面向微束等离子选区熔化的在线检测系统

为解决微束等离子选区熔化过程中的自动化检测问题,开发出一套面向微束等离子选区熔化的在线检测系统。该系统以每一层的成形金属为研究对象,基于深度学习目标检测原理,对金属成形表面进行缺陷检测,并根据检测结果控制设备的启停,确保每一层的成形质量达到要求。同时,通过双目相机和线激光的配合,利用线阵扫描的方式对成形表面形貌进行三维重建,并显示在自主开发的可视化软件上,实现了缺陷检测和三维重建相结合的检测方案。实验结果表明：该系统能够快速、精确的检测出成形过程中产生的缺陷,实时性强、漏检率低,并将结果及时反馈到系统,实现了成形过程的主动、有效调控。     

电弧增材熔池流动特性及稳定性数值模拟

为探究熔池热状态及流动特征对熔池尺寸及其稳定性的影响,本文利用FLUENT软件及二次开发建立电弧增材熔池三维数值模型。数值结果表明了电弧增材是一个快热急冷的熔池非平衡凝固过程,电弧力及马兰戈尼效应对熔池流动影响较大,且熔池内部流态以环流为主。综合分析了热输入及热耗散对熔池局域温度场及流场的影响,熔池热状态通过影响熔体粘度、各驱动力而改变熔池流态及流速,而熔池流动则影响熔池边界及热对流,因此二者的综合作用决定了熔池几何。而层间冷却能够改善沉积时熔池热耗散条件,减小热积累的影响,但会降低成形效率。     

不同基板热沉的铝合金电弧增材控形

从熔池热耗散条件入手,以基板尺寸构建熔池局域差异性传热特征,通过试验探索热沉条件(横向传热-基板宽度、纵向传热-基板厚度)对成形几何和成形形貌的影响规律,籍此从熔池外部这一较为简单的传热过程管理出发,探讨与热输入匹配的热耗散条件,实现电弧增材控形.实验结果表明,基板对沉积层形貌影响主要通过改变熔池周围热耗散实现.当热输入不足时,单层沉积会在起弧处形成垂露状、颈缩等缺陷.基板尺寸越大,热耗散能力越强,沉积层宽度越小,高度越高.基板对沉积层影响随着沉积高度增加逐渐减弱,不同热沉条件下沉积层尺寸最终趋于稳定.通过增大起弧电流和熄弧端悬停的策略来应对基板热沉条件变化,可避免虚焊、熔池流淌等缺陷,改善多层沉积几何成形质量.     

微束等离子选区熔化成形系统设计

设计一种微束等离子选区熔化实验平台，利用SolidWorks软件对各零部件进行三维建模与虚拟装配，实现直角坐标系机器人结构的实验平台实物搭建.在不同工艺参数下，开展单道、单层微束等离子选区熔化实验，采用多项式回归对成形道宽度进行拟合.结果表明，成形电流、成形速度与成形宽度呈正相关分布.在多层金属熔覆实验中，对于厚度为2.40 mm的金属薄板而言，最佳参数为12.0 A的电流、 2.0 mm·s^-1的扫描速度和20%的搭接率.最终得到的多层金属成形效果较好，证实微束等离子选区熔化工艺的可行性.