激光增材制造过程中的温度和熔池监控研究【aifa体育注册官网】

本文摘要：近年来各国高度注目的3D打印机需要在需要任何模具和工件的条件下，根据计算机三维模型，通过激光逐级熔融成形的方式，构建简单零件必要将近净成形。

近年来各国高度注目的3D打印机需要在需要任何模具和工件的条件下，根据计算机三维模型，通过激光逐级熔融成形的方式，构建简单零件必要将近净成形。该技术具备生产周期短、材料利用率低、工艺柔韧性好等独有优势，对生产产业产生了最重要影响，在工业生产，航空航天，医学医疗等诸多领域具有普遍且最重要的应用于。然而，诸多技术上的挑战妨碍了激光增材生产技术的广泛应用和充分发挥它享有的极大潜力，其中仅次于的一个障碍就是最后产品的质量检测，特别是在是对产品质量具有极高拒绝的领域如航空航天和医学医疗领域，因此必须对激光增材生产过程展开监测和掌控。

通过对生产过程展开监控，以增加缺失的产生，提升产品的尺寸精度和力学性能，最后超过提升产品质量的目的。目前很多国内外的研究人员在如火如荼地对激光过程监控展开研究，他们研究出有了很多能对激光增材生产过程展开监控的系统，这些系统只要集中于在对熔池的物理参数展开在线检测和对组件的缺失展开检测并且通过反馈控制增加这些缺失上。激光监控过程主要分成两个部分，一个是数据采集，一个是数据处理。

数据采集主要有两个部分，熔池形貌和熔池温度，熔池形貌一般是通过CCD照相机或红外照相机获得，熔池温度一般是通过光电二极管或高温计测得。数据处理是所指将测量获得的数据经加工后传输给控制器，由控制器对系统的运营参数展开配备改版，对系统的运营过程展开有效地的掌控，从而使产品的质量获得提升。值得注意的是控制器用于的掌控方法有多种，有传统的PID掌控，有模糊控制，还有人工智能掌控如神经网络掌控等，目前用于尤为成熟期的是传统PID掌控，目前研究的热点是各种人工智能掌控方法。

下面讲解一个明确控制系统的工作过程及结果，实验过程是一个激光金属沉积实验，目的是通过掌控使产品的外形精度获得提升。图1是一个激光金属沉积实验过程图，通过实验可以找到产品的外形尺寸精度与生产过程中的热辐射信号有相当大的关系，当热辐射信号维持恒定时，熔池的尺寸基本恒定，熔池尺寸的平稳不会提升产品外形的尺寸精度。图2是激光金属沉积监控过程图，该过程用于了自适应PID掌控方法，测量的获得的热辐射信号输出到自适应PID控制器，控制器输入掌控信号，掌控信号起到到激光发射器，调节激光功率使热辐射信号强度维持基本恒定。熔池的外形尺寸和热辐射温度如图3和图4右图，对比这两个图可以显现出用于了控制系统的过程的热辐射信号比较平稳，基本维持在设定值2，对应的熔池的尺寸也平稳，熔池仅次于与大于差距0．1mm；并未用于控制系统的过程的热辐射信号减小，对应的熔池尺寸减小，熔池仅次于与大于差距1．27mm。

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