一种基于增材制造加工的在线分层检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，包括：步骤1)材料成形；步骤2)：平面探测及信息处理分析；步骤3)：在已检测的成形材料上继续进行下一层或多层待检测材料成形；步骤4)：在步骤3)得到的下一层或多层待检测成形材料上按上述步骤2)中的操作进行成形材料的检测；步骤5)：重复上述步骤3)和步骤4)的操作。优点：使用方便、检测可靠，可将复杂零件的整体检测离散成易于扫查检测的二维平面，完全消除检测盲区，并能对二维平面上的缺陷进行精确定位，及时方便地对缺陷进行去除或修补矫正，避免零件整体成形完毕缺陷被检出后无法去除而报废的情况发生，具有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种基于増材制造加工的在线分层检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及增材制造加工技术领域，特别涉及一种基于增材制造加工的在线分层检测方法。
【背景技术】
[0002]增材制造技术是指基于离散一堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原形、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓。增材制造是相对传统制造业米用的减材制造而目的，减材制造就是通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定形、切削、去除，从而最终生产出成品。与减材制造方法正相反，增材制造是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，它将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，就好比用砖头砌墙，逐层增加材料，最终形成物件。增材制造技术这种材料逐渐累加制造实体零件的技术，相对于传统的减材制造技术，是一种“自下而上”的制造方法。增材制造综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势，不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。增材制造能加工的材料种类较多，金属材料、非金属材料、生物材料都可以加工，而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著，尤其适合于单件小批量航空航天产品中零部件的制造，具有成本低和效率高的优点。
[0003]但是，金属增材制造是利用激光、电子束和电弧等热源将金属熔化堆积的过程，其工艺本质有一定的局限性。一方面采用增材制造成形时，是以液态金属熔滴过渡的方式进行金属材料的堆积，难以精确控制熔滴所含金属材料的能量和数量;另一方面液态金属熔池的存在，难以控制零件几何精度及零件边缘形状。同时，增材制造加工过程是也一个冶金过程，它伴随着零件内部组织转变、残余应力、变形及加工缺陷等问题的出现，从而会严重影响零件的机械性能。增材制造发展初期，是以光固化技术(SLA)、纸叠层成形(L0M)、选择性激光烧结(SLS)、熔丝沉积制造(FDM)、三维打印技术(3DP)为主要技术，只能承担树脂、纸类等非金属及少数金属材料的加工。产品也只局限于模形、样品、母模和功能结构件等类形，产品使用者往往只注重产品的外观结构，不会在意产品是否存在缺陷。随着增材制造技术越来越多地应用到金属加工领域，所加工的金属工件也从功能结构件向承力结构件转变，金属工件的力学性能越来越受到重视。然而增材制造中出现的影响零件性能的缺陷问题日益突出，如何发现缺陷、避免缺陷成为增材制造质量控制研究的趋势。
