為了降低激光熔覆或金屬3D打印過程中的不穩(wěn)因素，提高金屬成形精度，可以通過光學(xué)等監(jiān)測手段對激光熔覆工藝的主要參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)反饋控制
在激光熔覆或金屬3D打印成型過程中，由于基材形狀、溫度、材料和導(dǎo)熱條件的動(dòng)態(tài)變化，以及熔覆過程中工藝參數(shù)的波動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致熔覆界面受熱不均勻，熔池形狀、尺寸、溫度等波動(dòng)較大出現(xiàn)不穩(wěn)定，在這些問題的綜合作用下，可能會(huì)造成的堆積材料高度和寬度失控，乃至無法成型；此外，在熔覆路徑的起始兩端，由于存在數(shù)控運(yùn)動(dòng)機(jī)械的加速或者減速運(yùn)行過程，也可能會(huì)導(dǎo)致熔池深度和寬度的變化，使材料成型失控。
為了降低激光熔覆或金屬3D打印過程中的不穩(wěn)因素，提高金屬成形精度，可以通過光學(xué)等監(jiān)測手段對激光熔覆工藝的主要參數(shù)進(jìn)行閉環(huán)反饋控制，實(shí)現(xiàn)對熔池大小、形狀、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和相關(guān)數(shù)據(jù)記錄分析，然后對工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋調(diào)整或PID控制，從而達(dá)到提高工藝穩(wěn)定性能和成形精度的效果。
圖1 激光熔覆成形缺陷案例
圖2 控制系統(tǒng)方法圖
例如：
控制的變量：熔池寬度、熔池高度、熔池溫度
直接控制的參數(shù)：激光功率、掃描速度、光斑大小
閉環(huán)反饋控制軟硬件
南京輝銳光電科技有限公司開發(fā)的輝銳激光修復(fù)閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)包括擁有發(fā)明專利（專利號：ZL 2013 1 0654910.7）和軟件著作權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)反饋（登記號：2016SR152148）。擁有對熔池大小進(jìn)行監(jiān)控并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的軟件界面，通過相應(yīng)參數(shù)設(shè)置來調(diào)節(jié)熔池寬度和形貌，用以改善激光熔覆工藝穩(wěn)定性和成形精度。
圖3 帶同軸成像模塊的激光熔覆頭
圖4 激光頭成像模塊
圖5 軟件操作界面
閉環(huán)控制應(yīng)用典型案例
01典型案例1 – 單墻激光直接成型
成型條件 – 熔池監(jiān)控，無閉環(huán)控制
圖6 單墻激光掃描路徑 激光熔覆過程圖
圖7 開環(huán)熔池寬度實(shí)時(shí)測量顯示
圖8 單墻開環(huán)熔覆圖
1.同層成型寬度不穩(wěn)定
2.墻體寬度逐層膨脹
3.兩端堆積成型過厚
成型條件– 熔池監(jiān)控+實(shí)時(shí)閉環(huán)控制
圖9 激光功率實(shí)時(shí)顯示
圖10 閉環(huán)熔池寬度實(shí)時(shí)測量顯示
圖11 單墻閉環(huán)熔覆圖
圖12 開環(huán)、閉環(huán) 單墻熔覆橫截面對比
圖13 開環(huán)、閉環(huán) 單墻熔覆水平面對比
圖14 開環(huán)、閉環(huán)熔覆對比
閉環(huán)軟件使用成效
1.同層成型寬度穩(wěn)定；
2.墻體寬度在高度方向一致；
3.兩端無過厚問題；
4.初始熔覆寬度可保持恒定，確保單墻厚度一致；
02典型案例2–傾斜墻面的成形
樣件激光掃描路徑
圖15 成型條件-無閉環(huán)控制
● 無法形成穩(wěn)定平整的熔覆層
圖16 熔池監(jiān)控＋閉環(huán)反饋
● 可形成穩(wěn)定平整的30°斜面成形
03典型案例3–葉片修復(fù)應(yīng)用
視頻1 閉環(huán)反饋軟件操作視頻
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