本发明专利技术涉及一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置及方法，制造装置包括：粉末传送系统，粉末传送系统处于真空环境内，粉末材料F于粉末传送系统内铺展，并逐渐形成微型粉末床；激光系统位于微型粉末床顶部并发射激光撞击；X射线源发射的X射线自一侧照射微型粉末床；X射线成像系统和X射线源相对布置，X射线成像系统用于接收粉末材料扩散过程中与粉末材料扩散同步的X射线，成像，实时对粉末扩散进行现场X射线成像分析。本发明专利技术实现了原位监测，具有实时性且适用性强，能够尽早地识别缺陷，从而减少废品率和后处理工序、缩短研制周期，还为提供全程可溯的加工信息创造了可能。有效的克服选区激光熔化工艺的稳定性和可重复性不足的问题。足的问题。足的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置及方法
[0001]本专利技术涉及增材制造
，更具体的说是涉及一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置及方法。
技术介绍
[0002]激光粉末床融合(LPBF)技术是目前在金属增材制造领域中发展迅速的先进制造技术，已经在航空航天、汽车制造、生物医疗等行业获得广泛应用。该技术能够直接制造出复杂的形状和轻量化结构，这些都是传统制造工艺不具备的。但是LPBF技术的可重复性不足和稳定性差的缺点阻碍了该技术的进一步的发展应用，如何提高制造零件的稳定性和质量一直是该领域的热点研究问题。
[0003]众所周知，粉末床的质量是影响采用LPBF工艺制造的零件质量的主要因素之一，由于LPBF过程粉床极高的加热和冷却速率产生许多高度动态和瞬态的物理现象，例如，金属粉末的熔化和汽化、熔融金属的流动、粉末喷射和再分布、快速凝固、非平衡相变等，且已有研究证明在激光粉末床融合过程中，提高粉末床密度和均匀性可提高零件的最终质量。所以了解基于粉末床的增材制造工艺中的粉末扩散动力学行为对于设计铺粉结构和铺粉参数、识别粉末床中的缺陷形成机制以及指导优化原料粉末的设计至关重要。
[0004]因此，如何提供一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，更早从监测数据中提取特征，识别缺陷及加工状态，从而及时调整工艺参数避免出现质量缺陷，克服选区激光熔化工艺的稳定性和可重复性不足，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
[0005]为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，便于在LPBF增材制造过程中尽早识别缺陷及加工状态，从而及时调整工艺参数避免出现质量缺陷。
[0006]本专利技术提供了一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，包括：
[0007]粉末传送系统，所述粉末传送系统处于真空环境内，粉末材料F于所述粉末传送系统内铺展，并逐渐形成微型粉末床；
[0008]激光系统，所述激光系统位于微型粉末床顶部并发射激光撞击；
[0009]X射线源，所述X射线源发射的X射线自一侧照射所述微型粉末床；以及
[0010]X射线成像系统，所述X射线成像系统和所述X射线源相对布置，所述X射线成像系统用于接收粉末材料扩散过程中与粉末材料扩散同步的X射线，成像，实时对粉末扩散进行现场X射线成像分析。
[0011]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，采用激光粉末床融合技术与高能量X射线成像系统相结合，可实现原位监测，具有实时性且适用性强，能够尽早地识别缺陷，从而减少废品率和后处理工序、缩短研制周期，还为提供全程可溯的加工信息创造了可能。采用X射线源、X射线成像系
统收集增材工艺过程信号，实时获取加工过程的状态数据；从监测数据中提取特征，识别缺陷及加工状态，从而及时调整工艺参数避免出现质量缺陷，能够有效的克服选区激光熔化工艺的稳定性和可重复性不足的问题。
[0012]进一步地，所述真空环境为通过保护气罐提供保护气体维持的真空室Z，所述真空室Z侧壁上开设有工艺窗。
[0013]进一步地，所述工艺窗外部采用旁轴监测方式连接有高速摄像机，所述高速摄像机对真空环境下的可见光进行拍摄，其记录频率大于等于每秒二十万帧。
[0014]进一步地，所述激光系统包括激光器及扫描振镜，所述激光器发出的激光通过光纤束导入所述扫描振镜对真空室作业。
[0015]进一步地，所述X射线成像系统采用先进光子源光束线
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ID
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B的高速高能X射线成像设备。
[0016]进一步地，所述粉末传送系统底部具有粉床工作台，所述粉床工作台顶部形成铺粉槽，铺粉滚轮通过传动机构带动，沿所述传动机构的传动方向在所述铺粉槽内铺展粉末材料F，使其逐渐形成微型粉末床。
[0017]进一步地，所述传动机构通过动力部件连接、且驱动所述铺粉滚轮。
[0018]进一步地，所述粉床工作台顶部固定有基板，所述基板两侧固定有两个高于其顶面、且平行布置的碳板玻璃，所述基板和两个所述碳板玻璃之间形成铺粉槽。
[0019]进一步地，所述铺粉槽顶部具有两个一一对应固定于两个所述碳板玻璃上的两个限位板，用于保证所述铺粉滚轮直线运动，且两个所述限位板与所述传动机构过盈配合。
[0020]本专利技术的另一个目的在于提供一种LPBF增材制造过程中的原位监测方法，粉末材料在粉末传送系统上铺展形成微型粉末床过程中，处于真空环境内，激光系统从顶部发射激光撞击微型粉末床，微型粉末床一侧面通过X射线穿透，另一侧面通过X射线成像系统接收粉末材料扩散过程中与粉末材料扩散同步的X射线，成像，实时对粉末扩散进行现场X射线成像分析。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术提供的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置的主视示意图；
[0023]图2为本专利技术提供的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置的侧视示意图；
[0024]图3示出了粉末传送系统的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0026]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖
直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0028]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0029]本专利技术实施例公开了一种具有原位监本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，其特征在于，包括：粉末传送系统(1)，所述粉末传送系统(1)处于真空环境内，粉末材料(F)于所述粉末传送系统(1)内铺展，并逐渐形成微型粉末床；激光系统(2)，所述激光系统(2)位于微型粉末床顶部并发射激光撞击；X射线源(3)，所述X射线源(3)发射的X射线(31)自一侧照射所述微型粉末床；以及X射线成像系统(5)，所述X射线成像系统(5)和所述X射线源(3)相对布置，所述X射线成像系统(5)用于接收粉末材料扩散过程中与粉末材料扩散同步的X射线(31)，成像，实时对粉末扩散进行现场X射线成像分析。2.根据权利要求1所述的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，其特征在于，所述真空环境为通过保护气罐(7)提供保护气体维持的真空室(Z)，所述真空室(Z)侧壁上开设有工艺窗(4)。3.根据权利要求2所述的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，其特征在于，所述工艺窗(4)外部采用旁轴监测方式连接有高速摄像机(6)，所述高速摄像机(6)对真空环境下的可见光进行拍摄，其记录频率大于等于每秒二十万帧。4.根据权利要求1所述的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，其特征在于，所述激光系统(2)包括激光器(22)及扫描振镜(23)，所述激光器(22)发出的激光通过光纤束(21)导入所述扫描振镜(23)对真空室作业。5.根据权利要求1
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4任一项所述的一种具有原位监测功能的LPBF增材制造装置，其特征在于，所述X射线成像系统(5)采用先进光子源光束线32
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ID
【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，王优，李怀学，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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