[0004]目前，金属增材制造零件的检测通常采用加工完毕后，对其进行X射线探伤、超声波探伤或者涡流探伤的方法判别工件是否存在缺陷，如果检测出有问题，轻者需要将问题部分去掉，对该部分重新成形;重者，因无法去除只能报废，或重新整体增材制造。增材制造相较于传统加工方法的优势在于加工结构复杂的昂贵金属，正是这一优势将在采用完工后整体检测这种思路上面临巨大阻碍，一方面增材制造工件往往结构复杂，整体检测会遇到检测盲区，例如结构重叠射线照不透、超声波反射面过多、涡流的趋肤效应和边缘效应等，造成零件漏检、误检；另一方面，一旦检测发现工件内部存在缺陷，现有手段对内部缺陷定位十分困难，造成无法修补而产生废品，增材制造的材料贵重且往往无法重复使用，对加工生产带来巨大的经济损失。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，有效的解决了现有技术的检测方法若检测出有问题，轻者需要将问题部分去掉，对该部分重新成形；重者，因无法去除只能报废，或重新整体增材制造的问题，还解决了现有技术的检测方法一旦检测发现工件内部存在缺陷，现有手段对内部缺陷定位十分困难，造成无法修补而产生废品，增材制造的材料贵重且往往无法重复使用，对加工生产带来巨大的经济损失的冋题。
[0006]本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]步骤I):材料成形，具体为，在设备内加工台面上进行一层或多层待检测材料的成形；
[0008]步骤2):平面探测及信息处理分析，具体为，将传感器移动至靠近成形后的待检测材料上方并在平面内进行移动扫查，并将探测到的信号同步发送至检测设备中进行信号处理，同步，检测设备将处理后得到的信息数据发送至后台信号分析处理主机进行信号分析、存储、判别，当检测到成形材料具有缺陷时，则后台信号分析处理主机报警；当检测到成形材料无缺陷时，传感器继续移动扫超，待扫查完毕后，移动回位；
[0009]步骤3):在已检测的成形材料上继续进行下一层或多层待检测材料成形；
[0010]步骤4):在步骤3)得到的下一层或多层待检测成形材料上按上述步骤2)中的操作进行成形材料的检测；
[0011]步骤5):重复上述步骤3)和步骤4)的操作。
[0012]本发明的有益效果是:使用方便、检测可靠，可将复杂零件的整体检测离散成易于扫查检测的二维平面，完全消除检测盲区，并能对二维平面上的缺陷进行精确定位，及时方便地对缺陷进行去除或修补矫正，避免零件整体成形完毕缺陷被检出后无法去除而报废的情况发生，具有广泛的应用前景。
[0013]在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0014]进一步，上述传感器为永磁扰动检测传感器或超声波传感器或红外传感器。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果是使用比较灵活，可根据材料特性选择不同的探测器进行使用。
[0016]进一步，当上述传感器为永磁扰动检测传感器时，上述待检测的成形材料层数I为,1 = 1，该层成形材料厚度d为，0mm<d < 4mm。
[0017]采用上述进一步方案的有益效果是使得检测更为准确。
[0018]进一步，当上述传感器为超声波传感器时，上述待检测的成形材料层数I为，5< I
<20，其成形材料总厚度d为，15_ < d < 60mm。
[0019]采用上述进一步方案的有益效果是使得检测更为准确。
[0020]进一步，当上述传感器为红外传感器时，上述待检测的成形材料层数I为，I< I <5，其成形材料总厚度d为，0mm<d < 15mm。
[0021]采用上述进一步方案的有益效果是使得检测更为准确。
[0022]进一步，上述步骤2)中的检测设备为无损检测仪。
[0023]采用上述进一步方案的有益效果是操作使用比较方便。
【具体实施方式】
[0024]以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0025]实施例:本实施例的基于增材制造加工的在线分层检测方法包括以下步骤:
[0026]步骤I):材料成形，具体为，在设备内加工台面上进行一层或多层待检测材料的成形；
[0027]步骤2):平面探测及信息处理分析，具体为，将传感器移动至靠近成形后的待检测材料上方并在平面内进行移动扫查，并将探测到的信号同步发送至检测设备中依次进行放大、滤波等处理，同步，检测设备将处理后得到的信息数据发送至后台信号分析处理主机进行信号分析、存储、判别，当检测到成形材料具有缺陷时，则后台信号分析处理主机报警;当检测到成形材料无缺陷时，传感器继续移动扫查，待扫查完毕后，移动回位；
[0028]步骤3):在已检测的成形材料上继续进行下一层或多层待检测材料成形；
[0029]步骤4):在步骤3)得到的下一层或多层待检测成形材料上按上述步骤2)中的操作进行成形材料的检测；
[0030]步骤5):重复上述步骤3)和步骤4)的操作。
