[发明专利]一种在线逐层检测的增减材复合制造方法

说明书

本发明属于智能化复合增减材制造领域，并公开了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其包括：1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对STL模型进行切片，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形同时实时采集熔覆道截面形貌信息，并进行数据处理，得到当前熔覆层形貌以辅助规划增减材路径；3)重复步骤2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。本发明解决了以往制造和测量分离，无实时反馈，制造过程存在偏差的问题，提高了制造效率和制造精度，适应于逐层成形的增材制造。

技术领域

本发明属于智能化复合增减材制造领域，更具体地，涉及一种在线逐层检测的增减材复合制造方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing)是一种基于三维模型的自下而上的直接快速堆积成形技术，以其特有的产品设计研发周期短、生产效率高、以及可成形复杂零件等优势，在航空航天、舰船汽车、武器装备及生物医疗等领域均具有巨大应用前景。

丝材增材制造技术是指采用高能束热源，如电弧、激光、电子束等，将丝状原材料融化，然后按设定的成形路径层层堆积直至成形完成。由于丝材直径远远大于粉末的尺寸，所以丝材增材制造的尺寸误差也会远远大于粉末增材制造。另外，增材制造时材料以熔融状态进行层层堆积，过程状态不稳定，难以精确控制零件的几何精度和边缘形状，同时也容易产生内部缺陷，增材制造对过程中的工艺参数的变化十分敏感，任何参数的改变都有可能会影响成形过程的稳定性、成形件表面质量和尺寸精度。因此，在线的实时监测以及控制系统必不可少。

专利CN106425490A公开了一种复合增减材制造加工设备和方法，其在增材过程完成后，通过三维测量装置，测量零件的轮廓信息，与理论三维模型对比得到误差，再进行减材加工，最终得到带实际轮廓和理论三维模型误差在一定范围内的零件；专利CN106338521A公开了一种增材制造表面及内部缺陷复合检测方法及装置，该装置采用两个COMS相机，一个用于采集在增材制造完成后，利用线激光器扫描表面轮廓的图像，得到形貌三维尺寸，另一个用于采集焊道表面形貌，进行基于向量机的表面缺陷检测与分类。上述两种形貌测量方案均为在增材制造完成以后，进行三维形貌测量，增加了工序，影响了复合增减材的制造效率。此外，还有一些其他的检测方法，其通常是在零件完成以后，通过三坐标机、轮廓扫描仪等设备得到零件的整体尺寸数据，将之得到的数据与理论CAD模型数据比对得到误差分析，再进行铣削修整，若尺寸误差较大或者在某一环节出现问题导致产生内部缺陷，则需要对零件做局部去除和再制造，严重甚至会导致零件无法使用、报废等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其通过逐道逐层检测可得到熔覆道形貌以及熔覆层形貌，并可以与理论形态进行比对，实施过程形状、尺寸和表面缺陷的监控和反馈，充分利用了增材制造逐层制造及数字化成形的特点，解决了以往制造和测量分离，无实时反馈，制造过程存在偏差的问题，提高了制造效率和制造精度，适应于逐层成形的增材制造。

为实现上述目的，本发明提出了一种在线逐层检测的增减材复合制造方法，其该方法包括如下步骤：

(1)建立待成形零件的三维模型并转换成STL模型，对所述STL模型进行切片以获得多个层，并获得各层的理论形貌数据，预设每层的增材加工路径以及减材加工路径；

(2)按照当前层的增材加工路径熔覆成形以形成多个熔覆道，多个熔覆道构成当前熔覆层，在熔覆成形的同时实时采集熔覆道的截面形貌信息，并传送至上位机中进行数据处理，然后结合当前层的理论形貌数据，动态调整增减材规划轨迹；

(3)重复步骤(2)完成各层的熔覆成形进而完成整个零件的制造。