增材制造方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种监测增材制造设备的方法。该方法包括：在对工件进行构建期间从该增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将该一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化中的相应可接受过程变化进行比较，并且基于该比较生成日志。该多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与该工件的构建进展的至少一个状态相关联，并且当生成该一个或多个传感器信号时该相应可接受过程变化是与该构建进展的该状态相关联的该可接受过程变化。

Manufacturing method and equipment for increasing material

The invention relates to a method for monitoring material addition manufacturing equipment. The method includes: receiving one or more sensor signals from the material making device during the construction of the workpiece, comparing the one or more sensor signals with the corresponding acceptable process changes in multiple acceptable process changes, and generating a log based on the comparison. Each acceptable process change in the plurality of acceptable process changes is associated with at least one state of the construction progress of the work piece, and when the one or more sensor signals are generated, the corresponding acceptable process change is a change in the acceptable process associated with the state of the construction progress.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造方法及设备
本专利技术涉及一种增材制造方法及设备，并且具体地涉及一种用于监测，并且可选地控制增材制造过程的方法及设备。
技术介绍
用于生产部件的增材制造方法或快速原型成型方法包括对可流动材料进行逐层固化。存在各种增材制造方法，包括粉末床系统，诸如，选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(EBM)以及立体光刻，和非粉末床系统，诸如，包括电弧增材制造的熔融沉积成型。在选择性激光熔化中，粉末层沉积在构建室中的粉末床上并且跨越粉末层的部分扫描激光束，该粉末层对应于正在被构建的工件的横截面(切片)。激光束熔化或烧结粉末以便形成固化层。在对层进行选择性固化之后，粉末床被降低了最新固化层的厚度，并且根据需要将另外一层粉末在表面上铺展并固化。在单个构建中，可以构建多于一个的工件，部件在粉末床中间隔开。已经开发了各种系统用于监测增材制造过程。例如，WO2015/040433公开了用于监测穿过用于操纵激光束的光学模块的熔池的设备和方法。通过引用结合在此的PCT/GB2016/051720公开了用于感测增材过程的属性的被动声传感器的使用。S.Clijsters、T.Craeghs、S.Buls、K.Kempen、J-P.Kruth(2014)“使用高速实时熔池监测系统对选择性激光熔化过程的原位质量控制(Insituqualitycontroloftheselectivelasermeltingprocessusingahigh-speed,real-timemeltpoolmonitoringsystem)”，《先进制造技术国际期刊》，1089页至1101页中公开了使得操作员能够在线监测SLM作业的质量并且估计部件质量的系统。为了验证质量，预定义了熔池的预期传感器值。这种参考值是根据实验结果预测的。填充(fill)和轮廓扫描矢量的传感器值的总体可以被用于计算统计参数，诸如某个矢量类的总体分布的平均值和标准偏差。除了这些标准参数之外，可以在能够简化解释过程的参考数据上计算置信区间。置信区间是质量估计的基础。期望提供改进的增材制造过程的过程控制(in-processcontrol)。