申請(qǐng)(公開號(hào)cn119035574a)將電磁渦流監(jiān)測(cè)探頭固定在鋪粉刮刀上，在零件成形過程中逐層收集渦流圖像，將從渦流圖像中提取出的缺陷特征與評(píng)估體系對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣孔缺陷類別、幾何信息以及孔隙率的獲取。

4、但是上述方案存在如下缺點(diǎn)：1)、渦流傳感器陣列采用單排布置，不可避免存在探測(cè)磁場(chǎng)疊加或無法探測(cè)的區(qū)域的問題；2)、渦流傳感器陣列固定安裝在鋪粉刮刀上，無法根據(jù)打印材料的不同上下移動(dòng)從而調(diào)整提離量這一渦流檢測(cè)的重要參數(shù)；3)、激光粉末床熔融增材制造的鋪粉過程會(huì)不可避免地產(chǎn)生金屬粉末飛濺，其未考慮可導(dǎo)電的金屬粉末黏附在探頭上對(duì)探測(cè)磁場(chǎng)產(chǎn)生的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種用于激光粉末床熔融增材制造的渦流在線監(jiān)測(cè)裝置及方法，不存在探測(cè)磁場(chǎng)疊加或無法探測(cè)的區(qū)域，能夠調(diào)整提離量，不產(chǎn)生金屬粉末飛濺，實(shí)現(xiàn)對(duì)l-pbf加工過程中孔隙缺陷的高精度在線監(jiān)測(cè)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種用于激光粉末床熔融增材制造的渦流在線監(jiān)測(cè)裝置，包括刮刀主體1，刮刀主體1前后兩側(cè)分別裝有第一渦流傳感器安裝架2和第二渦流傳感器安裝架3，第一渦流傳感器安裝架2和第一絲杠步進(jìn)電機(jī)4連接，第一渦流傳感器安裝架2安裝有第一渦流傳感器陣列；第二渦流傳感器安裝架3和第二絲杠步進(jìn)電機(jī)5連接，第二渦流傳感器安裝架3上安裝有第二渦流傳感器陣列。

4、所述的第一渦流傳感器安裝架2和第二渦流傳感器安裝架3使用鋁合金材料制成，并開有長(zhǎng)方形通槽用于減重。

5、所述的第一絲杠步進(jìn)電機(jī)4、第二絲杠步進(jìn)電機(jī)5和第一渦流傳感器安裝架2、第二渦流傳感器安裝架3形成絲杠傳動(dòng)，二者協(xié)同控制第一渦流傳感器陣列以及第二渦流傳感器陣列的上下移動(dòng)，防止鋪粉產(chǎn)生粉末飛濺對(duì)渦流傳感器探測(cè)產(chǎn)生影響。

6、所述的第一渦流傳感器陣列中的渦流傳感器和第一渦流傳感器安裝架2螺紋連接，第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器和第二渦流傳感器安裝架3螺紋連接。

7、所述的第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器通過卡扣連接的方式裝有粉塵罩。

8、所述的粉塵罩所用的罩網(wǎng)為目數(shù)800目的尼龍過濾網(wǎng)。

9、所述的第一渦流傳感器陣列中的渦流傳感器和第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器交錯(cuò)布置，陣列內(nèi)的渦流傳感器間距均為d1＝60mm，陣列間相鄰的渦流傳感器間距為d2＝30mm。

10、所述的第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器均安裝有內(nèi)徑為30mm的氧化鐵外罩，使其產(chǎn)生的探測(cè)磁場(chǎng)集中在直徑為30mm的圓形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)單個(gè)渦流傳感器探測(cè)區(qū)域大小的控制。

11、所述的第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器內(nèi)使用線徑0.4mm的漆包銅線繞制成的圓柱形線圈作為激勵(lì)線圈，其內(nèi)徑18mm，外徑20mm，匝數(shù)800，線圈高度為30mm，并使用霍爾傳感器采集激勵(lì)信號(hào)的低頻分量以實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙缺陷高精度在線監(jiān)測(cè)。

12、利用所述一種用于激光粉末床熔融增材制造的渦流在線監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

13、s1.第一絲杠步進(jìn)電機(jī)4、第二絲杠步進(jìn)電機(jī)5使第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列處于位置a，刮刀主體1沿水平方向移動(dòng)進(jìn)行鋪粉，打印第一層；

14、s2.第一絲杠步進(jìn)電機(jī)4、第二絲杠步進(jìn)電機(jī)5使第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列下降并處于位置b；

15、s3.根據(jù)成形區(qū)域面積的大小及位置開啟相應(yīng)數(shù)量的渦流傳感器，隨著刮刀主體1的回程運(yùn)動(dòng)，外部的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，渦流傳感器獲取各自區(qū)域的探測(cè)信號(hào)并保存至數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)；

16、s4.刮刀主體1歸位后，渦流傳感器停止探測(cè)，第一絲杠步進(jìn)電機(jī)4和第二絲杠步進(jìn)電機(jī)5使第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列處于上升并處于位置a；

17、s5.重復(fù)步驟s2、s3、s4直至零件全部打印完成，根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)采集的每一打印層的傳感數(shù)據(jù)判斷零件內(nèi)部的孔隙缺陷的種類及位置，同時(shí)計(jì)算當(dāng)前打印參數(shù)下的零件孔隙率水平。

18、所述的位置a為渦流傳感器陣列底部距成形平臺(tái)20mm處，位置b為渦流傳感器陣列底部距成形平臺(tái)0.1～1mm處，位置b的具體高度根據(jù)提離量確定。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

20、1.本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置集成在鋪粉刮刀上，渦流傳感器上裝有氧化鐵外罩使其探測(cè)區(qū)域集中，且第一渦流傳感器陣列、第二渦流傳感器陣列中的渦流傳感器交錯(cuò)布置，既避免探測(cè)磁場(chǎng)的相互疊加從而易于后期進(jìn)行缺陷信號(hào)的提取與分析，也避免產(chǎn)生無法探測(cè)的區(qū)域。

21、2.本發(fā)明監(jiān)測(cè)裝置在渦流傳感器上裝有粉塵罩，且在鋪粉時(shí)將渦流傳感器陣列升高，避免可導(dǎo)電的金屬粉末黏附在渦流傳感器上對(duì)探測(cè)磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。

22、3.本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法可根據(jù)所打印的金屬材料對(duì)應(yīng)的最佳提離量調(diào)整渦流傳感器陣列距離成形平臺(tái)的高度以獲取更高的探測(cè)精度，具有更廣的應(yīng)用范圍。