【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于增材制造，更具体地，涉及一种监测、调控一体化的增材制造系统及方法。
技术介绍
1、激光粉末床熔融(laser powder bed fusion，lpbf)增材制造是聚焦激光束沿着设计路径熔合松散粉末以逐层成形零部件的一种技术，该技术在航空航天、汽车和医疗中具有广泛的应用，能够实现高性能复杂结构金属零件的近净成形。然而，在lpbf增材制造过程中，打印构件易产生诸如翘曲变形、球化、开裂等宏观缺陷，以及气孔、夹渣、未熔合等内部冶金缺陷。其中，由于材料迅速的熔化和凝固、熔池剧烈波动等会导致气孔的产生。因此，对成形件气孔等缺陷的及时探测和抑制，可极大地提升lpbf工艺的成形质量。
2、在lpbf增材制造中常见的气孔缺陷是由小孔失稳导致的，目前的解决方法有以下几种：(1)通过调整激光功率来控制小孔失稳，这种方法来控制小孔失稳通常效率低并且需要在制造过程结束后进行样品检测和分析，无法及时发现和处理过程中的问题。(2)通过连续激光双光束调控小孔稳定性，这种方法虽然能在一定程度上控制小孔失稳，但是无法抑制枝晶外延生长，消除晶粒粗化。(3)通过电磁复合调控熔池，这种方法虽然能够实现对熔池的周期性搅拌和加热，消除大量柱状晶等问题，但是又无法解决小孔失稳等问题。
技术实现思路
1、本专利技术通过提供一种监测、调控一体化的增材制造系统及方法，解决现有技术中激光粉末床熔融增材制造过程中对小孔失稳的控制效果较差的问题。
2、本专利技术提供一种监测、调控一体化的增材制造系统
3、所述调控单元的输出端分别与所述连续激光器控制装置、所述脉冲激光器控制装置连接；所述同轴光路组件用于使所述连续激光器控制装置发出的连续激光光束、所述脉冲激光器控制装置发出的脉冲激光光束同轴，同轴的激光光束入射至所述扫描振镜，所述扫描振镜用于执行激光光束的多角度扫描作业，使所述连续激光光束和所述脉冲激光光束作用在熔池的同一区域，对金属粉末层进行激光扫描；所述同轴光路组件还用于使熔池信号聚焦在同轴光路上，并传输至所述熔池在线监测单元；所述熔池在线监测单元用于对所述熔池信号进行实时同轴监测，并得到监测信息；
4、所述调控单元用于结合所述监测信息得到激光器调控信息，并将所述激光器调控信息发送至所述连续激光器控制装置、所述脉冲激光器控制装置；所述连续激光器控制装置还用于根据所述激光器调控信息对连续激光的参数进行调控，所述脉冲激光器控制装置还用于根据所述激光器调控信息对脉冲激光的参数进行调控。
5、优选的，所述连续激光器控制装置用于发出连续红外激光光束，所述脉冲激光器控制装置用于发出短脉冲绿激光光束。
6、优选的，所述同轴光路组件包括第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜；所述第一二向色镜设置在所述连续激光器控制装置的出射光路上，所述第二二向色镜设置在所述脉冲激光器控制装置的出射光路上，所述第三二向色镜设置在所述第二二向色镜与所述熔池在线监测单元之间的光路上；所述连续激光器控制装置发出的连续激光光束经所述第一二向色镜透射后入射至所述扫描振镜；所述脉冲激光器控制装置发出的脉冲激光光束经所述第二二向色镜反射后入射至所述第一二向色镜，再经所述第一二向色镜反射后入射至所述扫描振镜；利用所述同轴光路组件将所述熔池信号聚焦在同轴光路上。
7、优选的，所述调控单元还用于构建工件模型和输出数控信息。
8、优选的，所述熔池在线监测单元包括监测装置和信号处理装置；所述监测装置包括光电二极管和比色热像仪，所述监测装置用于对所述熔池信号进行实时同轴监测，所述熔池信号包括熔池辐射的光信号、以及熔池形貌与温度信号；所述信号处理装置用于对所述监测装置采集到的信号进行处理，得到监测信息。
9、优选的，所述监测、调控一体化的增材制造系统还包括：载物平台和保护气瓶；所述载物平台用于承载打印基板和工件；所述保护气瓶用于对进行激光扫描的操作室注入保护气体。
10、另一方面，本专利技术提供一种监测、调控一体化的增材制造方法，利用上述的监测、调控一体化的增材制造系统实现，所述监测、调控一体化的增材制造方法包括以下步骤：
11、在调控单元上构建工件模型，基于所述工件模型得到数控信息，并将所述数控信息导入至连续激光器控制装置；
12、通过控制所述连续激光器控制装置、脉冲激光器控制装置、同轴光路组件和扫描振镜，使连续激光光束和脉冲激光光束作用在熔池的同一区域，对金属粉末层进行激光扫描；
13、在激光扫描的过程中，利用熔池在线监测单元对熔池信号进行实时同轴监测，并得到监测信息；所述熔池在线监测单元将所述监测信息传递至所述调控单元；所述调控单元结合所述监测信息得到激光器调控信息，并将所述激光器调控信息发送至所述连续激光器控制装置、所述脉冲激光器控制装置；所述连续激光器控制装置根据所述激光器调控信息对连续激光的参数进行调控，所述脉冲激光器控制装置根据所述激光器调控信息对脉冲激光的参数进行调控。
14、优选的，所述对连续激光的参数进行调控包括：调控连续激光的功率和扫描速度；所述对脉冲激光的参数进行调控包括：调控脉冲激光的脉冲宽度、脉冲能量和脉冲频率。
15、优选的，所述熔池在线监测单元还基于采集得到的所述熔池信号计算得到异常信息，所述异常信息包括局部异常时刻的熔池形貌与温度；所述监测信息包括所述熔池信号和所述异常信息；所述调控单元还结合所述监测信息对熔池的稳定性进行判定，若判定稳定性合格则继续下一层的打印工作。
16、优选的，进行激光扫描时还包括对进行激光扫描的操作室注入保护气体。
17、本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