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种监测增材制造设备的方法，该方法包括：在对工件进行构建期间从增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将该一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化中的相应可接受过程变化进行比较，并且基于该比较生成日志，其中，该多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与工件的构建进展的状态相关联，并且当生成该一个或多个传感器信号时该相应可接受过程变化是与构建进展的状态相关联的可接受过程变化。以这种方式，考虑到随着构建进展影响可接受过程变化的因素(诸如工件的几何形状)，多个可接受过程变化可以对于工件的构建是被定制的。可接受变化可以包括传感器信号自身或源自传感器信号的值的变化。可接受过程变化可以随着构建时间和/或构建容积和/或工件中的位置而变化。工件的构建进展的状态可以包括工件上和/或构建容积中的位置或来自构建中的设置事件的时间(零时)。零时可以是构建开始(例如，执行构建的第一指令)的时间或设备开始固化一层材料的时间。可以选择设置事件使得在其期间生成一个或多个传感器信号的随后事件在设置事件后充足的预定时间发生，使得时间成为具有所需分辨率的位置的代理。这可以简化传感器数据的收集和相应可接受过程变化的标识，传感器数据将与该可接受过程变化进行比较，因为其仅需要记录生成传感器信号的时间而不用记录生成传感器信号时增材制造设备元件(诸如，可操纵光学器件和/或构建平台的z位置)的位置。在一个实施例中，多个可接受过程变化在有序列表中，并且在构建期间以已知顺序生成传感器信号，其中，多个可接受过程变化的顺序对应于生成传感器信号的顺序。增材制造设备可以包括用于固化材料的能量束和/或等离子流，并且该方法可以包括：确定当生成传感器信号时由能量束和/或等离子流固化的材料的位置(在工件中或在增材制造设备的构建容积中)，以及确定相应可接受的过程变化以与来自经确定位置的传感器信号进行比较。增材制造设备可以包括可移动构建支撑件，其中，层被固化用于在构建支撑件上形成工件，该方法包括：确定在一个或多个传感器信号生成期间正在被处理的当前层数，以及确定相应的可接受的过程变化以与来自经确定的层数的传感器信号进行比较。该方法可以包括：确定当生成传感器信号时构建中的时间，以及确定相应的可接受过程变化以与来自经确定的时间的传感器信号进行比较。该方法可以包括：确定生成传感器信号的顺序，以及确定相应的可接受过程变化以与来自经确定的顺序的传感器信号进行比较。可接受过程变化可以包括以下各项中的一项或多项中的可接受变化：a)增材制造设备的构建室中的温度b)将被固化的可流动材料的温度c)熔池的温度d)由传感器收集的光的强度e)来自熔池的光谱发射f)熔池的尺寸，诸如，熔池的面积、熔池的长度和/或宽度、长度与宽度之比、熔池的长度比宽度的变化率(其可用于确定是否已经出现熔池的球化)g)相邻层图像的比较h)构建室中的气体压力i)构建室中的氧气浓度j)用于将气体再循环通过构建室的泵的泵速度k)升降机位置、速度和/或加速度l)刮拭器(wiper)位置、刮拭器的速度和/或加速度m)刮拭器上的负载(刮拭器上的加速度和/或负载可以被用于检测被固化区域的部件是否已经向上卷起并且投射在粉末床表面之上)n)基于传感器信号的来自热模型的工件/构建的当前或未来部分的预测温度o)材料的配量p)声学信号q)粉末床的图像r)固化材料的图像，和/或s)(a)至(r)中任一项的变化率。在多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对一相关性。可替代地，可接受过程变化中的至少一个与工件的构建进展的多个状态相关联。多个可接受过程变化可以仅适用于工件的某些部分，如由工件的构建进展的相关联状态所指定的。例如，这些部分可以是具有明显凸出部分或薄壁的工件的部分。对于工件的其他部分，可能不存在例如用于材料或正在使用的扫描策略的可接受过程变化或一般可接受过程变化。具体地，一般可接受过程变化可能适用于不可能出故障的或不关键的工件部分，而工件指定的可接受过程变化可以被用于在没有定制控制情况下更加可能出故障的或关键的部分。在这种替代性实施例中，在每个工件指定的可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对一相关性，而在每个一般可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对多相关性。传感器信号可以包括来自增材制造设备的以下传感器中的一个或多个的信号：a)高温计，例如，用于测量材料床和/或熔池的温度b)声学传感器，该声学传感器可以被用于获得过程的各种方面的属性，如在通过引用结合在此的GB1510220.5中所描述的c)热(红外)相机，例如，用于测量材料床的温度d)可见光相机，例如，用于在构建期间测量工件的变形e)光电二极管，例如，用于测量熔池和/或材料床的温度f)光谱仪，用于测量来自在材料熔化期间生成的等离子体羽和/或熔池的光谱发射。