CN111570794A - 一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***及方法，该***包括了热电偶跟随安装装置、红外摄像装置、基板温度控制装置、熔融金属温度监测装置、数据传输装置和后台数据处理中心。热电偶跟随安装装置可对半固态金属熔融三维直写成形过程任意层和指定位置进行温度实时监测；红外摄像装置用于获取当前层表面全局温度；基板温度控制装置用于获取并调节成形基板温度；熔融金属温度监测装置用于获取半固态金属浆料温度；数据传输装置将所采集的温度数据发送至后台数据处理中心；后台数据处理中心用于对温度进行实时分析处理，为半固态成形工艺调整提供决策依据，可生产出精度更高、质量更好的零件产品对象。
Description
技术领域
本申请涉及一种半固态金属熔融三维直写成形的温度检测***及方法，属金属增材制造领域。
背景技术
金属熔融直写成形是一种金属快速制造技术，该方法是将液态金属按规定路径逐道、逐层沉积到基板上，获得三维金属零件。具有高效率、低成本、柔性化、绿色化的特点，目前被广泛应用于航空、航天、军事、医疗等高端领域中高性能、结构复杂零部件的快速、直接制造。
半固态成形是近年来发展起来的新型技术，其优点是材料的成形温度较低，得到零件尺寸精度高、材料浪费少，实现了近净成形。半固态成形的温度控制是比较关键的工艺参数，如成形基板温度控制精度要求为±5℃，半固态金属成形熔融温度控温精度为±3℃，需要进行全局温度的检测控制，包括成形基板的温度、成形金属熔融温度、成形过程不同层和不同区域的温度。半固态工艺要求对检测到的温度进行实时分析、反馈与控制，以优化工艺参数，提高成形件成形质量。
发明内容
为了解决金属半固态熔融直写工艺过程中温度参数难以全面、直接获取的问题，提高成形精度，本发明的目的在于提供一种适用于半固态熔融三维直写成形的温度监测***及方法。
本申请一方面公开了一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，包括热电偶跟随安装装置、红外摄像装置、基板温度控制装置、熔融金属温度测定装置、数据传输装置以及后台数据处理中心。
所述热电偶跟随安装装置设于成形平台侧方，与成形平台初始位置平齐，可对半固态金属熔融三维直写过程任意层和指定位置进行温度实时监测，并将温度数据经数据传输装置发送至后台数据处理中心，工艺温度区间控制在半固态金属成形有效区间
所述红外摄像装置设于成形平台顶部，用于按照设定时间进行摄像，获取直写过程全局温度。
所述基板温度控制装置设于基板内部，可用于获取并调节成形基板温度；包括预设在成形基板内部的热电偶及成形基板底部的加热线圈；所述成形基板内部热电偶对成形基板温度进行检测，用于判断成形基板温度是否处于工艺安全阈值，并在判断结果为否时，触发成形基板加热线圈开关进行加热或停止加热。
所述熔融金属温度测定装置设于坩埚内侧自上而下排布的热电偶，用于获取金属液温度并判断熔融金属液温度是否处于半固态成形温度区间，在判断结果为否时，进行报警，并能根据设定温度反馈调节。
所述数据传输装置与热电偶跟随安装装置、红外摄像装置和熔融金属温度测定装置相连接，用于将所述温度数据发送至所述后台数据处理中心；所述后台处理中心用于对温度进行实时分析处理，根据所述热电偶及所述红外摄像装置所测温度，判断当前温度范围是否处于半固态成形工艺温度范围。
本申请实施例公开了一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***及方法，该***包括热电偶跟随安装装置、红外摄像装置、基板温度控制装置、熔融金属温度测定装置、数据传输装置以及后台数据处理中心。热电偶跟随安装装置安装在成形平台侧方，可对半固态金属熔融三维直写过程任意层和指定位置进行温度实时监测；红外摄像装置安装在成形平台顶部，用于获取金属熔融三维直写半固态成形件成形过程中成形零件当前层表面全局温度；基板温度控制装置安装在成形基板内部，用于获取成形基板内部温度信息并判断是否处于工艺安全阈值，反馈调节成形基板加热温度；熔融金属温度测定装置安装在坩埚内部，用于获取坩埚内部熔融金属液温度信息并判断是否处于半固态成形温度区间。所述各温度测定装置与所述数据传输装置相连接，用于将所述温度信息发送至所述后台处理中心，进行温度分析处理，记录所述热电偶及红外摄像装置的历史温度，生成温度工艺报告。本申请基于多种温度测定方式，实时获取半固态金属熔融直写成形过程中的温度参数，并通过温度数据分析，判断当前温度参数是否处于半固态成形区间，实现了熔融直写温度的自动测定，提高成形精度。
