1.本发明涉及增材制造领域，特别是涉及一种增材制造系统及方法。
背景技术：
2.20世纪90年代以来，随着激光技术、计算机技术、cad/cam技术以及机械工程技术的发展，金属材料增材制造技术应运而生。增材制造技术正在快速改变传统的生产和生活方式，摆脱了现有工艺水平的束缚，任何复杂形状的设计均可以通过增材制造技术来实现，使其成为快速成型领域最有发展前途的先进制造技术之一。
3.金属增材制造技术存在较大难度，是因为金属的熔点比较高，并且涉及到金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。同时还需要考虑较多问题，包括生成的晶体组织是否良好、整个工件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等等。而且，快速的加热和冷却还将引起工件内部较大的残余应力，直接影响工件的耐磨性、耐蚀性、疲劳寿命等，导致整体工件机械性能下降，残余拉应力过大甚至使大尺寸工件发生断裂，成型失败。如何避免制造过程缺陷的产生，以及提高工件本身的机械性能是亟待解决的问题，也是该技术更好走向应用的关键。
4.现有技术提出的超声辅助增材制造，都只是单纯设置一个固定的超声振动源，对于工件内部应力的消解效果较差，因此，如何提升振动对工件内部应力的消解效果，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种增材制造系统及方法，以解决现有技术中超声振动对工件应力消解效果差的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种增材制造系统，包括打印喷头、测振仪、振动底板、换能器、控制器及超声波电源；
7.所述测振仪用于监测待打印点的振动信息；所述待打印点位于所述打印喷头的行进方向上；
8.所述控制器与所述测振仪信号连接，并根据所述振动信息控制所述超声波电源，使所述超声波电源驱动所述换能器带动所述振动底板振动，调整所述待打印点的振幅。
9.可选地，在所述的增材制造系统中，所述换能器与所述振动底板之间刚性连接。
10.可选地，在所述的增材制造系统中，所述换能器与所述振动底板之间通过双头螺柱连接。
11.可选地，在所述的增材制造系统中，还包括变幅杆；
12.所述换能器通过所述变幅杆带动所述振动底板振动。
13.可选地，在所述的增材制造系统中，所述增材制造系统包括多个换能器。
14.可选地，在所述的增材制造系统中，所述换能器与所述超声波电源之间通过高频同轴线连接。
15.可选地，在所述的增材制造系统中，所述超声波电源包括频率追踪组件。
16.可选地，在所述的增材制造系统中，所述待打印点与所述打印喷头的落点的距离的范围为1毫米至30毫米，包括端点值。
17.一种增材制造方法，包括：
18.获取待打印点的振动信息及目标振幅；
19.根据所述振动信息确定电源驱动信息；
20.将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。
21.可选地，在所述的增材制造方法中，所述获取待打印点的振动信息及目标振幅包括：
22.获取待打印点的振动信息及坐标信息；
23.根据所述坐标信息，通过预设的仿真结果模型，确定所述待打印点对应的目标振幅。
24.本发明所提供的增材制造系统，包括打印喷头、测振仪、振动底板、换能器、控制器及超声波电源；所述测振仪用于监测待打印点的振动信息；所述待打印点位于所述打印喷头的行进方向上；所述控制器与所述测振仪信号连接，并根据所述振动信息控制所述超声波电源，使所述超声波电源驱动所述换能器带动所述振动底板振动，调整所述待打印点的振幅。
25.本发明通过所述测振仪对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源进行调整，改变所述换能器的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件振动的均匀性，实时消除打印过程中的残余应力，提升工件的良品率与抗疲劳性能。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的增材制造方法。
附图说明
26.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明提供的增材制造系统的一种具体实施方式的结构示意图；
28.图2为本发明提供的增材制造系统的另一种具体实施方式的结构示意图；
29.图3为本发明提供的增材制造方法的一种具体实施方式的流程示意图；
30.图4为本发明提供的增材制造装置的一种具体实施方式的结构示意图。
31.图中，包括1-超声波电源、2-换能器、3-变幅杆、4-振动底板、5-工件、6-打印喷头、7-测振仪、8-固定支架、9-控制器、100-获取模块、200-处理模块、300-发送模块。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.本发明的核心是提供一种增材制造系统，其一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括打印喷头6、测振仪7、振动底板4、换能器2、控制器9及超声波电源1；
34.所述测振仪7用于监测待打印点的振动信息；所述待打印点位于所述打印喷头6的行进方向上；
