一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法技术

本发明专利技术公开了一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，包括S1：对成形区域内的X轴和Y轴进行稳定性分析；S2：对成形区域内的Z轴进行稳定性分析；S3：对灵敏度进行分析：计算出工艺参数变化所带来的灰度值波动灵敏度；S4：系统阈值标定值。本发明专利技术可对激光选区熔化成形过程中产品的成形状态进行监测，建立监测数据与成形质量的对比关系，可应用于金属增材制造产品的生产中，可快速、高效地完成大量数据的分析，进而保障产品的成形质量并实现质量回溯，完善全流程质量管控，解决激光选区熔化成形工艺可重复性和质量稳定性差对其批量化生产的限制问题，推动激光选区熔化成形工艺应用于更多高难度、高要求零件的批量化生产。高要求零件的批量化生产。高要求零件的批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法


[0001]本专利技术涉及激光选区熔化成形
，具体涉及一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法。

技术介绍

[0002]激光选区熔化技术可实现轻量化、复杂结构、多材料梯度结构等结构功能一体化结构，其工艺流程短、材料浪费少，且无需模具，在复杂构件的成形上具备独特优势，已广泛应用于航空航天、医疗、模具等领域。
[0003]然而其成形过程有着快速熔化并冷却的固有特点，且激光束易受到成形烟尘的干扰，因此该技术的发展一直受制于其质量稳定性，激光熔化金属粉末的过程耦合性强，制件易产生孔隙、微裂纹等微观缺陷以及诸如瘤状物、开裂等宏观缺陷。而对激光选区熔化成形过程进行及时的监测，可极大地提升激光选区熔化工艺的成形质量和工艺可重复性，可提升成形质量稳定性，避免成形不良增加的经济成本和时间成本。然而，目前激光选区熔化成形过程监控刚刚起步，对于过程监控系统的分析方法极为匮乏，数据难以得到有效利用，虽然大多能做到数据收集，却缺少数据分析方法，极大地制约着激光选区熔化成形过程监控系统的实际应用。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提出了一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，包括：
[0007]S1：对成形区域内的X轴和Y轴进行稳定性分析：收集试样的平均灰度值；
[0008]S2：对成形区域内的Z轴进行稳定性分析：收集试样的平均灰度值；
[0009]S3：对灵敏度进行分析：计算出工艺参数变化所带来的灰度值波动灵敏度；
[0010]S4：系统阈值标定：根据实际使用需求并参考标准工艺参数及基准孔隙率，对能量输入或孔隙率进行上下限范围限定，对应计算出标准化比值所对应的灰度值上下阈值。
[0011]优选的，包括用于激光选区熔化成形的基板，所述S1中，将多个相同试样平铺均布于整个基板进行成形，重复成形任务至少两次，收集每个试样对应的平均灰度值，然后计算单个试样相对于整个基板平均灰度值的偏差率，从而得到基板上不同位置的偏差程度。
[0012]优选的，所述S2中，将多个相同试样平铺均布于整个基板进行成形，重复成形任务至少两次，收集每个试样对应的平均灰度值，分析得到每个试样随高度变化的数据偏差，计算基板上每个试样多层平均灰度值的偏差率，从而得到基板上不同位置在高度变化过程中的偏差程度。
[0013]优选的，所述S3中，采用X轴和Y轴稳定性分析中，尺寸、形状、数量、位置完全相同的试样进行成形，收集每个试样的平均灰度值，将每个试样的平均灰度值除以来自相同位
置的X轴和Y轴稳定性数据的平均灰度值，实现标准化，以相除得到的标准化比值为纵轴，以工艺参数变化比值为横轴绘制曲线，对所有数据做线性拟合，获得波动区间，从而计算出工艺参数变化所带来的灰度值波动灵敏度。
[0014]优选的，所述S4中，构建多个相同试样，每个试样含A、B两部分，A部分为非标准工艺参数成形，B部分为标准工艺参数成形，将全部试样平铺均布于整个基板进行成形，并收集每个试样的平均灰度值，每个试样A部分计算获得一个平均灰度值，称为A值，每个试样B部分计算获得另一个平均灰度值，称为B值，对A值和B值均进行标准化处理，即用A值除以B值，获得所有试样的标准化比值。
[0015]优选的，对所有试样进行工业CT检测，计算所有试样B部分的孔隙率平均值，将其作为基准孔隙率，并计算所有试样A部分各自的孔隙率；
[0016]计算所有试样A部分与B部分的能量输入比值，以该比值作为横轴，以所有试样A部分各自的孔隙率作为左侧纵轴，以所有试样的标准化比值作为右侧纵轴，绘制三类数值的关系图，通过该关系图，根据实际使用需求并参考标准工艺参数及基准孔隙率，对能量输入或孔隙率进行上下限范围限定，对应计算出标准化比值所对应的灰度值上下阈值，从而实现激光选区熔化成形过程中系统阈值的标定。
[0017]优选的，所述S1中，所有试样高度均低于10mm，基板上试样的数量不少于20个，所有试样均采用相同的标准工艺参数，所述标准工艺参数为实际生产中成熟应用的最优参数。