g)力反馈，例如，刮拭器上的负载传感器h)压力传感器，例如，用于测量构建室中的气体压力或跨越过滤器元件的压差，该过滤器元件用于从通过构建室再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测增材制造设备的方法包括：在对工件进行构建期间从所述增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将所述一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化的相应可接受过程变化进行比较，并且基于所述比较生成日志，其中，所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与所述工件的所述构建进展的至少一个状态相关联，并且当生成所述一个或多个传感器信号时所述相应可接受过程变化是与所述构建进展的所述状态相关联的所述可接受过程变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.05 EP 16150243.0;2016.01.05 GB 1600122.4;21.一种监测增材制造设备的方法包括：在对工件进行构建期间从所述增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将所述一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化的相应可接受过程变化进行比较，并且基于所述比较生成日志，其中，所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与所述工件的所述构建进展的至少一个状态相关联，并且当生成所述一个或多个传感器信号时所述相应可接受过程变化是与所述构建进展的所述状态相关联的所述可接受过程变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件的所述构建进展的所述状态包括在所述工件上/在构建容积中的位置。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述增材制造设备包括用于固化材料的能量束和/或等离子流，所述多个可接受过程变化的每个可接受过程变化与至少一个位置相关联，在所述位置中，使用所述能量束和/或等离子流在所述构建中对材料进行固化，并且所述方法包括:当生成所述传感器信号时,根据在其中通过所述能量束和/或等离子流对材料进行固化的位置来确定与所述传感器信号进行比较的所述相应可接受过程。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述增材制造设备包括可移动构建支撑件，其中，层被固化用于在构建支撑件上形成工件，所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与至少一个层数相关联，所述方法包括根据在所述传感器信号生成期间正在被处理的层数来确定与所述传感器信号进行比较的所述相应可接受过程。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件的所述构建进展的所述状态包括来自所述构建中设置事件的时间。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与至少一个构建时间相关联，并且所述方法包括根据生成所述传感器信号的构建时间来确定与所述传感器信号进行比较的所述相应可接受过程变化。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件的所述状态或所述构建进展包括生成所述传感器信号的顺序。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个可接受过程变化的指定顺序对应于在所述构建期间生成所述传感器信号的顺序，并且所述方法包括根据在所述构建期间生成所述传感器信号的顺序来确定与所述传感器信号进行比较的所述相应可接受过程变化。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可接受过程变化包括以下各项中的一项或多项中的可接受变化：a)所述增材制造设备的构建室中的温度b)将被固化的可流动材料的温度c)熔池的温度d)由传感器收集的光的强度e)来自所述熔池的光谱发射f)所述熔池的尺寸g)相邻层的图像的比较h)所述构建室中的气体压力i)所述构建室中的氧气浓度j)用于再循环气体通过所述构建室的泵的泵速度k)升降机位置、速度和/或加速度l)刮拭器位置、所述刮拭器的速度和/或加速度m)所述刮拭器上的负载n)基于传感器信号的来自热模型的所述工件/构建的当前或未来部分的预测温度o)材料的配量p)声学信号q)粉末床的图像r)所述固化材料的图像，和/或s)(a)至(r)中任一项的变化率。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与针对其生成传感器信号的所述工件的所述构建进展的每个状态之间存在一对一相关性。11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述可接受过程变化的至少一个与所述工件的所述构建进展的多个状态相关联。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个可接受过程变化仅适用于所述工件的一个或多个部分，如由所述工件的所述构建进展的所述相关联状态所指定的。