35.所述控制器9与所述测振仪7信号连接，并根据所述振动信息控制所述超声波电源1，使所述超声波电源1驱动所述换能器2带动所述振动底板4振动，调整所述待打印点的振幅。
36.其中，所述超声波电源1功率为100-6000w，频率20-100khz，在此范围内可调，通常一台超声波电源1控制一个换能器2，也可以一台超声波电源1控制多个频率相同的换能器2。
37.所述换能器2功率与超声波电源1匹配，功率范围为100-6000w，单个换能器2工作频率根据实际需求，可设计范围20-100khz。
38.其中，所述超声波电源1是将工频交流电(一般为50hz)转变为超声频振荡电信号，为执行机构提供超声能量，可以调节控制输出电流、功率等；换能器2将所述超声波电源1的超声频振荡电信号转换成机械振动(即超声波)再传递出去；所述振动底板4，可以为增材制造设备原有底座，也可以根据实际被打印工件5设计专有振动底板4，振动底板4底面或侧面与换能器2连接；所述打印喷头6，可以为送粉式或送丝式。
39.所述测振仪7与控制器9通过信号线连接，采集待打印点的实时振幅回传到所述控制器9。
40.具体地，所述换能器2与所述振动底板4之间刚性连接。通过刚性连接，可以保证所述振动底板4与所述换能器2之间的振动频率一致，可以更好地通过所述超声波电源1调控所述待打印点的振动效果。
41.所述测振仪7，具体可为激光测振仪7，是利用激光多普勒效应对物体振动进行测量的一种测量仪器，可用于对表面进行非接触式振动测量。
42.所述打印喷头6与所述测振仪7通过固定支架8固定在所述振动底板4上方；所述控制器9为控制打印过程的设备。另外，所述打印喷头6与测振仪7的固定支架8可做不同角度的旋转调整，确保测振仪7监测的运动轨迹优先于所述打印喷头6。
43.进一步地，所述换能器2与所述振动底板4之间通过双头螺柱连接。将双通螺柱的两端分别连接至所述换能器2与所述振动底板4，所述双头螺柱连接可靠，设置方便，泛用性强，且使用寿命长，无需担心振动导致所述换能器2与所述振动底板4之间的连接松动。当然，如果使用所述双头螺柱，则所述振动底板4与所述换能器2上应该攻有螺纹孔。
44.当然，作为一种具体的实施方式，所述增材制造系统包括多个换能器2。多个换能器2的复合振动效果，能在所述待打印点处于任何位置上时均可达成较好的受控振动效果，提升系统的工作稳定性。当然，各个换能器2的振动频率也可以不同，即多个、多种频率的换能器2进行单个激振或同时激振工件5，实现宽频、多频复合振动形式。
45.另一方面，所述换能器2与所述超声波电源1之间通过高频同轴线连接。所述超声波电源1为驱动所述换能器2发出的信号为超声频振荡电信号，其频率远高于一般电路中的信号，为维持较高的信号保真度，本优选实施方式中采用高频同轴线针对所述超声频振荡电信号进行传导，当然，也可采用其他种类的线缆连接。
46.更进一步地，所述超声波电源1包括频率追踪组件。工件5在打印过程中重量在不断增加，而工件5作为振动的负载，重量的增加，也会导致其振动频率会不断发生变化，在本优选实施方式中为所述超声波电源1添加了具有实时频率追踪功能的频率追踪组件，可根据反馈得到的工件5振动频率及时作调整，保障震动频率在正常工作范围内。
47.优选地，所述待打印点与所述打印喷头6的落点的距离的范围为1毫米至30毫米，包括端点值，如1.0毫米、15.2毫米或30.0毫米中的任一个。需要注意的是，本发明中的待打印点也即还没有被打印的点，为所述打印喷头6行进路线上的点，所述待打印点与所述打印喷头6的落点的距离也即所述待打印点在打印喷头6的落点前方的距离，上述范围为经过大量理论计算与实际检验后得到的最佳范围，在上述范围内所述待打印点的振幅与落点振幅保持一致。再进一步优选，所述待打印点与所述打印喷头6的落点的距离的范围为3毫米至15毫米，包括端点值，如3.0毫米、8.2毫米或15.0毫米中的任一个。当然，也可以根据实际情况选用其他范围，如1毫米至30毫米等。
48.工件5打印过程中的振幅待打印点的优选控制范围为1微米至10微米，包括端点值，如1.0微米、5.2微米或10.0微米中的任一个。当然，也可采用其他范围，如1微米至50微米等。
49.本发明所提供的增材制造系统，包括打印喷头6、测振仪7、振动底板4、换能器2、控制器9及超声波电源1；所述测振仪7用于监测待打印点的振动信息；所述待打印点位于所述打印喷头6的行进方向上；所述控制器9与所述测振仪7信号连接，并根据所述振动信息控制所述超声波电源1，使所述超声波电源1驱动所述换能器2带动所述振动底板4振动，调整所述待打印点的振幅。本发明通过所述测振仪7对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源1进行调整，改变所述换能器2的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件5上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件5振动的均匀性，实时消除打印过程中的残余应力，提升工件5的良品率与抗疲劳性能。
50.本发明在打印过程中具有实时消除残余应力的作用，避免因局部残余应力过大造成翘曲变形和裂纹等缺陷；通过测振仪7，可实时监测打印区域的振动状态，通过调节超声参数，实现不同区域、位置的振动幅度，避免因振幅过大导致工件5的开裂等问题，同时也避免了因振幅过小造成处理不到位的现象，同时还可减少小孔等缺陷，增加工件5的致密度，提高工件5的疲劳性能。此外，超声振动的引入，可在熔池内产生空化效应，实现细化晶粒的作用，超声振动也可实时清理打印区域多余粉体因高温引起的粘连、吸附等问题。