附图说明
图1为本发明的实施例提供的应用于半固态金属熔融三维直写成形的温度监测***流程示意图；
图2为本发明的实施例提供的应用于铝合金半固态熔融三维直写成形的温度监测***结构示意图。
具体实施方式
为了解决金属半固态熔融直写工艺过程中温度参数难以获取的问题，提高成形精度，本申请通过以下实施例公开了一种适用于半固态熔融三维直写成形的温度监测***及方法。
实施例1
结合图1所示，本实施例为一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，以A356半固态铝合金熔融三维直写的温度监测为例，监测***包括热电偶跟随安装装置1、红外摄像装置2、基板温度控制装置3、熔融金属温度测定装置4、数据传输装置5以及后台数据处理中心6。
所述热电偶跟随安装装置1设于成形平台7侧方，与成形平台7初始位置平齐，可对半固态金属熔融三维直写过程任意层和指定位置进行温度实时监测，并将温度数据经数据传输装置5发送至后台数据处理中心6，工艺温度区间控制在半固态铝合金成形有效区间574-630℃内。
所述红外摄像装置2设于成形平台7顶部，用于获取金属熔融三维直写半固态成形件成形过程中零件成形当前层表面全局温度。
所述基板温度控制装置3包括设于成形基板8内部的热电偶及成形基板8底部的加热线圈。成形基板8内部热电偶对成形基板8温度进行检测，用于判断成形基板8温度是否处于工艺安全阈值150-200℃，并在判断结果为否时，进行成形基板8加热温度的反馈调节，保证成形基板8温度始终在金属熔融三维直写成形温度区间内。
所述熔融金属温度测定装置4设于坩埚9内侧，用于获取坩埚9内部熔融金属液实时温度信息并判断是否处于半固态成形温度区间630℃±3℃内。
所述数据传输装置5与热电偶跟随安装装置1、红外摄像装置2和熔融金属温度测定装置4相连接，用于将所述温度数据信息发送至所述后台数据处理中心6，进行温度分析处理，记录所述热电偶及红外摄像装置2的历史温度，生成温度工艺报告。
所述后台处理中心6用于对温度进行实时分析处理，根据所述热电偶及所述红外摄像装置2所测温度，判断当前温度范围是否处于半固态成形工艺温度范围。
实施例2
本实施例以半固态铝合金为例，所述方法应用于本申请实施例公开的一种半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，参见图1、图2所示，所述方法包括：
步骤1，获取基板温度控制装置3的温度信息。
步骤2，根据获取的成形基板8温度信息，判断成形基板8当前温度是否为工艺安全阈值150-200℃，若判断结果为是，则进行下一步。若判断结果为否，则反馈调节基板内部加热线圈加热温度，直至成形基板8测定温度为200℃。
步骤3，获取熔融金属温度测定装置4的温度信息。
步骤4，根据获取的熔融金属温度信息，判断铝合金浆料温度是否处于574-630℃，且喷嘴处热电偶采集温度是否处于630℃±3℃的半固态成形工艺区间。若判断结果为是，则进行下一步，若判断结果为否，则进行报警，并实时调节坩埚外侧加热线圈，使铝合金浆料温度始终保持在630℃左右。
步骤5，启动热电偶跟随安装装置1，根据金属熔融三维直写工艺过程，热电偶弹出装置1-1按照设定时间、设定位置排布热电偶。
步骤6，获取金属半固态熔融三维直写成形过程中成形件内部温度。
步骤7，按照设定时间进行红外摄像采集，获取金属半固态熔融三维直写成形过程中成形件外部全局温度。
进一步的，所述方法还包括，记录所述热电偶及红外摄像装置2的历史温度，生成温度工艺报告。
