【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于3d打印，具体涉及粉末材料3d智能化打印系统。
技术介绍
1、增材制造俗称3d打印，是基于激光粉末床熔化(lpbf)的工艺，激光粉床烧结是一种广泛用于金属和塑料等材料的3d打印工艺，也被称为选择性激光熔化或激光烧结，该工艺的原理涉及粉末分层－激光扫描－熔化和烧结－层叠和固化－构件冷却－零件提取的步骤；激光打印参数包括激光功率、扫描速度、预热温度等，激光打印过程中所使用的气体环境为气体(如氮气或氮气)或混合气体，上述气体构成lpbf工艺中的气氛，刘金戈，彭文发表的《激光粉末床熔化过程中的金属汽化及其影响》描述了在lpbf工艺中金属汽化与羽流、飞溅、剥蚀和气氛的影响，论文网页链接如下：
2、https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s0264127522001265？via％3dihub，部分节选内容如下：
3、在lpbf工艺中，粉末层上被激光射入融化的区域为匙孔，待匙孔内金属粉末熔化、烧结后形成熔池，如果激光或电子束的功率非常高，可能会导致金属粉末在熔化的同时迅速冷却至其沸点，从而发生汽化，在该步骤中，部分金属粉末转变成金属蒸气或气态金属，金属蒸汽是熔池上方金属蒸气、等离子体和小凝聚颗粒的混合物当发生汽化时，产生的金属蒸气，其会急剧膨胀并在激光打印区域内产生强烈的气体流动，当激光能量输入增加时，由于汽化加剧，激光轨迹附近的粉末颗粒被清除，这种粉末的清除会导致厚度不均匀和熔化不稳定，金属蒸气喷出时，匙孔周围的粉末颗粒从粉末层中被吹起，此外
4、当蒸气射流随着激光扫描移动时，粉末层中的颗粒始终被夹带向金属蒸气，从而在扫描轨道附近形成剥蚀区，夹带进入喷射孔的颗粒从粉末层中被吹起并形成固体飞溅物，聚集在轨道上的一些颗粒可能会部分熔化，然后附着在轨道表面上，从而使成型工件表面粗糙度恶化；
5、但是上述方案存在以下不足：在lpbf工艺中，生成的金属蒸汽中存在小颗粒时，它们会散射激光束并导致焦点移动，这两者都会减弱粉末床吸收的能量，同时金属蒸汽的生成会导致熔池成分、质量上发生改变，进而在飞溅和剥蚀的影响下导致工件中生成孔隙和缺陷，降低工件的强度和密度，然而对于上述孔隙的监测需要借助x射线、ct扫描或热成像等专业设备，使用成本较高，如何在lpbf工艺中对熔池状态数据、激光状态数据以及气氛分布数据进行相关性数据监测分析，并以此建立熔池孔隙预测模型，通过孔隙预测结果实时调整打印参数或控制气氛，以降低孔隙发生率是当下需要改进的方向。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供粉末材料3d智能化打印系统，以解决上述
技术介绍
中存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种粉末材料3d智能化打印系统，包括：
3、熔池孔隙预测单元：获取训练数据库中不同类别孔隙生成时的熔池状态数据、气氛分布数据和激光状态数据，并对获取数据依次经过数据预处理、特征工程、模型选择、模型训练和模型验证后生成熔池孔隙预测模型；
4、数据采集模块：用于采集激光打印构件上熔池区域的熔池状态数据和气氛分布数据，以及激光头的激光状态数据；
5、数据处理模块：用于接收熔池状态数据、气氛分布数据和激光状态数据，并进行分析处理分别生成熔池质量监测指数yczl、气氛分布指数qffb和激光状态指数jgzt；
6、输出单元：获取熔池质量监测指数yczl、气氛分布指数qffb和激光状态指数jgzt并传输给熔池孔隙预测模型，所述熔池孔隙预测模型生成熔池孔隙预测指数kxyc，依据所述熔池孔隙预测指数kxyc实时调整打印参数或控制气氛。
7、优选的，所述熔池孔隙预测单元获取的熔池状态数据、气氛分布数据和激光状态数据具体为，收集大量的不同条件、类型的孔隙实验数据对应数据集，数据集包括熔池区域的金属飞溅、金属羽流，以及控制参数如激光功率、扫描速度、金属蒸汽参数、气氛流速和成分，并依据神经网络方式建立模型，采集数据应涵盖多个工艺条件和材料组合，以确保模型的鲁棒性。
8、优选的，所述熔池状态数据包括熔池轨迹飞溅参数gjfj、熔池轨迹羽流参数gjyl、熔池轨迹剥蚀参数gjbs；
9、所述熔池轨迹剥蚀参数gjbs由深度值sd、宽度值kd、速度值vd、温度值wd构成，对获取熔池的实时深度值sd、宽度值kd、速度值vd、温度值wd进行归一化处理并映射至如下取值范围：
10、0≤sd≤1，0≤kd≤1，0≤vd≤1，0≤wd≤1，归一化计算公式如下：
11、
12、其中gy表示数值归一化标的、ys表示原始值、max表示数值最大值、min表示数值最小值，x可以为深度值sd、宽度值kd、速度值vd、温度值wd中的任意一种；
13、进一步获得如下关于熔池轨迹剥蚀参数gjbs的计算公式：
14、gibs＝sdgy×a1+kdgy×a2+vdgy×a3+wdgy×a4+c1
15、其中a1、a2、a3和a4为权重系数，且0＜a1＜a2＜a3＜a4，c1为修正因子，设定gjbs的阈值上限与阈值下限分别为gjbsmax、gjbsmin，并获得如下熔池轨迹剥蚀程度gjbscd的计算公式：
16、
17、其中熔池轨迹剥蚀程度gjbscd的连续值的取值范围限定在0至1，其中0表示不剥蚀，1表示完全剥蚀，中间的值表示不同程度的剥蚀。
18、优选的，所述熔池轨迹飞溅参数gjfj由飞溅颗粒数量fjsl、飞溅颗粒速度fjsd、飞溅颗粒尺寸fjcc构成，对获取熔池的飞溅颗粒数量fjsd、飞溅颗粒速度fjsd、飞溅颗粒尺寸fjcc进行归一化处理并映射至如下取值范围：
19、0≤fjsl≤1，0≤fjsd≤1，0≤fjcc≤1，归一化计算公式如下：
20、
21、其中gy表示数值归一化标的、ys表示原始值、max表示数值最大值、min表示数值最小值，x可以为飞溅参数gjfj由飞溅颗粒数量fjsl、飞溅颗粒速度fjsd、飞溅颗粒尺寸fjcc中的任意一种；
22、进一步获得如下关于熔池轨迹飞溅参数gjfj的计算公式：
23、gjfj＝fjslgy×b1+sjsdgy×b2+fjccgy×b3+c2
24、其中b1、b2和b3为权重系数，且0＜b1＜b2＜b3，c2为修正因子，设定gjfj的阈值上限与阈值下限分别为gjfjmax、gjfjmin，并获得如下熔池轨迹飞溅程度gjfjcd的计算公式：
25、
26、其中熔池轨迹飞溅程度gjfjcd的连续值的取值范围限定在0至1，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述熔池孔隙预测单元获取的熔池状态数据、气氛分布数据和激光状态数据具体为，收集大量的不同条件、类型的孔隙实验数据对应数据集，数据集包括熔池区域的金属飞溅、金属羽流，以及控制参数如激光功率、扫描速度、金属蒸汽参数、气氛流速和成分，并依据神经网络方式建立模型，采集数据应涵盖多个工艺条件和材料组合，以确保模型的鲁棒性。
3.根据权利要求1所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述熔池状态数据包括熔池轨迹飞溅参数GJFj、熔池轨迹羽流参数GJYl、熔池轨迹剥蚀参数GJBs；
4.根据权利要求3所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述熔池轨迹飞溅参数GJFj由飞溅颗粒数量FJSl、飞溅颗粒速度FJSd、飞溅颗粒尺寸FJCc构成，对获取熔池的飞溅颗粒数量FJSd、飞溅颗粒速度FJSd、飞溅颗粒尺寸FJCc进行归一化处理并映射至如下取值范围：
5.根据权利要求3所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述
6.根据权利要求5所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述金属蒸汽参数JSZq包括蒸汽温度数值ZQWd、蒸汽浓度数值ZQNd和蒸汽分布方位数值ZQFb，并对其进行公式化处理获得如下公式：
7.根据权利要求1所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：所述气氛分布数据包括熔池区域气氛流速参数QFLs和熔池区域气氛成分参数QFCf，
8.根据权利要求1所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：
9.根据权利要求3-8所述的粉末材料3D智能化打印系统，其特征在于：设定获取熔池质量监测指数YCZl、气氛分布指数QFFb和激光状态指数JGZt的阈值上限线max和min，并进行相关性分析并获得如下关于相关系数ρ的计算公式：JGZtmax、JGZtmin
...【技术特征摘要】
1.一种粉末材料3d智能化打印系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的粉末材料3d智能化打印系统，其特征在于：所述熔池孔隙预测单元获取的熔池状态数据、气氛分布数据和激光状态数据具体为，收集大量的不同条件、类型的孔隙实验数据对应数据集，数据集包括熔池区域的金属飞溅、金属羽流，以及控制参数如激光功率、扫描速度、金属蒸汽参数、气氛流速和成分，并依据神经网络方式建立模型，采集数据应涵盖多个工艺条件和材料组合，以确保模型的鲁棒性。
3.根据权利要求1所述的粉末材料3d智能化打印系统，其特征在于：所述熔池状态数据包括熔池轨迹飞溅参数gjfj、熔池轨迹羽流参数gjyl、熔池轨迹剥蚀参数gjbs；
4.根据权利要求3所述的粉末材料3d智能化打印系统，其特征在于：所述熔池轨迹飞溅参数gjfj由飞溅颗粒数量fjsl、飞溅颗粒速度fjsd、飞溅颗粒尺寸fjcc构成，对获取熔池的飞溅颗粒数量fjsd、飞溅颗粒速度fjsd、飞溅颗粒尺寸fjcc进行归一化处理并映射至如下取值范围：
5.根据权利要求3所述的粉末材料3...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙梅，
申请(专利权)人：合肥海闻打印技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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