一种金属增材制造的在线检测系统和金属增材制造装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种金属增材制造的在线检测系统和金属增材制造装置，涉及金属增材制造领域，所述在线检测系统包括非扫查式阵列涡流探头、移动机构和检测控制系统，其中：非扫查式阵列涡流探头包括多个涡流线圈，涡流线圈为单层或多层，其中每层成一定排列规则面状分布于非扫查式阵列涡流探头的检测侧，形成检测面；移动机构用于在增材制造的检测周期内将非扫查式阵列涡流探头移动至增材制造的打印区域上方，使其检测面覆盖整个打印区域，并在检测结束后，将非扫查式阵列涡流探头从打印区域上方移开；检测控制系统用于控制移动机构及控制非扫查式阵列涡流探头的移动和检测。本系统具有效率高、操作简单、提离小、灵敏度高、信噪比高等特点。比高等特点。比高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种金属增材制造的在线检测系统和金属增材制造装置


[0001]本技术涉及金属增材制造领域，尤其涉及一种金属增材制造的在线检测系统和金属增材制造装置。

技术介绍

[0002]增材制造又名3D打印，是90年代发展起来的快速成型技术之一。传统的“减材加工”技术即利用铣、削以及电加工等方法，将多余材料去除，加工制作零部件。金属增材制造技术基于分层离散、逐层堆积原理，以金属粉末或丝材为原料，采用激光或电子束等高能束进行冶金熔化，快速凝固逐层堆积，直接从零件数字模型一步完成金属制件的近净一体化成型制造。具有快速、低成本、高柔性、高集成化的优点，在一体化成型大型构件，加工形状复杂/空心零部件上具有显著优势，在医学、铁路、航空航天、汽车等众多领域均具有巨大的应用潜力与价值。但在增材制造的过程中，试样处于循环往复的局部快速加热、冷却环境中，在复杂的多物理场作用下，温度梯度大，局部应力集中严重，极易出现孔隙、分层、熔合不良、裂纹、翘曲等缺陷。
[0003]采用传统的无损检测手段对由传统工艺制造的成品进行离线检测具有良好的效果。然而，对于增材制造制件，其成型原理及工艺与传统制造方式不同，对原材料要求苛刻。成型工艺参数复杂多样，打印过程影响参数众多，任意因素都可能导致大量废品的产生从而带来浪费，这使得许多企业和研究机构开始寻找增材制造制件生产过程中的在线无损检测方法。通过在线检测成型过程中制件的组织变化、应力集中、缺陷产生等异常，根据需求在打印的过程中(特别是打印的初始阶段)做出工艺调整可减少废品的产生，并有助于实现制造过程的闭环控制。目前在增材制造领域，缺乏有效的在线检测方法，随着增材制造的广泛应用，研发快速、高效、高精度的在线检测方法成为迫切需求。
[0004]阵列涡流检测技术是近年来得到快速发展的一种新型涡流检测技术，该方法采用阵列式涡流探头，借助计算机强大的数据采集、分析、计算和处理功能，相对于传统涡流检测技术可实现对工件更加高效、快速的检测，适用于大面积、大尺寸、形状复杂工件的无损检测与缺陷成像。
[0005]传统的阵列涡流检测技术采用扫查的方式用于工件的离线检测，如US 2016/0339519A1、US 2016/0349215A1、US 2018/0266993A1等。这种检测方式不适用于增材制造的在线检测，主要表现在：1、扫查过程中容易造成粉末的堆积，不利于检测；2、金属增材制造的产品粗糙度大，表面不平整，且经常出现翘起，变形等现象，使得扫查时需要有更大的提离(涡流探头的检测面与工件表面的距离)，导致阵列涡流探头无法贴近被测样品，影响检测灵敏度；3、扫查装置复杂，需要更大的空间，给金属3D打印机的设计增加难度与成本；4、扫查过程中，电机运转及导线移动易产生干扰信号；5、扫查速度影响信号；6、增材制造采用逐层打印的工艺成型工件，制造一个工件往往需要打印几百、几千甚至几十万层，需要快速高效的在线检测技术，且打印前需预热，以减小温度梯度，避免应力集中，而采用扫查方式进行检测，探头移动耗时长，既大幅增加检测时间，影响制造效率，也易使打印件冷却，增
大温度梯度，造成应力集中。

