選區(qū)激光熔化技術是一種先進的數(shù)字化制造技術,其利用激光束按照已規(guī)劃的路徑,作用于金屬粉末,使粉末熔化后凝固成形。目前,選區(qū)激光熔化技術已應用于航天、醫(yī)學、軍工、模具等多個領域。由選區(qū)激光熔化技術的成形過程可知,每一個成形實體都是由微小的激光作用單元熔池堆疊而成,熔池將直接影響到成形質(zhì)量的好壞。因此,對選區(qū)激光熔化過程中的熔池進行監(jiān)控具有重要意義。本文采用Lumasense近紅外熱像儀,對成形過程進行監(jiān)測,實時跟蹤熔池位置并獲取紅外圖像。采用Ti-6Al-4V粉末打印40個單層熔覆道,用紅外熱像儀的不同測溫區(qū)間記錄打印過程,并對獲取的紅外圖像預處理。結(jié)合理論分析得出熔池溫度梯度分布特點,確定了紅外圖像中的熔池邊界,提取熔池,計算出熔池寬度。之后,建立紅外圖像中熔池寬度與實際成形熔覆道寬度的對應關系,在新的實驗組上進行驗證,發(fā)現(xiàn)從紅外圖像中提取出的熔池經(jīng)過映射關系得出的熔覆道寬度與實測熔覆道寬度相對誤差為5%左右,表明熔池提取方法的可靠性。通過對熔池提取的研究,表明紅外圖像中蘊含著熔池豐富的特征信息。實際成形過程中,由于激光的快速作用,在短時間內(nèi)可以捕捉到大量的熔池信息;為了高效地處理熔池... 

【文章來源】：中國科學院大學(中國科學院重慶綠色智能技術研究院)重慶市

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)EBM設備，(b)成形樣品Figure1.1(a)EBMequipment,(b)Formedsamplesof3Dprinting.

第2章選區(qū)激光熔化設備及監(jiān)測系統(tǒng)11第2章選區(qū)激光熔化設備及監(jiān)測系統(tǒng)本課題基于選區(qū)激光熔化設備搭建紅外監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)控激光掃描過程中的熔池形態(tài)，獲取紅外圖像并進行熔池特征提取，利用深度學習技術對不同工藝參數(shù)下的熔覆道尺寸進行預測，實現(xiàn)選區(qū)激光熔化過程的在線監(jiān)控。本章詳細介紹實驗設備、原材料及紅外成像系統(tǒng)。2.1選區(qū)激光熔化設備簡介2.1.1總體介紹選區(qū)激光熔化設備為課題組自主研發(fā)，如圖2.1所示，主要由光源系統(tǒng)、激光掃描系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、鋪粉裝置、軟件控制系統(tǒng)、熔池檢測系統(tǒng)等組成。圖2.1選區(qū)激光熔化設備Figure2.1Selectivelasermeltingequipment.在激光掃描系統(tǒng)中，光源為波長1070nm，最大功率500W的近紅外光纖激光器，光斑直徑為92μm。激光經(jīng)由反射鏡、擴束鏡、動態(tài)聚焦透鏡進入振鏡系統(tǒng)，作用于成形平臺的指定區(qū)域。通過控制激光功率、掃描時間與路徑，實現(xiàn)不同需求的具體零件制造，搭建的光路系統(tǒng)如圖2.2所示。

選區(qū)激光熔化中熔池紅外圖像處理及其應用研究12圖2.2光路系統(tǒng)Figure2.2Opticalsystem.成形腔是激光選區(qū)熔化設備必不可少的部件，裝備的最大成形高度（z方向）為250mm，面積（即xy方向）為250mm×250mm。粉末系統(tǒng)中，料斗中的粉末經(jīng)過漏粉裝置進行粉末傳輸，準確控制輸送到打印平臺上的粉末量，與刮板裝置配合將粉末均勻鋪設在平臺上，以滿足不同粒徑材料、不同鋪粉厚度的要求。選區(qū)激光熔化中的零件制造是通過逐層累加的方式進行，即在高度方向上（z方向）通過平臺的升降實現(xiàn)。在升降系統(tǒng)中，升降機構的承載強度需考慮到不同材料最大打印尺寸的重量，運動精度也會影響鋪粉厚度控制及成形件的成形精度。粉末成形過程中，需要嚴格控制成形腔內(nèi)的含氧量，通過氛圍系統(tǒng)（包括真空泵、壓力傳感器、電磁閥、流量計、鼓風機等）降低氧濃度到指定目標值，并將保護氣體氬氣充入成形腔，直至腔體壓力與外界大氣壓基本平衡。此外，電氣控制系統(tǒng)對各個系統(tǒng)進行流程控制，軟件控制系統(tǒng)主要有運動控制模塊、掃描控制模塊、氛圍系統(tǒng)模塊、打印參數(shù)顯示模塊。其中運動控制模塊主要實現(xiàn)粉末系統(tǒng)、升降系統(tǒng)的運動控制，掃描控制模塊主要對振鏡、激光器進行控制。2.1.2光路系統(tǒng)選區(qū)激光熔化利用相機進行監(jiān)測成形過程時，相機的安裝方式主要有同軸（拉格朗日參考系）安裝和離軸（歐拉參考系）安裝，如圖2.3所示。其中，離軸安裝將相機固定在設備外中的某個位置，并根據(jù)相應需求調(diào)節(jié)成像角度，能夠進行視場范圍內(nèi)的全局觀測，對視場內(nèi)的熔融行為理解更為直觀。Grassoetal.在鏡頭前加上顯微鏡頭，觀測精度更高[51]。通常制造過程涉及區(qū)域超出了相機的視


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