对增材制造材料的太赫兹检查制造技术

本发明专利技术涉及对增材制造材料的太赫兹检查。本文公开了包括增材制造装置和相关的太赫兹检查装置的设备和系统，还公开了由该设备和系统制作并检查的部件及相关方法，太赫兹检查装置用于在材料沉积期间或之后立即实时检查增材沉积的层。

THz Inspection of Additional Materials

【技术实现步骤摘要】
对增材制造材料的太赫兹检查
本公开总体涉及无损测试方法。更具体地，本公开涉及使用太赫兹频率来无损检查制造的部件。
技术介绍
增材制造(本文中同样也称为“AM”)是涵盖计算机辅助3D打印技术的广义术语。术语“3D打印”最初是指借助打印机头将粘合剂材料逐层沉积在粉末床上的方法。近来，该术语被用于流行的行话，以涵盖更多种类的增材制造技术。美国和全球技术标准在这个更广泛的意义上使用术语“增材制造”来表示用于生产三维(在本文中同样也称为“3D”)部件的制造系统，这些三维部件通常首先在计算机上数字化。例如，标准ISO/ASTM52900-15在其含义内定义了七类AM过程：粘合剂喷射；定向能量沉积；材料挤出；材料喷射；粉末床熔合；片材层压和还原光聚合。增材制造领域已经发展到允许各种材料的逐层沉积。在许多情况下，增材制造已被证明可用于制造一次性部件，一次性部件例如包括：用作原型的部件；或者可能会或可能不会导致大规模生产的其他定制部件。然而，使用增材制造技术制作某些部件(例如承载或结构部件)尚未被某些标准接受甚至认可，尤其是在需要质量和安全性检查的情况下。对于增材制造的部件(包括用作承载部件或其他结构部件(例如，需要检查和认证的增材制造部件)的增材制造部件)缺乏公认的检查技术，这妨碍了增材制造结构部件的进步。
技术实现思路
根据本公开的一些方面，提出了用于在部件的制造过程中使用太赫兹频率范围中的辐射实时无损检查增材制造的部件的设备、系统和方法。根据一方面，本公开涉及一种设备，该设备包括增材制造装置，该增材制造装置包括材料沉积头，该材料沉积头构造成形成增材制造构型，该构型包括各个沉积材料层，在增材制造装置包括沉积头的情况下，太赫兹检查装置位于材料沉积头附近。太赫兹检查装置包括太赫兹探头，还包括基本上封装太赫兹探头的热屏蔽罩。根据另一方面，本公开涉及一种系统，该系统包括：壳体；增材制造装置，该增材制造装置包括材料沉积头，该材料沉积头位于壳体内，该材料沉积头构造成沉积多个连续材料层以形成增材制造部件。该系统还包括太赫兹检查装置，该太赫兹检查装置包括太赫兹探头，该探头位于壳体内并且该探头位于材料沉积头附近。该探头还包括热屏蔽罩，该热屏蔽罩基本上封装探头。在另一方面中，所述太赫兹检查系统构造成在沉积所述至少一个材料层期间基本上实时地无损检查所述至少一个材料层。根据再一方面，本公开涉及一种用于增材制造部件的方法，该方法包括：从增材制造装置的材料沉积头单独沉积多个材料层以形成部件。使用太赫兹能量无损检查单独沉积的材料层中的至少一者。该方法还包括：将来自太赫兹检测装置的太赫兹能量引导到位于至少一个材料层上或至少一个材料层内的位置；并且接收来自至少一个材料层的太赫兹能量并检测正被无损检查的所述至少一个材料层的特征。在另一方面中，涉及一种方法，该方法进一步包括将太赫兹检查装置接近材料沉积头取向并且在从约300°F到约450°F的温度下沉积至少一个材料层。与所述多个材料层的沉积基本上同时地，实时地无损检查至少一个材料层，并且太赫兹检查装置被基本封装在热屏蔽罩中。本公开的另一方面涉及：一种根据本文中公开的方法制作并检查的结构组件，该结构组件用于包括飞行器的交通工具；以及一种包括根据本文中公开的方法制作并检查的结构组件的飞行器。已经论述的特征、功能和优点可以在各个方面独立地实现，或者可以在其他方面中组合，可以参考以下描述和附图理解其进一步的细节。附图说明已经如此概括地描述了本公开的变型，现在将参考附图，附图不一定按比例绘制。图1A、图1B和图1C是根据本公开的一个方面的设备和系统的立体侧视图。图2是结合本公开的设备、系统和方法使用的THz探头的立体截面图，其特征在于单站THz探头取向。图3是结合本公开的设备、系统和方法使用的THz探头的立体截面图，其特征在于双站THz探头取向。图4A和图4B是根据本专利技术的一个方面的系统的立体截面侧视图，其特征在于单站THz探头取向。图4B是图4A中所示的系统的一部分的放大视图。图5A和图5B是根据本专利技术的一个方面的系统的立体截面侧视图，其特征在于双站THz探头取向。图5B是图4A中所示的系统的一部分的放大视图。图6是飞行器的代表性图示，所述飞行器包括根据本公开的一些方面制作的结构组件。图7和图8是概述根据本公开的一些方面的方法的流程图。图9和图10是概述本公开的另外方面的流程图。图11是飞行器生产和维护方法的流程图。图12是飞行器的框图。具体实施方式本公开涉及用于使用从位于增材制造材料沉积头附近的THz探头传递的太赫兹(在本文中同样也称为“THz”)频率实时无损检查增材制造的部件的设备、系统和方法，THz探头容纳在热屏蔽箱内，该热屏蔽箱包围或基本上封装THz探头。THz频率范围是指在微波和红外区域之间的辐射光谱中存在的频率在约100GHz和约10THz之间，或者波长在约3mm和约30μm之间的电磁波。本公开同样也使用术语“THz辐射”、“THz能量”和“THz波”。太赫兹波穿过各种具有高化学选择性的无定形和不透明材料，能够在THz询问下使这种材料以高清晰度成像。如本文中所公开的，用于询问电介质(例如，非导电)材料的无损THz检查技术包括复合材料的检查。根据目前公开的方面，这样的AM过程或“3D制造”过程逐渐沉积极薄的材料层以根据计算机辅助绘图(CAD)文件或包括增材制造文件(AMF)格式的文件格式创建3D对象。增材制造(AM)目前被理解为指的是用于创建三维(3D)对象的过程，其中通常在计算机控制下形成材料层以创建制造对象。制造的对象可以几乎是任何形状或几何结构，并且使用来自3D模型或诸如AMF格式的另一电子数据源的数字模型数据来生产。因此，与从坯料构件移除材料(如传统的机加工过程中可以进行的以形成部件)相比，3D打印或AM根据计算机辅助设计(CAD)模型或AMF或STL文件格式通过逐层连续地添加材料而创建三维对象以精确地产生具有期望和/或预定尺寸和/或几何结构的部件。结果，本专利技术的各方面构想使用AM设备、系统和过程来形成AM产品(例如，部件)。这些过程的非详尽列表包括但不限于直接能量沉积、直接金属激光烧结、直接金属印刷、电子束增材制造、电子束熔化、电子束粉末床制造、熔融沉积成型、熔丝制造、间接粉末床制造、激光熔覆、激光沉积制造、激光沉积焊接、激光沉积焊接/一体化铣削、激光工程网整形、激光自由曲面制造、激光金属粉末沉积、激光金属线沉积、激光粉末床制造、激光熔池沉积、激光修复制造、粉末定向能量沉积、立体光固化、选择性激光熔化、选择性激光烧结、小熔池沉积或其组合。因此，可以应用大量的增材过程。列出的过程之间的主要差异在于层沉积以创建部件的方式以及所使用的材料。一些方法熔化或软化材料以产生层。例如，在熔丝制造(FFF)(也称为熔融沉积成型(FDM))中，通过挤出小珠子或材料流来生产部件，小珠子或材料流立即硬化以形成层。通常，将热塑性材料的丝或呈金属线形式的金属或其他材料馈送到挤出喷嘴头(例如，3D打印机挤出机，或下文中同样也称为“打印机头”的打印机挤出机头)中，挤出喷嘴头加热材料并产生沉积材料流。另一种技术熔融部分层，然后在工作区域中“向上”移动，添加连续的材料层，并重复该过程，直到“建造”构件或形成“构型”本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统(40、50)，该增材制造系统包括：增材制造装置(43)，该增材制造装置包括材料沉积头(11)；以及太赫兹检查装置(12)，该太赫兹检查装置位于所述材料沉积头(11)附近；所述太赫兹检查装置(12)包括太赫兹探头(22、32)，所述太赫兹探头(22、32)包括热屏蔽罩(26、36)，所述热屏蔽罩基本上封装所述太赫兹探头(22、32)。

【技术特征摘要】
2018.02.02 US 15/887,5181.一种增材制造系统(40、50)，该增材制造系统包括：增材制造装置(43)，该增材制造装置包括材料沉积头(11)；以及太赫兹检查装置(12)，该太赫兹检查装置位于所述材料沉积头(11)附近；所述太赫兹检查装置(12)包括太赫兹探头(22、32)，所述太赫兹探头(22、32)包括热屏蔽罩(26、36)，所述热屏蔽罩基本上封装所述太赫兹探头(22、32)。2.根据权利要求1所述的增材制造系统(40、50)，其中，所述增材制造装置(43)构造成形成增材制造的构型(13)，所述构型(13)包括多个单独沉积的材料层(13a、14、15)。3.根据权利要求1所述的增材制造系统(40、50)，其中，所述太赫兹检查装置(12)构造成无损检查各个沉积的材料层(13a、14、15)。4.根据权利要求1所述的增材制造系统(40、50)，其中，所述太赫兹检查装置(12)构造成在材料层的沉积期间基本上实时地检查各个沉积的材料层。5.根据权利要求1所述的增材制造系统(40、50)，该增材制造系统还包括材料沉积室(41a、51a)，所述材料沉积室(41a、51a)由壳体(41、51)限定，并且所述材料沉积室(41a、51a)构造成容纳所述材料沉积头(11)和所述太赫兹检查装置(12)。6.根据权利要求1所述的增材...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·T·洛，D·D·小帕默，N·R·史密斯，S·A·多雷尔，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US