18、本专利技术结合熔池在线监测和复合激光(连续-脉冲激光)，提供了一种在激光粉末床熔融增材制造过程中能够主动调控熔池小孔稳定性的装置及方法，实现了熔池在线监测-复合激光调控一体化闭环控制，不仅可以实现增材制造过程中熔池稳定性的同轴在线监测，还能实时反馈调控激光的相关参数，能够提高熔池小孔稳定性和组织性能，有效改善激光粉末床熔融增材制造过程中对小孔失稳的控制效果，进而获得更高的制造精度和更好的制造质量。
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1.一种监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，包括：调控单元、连续激光器控制装置、脉冲激光器控制装置、同轴光路组件、扫描振镜和熔池在线监测单元；
2.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述连续激光器控制装置用于发出连续红外激光光束，所述脉冲激光器控制装置用于发出短脉冲绿激光光束。
3.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述同轴光路组件包括第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜；所述第一二向色镜设置在所述连续激光器控制装置的出射光路上，所述第二二向色镜设置在所述脉冲激光器控制装置的出射光路上，所述第三二向色镜设置在所述第二二向色镜与所述熔池在线监测单元之间的光路上；所述连续激光器控制装置发出的连续激光光束经所述第一二向色镜透射后入射至所述扫描振镜；所述脉冲激光器控制装置发出的脉冲激光光束经所述第二二向色镜反射后入射至所述第一二向色镜，再经所述第一二向色镜反射后入射至所述扫描振镜；利用所述同轴光路组件将所述熔池信号聚焦在同轴光路上。
4.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制
5.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述熔池在线监测单元包括监测装置和信号处理装置；所述监测装置包括光电二极管和比色热像仪，所述监测装置用于对所述熔池信号进行实时同轴监测，所述熔池信号包括熔池辐射的光信号、以及熔池形貌与温度信号；所述信号处理装置用于对所述监测装置采集到的信号进行处理，得到监测信息。
6.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，还包括：载物平台和保护气瓶；所述载物平台用于承载打印基板和工件；所述保护气瓶用于对进行激光扫描的操作室注入保护气体。
7.一种监测、调控一体化的增材制造方法，其特征在于，利用如权利要求1-6中任一项所述的监测、调控一体化的增材制造系统实现，所述监测、调控一体化的增材制造方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的监测、调控一体化的增材制造方法，其特征在于，所述对连续激光的参数进行调控包括：调控连续激光的功率和扫描速度；所述对脉冲激光的参数进行调控包括：调控脉冲激光的脉冲宽度、脉冲能量和脉冲频率。
9.根据权利要求7所述的监测、调控一体化的增材制造方法，其特征在于，所述熔池在线监测单元还基于采集得到的所述熔池信号计算得到异常信息，所述异常信息包括局部异常时刻的熔池形貌与温度；所述监测信息包括所述熔池信号和所述异常信息；所述调控单元还结合所述监测信息对熔池的稳定性进行判定，若判定稳定性合格则继续下一层的打印工作。
10.根据权利要求7所述的监测、调控一体化的增材制造方法，其特征在于，进行激光扫描时还包括对进行激光扫描的操作室注入保护气体。
...【技术特征摘要】
1.一种监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，包括：调控单元、连续激光器控制装置、脉冲激光器控制装置、同轴光路组件、扫描振镜和熔池在线监测单元；
2.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述连续激光器控制装置用于发出连续红外激光光束，所述脉冲激光器控制装置用于发出短脉冲绿激光光束。
3.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述同轴光路组件包括第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜；所述第一二向色镜设置在所述连续激光器控制装置的出射光路上，所述第二二向色镜设置在所述脉冲激光器控制装置的出射光路上，所述第三二向色镜设置在所述第二二向色镜与所述熔池在线监测单元之间的光路上；所述连续激光器控制装置发出的连续激光光束经所述第一二向色镜透射后入射至所述扫描振镜；所述脉冲激光器控制装置发出的脉冲激光光束经所述第二二向色镜反射后入射至所述第一二向色镜，再经所述第一二向色镜反射后入射至所述扫描振镜；利用所述同轴光路组件将所述熔池信号聚焦在同轴光路上。
4.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述调控单元还用于构建工件模型和输出数控信息。
5.根据权利要求1所述的监测、调控一体化的增材制造系统，其特征在于，所述熔池在线监测单元包括监测装置和信号处理装置；所述监测装置包括光电二极管和比色热像仪，所述监测装置...
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