本申请基于多种温度测定方式，实时获取半固态金属熔融直写成形过程中的温度参数，并通过温度数据分析，判断当前温度参数是否处于半固态成形区间，实现了熔融直写温度的自动测定，提高成形精度。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，以上所述仅为本发明专利的优选实施例而已，并不用于限制本发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，其特征在于，包括热电偶跟随安装装置(1)、红外摄像装置(2)、基板温度控制装置(3)、熔融金属温度测定装置(4)、数据传输装置(5)以及后台数据处理中心(6)：
所述热电偶跟随安装装置(1)设于成形平台(7)侧方，与成形平台(7)初始位置平齐，用于根据金属熔融三维直写工艺过程，按照设定时间、设定位置排布热电偶，获取每层成形温度连续数据；
所述红外摄像装置(2)设于成形平台(7)顶部，用于获取当前层表面全局温度；
所述基板温度控制装置(3)设于成形基板(8)内部，可用于获取并调节成形基板(8)温度；
所述熔融金属温度测定装置(4)设于坩埚(9)内侧，用于获取金属液实时温度；
所述数据传输装置(5)与热电偶跟随安装装置(1)、红外摄像装置(2)和熔融金属温度测定装置(4)相连接，用于将所述温度数据发送至所述后台数据处理中心(6)；
所述后台处理中心(6)用于对温度进行实时分析处理，包括数据分析模块和报告生成模块，根据所述热电偶所测温度，判断并反馈调节当前温度范围，使工艺温度始终处于半固态成形工艺温度区间。
2.根据权利要求1所述的半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，其特征在于，所述热电偶跟随安装装置(1)可对半固态金属熔融三维直写过程任意层和指定位置进行温度实时监测，并将温度数据经数据传输装置(5)发送至后台数据处理中心(6)，工艺温度区间控制在半固态金属成形有效区间。
3.根据权利要求1所述的半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，其特征在于，所述基板温度控制装置(3)包括预设在成形基板(8)内部的热电偶及成形基板(8)底部的加热线圈；
所述成形基板(8)内部热电偶对成形基板(8)温度进行检测，用于判断成形基板(8)温度是否处于工艺安全阈值，并在判断结果为否时，进行成形基板(8)加热温度的反馈调节，保证成形基板(8)温度始终在金属熔融三维直写成形温度区间内。
4.根据权利要求1所述的半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，其特征在于，所述熔融金属温度测定装置(4)包括坩埚(9)内部自上而下排布的热电偶，用于判断不同高度液面时熔融金属液温度是否处于半固态成形温度区间，并在判断结果为否时，进行报警，并能根据设定温度反馈调节。
5.一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-3任一项公开的一种适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测***，所述方法包括：
获取金属熔融三维直写半固态成形件成形过程中零件内部设定位置温度信息；
获取金属熔融三维直写半固态成形件成形过程中零件外部全局温度信息；
获取成形基板(8)内部温度信息并判断是否处于工艺安全阈值，反馈调节成形基板(8)加热温度；
获取坩埚(9)内部熔融金属液温度信息并判断是否处于半固态成形温度区间，并在判断结果为否时，进行报警，并能根据设定温度反馈调节。
6.根据权利要求5所述的适用于半固态金属熔融三维直写成形温度监测方法，其特征在于，所述方法还包括，
记录所述热电偶及红外摄像装置(2)的历史温度，生成温度工艺报告。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200825 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |