本發(fā)明涉及一種選擇性激光熔化成形制品殘余應(yīng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，屬于3D打印增材制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)是一種與傳統(tǒng)材料加工方法相反，基于三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過材料逐層疊加構(gòu)造三維物體的技術(shù)。3D打印技術(shù)涉及CAD/CAM、機(jī)械工程、分層制造技術(shù)、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。該技術(shù)簡(jiǎn)化了制造程序，縮短了新品研制周期，降低了開發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)，被認(rèn)為是第三次工業(yè)革命。選擇性激光熔化成形技術(shù)（SLM）是3D打印技術(shù)領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。該技術(shù)利用高能束激光直接熔化金屬粉末，可成形高性能金屬零件。

SLM 技術(shù)的基本原理是: 先在計(jì)算機(jī)上利用三維造型軟件設(shè)計(jì)出零件的三維實(shí)體模型，通過專用軟件對(duì)零件三維模型進(jìn)行切片分層，得到各截面的輪廓數(shù)據(jù)，隨后將處理完的數(shù)據(jù)導(dǎo)入成形設(shè)備。激光束開始掃描前，鋪粉裝置首先把金屬粉末平鋪到成形缸的基板上，激光束再按當(dāng)前層的填充輪廓線選區(qū)熔化成形基板上的金屬粉末。加工完當(dāng)前層后，成形缸下降一個(gè)層厚的距離，粉料缸上升一定距離，鋪粉裝置在已加工好的當(dāng)前層上鋪好金屬粉末，設(shè)備調(diào)入下一層輪廓的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，如此層層加工，直到整個(gè)零件加工完畢。整個(gè)加工過程在通有惰性氣體保護(hù)的成形腔中進(jìn)行，以避免金屬在高溫下與其他氣體發(fā)生反應(yīng)。

SLM成形過程中，由于金屬粉末在激光熔化后冷卻速率較快，制品內(nèi)部冷卻不均，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起制品翹曲變形，從而影響制品質(zhì)量，甚至成形失敗。目前難以監(jiān)測(cè)和控制SLM成形過程中制品內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布及大小，無法避免由于殘余應(yīng)力引起的制品翹曲變形，在一定程度上影響了SLM技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠?qū)χ破穬?nèi)部殘余應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，避免制品翹曲變形，提高成品率的選擇性激光熔化成形制品殘余應(yīng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為選擇性激光熔化成形制品殘余應(yīng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，包括：成型腔，所述成型腔上設(shè)置有激光燒結(jié)成形器和報(bào)警器，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置通過位移調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在成型腔內(nèi)，且位于成形制品的上方，所述成型腔的側(cè)壁設(shè)置有主控系統(tǒng)，所述激光燒結(jié)成形器、報(bào)警器和X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置均與主控系統(tǒng)相連接；所述X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置主要由X射線管、準(zhǔn)直管和X射線探測(cè)器構(gòu)成，所述X射線管用于發(fā)射X射線，并通過準(zhǔn)直管照射在成形制品上，X射線探測(cè)器用于接收X射線。

優(yōu)選的，所述位移調(diào)整機(jī)構(gòu)包括液壓升降支柱、水平運(yùn)動(dòng)裝置和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置，所述液壓升降支柱安裝在成型腔的內(nèi)部?jī)蓚?cè)，所述水平運(yùn)動(dòng)裝置安裝在液壓升降支柱上，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置安裝在水平運(yùn)動(dòng)裝置上，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置安裝在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置上，所述X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置上安裝有紅外測(cè)距裝置，所述紅外測(cè)距裝置與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述水平運(yùn)動(dòng)裝置主要由第一滑軌、支座、第一滑塊、前后絲杠、左右絲杠、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)和左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，所述第一滑軌安裝在液壓升降支柱的頂部，所述第一滑軌的兩端安裝有支座，所述支座之間設(shè)置有前后絲杠，所述第一滑塊的底部安裝在第一滑軌上，且頂部通過絲母安裝在前后絲杠上，所述前后絲杠的端部安裝前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述第一滑塊之間設(shè)置有左右絲杠和第二滑軌，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置中的第二滑塊滑動(dòng)安裝在第二滑軌上，且通過絲母安裝在左右絲杠上，所述左右絲杠的端部設(shè)置有左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)和左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)均與主控系統(tǒng)相連接。

優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置主要由第二滑塊、吊柱、吊架、橫桿、水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組、豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組、水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，所述第二滑塊的底部設(shè)置有吊柱，所述吊柱上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有吊架，所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組安裝在第二滑塊頂部，且與吊柱相連接，水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組與水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)相連接，所述吊架上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有橫桿，所述吊架的側(cè)壁上設(shè)置有豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組，且與橫桿相連接，所述豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組與豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)相連接，所述X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置安裝在橫桿上，所述水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)均與主控系統(tǒng)相連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明在SLM成形時(shí)，該裝置能夠?qū)χ破穬?nèi)部殘余應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。當(dāng)制品內(nèi)殘余應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，通過報(bào)警裝置提醒操作者調(diào)整成形參數(shù)，從而減小或消除制品內(nèi)部殘余應(yīng)力，避免制品翹曲變形，提高成品率及制品組織性能。該裝置對(duì)SLM成形技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1、圖2所示，選擇性激光熔化成形制品殘余應(yīng)力實(shí)時(shí)檢測(cè)裝置，包括：成型腔1，成型腔1上設(shè)置有激光燒結(jié)成形器13和報(bào)警器14，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23通過位移調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在成型腔1內(nèi)，且位于成形制品26的上方，成型腔1的側(cè)壁設(shè)置有主控系統(tǒng)19，激光燒結(jié)成形器13、報(bào)警器14和X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23均與主控系統(tǒng)19相連接；X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23主要由X射線管24、準(zhǔn)直管25和X射線探測(cè)器27構(gòu)成，X射線管24用于發(fā)射X射線，并通過準(zhǔn)直管照射在成形制品26上，X射線探測(cè)器27用于接收X射線。X射線從X射線管24產(chǎn)生，經(jīng)過準(zhǔn)直管25截取一束合適的光束照射到制品26表面，通過X射線探測(cè)器27探測(cè)衍射峰，測(cè)定衍射角，然后根據(jù)衍射角計(jì)算制品殘余應(yīng)力。

其中，位移調(diào)整機(jī)構(gòu)包括液壓升降支柱2、水平運(yùn)動(dòng)裝置和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置，液壓升降支柱2安裝在成型腔1的內(nèi)部?jī)蓚?cè)，水平運(yùn)動(dòng)裝置安裝在液壓升降支柱2上，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置安裝在水平運(yùn)動(dòng)裝置上，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23安裝在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置上，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23上安裝有紅外測(cè)距裝置16，紅外測(cè)距裝置16與主控系統(tǒng)19相連接。

水平運(yùn)動(dòng)裝置主要由第一滑軌3、支座15、第一滑塊6、前后絲杠7、左右絲杠8、前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5構(gòu)成，第一滑軌3安裝在液壓升降支柱2的頂部，第一滑軌3的兩端安裝有支座15，支座15之間設(shè)置有前后絲杠7，第一滑塊6的底部安裝在第一滑軌3上，且頂部通過絲母安裝在前后絲杠7上，前后絲杠7的端部安裝前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)4，第一滑塊6之間設(shè)置有左右絲杠8和第二滑軌17，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置中的第二滑塊10滑動(dòng)安裝在第二滑軌17上，且通過絲母安裝在左右絲杠8上，左右絲杠8的端部設(shè)置有左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)4和左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5均與主控系統(tǒng)19相連接。前后驅(qū)動(dòng)電機(jī)4轉(zhuǎn)動(dòng)，通過前后絲杠7驅(qū)動(dòng)第一滑塊6及安裝在滑塊上的裝置進(jìn)行前后移動(dòng)；左右驅(qū)動(dòng)電機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過左右絲杠驅(qū)動(dòng)第二滑塊10安裝在滑塊上的裝置進(jìn)行左右移動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置主要由第二滑塊10、吊柱20、吊架22、橫桿9、水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組11、豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組21、水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)18構(gòu)成，第二滑塊10的底部設(shè)置有吊柱20，吊柱20上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有吊架22，水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組11安裝在第二滑塊10頂部，且與吊柱20相連接，水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組11與水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12相連接，吊架22上轉(zhuǎn)動(dòng)安裝有橫桿9，吊架22的側(cè)壁上設(shè)置有豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組21，且與橫桿9相連接，豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組21與豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)18相連接，X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23安裝在橫桿9上，水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12和豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)18均與主控系統(tǒng)19相連接。水平轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)，通過水平轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組11驅(qū)動(dòng)吊架進(jìn)行水平方向的360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；豎直轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)18轉(zhuǎn)動(dòng)，通過豎直轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪組21驅(qū)動(dòng)X射線應(yīng)力檢測(cè)裝置23進(jìn)行豎直方向的360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。

通過液壓升降支柱、水平運(yùn)動(dòng)裝置和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)了X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23在任意位置移動(dòng)，從而能夠驅(qū)動(dòng)X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23沿制品截面輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行三維空間的測(cè)量，根據(jù)制品的形狀特點(diǎn)，調(diào)整適于的測(cè)量角度。其中紅外線測(cè)距裝置16，用于測(cè)量X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23與制品26截面的距離，并將距離信息反饋給控制系統(tǒng)19，從而進(jìn)行調(diào)整。

報(bào)警裝置14安裝在成形腔外側(cè)壁上，在激光燒結(jié)成形裝置13右側(cè)，每次激光燒結(jié)成形裝置13熔化成形零件一層截面后，控制系統(tǒng)19根據(jù)成形零件截面輪廓信息，通過X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23的測(cè)量角，測(cè)量距離和沿制品截面輪廓運(yùn)動(dòng)軌跡，保證測(cè)量的精確性。把測(cè)得的零件不同位置的殘余應(yīng)力分布及大小情況反饋給控制系統(tǒng)19。當(dāng)X射線應(yīng)力檢測(cè)儀23測(cè)得SLM成形過程中制品26內(nèi)部殘余應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，控制系統(tǒng)19將啟動(dòng)報(bào)警裝置14，提醒操作人員調(diào)整成形參數(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包在本發(fā)明范圍內(nèi)。