[发明专利]一种激光增材制造在线监测方法

说明书

本发明公开了一种激光增材制造在线监测方法，包括：实时采集熔池中心温度和熔池直径大小；当采集的所述熔池中心温度或熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系时，则根据该关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池中心温度与熔池直径大小均符合预先存储的激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系。应用本发明提供的激光增材制造在线监测方法，实现在线监测与控制的目的，变事后检测为事中干预，具有可控性好、加工效率高的优点，能够更好的应用于轮船、轨道交通等领域大尺寸、大面积的在线监测，更好的适应柔性制造环境，具有更为深远的现实意义。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，更具体地说，涉及一种激光增材制造在线监测方法。

背景技术

激光增材制造的过程不同于传统材料的制造，传统材料在经过铸造、锻造、加工后，采用X射线、超声等检测方法来确定材料是否合格，对于不合格的产品做报废处理或者采用焊接等方法进行补救。但激光增材制造由于是采用层层叠加而生产出来的，在监测与监控的质量监控方面要显著区别于传统的制造方法。

对增材制造来说，通常情况下，每一道激光扫描能熔化并重新凝固数层粉末，粉末层的厚度通常为20μm至几个mm。在每一次激光照射后将额外的粉末从工作区刮掉(铺粉)或者直接送上新的粉末(送粉)进行熔化，然后重复上述过程，直到构建出一个坚固的三维(3D)零件。每一个“构建”过程包含数以千计的分层，因此每次运行需要花费几十到几百个小时。每一次“构建”可以生成数十个相同或不同的零件。

综合上述问题一起考虑，特别是那些对结构起到关键作用的零件，广泛应用增材制造技术所要面临的重大挑战是成品的合格性以及如何检定其合格性。最近，关于增材制造的一些报道都在呼吁借助在线、闭环的过程控制和传感器来确保增材制造的质量、一致性和再现性。在线质量监测，有利于减少浪费，这将免除通常在构建后进行的检测或破坏性测试。

随着轮船、航空航天、轨道交通等行业的高速发展，在激光设备价格下降、自动化程度提高的影响下，对增材制造质量的要求越来越高，现有的质量检测方法已无法满足现有制造业对激光增材制造的质量要求和自动化的现实需求。因此，需要针对激光增材制造设计一种在线监测方法。

综上所述，如何有效地解决激光增材制造质量要求难以满足等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光增材制造在线监测方法，该激光增材制造在线监测方法可以有效地解决激光增材制造质量要求难以满足的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光增材制造在线监测方法，包括：

实时采集熔池中心温度和熔池直径大小；

当采集的所述熔池中心温度或熔池直径大小不符合预先存储的激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系时，则根据该关系调整所述激光功率P以使采集的所述熔池中心温度与所述熔池直径大小符合预先存储的激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系。

优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述预先存储的激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系，具体包括：

通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和送粉速率Mp三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池中心的温度和熔池直径大小，并以金相分析和计算得到的稀释率及熔覆层形状系数，确定激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系并存储；

或者通过分别固定激光功率P、激光扫描速度V和铺粉厚度三者中的任两者，变化另一者进行试验并记录熔池中心的温度和熔池直径大小，并以金相分析和计算得到的稀释率及熔覆层形状系数，确定激光功率P与熔池中心温度和熔池直径的关系并存储。

优选地，上述激光增材制造在线监测方法中，所述实时采集熔池中心温度之前，还包括步骤：