利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备制造技术

本发明专利技术提供了一种利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备，包括：成型室、激光系统、工作平台、刮粉器以及配件。成型室允许X射线穿过；激光系统用于发射激光；工作平台安装在成型室内的底部，与激光系统配合用于增材制造；刮粉器安装在工作平台的上方，用于铺粉；配件包括安装在工作平台上的玻璃碳板和基板，两片玻璃碳板夹持基板形成粉末床，X射线能够穿过玻璃碳板和基板。本发明专利技术通过同步辐射X射线对增材制造过程进行超高时间、空间分辨率成像，提供设计集成化的激光增材制造系统，有助于缩小设备的尺寸，有助于手动调节粉末床的厚度和宽度，实现多道、多层的样品制备，有助于实现同步辐射X射线对激光作用区域的动态成像。现同步辐射X射线对激光作用区域的动态成像。现同步辐射X射线对激光作用区域的动态成像。

【技术实现步骤摘要】
利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体地，涉及一种利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备。

技术介绍

[0002]选区激光熔化(SelectiveLaserMelting)是金属增材制造技术中最常用的技术之一。该技术利用激光作为能量输入，按照计算机软件剖分好的切片形状，选择性熔化铺好的粉末床，逐层、累积打印剖分切片，最终实现特定形状金属构件的高效、一体化制备。随着近年来激光技术的进步(如更高的激光功率、更小的光斑尺寸)，选区激光熔化技术制备的零件显微组织和力学性能得到了显著改善，能够直接生产近乎完全致密的构件。选区激光熔化技术几乎不受零件外形的限制，可以生产各种具有复杂不规则形状的金属零件，且无需后续切削加工处理，是一种革命化的金属材料制备方法。
[0003]因为极高的加热和冷却速率，激光与粉末的相互作用时间十分短暂(在毫秒级以下)。激光与粉末的作用过程十分复杂，包含粉末的熔化气化、飞溅、匙孔和孔洞的形成、熔池热对流等多重物理现象。深入揭示上述复杂热动力学过程的作用规律与基本原理，能够加速金属激光选区熔化技术的发展与应用。激光与粉末的相互规律的表征难，具体体现在作用区域的瞬时性(毫秒级以下)与局域性(百微米尺度)，对表征技术的时间与空间分辨率都提出了很高要求。目前常规的表征方法如电镜、中子散射等难以同时实现高时空分辨，可见光成像结合高速相机又无法观察到熔化熔体内部的热动力学过程。因此迫切需要一种新技术实现激光熔化过程中的动态监测。
[0004]同步辐射是带电粒子在磁场中沿着弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于最初是在同步加速器上观察到的，所以被称为“同步辐射”。同步辐射X射线的亮度高、波段宽、脉冲窄、准直性高，可以在微米尺度范围内捕捉瞬态物理过程。利用同步辐射X射线成像技术，就能够实现激光作用下熔池中热动力学过程的实时观测与研究。
[0005]现有公开号为CN113618085A的中国专利，其公开了一种适用于同步辐射光源的小型选区激光熔化增材装置，包括框架、激光器和转动组件；框架设置设置有工作平台，工作平台上设置有铺粉件、粉末储存仓、粉末回收仓、打印平台和用于驱动打印平台移动的传动件，激光器设置在框架的顶部，且激光器与打印平台对应；粉末储存仓和粉末回收仓分别设置在打印平台的两侧，且铺粉件设置在粉末储存仓的一侧，以使铺粉件能够将粉末储存仓排出的粉末推至打印平台上；转动组件与框架连接，以使转动组件带动框架转动。
[0006]现有公开号为CN111257356A的中国专利，其公开了一种用于X射线原位实时探测增材制造机理研究的探测系统及方法，该系统包括一增材制造腔体和X射线探测器装置；该增材制造腔体安装在一第一运动调节装置上；该增材制造腔体内设有一第二运动调节装置、样品床；该第二运动调节装置位于该增材制造腔体的底部，该第二运动调节装置上设有一安装座，该样品床安装在该安装座上；该增材制造腔体上开设一入射窗口，用于将能量源产生的激光或电子束通过该入射窗口入射到该样品床上的增材制造材料上，进行增材制
造；该增材制造腔体上开设一X射线入射窗口和一X射线出射窗口，X射线源产生的X射线依次通过该X射线入射窗口、该样品床、该X射线出射窗口入射到该X射线探测装置，进行信号探测。
[0007]专利技术人认为现有技术中的自动铺粉的机构，例如：粉末储存舱、粉末回收仓，以及驱动它们的传动机构，导致无法大幅度削减设备的尺寸和重量，可能无法满足同步辐射光源场地的要求；或者粉末床的宽度固定，无法灵活的调整，不能进行多道次的打印。因此，需要提供一种能够灵活调节粉末床、实现多道次的打印、小尺寸的设备。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备。
[0009]根据本专利技术提供的一种利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备,包括：
[0010]成型室：作为安装基础，且允许X射线穿过；
[0011]激光系统：安装在所述成型室的顶部，用于发射激光；