[0031]上述的传感器安装在增材制造设备(如3D打印机)的材料成形喷嘴的驱动机构上，与喷嘴同步运动，驱动较为方便，在使用喷嘴喷出液体材料成形后，控制驱动机构带动传感器在靠近成形材料的上方进行移动，对材料进行探测，其主要针对成形材料的连续性进行探测，如对内部或表面的气孔、裂纹、夹杂物等缺陷进行探测，若探测到上述状况，则就逐层对缺陷进行修补，避免了零件多层加工完成后进行检测无法对缺陷进行有限修补的问题发生。
[0032]上述传感器为永磁扰动检测传感器或超声波传感器或红外传感器。
[0033]上述传感器还可选用X光传感器或其他适于缺陷无损检测的传感器。
[0034]进一步，当上述传感器为永磁扰动检测传感器时，上述待检测的成形材料层数I为，1 = 1，该层成形材料厚度d为，0mm<cK 4mm，传感器探测到的信号发送给检测设备，经放大、滤波等处理后将数据传递给后台信号分析处理主机，并在后台信号分析处理主机上形成曲线变化图，根据曲线峰值大小直观显示在成形材料上进行平面检测得状况。
[0035]进一步，当上述传感器为超声波传感器时，上述待检测的成形材料层数I为，5< I
<20，其成形材料总厚度d为，15mm < d < 60mm，传感器探测到的信号发送给检测设备，经放大、滤波等处理后将信息传递给后台信号分析处理主机，并在后台信号分析处理主机上以图像形式直接显示。
[0036]进一步，当上述传感器为红外传感器时，上述待检测的成形材料层数I为，I< I <5，其成形材料总厚度d为，0mm<cK 15mm，传感器探测到的信号发送给检测设备，经放大、滤波等处理后将信息传递给后台信号分析处理主机，并在后台信号分析处理主机上显示探测到的图像。
[0037]优选的，上述步骤2)中的检测设备为无损检测仪，上述无损检测仪6根据增材制造的材料特性、结构尺寸、加工方式等现场因素进行选择其规格、形号。
[0038]上述的传感器还可以采用单独设置在增材制造设备的驱动机构驱动其移动，更方便控制、操作。
[0039]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I):材料成形，具体为，在设备内加工台面上进行一层或多层待检测材料的成形； 步骤2):平面探测及信息处理分析，具体为，将传感器移动至成形后的待检测材料上方并在平面内进行移动扫查，并将探测到的信号同步发送至检测设备中进行信号处理，同步，检测设备将处理后得到的信息数据发送至后台信号分析处理主机进行信号分析、存储、判别，当检测到成形材料具有缺陷时，则后台信号分析处理主机报警；当检测到成形材料无缺陷时，传感器继续移动扫查，待扫查完毕后，移动回位； 步骤3):在已检测的成形材料上继续进行下一层或多层待检测材料成形； 步骤4):在步骤3)得到的下一层或多层待检测成形材料上按上述步骤2)中的操作进行成形材料的检测； 步骤5):重复上述步骤3)和步骤4)的操作。2.根据权利要求1所述的一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于:所述传感器为永磁扰动检测传感器或超声波传感器或红外传感器。3.根据权利要求2所述的一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于:当所述传感器为永磁扰动检测传感器时，所述待检测的成形材料层数I为，I = I，该层成形材料厚度d为，Omm<d < 4mm。4.根据权利要求2所述的一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于:当所述传感器为超声波传感器时，所述待检测的成形材料层数I为，5 < I < 20，其成形材料总厚度d为，15_ < d < 60mm。5.根据权利要求2所述的一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于:当所述传感器为红外传感器时，所述待检测的成形材料层数I为，^ I < 5，其成形材料总厚度d为，0mm<d < 1 5mm η6.根据权利要求1至5任一项所述的一种基于增材制造加工的在线分层检测方法，其特征在于:所述步骤2)中的检测设备为无损检测仪。
【文档编号】B22F3/105GK105834423SQ201610316006
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】张海鸥, 刘磊, 王桂兰
【申请人】武汉天昱智能制造有限公司