[0018]优选的，所述S2中，所有试样高度在30～60mm之间，基板上试样的数量不少于9个，所有试样均采用相同的标准工艺参数，所述标准工艺参数为实际生产中成熟应用的最优参数。
[0019]优选的，所述S3中，试样采用渐变的工艺参数，在标准工艺参数基础上，上下增减速度及功率，变化梯度在1％～4％间选择，同一参数对应至少1个试样，不同参数的位置进行随机排布。
[0020]优选的，所述S4中，基板上试样的数量不少于40个，试样的A、B两部分均至少有60层，非标准工艺参数是在标准工艺参数基础上，上下增减速度及功率，变化梯度在2％～8％间选择，所有试样进行随机排布。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术中通过对激光选区熔化成形状态进行监测，可建立监测数据与成形质量的对比关系，实现对成形质量的及时监测，保障激光选区熔化成形质量并实现质量回溯，完善全流程质量管控，可快速、高效地完成大量数据的分析，使激光选区熔化成形过程监控技术得到成熟应用，显著提升激光选区熔化成形技术的成熟度和竞争力，完善全流程质量管控，解决激光选区熔化成形工艺可重复性和质量稳定性差对其批量化生产的限制问题，推动激光选区熔化成形工艺应用于更多高难度、高要求零件的批量化生产。
附图说明
[0023]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0024]图1是应用于不锈钢时基板结构示意图；
[0025]图2是应用于不锈钢时XY轴稳定性数据收集示意图；
[0026]图3是应用于不锈钢时基板上不同位置的偏差率示意图；
[0027]图4是应用于不锈钢时基板上不同位置的高度变化偏差率示意图；
[0028]图5是应用于不锈钢时标准化比值与速度变化比值曲线及波动区间示意图；
[0029]图6是应用于不锈钢时试样A、B两部分示意图；
[0030]图7是应用于不锈钢时成形过程阈值超限区域识别示意图；
[0031]图8是应用于高温合金时基板结构示意图；
[0032]图9是应用于高温合金时XY轴稳定性数据收集示意图；
[0033]图10是应用于高温合金时基板上不同位置的偏差率示意图；
[0034]图11是应用于高温合金时单个试样高度方向数据变化示意图；
[0035]图12是应用于高温合金时基板上不同位置的高度变化偏差率示意图；
[0036]图13是应用于高温合金时标准化比值与功率变化比值曲线及波动区间示意图；
[0037]图14是应用于高温合金时试样A、B两部分示意图；
[0038]图15本专利技术中能量输入比值、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，其特征在于，包括：S1：对成形区域内的X轴和Y轴进行稳定性分析：收集试样的平均灰度值；S2：对成形区域内的Z轴进行稳定性分析：收集试样的平均灰度值；S3：对灵敏度进行分析：计算出工艺参数变化所带来的灰度值波动灵敏度；S4：系统阈值标定：根据实际使用需求并参考标准工艺参数及基准孔隙率，对能量输入或孔隙率进行上下限范围限定，对应计算出标准化比值所对应的灰度值上下阈值。2.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，其特征在于，包括用于激光选区熔化成形的基板，所述S1中，将多个相同试样平铺均布于整个基板进行成形，重复成形任务至少两次，收集每个试样对应的平均灰度值，然后计算单个试样相对于整个基板平均灰度值的偏差率，从而得到基板上不同位置的偏差程度。3.根据权利要求2所述的一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，其特征在于，所述S2中，将多个相同试样平铺均布于整个基板进行成形，重复成形任务至少两次，收集每个试样对应的平均灰度值，分析得到每个试样随高度变化的数据偏差，计算基板上每个试样多层平均灰度值的偏差率，从而得到基板上不同位置在高度变化过程中的偏差程度。4.根据权利要求3所述的一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，其特征在于，所述S3中，采用X轴和Y轴稳定性分析中，尺寸、形状、数量、位置完全相同的试样进行成形，收集每个试样的平均灰度值，将每个试样的平均灰度值除以来自相同位置的X轴和Y轴稳定性数据的平均灰度值，实现标准化，以相除得到的标准化比值为纵轴，以工艺参数变化比值为横轴绘制曲线，对所有数据做线性拟合，获得波动区间，从而计算出工艺参数变化所带来的灰度值波动灵敏度。5.根据权利要求1所述的一种激光选区熔化成形过程监控数据分析方法，其特征在于，所述S4中，构建多个相同试样，每个试样含A、B两部分，A部分为非标准工艺参数成形，B部分为标准工艺参数成形，将全部试样平铺均布于整个基板进行成形，并收集每个试样的平均灰度值，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙兵兵，闫泰起，陈冰清，吴宇，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：