51.综上，采用本发明提出的超声波增材制造系统，可以使薄壁工件5、复杂工件5以及大型工件5的打印成为可能。
52.在具体实施方式一上，进一步对所述振动底板4与所述换能器2之间的连接件做改进，得到具体实施方式二，其结构示意图如图2所示，包括打印喷头6、测振仪7、振动底板4、换能器2、控制器9及超声波电源1；
53.所述测振仪7用于监测待打印点的振动信息；所述待打印点位于所述打印喷头6的行进方向上；
54.所述控制器9与所述测振仪7信号连接，并根据所述振动信息控制所述超声波电源1，使所述超声波电源1驱动所述换能器2带动所述振动底板4振动，调整所述待打印点的振幅；
55.还包括变幅杆3；
56.所述换能器2通过所述变幅杆3带动所述振动底板4振动。
57.本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式中增设了变幅杆3作为所述述振动底板4与所述换能器2之间的连接结构，其余结构俊宇上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。
58.本具体实施方式中的变幅杆3可把机械振动的质点位移或速度放大，形状为变截面长圆柱形，相应地，如果继续在振动底板4与变幅杆3继续用双头螺柱链接，则轴向端面中心有用于连接的螺纹孔；增设所述变幅杆3之后，所述变幅杆3将超声波换能器2产生的超声波进行放大处理，并传递给振动底座，再通过振动底板4将振动传递到工件5本身。
59.利用变幅杆3，可实现更复杂的多换能器2配合，从而实现不同区域、位置的振动幅度的自由度的进一步提高，提升系统的泛用性与支持的工件5种类。另外，图2中的换能器2共有三个，分别用201、202、203表示，图中从a指向b的箭头方向即为所述打印喷头6的前进方向。
60.本发明还提供了一种增材制造方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图3所示，称其为具体实施方式三，包括：
61.s101：获取待打印点的振动信息及目标振幅。
62.目标振幅也即希望所述待打印点达到的振幅。
63.所述振动信息包括了所述待打印点目前的振幅信息。
64.s102：根据所述振动信息确定电源驱动信息。
65.本步骤中对所述电源驱动信息的确定，也意识通过算式算出的，也可以是根据预设的振动信息-电源驱动信息对应关系确定的。
66.s103：将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。
67.请对照前文中的增材制造设备，对本发明提供的增材制造方法进行理解，相似或者重复的地方，在此不再展开赘述。
68.而作为一种优选实施方式，所述获取待打印点的振动信息及目标振幅包括：
69.a1：获取待打印点的振动信息及坐标信息。
70.a2：根据所述坐标信息，通过预设的仿真结果模型，确定所述待打印点对应的目标振幅。
71.换言之，在本优选实施方式中，在工件打印前进行仿真分析，针对应力集中的位置、薄壁区域等设定不同的目标振幅，根据打印进度(也即所述坐标信息)，确定不同位置对应的不同目标振幅，通过实时调整超声波参数来控制打印位置的振幅，并且利用激光测振仪实时采集的振动信息，通过超声系统做出在线调节，进而提升振动的均匀性，提高应力释放效果。
72.本发明所提供的增材制造方法，包括获取待打印点的振动信息及目标振幅；根据所述振动信息确定电源驱动信息；将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。本发明通过所述测振仪对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源进行调整，改变所述换能器的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件振动的均匀性，实时消除打印过程中的残余应力，提升工件的良品率与抗疲劳性能。
73.下面对本发明实施例提供的增材制造装置进行介绍，下文描述的增材制造装置与上文描述的增材制造方法可相互对应参照。
74.图4为本发明实施例提供的增材制造装置的结构框图，称其为具体实施方式四，参照图4增材制造装置可以包括：
75.获取模块100，用于获取待打印点的振动信息及目标振幅；
76.处理模块200，用于根据所述振动信息确定电源驱动信息；
77.发送模块300，用于将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。
78.作为一种优选实施方式，所述获取模块100包括：
79.复数获取单元，用于获取待打印点的振动信息及坐标信息；
80.对应单元，用于根据所述坐标信息，通过预设的仿真结果模型，确定所述待打印点对应的目标振幅。
81.本发明所提供的增材制造装置，包括获取模块100，用于获取待打印点的振动信息及目标振幅；处理模块200，用于根据所述振动信息确定电源驱动信息；发送模块300，用于将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。本发明通过所述测振仪对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源进行调整，改变所述换能器的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件振动的均匀性，实时消除打印过程中的残余应力，提升工件的良品率与抗疲劳性能。
82.本实施例的增材制造装置用于实现前述的增材制造方法，因此增材制造装置中的具体实施方式可见前文中的增材制造方法的实施例部分，例如，获取模块100，处理模块200，发送模块300，分别用于实现上述增材制造方法中步骤s101，s102，s103，下面简单举例说明上述增材制造系统的运行方法的一种具体实施方式，请参考图2，包括：
83.针对工件5结构较为简单且非薄壁件，可采用固定振幅打印方式，通过控制器9设定该工件打印过程中振幅恒定，设置值为20μm。将3组相同频率的超声波换能器2(201、202和203)和超声波变幅杆3依次与振动底板4通过双头螺柱相互连接，超声波换能器2和变幅杆3的频率均为20khz；再将3台超声波电源1分别与3组超声波换能器2通过高频同轴线连接；控制器9分别与3台超声波电源1连接，且控制器9可以分别单独控制超声波电源1的参数；激光测振仪7与控制器9通过信号线连接；激光测振仪7监测点的位置与打印喷头6的位
置间距10mm。通过控制器9设定该工件打印过程振幅恒定，设置值为20μm，打印开始前即开启超声波电源1，当打印过程中打印喷头6由a至b方向打印，在a点上方时超声波换能器201的功率最大，其次是超声波换能器202和203；在a与b之间时，超声波换能器201的功率逐渐减小，超声波换能器202的功率逐渐增加；当打印位置到达b点时，超声波换能器203的功率最大，此过程的控制及算法由控制器9自动完成。与不施加超声振动的打印工件相比，整体残余应力下降50％以上，打印尺寸精度提升30％以上。
84.在另一种具体实施方式中，包括：
85.针对工件5结构复杂或薄壁件，预先对工件进行仿真分析，确定应力集中区域、易变形区域以及易产生缺陷的区域等，针对不同打印区域设定不同振幅的方式，确保打印精度的同时尽可能的消除残余应力，提高工件5的打印质量。将多种不同频率的超声波换能器2和超声波变幅杆3(根据情况，可以不安装变幅杆)依次与振动底板4通过双头螺柱相互连接，超声波换能器2和变幅杆3的频率分别为20khz、30khz和40khz三种；再将多台超声波电源1分别与对应的超声波换能器2通过高频同轴线连接；控制器9分别与3台超声波电源1连接，且控制器9可以分别单独控制超声波电源1的参数；激光测振仪7与控制器9通过信号线连接；激光测振仪7监测点的位置与打印喷头6的位置间距10mm。通过控制器9预先设定该工件在打印过程中不同区域的振幅，如薄壁处设置值为5μm，骨架处设置值为20μm等。打印过程，根据预先设置不同区域的振幅，超声波电源1在与激光测振仪7、控制器9形成的闭合回路中，实时调整超声波参数，最终控制工件打印区域的振幅。与不施加超声振动的打印工件相比，整体残余应力下降50％以上，打印尺寸精度提升70％以上。
86.本发明还提供了一种数据访问设备，包括：
87.存储器，用于存储计算机程序；
88.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的数据访问方法的步骤。本发明所提供的增材制造方法，包括获取待打印点的振动信息及目标振幅；根据所述振动信息确定电源驱动信息；将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。本发明通过所述测振仪对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源进行调整，改变所述换能器的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件振动的均匀性，实时消除打印过程中的残余应力，提升工件的良品率与抗疲劳性能。
89.本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的数据访问方法的步骤。本发明所提供的增材制造方法，包括获取待打印点的振动信息及目标振幅；根据所述振动信息确定电源驱动信息；将所述电源驱动信息发送至超声波电源，使述超声波电源驱动换能器带动振动底板振动，令所述待打印点的振幅与所述目标振幅对应。本发明通过所述测振仪对待打印点的振动信息进行监测，并根据所述振动信息对所述超声波电源进行调整，改变所述换能器的振动情况(通常为调整振幅)，进而保证所述待打印点的振幅符合预期，从而避免了因待打印点在工件上的位置、结构传导效果的不同，导致的待打印点实际振幅不可控、应力释放不充分的问题，大大提升了工件振动的均匀性，实时消除打印过程中的
残余应力，提升工件的良品率与抗疲劳性能。
90.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
91.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
92.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
93.结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
94.以上对本发明所提供的一种增材制造系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。