13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述传感器信号包括信号或者所述传感器信号源自来自所述增材制造设备的以下传感器中的一个或多个的信号：a)高温计，b)声学传感器，c)热相机，d)可见光相机，e)光电二极管，f)光谱仪g)力反馈装置，h)压力传感器，i)质量流量传感器，j)氧气传感器，k)编码器，和/或l)加速度计。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述可接受过程变化是两个感测值之间的差的变化。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法包括基于所述传感器信号与所述相应可接受过程变化的比较而在所述构建期间控制所述增材制造设备。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括控制在所述增材制造设备上的所述构建的参数，以便将所述传感器信号返回至所述相应可接受过程变化和/或将所述传感器信号维持在所述相应可接受过程变化内。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如果所述传感器信号落在所述可接受过程变化之外，则停止所述工件的构建。18.根据权利要求17所述的方法，其中，停止所述工件的构建包括停止所述整个构建。19.根据权利要求17所述的方法，其中，停止所述工件的所述构建包括抑制所述工件的构建，同时继续所述构建的其他工件的所述构建。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括基于落在所述相应可接受过程变化之外的传感器信号而仅存储源自所述传感器信号的传感器数据的子集。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：将所述传感器数据以及坐标数据存储到一起，所述坐标数据在所述工件或构建容积的坐标系中局部化所述传感器数据，并且使用所述坐标数据来标识所述工件的区域，在所述区域中，所述传感器数据落在所述可接受过程变化之外。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括基于落在所述相应可接受过程变化之外的所述工件的区域的传感器信号而控制所述增材制造设备以修复此区域。23.根据前述权利要求中任一项所述的方法包括基于落在所述相应可接受过程变化之外的所述工件的区域的传感器信号而控制所述增材制造设备以对此区域执行进一步检查。24.一种用于监测增材制造设备的控制器，所述控制器包括被布置用于进行以下操作的处理器：在对工件进行构建期间从所述增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将所述一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化中的相应可接受过程变化进行比较，并且基于所述比较生成日志，其中，所述多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与所述工件的所述构建进展的至少一个状态相关联，并且当生成所述一个或多个传感器信号时所述相应可接受过程变化是与所述构建进展的所述状态相关联的所述可接受过程变化。25.根据权利要求24所述的控制器，其中，所述处理器被布置用于接收所述多个可接受过程变化和用于构建所述工件的构建指令。26.根据权利要求24或权利要求25所述的控制器，包括存储器，并且所述处理器被布置用于：在接收所述构建指令时将所述多个可接受过程变化存储在存储器中，并且在所述工件的所述构建完成后或当用于不同工件的构建指令加载至所述控制器时从存储器擦除所述多个可接受过程变化。27.根据权利要求24至26中任一项所述的控制器，其中，所述处理器被布置用于基于落在所述相应可接受过程变化之外的传感器信号而仅存储源自所述传感器信号的感测数据的子集。28.一种增材制造设备包括根据权利要求24至27中任一项所述的控制器。29.一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行所述指令时，使得所述处理器执行如权利要求1至23中任一项所述的方法。30.一种在增材制造设备中生成用于工件的构建的指令的方法，所述方法包括：使用所述和/或一个或多个相应增材制造设备构建与所述工件的至少一部分标称相同的一个或多个初始工件，在所述或每个初始工件的构建期间从所述和/或一个或多个相应增材制造设备处接收一组传感器信号，评估所述一个或多个初始工件以确定所述或每个初始工件是否满足指定要求，以及将所述组或每组传感信号与一个或多个质量标识符相关联，所述质量标识符标识所述组的全部或部分传感器信号是否表示满足所述指定要求的构建的传感器信号，并且根据所述一组或多组传感器信号以及相关联的质量标识符，来确定用于使用所述增材制造设备在所述工件的随后构建期间生成的相应一组传感器信号的多个可接受过程变化。31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述可接受过程变化是由在所述一个或多个初始工件的所述构建期间所述传感器信号中的所述自然过程变化的统计分析以及所述传感器信号是否与被评估为满足所述指定要求的所述工件的部分相关而确定的。