供稿人:張旺 李滌塵 發(fā)布日期：2017-11-23
激光選區(qū)熔化成形設(shè)備在加工具有復(fù)雜外形和較大尺寸的部件一般所需時(shí)間為10-20小時(shí)。由于加工過程中熱傳導(dǎo)和基板溫度等重要因素會(huì)發(fā)生改變，熔池及其熱影響區(qū)的溫度進(jìn)而變得不穩(wěn)定，最終影響加工質(zhì)量。因此，對(duì)整個(gè)成形過程中的熔池溫度場(chǎng)進(jìn)行過程監(jiān)控，調(diào)整工藝參數(shù)以保證加工質(zhì)量穩(wěn)定，具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
法國(guó)里昂大學(xué)MariaDoubenskaia等人研發(fā)了一套集成于激光選區(qū)熔化成形設(shè)備光路系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)溫度場(chǎng)光學(xué)監(jiān)測(cè)裝置。監(jiān)測(cè)光路與激光光路同軸，有利于跟蹤監(jiān)測(cè)熔池及其熱影響區(qū)的溫度變化。
1、光纖激光器；2、擴(kuò)束鏡；3、光/溫信號(hào)分離鏡；4、振鏡；5、場(chǎng)鏡；6、粉床；7、反光鏡；8、高溫計(jì)透鏡；9、光纖頭；10、光纖；11、高溫計(jì)；12、CCD相機(jī) 圖1 光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖
研究人員通過分別改變激光掃描間距、鋪粉層厚來驗(yàn)證該光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，并研究了工藝參數(shù)對(duì)熔池及其熱影響區(qū)溫度的影響。圖中高溫計(jì)信號(hào)的強(qiáng)弱與溫度成正相關(guān)。
圖2 鋪粉層厚為0.05mm時(shí)高溫計(jì)信號(hào)隨掃描間距的變化
鋪粉層厚為0.05mm時(shí)，熔道與基板具有良好的冶金結(jié)合，在一定范圍內(nèi)，高溫計(jì)信號(hào)隨掃描間距的增大而增大。
圖3 鋪粉層厚均為1mm時(shí)曲線1對(duì)應(yīng)于掃描間距為1mm；2-0.3mm；3-0.18mm；4-0.12mm；5-0.09mm；6-0.07mm
鋪粉層厚為1mm時(shí)，在相同工藝參數(shù)下，熔道與基板沒有接觸，高溫計(jì)信號(hào)隨掃描間距的增大而減??；
圖4 高溫計(jì)信號(hào)隨鋪粉層厚的變化
相同工藝參數(shù)下，高溫計(jì)信號(hào)隨鋪粉層厚增大呈先增大后穩(wěn)定的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激光作用區(qū)域的高溫計(jì)信號(hào)及其熱影響區(qū)的二維溫度分布對(duì)激光選區(qū)熔化成形工藝參數(shù)（如鋪粉厚度、掃描間距等）的變化非常敏感，驗(yàn)證了該光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，并可應(yīng)用于加工過程中的質(zhì)量控制。