[0012]工作平台：安装在所述成型室内的底部，与所述激光系统配合用于增材制造；
[0013]刮粉器：安装在所述工作平台的上方，用于铺粉；
[0014]配件：包括安装在所述工作平台上的玻璃碳板和基板，两片所述玻璃碳板夹持所述基板形成粉末床，所述X射线能够穿过所述玻璃碳板和所述基板。
[0015]优选地，所述成型室包括：
[0016]成型室舱门：设置在所述成型室的前侧，采用透明材料，所述成型室舱门上设置有舱门旋转把手，底部设置有舱门安全磁性开关；
[0017]X射线透过窗：对称设置在所述成型室的左右两侧，与所述工作平台对应设置，采用高X射线透过率材料；
[0018]检测器：包括压力检测器和氧含量检测器，设置在所述成型室的外侧上方位置。
[0019]优选地，所述激光系统包括：依次设置的振镜、扩束镜以及光纤；所述光纤将所述激光传输至所述扩束镜，由所述扩束镜传输至所述振镜，由所述振镜传输至所述工作平台。
[0020]优选地，所述工作平台包括：
[0021]底座高度旋转盘：设置在所述工作平台的底部，采用螺纹结构，用于调节所述工作平台的升降；
[0022]Z轴升降微调平台：采用千分尺控制，用于调节所述基板的升降；
[0023]成型缸：用于安装所述玻璃碳板和所述基板；
[0024]旋转夹紧把手：包括设置在所述工作平台两侧的基板夹紧旋转把手和宽度调整旋转把手。
[0025]优选地，所述Z轴升降微调平台上设置有两个夹持块，一个紧固安装在所述Z轴升降微调平台上，另一个与所述基板夹紧旋转把手连接，两个所述夹持块配合夹紧所述基板。
[0026]优选地，所述成型缸包括两个成型块，一个紧固安装在所述工作平台上，另一个与宽度调整旋转把手连接，两个所述成型块配合形成成型缸台阶。
[0027]优选地，所述基板安装在所述成型缸台阶中部，所述基板两侧的所述成型块的侧壁上均形成有凹槽，所述玻璃碳板安装在所述凹槽内，所述成型缸台阶、所述基板以及所述
玻璃碳板三者配合形成所述粉末床。
[0028]优选地，所述工作平台顶部两侧设置有凹槽，所述成型缸上对应设置有通孔，所述凹槽和所述通孔配合允许所述X射线通过，所述凹槽上方设置有高度指针。
[0029]优选地，所述刮粉器包括：刮刀夹持件、刮刀压板以及刮刀，所述刮刀安装在所述刮刀夹持件底部的凹槽内，所述刮刀压板安装在所述刮刀夹持件的内部，用于压紧所述刮刀。
[0030]优选地，所述激光的焦平面与所述粉末床表面对齐，所述粉末床与所述X射线位于同一水平面。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：自动铺粉的机构，例如：粉末储存舱、粉末回收仓，以及驱动它们的传动机构，导致无法大幅度削减设备的尺寸和重量，可能无法满足同步辐射光源场地的要求；或者粉末床的宽度固定，无法灵活的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备，其特征在于，包括：成型室(100)：作为安装基础，且允许X射线穿过；激光系统(200)：安装在所述成型室(100)的顶部，用于发射激光；工作平台(300)：安装在所述成型室(100)内的底部，与所述激光系统(200)配合用于增材制造；刮粉器(400)：安装在所述工作平台(300)的上方，用于铺粉；配件：包括安装在所述工作平台(300)上的玻璃碳板(510)和基板(520)，两片所述玻璃碳板(510)夹持所述基板(520)形成粉末床，所述X射线能够穿过所述玻璃碳板(510)和所述基板(520)。2.如权利要求1所述的利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备，其特征在于，所述成型室(100)包括：成型室舱门(110)：设置在所述成型室(100)的前侧，采用透明材料，所述成型室舱门(110)上设置有舱门旋转把手(120)，底部设置有舱门安全磁性开关(130)；X射线透过窗(140)：对称设置在所述成型室(100)的左右两侧，与所述工作平台(300)对应设置，采用高X射线透过率材料；检测器：包括压力检测器(150)和氧含量检测器(160)，设置在所述成型室(100)的外侧上方位置。3.如权利要求1所述的利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备，其特征在于，所述激光系统(200)包括：依次设置的振镜(210)、扩束镜(220)以及光纤(230)；所述光纤(230)将所述激光传输至所述扩束镜(220)，由所述扩束镜(220)传输至所述振镜(210)，由所述振镜(210)传输至所述工作平台(300)。4.如权利要求1所述的利用同步辐射X射线成像监测增材制造过程的设备，其特征在于，所述工作平台(300)包括：底座高度旋转盘(310)：设置在所述工作平台(300)的底部，采用螺纹结构，用于调节所述工作平台(300)的升降；Z轴升降微调平台(320)：采用千分尺控制，用于调节所述基板(520)的升降；成型缸(330)：用于安装所述玻璃碳板...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赞，刘阳，贺宏武，王戈，邹炳坤，张国栋，
申请(专利权)人：西安铂力特增材技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：