32.根据权利要求30或权利要求31所述的方法，其中，所述方法用在一系列标称相同工件的所述制造中，随着更多工件被构建，所述可接受过程变化使用来自每个构建的所述传感器数据而改进/演变。33.根据权利要求30至32中任一项所述的方法，其中，所述初始工件是在构建容积内的位置中构建的，所述位置与随后构建所述工件的位置相同。34.根据权利要求30至23中任一项所述的方法，其中，所述初始工件是在构建容积内的位置中构建的，所述位置与随后构建所述工件的位置不同，并且映射被应用于将针对所述构建容积中的所述初始工件的位置而确定的所述可接受过程变化转变为针对构建所述工件的所述构建容积中的位置的可接受过程变化。35.根据权利要求30至34中任一项所述的方法，其中，所述工件是将被一起构建在单个构建中的一组工件中的一个，所述初始工件还与当构建所述工件时所用的构建容积中的布局相同的布局中的一组相同工件构建在一起。36.根据权利要求30至34中任一项所述的方法，其中，所述工件是将被一起构建在第一构建布局中的单个构建中的一组工件中的一个，所述初始工件被构建在构建容积中的第二不同构建布局中，并且映射被用于将根据所述第二构建布局中的所述初始工件的所述传感器数据确定的所述可接受过程变化转变为针对所述第一构建布局中所述工件的构建的可接受过程变化。37.根据权利要求30至36中任一项所述的方法，其中，所述相应增材制造设备具有与所述增材制造设备标称相同的功能。38.根据权利要求30至37中任一项所述的方法，其中，所述初始工件的构建的所述指定要求包括：所述工件的所述构建的完成、所述固化材料的密度、缺少或最大数量或尺寸的裂缝、所述工件中的空隙或夹杂物、表面光洁度、孔隙度、所述工件的水晶结构和/或化学组成。39.根据权利要求30至38中任一项所述的方法，其中，所述指定要求包括：所述工件的指定抗压强度、拉伸强度、剪切强度、硬度、微硬度、体积模量、剪切模量、弹性模量、刚度、断裂伸长率、泊松比、耐腐蚀性、耗散因数、导电性和/或磁特性。40.根据权利要求30至39中任一项所述的方法，其中，所述指定要求是当执行功能测试时的指定性能。41.根据权利要求30至40中任一项所述的方法，其中，在只有所述初始工件的区域被认为未满足所述指定要求的情况下，所述方法包括：从所述用户处接收标识，所述标识关于针对所述初始工件的所述构建的所有传感器信号是否被标识为与未满足所述指定要求的构建相关，或关于是否只有与被认为未满足所述指定要求的区域相关联的所述传感器信号应该被标识为如此，其中，其他传感器数据与可接受构建相关。42.根据权利要求30至41中任一项所述的方法，其中，用于确定所述工件是否满足所述指定要求的对所述初始工件的评估包括无损检测(DT)。43.根据权利要求30至41中任一项所述的方法，其中，对所述初始工件的评估包括损坏检测。44.根据权利要求30至43中任一项所述的方法，包括将每个可接受过程变化与所述工件的所述构建进展的至少一个状态相关联。45.根据权利要求30至44中任一项所述的方法，包括：根据所述一组或多组传感器信号和相关联的质量标识符确定一组主要可接受过程变化，每个主要可接受过程变化与所述工件的所述构建进展的状态相关联；根据所述一组主要可接受变化生成一组简化次要可接受过程变化，所述次要可接受过程变化中的至少一个与所述工件的所述构建进展的多个状态相关联。46.根据权利要求45所述的方法，其中，通过将所述主要可接受过程变化中的类似变化分组在一起并且针对每组生成所述次要可接受过程变化中的一个来生成所述一组简化次要可接受过程变化，每个次要可接受过程变化与多个进展状态相关联，所述多个进展状态对应于与所述相应组的所述主要可接受过程变化相关联的进展的所述状态，针对所述相应组生成所述次要可接受过程变化。47.根据权利要求46所述的方法，其中，每个次要可接受过程变化是根据所述相应组的所述主要可接受过程变化的特性生成的，针对所述相应组生成所述次要可接受过程变化。48.根据权利要求46或权利要求47所述的方法，其中，使用源自相似性函数的值对所述主要可接受过程变化进行分组。49.根据权利要求48所述的方法，包括接收标识所述工件的不同区域的用户输入，针对所述工件的不同区域，不同的相似性标准被用于将所述主要可接受过程变化分组在一起。50.一种用于生成用于控制增材制造设备的指令的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被布置用于：使用所述和/或一个或多个相应增材制造设备接收用于一个或多个初始工件的每个构建的一组传感器信号，所述一个或多个初始工件与所述工件的至少一部分标称相同，接收所述或每个初始工件是否满足指定要求的指示，将所述组或每组传感器信号与一个或多个质量标识符相关联，所述质量标识符标识所述组的全部或部分传感器信号是否表示满足所述指定要求的构建的传感器信号，并且根据所述一组或...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·亨利·汉纳福德·琼斯，凯里·布朗，拉姆库马尔·瑞瓦努尔，杰弗里·麦克法兰，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB