加性制造过程的实时振动监测制造技术

一种监测加性制造过程的方法，在加性制造过程中，在重涂过程中沉积一层粉末材料，以便于限定构建表面，并且定向能源用来在构建表面中创建熔池，并且选择地熔合粉末材料以形成工件。该方法包括：测量通过重涂过程所生成的振动信号剖面；并且响应于所测量的振动信号剖面而控制加性制造过程的至少一个方面。

Real time vibration monitoring in additive manufacturing process

A method for monitoring the additive manufacturing process, the additive manufacturing process, depositing a layer of powder material in the recoating process, in order to limit the construction of the surface, and used to create directed energy in the construction of the weld pool surface, and selectively fusing powder material to form a workpiece. The method includes measuring a vibration signal profile generated by the re coating process; and controlling at least one aspect of the additive manufacturing process in response to the measured vibration signal profile.

【技术实现步骤摘要】
加性制造过程的实时振动监测专利技术背景本专利技术一般涉及加性制造，并且更具体地，涉及用于提供加性制造中的实时振动监测的设备和方法。加性制造是其中将材料逐层地建立(buildup)以形成组件的过程。加性制造仅由机器的位置分辨率限制，而不由对于如由浇铸所要求的提供拔模角度、避免悬垂等的要求来限制。加性制造也通过诸如“分层制造”、“反向加工”、“直接金属激光熔融”(DMLM)和“3-D印刷”的术语来参考。为了本专利技术的目的，这类术语被看作是同义词。加性制造机器的一个常见的类型包括在激光熔合之前，将粉末材料施加在构建表面之上的叶片状重涂器。这种机器中的构建碰撞的常见的原因是重涂器叶片与正在构建的工件之间的接触，因为内应力建立引起工件翘曲或从支撑构建板提起。关于这类机器的一个问题是，目前不存在监测构建过程期间的该应力建立或工件与重涂器之间的接触的严重程度的简单的手段。另一问题是，现有技术的加性制造过程通常要求构建后的检查过程，例如计算机化断层扫描（“CT”），以验证构建的完整性。虽然有效，但这要求不合需要的额外的时间和成本，并且，消除在构建期间进行校正动作的可能性。
技术实现思路
通过在加性制造构建过程期间监测振动的方法而解决这些问题中的至少一个。根据本文中所描述的技术的一个方面，提供用于监测加性制造过程的方法，在该加性制造过程中,在重涂过程中沉积一层粉末材料，以便限定构建表面，并且，定向能源用来选择地熔合粉末材料以形成工件。该方法包括：测量通过重涂过程所生成的振动信号剖面（profile）；并且响应于所测量的振动信号剖面而控制加性制造过程的至少一个方面。根据本文中所描述的技术的一个方面，制作工件的方法包括：使用移动式重涂器来沉积粉末材料，以便限定构建表面；定向来自定向能源的聚焦的能量束，以选择地以与工件的截面层对应的图案熔合粉末材料；测量通过重涂器所生成的振动信号剖面；以及响应于所测量的振动信号剖面而控制制作工件的至少一个方面。本专利技术提供一组技术方案,如下:1．一种监测加性制造过程的方法，在加性制造过程中，在重涂过程中沉积一层粉末材料，以便限定构建表面，并且定向能源用来选择地熔合所述粉末材料以形成工件，所述方法包含：测量通过所述重涂过程所生成的振动信号剖面；以及响应于所测量的振动信号剖面而控制所述加性制造过程的至少一个方面。2．如技术方案1所述的方法，进一步包含将所测量的振动信号剖面与基线振动信号剖面比较。3．如技术方案2所述的方法，其中，所述基线信号剖面表示已知良好的工件。4．如技术方案2所述的方法，其中，控制的步骤包括响应于所述振动信号剖面偏离基线剖面而进行离散的动作。5．如技术方案4所述的方法，其中，所述离散的动作停止所述加性制造过程。6．如技术方案1所述的方法，进一步包含将所测量的振动信号剖面与基线振动信号剖面比较和基于比较而识别工件中的缺陷。7．如技术方案6所述的方法，进一步包含通过使用所述定向能源来熔融材料并且准许所述材料流入所述缺陷中并且填充所述缺陷来修复所述缺陷。8．如技术方案7所述的方法，其中，所述材料是所述工件的先前熔合的部分。9．如技术方案1所述的方法，其中，控制的步骤包括改变所述加性制造过程的至少一个过程参数。10．如技术方案9所述的方法，其中，控制的过程参数包括如下中的至少一个：定向能源功率级、束扫描速度、束扫描图案、束脉冲长度以及束脉冲频率。11．如技术方案1所述的方法，其中，通过重涂器臂在工作表面之上移动而沉积所述粉末，通过所述重涂器臂与所述粉末材料的相互作用而生成所述振动信号。12．如技术方案1所述的方法，其中，使用安装到用来执行所述加性制造过程的机器的振动传感器来测量所述振动信号剖面。13．如技术方案1所述的方法，其中：使用移动式重涂器臂来沉积所述粉末材料；以及通过所述重涂器臂与所述粉末材料的相互作用而生成所述振动信号。14．如技术方案1所述的方法，进一步包含以循环方式重复沉积和熔合的步骤来以逐层的方式建立所述工件。附图说明可以通过参考结合附图进行的下面的描述而最好理解本专利技术，其中：图1是示范性的加性制造设备的示意截面图；图2是图1的一部分的放大图；图3是通过图1的设备而构建的翘曲的工件的放大图；图4是通过图1的设备而构建的翘曲的工件的放大图；图5是“已知良好的”工件构建过程的基线振动信号剖面；图6是示出构建过程期间的工件中的小的或刚出现的缺陷的振动信号剖面；以及图7是示出构建过程期间的工件中的大的缺陷的振动信号剖面。具体实施方式参考附图，其中相同参考数字在各个视图中通篇表示相同元件，图1示意图示用于执行加性制造方法的设备10。基本组件是工作台12、粉末供应装置14、刮板或重涂器(recoater)16、溢出容器18、由构建室22所包围的构建平台20、定向能源24和束导引设备26，全部由外壳28包围。下面将更详细描述这些组件的每个。工作台12是限定平面工作表面30的刚性结构。工作表面30与虚拟工作平面是共面的并且限定虚拟工作平面。在所图示示例中，它包括：构建开口32，与构建室22进行通信，并且暴露构建平台20；供应开口34，与粉末供应装置14进行通信；以及溢出开口36，与溢出容器18进行通信。重涂器16是刚性的横向延长结构，其位于工作表面30上。它连接到致动器38，其可操作以选择地沿工作表面30移动重涂器16。以诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可用于此目的的理解在图1中示意描绘致动器38。粉末供应装置14包含在供应开口34下面并且与其进行通信的供应容器40以及升降机42。升降机42是板状结构，其在供应容器40内是可垂直滑动的。它连接到致动器44，其可操作以选择地向上或向下移动升降机42。以诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可用于此目的的理解在图1中示意描绘致动器44。当升降机42降低时，预期组成(例如金属、陶瓷和/或有机粉末)的粉末“P”的供应可装载到供应容器40中。当升降机42升高时，它将粉末P暴露在工作表面30上方。应当领会，可以使用其他合适的形式和/或类型的粉末供应装置14。例如，粉末供应装置14可以定位于工作表面30上方，并且，包括使粉末以预定的流速下落至工作表面30上的粉末容器。构建平台20是板状结构，其在构建开口32下面是可垂直滑动的。它连接到致动器46，其可操作以选择地向上或向下移动构建平台20。以诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可用于此目的的理解在图1中示意描绘致动器46。当构建平台20在构建过程期间降低到构建室22中时，构建室22和构建平台20共同包围和支承大量粉末P连同被构建的任何组件。这种大量粉末通常称作“粉末层”，以及这种特定类别的加性制造过程可称作“粉末层过程”。溢出容器18在溢出开口36下面并且与其通信，并且用作过量粉末P的贮存器。定向能源24可包含任何已知装置，其可操作以生成适当功率和其他操作特性的束，以便在构建过程期间熔融和熔合金属粉末，下面更详细描述。例如，定向能源24可以是激光器。其他定向能源、例如电子束枪是激光器的适当备选方案。束导引设备26可包括一个或多个电磁体、反射镜、棱镜和/或透镜，并且提供有适当致动器，以及被布置,使得来自定向能源24的束“B”能够聚焦成预期光点大小并且导引到与工作表面3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测加性制造过程的方法，在所述加性制造过程中，在重涂过程中沉积一层粉末材料，以便限定构建表面，并且定向能源(24)用来选择地熔合所述粉末材料以形成工件(W)，所述方法包含：测量通过所述重涂过程所生成的振动信号剖面；以及响应于所测量的振动信号剖面而控制所述加性制造过程的至少一个方面。

【技术特征摘要】
2015.11.19 US 14/9462781.一种监测加性制造过程的方法，在所述加性制造过程中，在重涂过程中沉积一层粉末材料，以便限定构建表面，并且定向能源(24)用来选择地熔合所述粉末材料以形成工件(W)，所述方法包含：测量通过所述重涂过程所生成的振动信号剖面；以及响应于所测量的振动信号剖面而控制所述加性制造过程的至少一个方面。2.如权利要求1所述的方法，进一步包含将所测量的振动信号剖面与基线振动信号剖面比较。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述基线信号剖面表示已知良好的工件(W)。4.如权利要求2所述的方法，其中，控制的步骤包括响应于所述振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：SA戈德，PM肯尼，RW莱文，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US