[发明专利]三维打印机及铺粉缺陷检测方法

说明书

本发明涉及一种三维打印机及铺粉缺陷检测方法。该打印机包括铺粉单元，用于移动以铺设粉末并刮平，以获得粉末层；激光发生单元，与所述铺粉单元连接，且随铺粉单元同步移动；所述激光发生单元用于发射激光，所述激光用于照射所述粉末层表面；图像传感单元，用于采集所述激光发生单元所产生的所述激光在所述粉末层表面上移动时所形成的图像。通过激光发生单元随铺粉装置同步运动，可以在铺粉过程中进行铺粉缺陷检测。另外，由于激光的亮度与刮平后的粉末表面对环境光的反射亮度差距大，使得更易分辨出激光形状数据，以识别刮平后的粉末表面的各类缺陷，有效提高铺粉缺陷的识别准确率，提高打印成功率。

技术领域

本发明涉及粉末床三维成形技术领域，特别是涉及一种三维打印机及铺粉缺陷检测方法。

背景技术

粉末床三维成形是增材制造的重要构型之一。根据成形方法不同，可进一步分为激光选区熔融成形(SLM)、激光选区烧结成形(SLS)、微喷融合成形(3DP)等3D打印工艺及对应装备。它们均采用供粉装置向成形仓内的粉末床逐层定量供应粉末。通过铺粉装置将所供应粉末均匀铺敷在粉末床平面上，形成厚度均匀可控的粉末薄层。粉末薄层被大功率激光扫描装置、液体介质微细喷射装置处理后，被处理区域固结为片状整体，未处理区域则维持原有的游离粉末状态。而后通过粉末床中打印基板的逐层下降，与逐层供粉、铺粉、固结处理反复执行，所得片状固化物逐层累积，直至生成完整的三维成形体。

这种逐层供粉、铺粉与区域选择性固结的三维成形原理，使得粉末床3D打印机普遍具有成形自由度高、支撑结构依赖性低、尺寸精准、表面质量好，以及后处理简单的优势。至今，粉末床三维成形可用粉末已发展为：包括不锈钢、高温合金、钛合金、铝硅镁合金等金属粉末，PA、TPU、PE、PS等高分子粉末，以及氧化锆、氧化铝等陶瓷粉末在内的丰富材料体系。其中金属粉末一般对应SLM打印机，高分子粉末多采用SLS打印机，陶瓷粉末材料则多用于3DP打印机。

粉末床3D打印机的铺粉装置一般采用刮条、刮刀或粉辊等部件推动粉堆前进铺粉，以生成表面平整的粉末层。该过程依赖于每次供粉的足量、粉末粒度及分布均匀性、良好的流动性，以及刮条、刮刀、粉辊状态的完好性等多方面因素。

然而在实际的3D打印过程经常持续数十小时，层数多达数千层，在漫长的成形过程中，供粉量以及粉末流动性难以自始至终保持一致。从而导致粉末层具有铺粉缺陷，导致粉末层固化后具有翘曲、凹陷等部分。而刮条、刮刀、粉辊也会发生磨损、疲劳变形，甚至与翘曲的固化物发生碰撞而损坏。此外，粉末不良固化所产生的球化、粉末中的大颗粒异物，以及粉末在供粉、铺粉装置中受挤压所产生的板结物，也容易残留在铺粉平面上。

上述因素会导致粉末层表面发生覆盖不完整、波纹状皲裂、带状沟槽与凸起、点状凹陷与凸起等缺陷，进而在后续的粉末层固化处理时破坏固化物平整性。而不平整的固化物会继续诱发后续的铺粉缺陷，从而产生涟漪效应。最终在三维成形体表面和内部生成条纹、孔洞等缺陷，严重时还会导致铺粉装置损坏、打印失败等生产事故。

在传统技术中，三维打印机一般是通过采集新铺粉末层表面的灰度图像，并提取灰度值异常区域的直线、波纹、点块等特征以检测铺粉缺陷。然而该方法很容易造成缺陷漏检与误报。此外，在一些其他的打印机中，会采用结构光投影检测粉末床平面凸起、凹陷特征的方案，但该方案复杂、硬件成本高、数据处理耗时长，而且结构光检测区域无法覆盖整个铺粉平面，对点块状缺陷的检出效果较差。

目前亟需一种可高效识别铺粉缺陷的检测方法，以提升3D打印成功率。

发明内容

基于此，有必要针对在3D打印过程中，由于铺粉缺陷识别效果不佳导致打印失败率较高的问题，提供一种三维打印机及铺粉缺陷检测方法。

一种三维打印机，包括：

铺粉单元，用于移动以铺设粉末并刮平，以获得粉末层；

激光发生单元，与所述铺粉单元连接，且随铺粉单元同步移动；所述激光发生单元用于发射激光，所述激光用于照射所述粉末层表面；