技术实现思路

[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本技术的目的是提供一种金属增材制造的在线检测系统，该系统具有检测效率高、操作简单、提离效应小、信噪比高、灵敏度高等特点，更加适用于金属增材制造的在线检测。
[0007]为实现上述目的，本技术提供以下技术方案：
[0008]1、一种金属增材制造的在线检测系统，包括非扫查式阵列涡流探头、移动机构和检测控制系统，其中：
[0009]所述非扫查式阵列涡流探头包括多个涡流线圈，所述涡流线圈成一定排列规则面状分布于所述非扫查式阵列涡流探头的检测侧，形成检测面；
[0010]所述移动机构用于在增材制造的检测时间段内将所述非扫查式阵列涡流探头移动至增材制造的打印区域上方，使其检测面覆盖打印区域；并在检测结束后，将所述非扫查式阵列涡流探头从打印区域上方移开；
[0011]所述检测控制系统用于控制所述移动机构及控制所述非扫查式阵列涡流探头的移动和检测。
[0012]进一步地，还包括铰接机构，通过所述铰接机构的铰接，所述非扫查式阵列涡流探头被设置于打印区域一侧，在增材制造的检测周期内，所述非扫查式阵列涡流探头做翻转动作，使其检测面覆盖整个打印区域以进行检测。
[0013]进一步地，还包括升降机构，通过所述升降机构，所述非扫查式阵列涡流探头被活动设置在增材制造装置的刮刀上，并且所述非扫查式阵列涡流探头处于平放状态；在非检测周期时，所述非扫查式阵列涡流探头通过所述升降机构上升至一定高度；在检测周期内，所述非扫查式阵列涡流探头通过所述刮刀被水平移动到打印区域上方，并通过所述升降机构降低到指定高度，从而使其检测面覆盖打印区域以进行检测。
[0014]以上两种移动机构，均可在检测周期内将所述非扫查式阵列涡流探头快速移动到打印区域的上方，使其检测面覆盖打印区域以进行检测。
[0015]进一步地，所述涡流线圈以阵列的形式成面状分布。
[0016]2、一种金属增材制造装置，包括如上所述的金属增材制造的在线检测系统，所述金属增材制造的在线检测系统，用于在所述金属增材制造装置的打印间隔检测铺粉质量和打印质量。
[0017]本技术提供的一种基于非扫查式阵列涡流的增材制造在线检测系统，与传统的扫查式阵列涡流检测技术相比具有以下有益效果：
[0018]1、具有检测效率高、耗时少的特点，有利于维持打印件的残余热量，减缓应力集中，提高打印质量；
[0019]2、可避免扫查过程产生的干扰信号；
[0020]3、可避免因扫查造成的粉末堆积；
[0021]4、不需要复杂的扫查装置，具有操作简单，重复性好的优点；
[0022]5、可减小探头提离，提高信噪比。
附图说明
[0023]图1是金属增材制造流程；
[0024]图2是扫查式的阵列涡流检测原理；
[0025]图3是本技术的非扫查式的阵列涡流探头结构示意图；
[0026]图4是本技术的金属增材制造在线检测示意图；
[0027]图5为阵列涡流探头以铰接方式安装，在打印状态时的位置示意图；
[0028]图6为阵列涡流探头以铰接方式安装，在检测状态时的位置示意图；
[0029]图7为阵列涡流探头安装于刮刀上，在打印状态时的位置示意图；
[0030]图8为阵列涡流探头安装于刮刀上，在检测状态时的位置示意图。
[0031]附图标记：
[0032]100-阵列涡流探头；
[0033]101-涡流探头基板；
[0034]102-涡流线圈；
[0035]103-铰接机构；
[0036]104-升降机构；
[0037]200-增材制造装置；
[0038]201-集粉腔；
[0039]202-集粉腔升降台；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属增材制造的在线检测系统，其特征在于：包括非扫查式阵列涡流探头、移动机构和检测控制系统，其中：所述非扫查式阵列涡流探头包括多个涡流线圈，所述涡流线圈呈阵列分布于所述非扫查式阵列涡流探头的检测侧，形成检测面；所述移动机构用于在增材制造的检测时间段内将所述非扫查式阵列涡流探头移动至增材制造的打印区域上方，使其检测面覆盖整个打印区域，并在检测结束后，将所述非扫查式阵列涡流探头从打印区域上方移开；所述检测控制系统用于控制所述移动机构及控制所述非扫查式阵列涡流探头的移动和检测。2.如权利要求1所述的金属增材制造的在线检测系统，其特征在于：还包括铰接机构，通过所述铰接机构的铰接，所述非扫查式阵列涡流探头被设置于打印区域一侧，在增材制造的检测时间段内，所述非扫查式阵列涡流探头做翻转动作，使其检测面覆盖整个打印区域以进行检测。3.如权利要求1所述的金属增材制造的在线检测系统，其特征在于：还包括升降机构，通过所述升降机构，所述非扫查式阵列涡流探头被活动设置在增材制造装置的刮刀上，并且所述非扫查式阵列涡流探头处于平放状态；在非检测周期时，所述非扫查式阵列涡流探头通过所述升降机构上升至一定高度；在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志伟，丁鹏程，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：新型
国别省市：