[发明专利]基于选区激光熔融技术的多信号多波段监控系统及方法

说明书

本发明提供一种基于选区激光熔融技术的多信号多波段监控系统及方法，包括：成型光路系统，成型光路系统包括激光器，激光器的射出光路上设有第一分束镜，第一分束镜的透射光路上设有用于检测激光信号的第一光电传感器，第一分束镜的反射光路上设有振镜系统；熔池检测系统，熔池检测系统包括准直透镜，准直透镜布置于第一分束镜背向振镜系统的一侧，准直透镜的射出光路上设有第二分束镜，第二分束镜的反射光路上设有用于检测近红外信号的第二光电传感器，第二分束镜的透射光路上设有用于检测红外热辐射信号的第三光电传感器。本发明能够实时检测到激光信号、近红外信号以及红外热辐射信号，分析获得激光器的工作信息和熔池的状态信息。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种基于选区激光熔融技术的多信号多波段监控系统及方法。

背景技术

选择性激光熔融技术(Selective Laser Melting，SLM)是利用高能量的激光束，按照预定的扫描路径，扫描预先铺覆好的金属粉末，将其完全熔化，再经冷却、凝固后成型的一种技术。作为3D打印技术的一种，SLM技术依据3D模型直接制成金属产品，适合各种复杂形状的工件，具有较好的致密度和传统加工工艺相当的机械性能。但由于SLM技术是一个涉及定向热传递的复杂热演化过程，零件可能会遇到反复的固态相变；频繁的定向热量提取会导致晶粒结构在Z轴方向(垂直于构建平台)呈柱状，因此力学性能通常呈各向异性；SLM技术过程中有可能出现内部孔隙以及相邻层之间融合不足等缺陷。

过程监控解决的主要问题是SLM设备或激光与材料的相互作用所产生的多变性，因为后者会反过来扰乱金属的微观结构或宏观力学性能。增材制造零件的显微结构属性由材料的热演化过程来决定，“熔池”是构成这一过程的最小单元，因此从这个角度来说实现“熔池监控”能够实现实时的质量保证。

传统的SLM设备存在无法实时获得熔池温度的情况，传统的调节工艺参数方式是间接和滞后的。因此，如何实时收集熔池温度并对其进行分析，成为当前需要解决的问题。

现有专利提供了一种选择性激光熔融3D打印机的熔池光谱温控方法及系统(申请号：201910253918.X)以及一种选择性激光熔融3D打印机的熔池温度检测系统及方法(申请号：202010190158.5)，这两种现有专利均为了提取“金属熔池辐射光”并且仅仅基于单一特征——“金属熔池辐射光”来获得熔池温度，所掌握的熔池情况往往不够精确，从而导致3D打印产品的质量依旧不高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于选区激光熔融技术的多信号多波段监控系统及方法，能够实时检测到激光信号、近红外信号以及红外热辐射信号，分析获得激光器的工作信息和熔池的状态信息，从而能够及时调整、优化3D打印机的工艺参数。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于选区激光熔融技术的多信号多波段监控系统，包括：

成型光路系统，成型光路系统包括激光器，激光器的射出光路上设有第一分束镜，第一分束镜用于将由激光器射出的激光束分离成反射激光束和透射激光束，第一分束镜的透射光路上设有用于检测激光信号的第一光电传感器，第一分束镜的反射光路上设有振镜系统，振镜系统的反射光路上设有打印工作台，由打印工作台发出的辐射光通过振镜系统返回至第一分束镜；

熔池检测系统，熔池检测系统包括准直透镜，准直透镜布置于第一分束镜背向振镜系统的一侧以将透射于第一分束镜的辐射光变成平行辐射光束，准直透镜的射出光路上设有第二分束镜，第二分束镜用于将平行辐射光束分离成反射辐射光束和透射辐射光束，第二分束镜的反射光路上设有用于检测近红外信号的第二光电传感器，第二分束镜的透射光路上设有用于检测红外热辐射信号的第三光电传感器。

优选地，所述成型光路系统还包括动态聚焦镜，动态聚焦镜设于第一分束镜的射出光路上并且位于第一分束镜和振镜系统之间。

优选地，所述成型光路系统还包括光学保护镜，光学保护镜设于振镜系统的反射光路上并且位于振镜系统和打印工作台之间。