用于增材制造中的排放羽流监控的方法技术

一种监控增材制造处理的方法，其中，在通过一个以上能量射束与粉末相互作用产生的一个以上羽流存在时，一个以上能量射束用于选择性地熔融粉末，以形成工件。该方法包括使用至少一个传感器来产生表示羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号。

A Method for Monitoring Emission Plume in Additional Material Manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造中的排放羽流监控的方法
本专利技术大体涉及增材制造，更加具体地，涉及用于在增材制造中监控排放羽流的装置及方法。
技术介绍
增材制造是一种逐层构建材料以形成部件的处理。增材制造还通过术语，诸如“分层制造”、“反向加工”、“直接金属激光熔化”(DMLM)和“3D打印”来指代。这种术语当作出于本专利技术的目的的同义词。一种类型的增材制造机器称之为“粉末床”机器并且包括构建室，构建室包围通过辐射能量射束被选择性地熔融以形成工件的大量粉末。构建室包围在壳体中，壳体一般包括用于其中保护气体流的设置。保护气体用于将热量传送离开粉末床的表面，以阻止汽化的粉末在工件的表面上冷凝，并且控制不期望的化学反应，诸如氧化。操作时，辐射能量射束与粉末的相互作用导致粉末的汽化，产生羽流，羽流源自于熔池的附近并且向下游行进，夹带在保护气体流中。紧接在能量射束所产生的熔池的附近，羽流的成分主要是汽化粉末。在下游部位，蒸气冷却并冷凝，使得羽流包含气体和金属颗粒(冷凝物)的混合物。冷凝物的存在会对构建处理具有不利效果，例如，能量射束的阻挡，或者射束强度的减少。该效果会防止迅速射束扫描或使用多个射束。伴随现有技术增材制造机器和处理的问题是，排放羽流的轨迹未被追踪或知晓。
技术实现思路
该问题通过使用一个以上传感器以在增材制造处理中提供对排放羽流轨迹的实时了解的方法来解决。根据文中描述的技术的一个方面，提供了一种监控增材制造处理的方法，其中，在通过一个以上能量射束与粉末相互作用产生的一个以上羽流存在时，一个以上能量射束用于选择性地熔融粉末，以形成工件。该方法包括使用至少一个传感器来产生表示羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号。根据文中描述的技术的另一方面，一种制作工件的方法包括：将粉末状材料沉积在安置于壳体中的构建室中，同时使用与壳体流体连通地联接的气体流动装置，以在粉末上提供气体流；在气体流存在时，引导一个以上能量射束，以与工件的横截面层对应的形式选择性地熔融粉末状材料，其中，一个以上能量射束与粉末状材料的相互作用产生夹带在气体流中的一个以上羽流；使用至少一个传感器来产生表示羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号；以及，响应于至少一个信号来控制增材制造处理的至少一个方面。附图说明通过参考以下结合附图的描述可以最好地了解本专利技术，其中：图1是其中包括构建室的示范性增材制造机器的示意性部分截面正视图；图2是图1的机器的示意性部分截面侧视图；图3是图1的机器的示意性部分截面俯视图；图4是增材制造构建室的示意性立体视图，示出使用两个能量射束的构建处理；以及图5是增材制造构建室的示意性立体视图，示出使用两个能量射束、照明源和传感器的构建处理，传感器定位在构建室周围以检测射束所产生的羽流。具体实施方式参考附图，其中，等同附图标记在各个视图中标示相同元件，图1示意性映射图示适合于实行增材制造方法的增材制造机器10。机器10的基本部件包括台子12、粉末供应部14、重涂覆机16、溢流容器18、构建室22所围绕的构建平台20以及至少一个射束产生器24，全部被壳体26围绕。下面将更加详细地描述这些部件中的每一个。台子12是限定平面工作表面28的刚性结构。工作表面28与虚拟工作平面共面并且限定虚拟工作平面。在图示示例中，它包括与构建室22连通并且露出构建平台20的构建开口30，与粉末供应部14连通的供应开口32，以及与溢流容器18连通的溢流开口34。重涂覆机16是位于工作表面28上的刚性横向伸长结构。它连接到致动器36，致动器36能够操作以沿着工作表面28选择性地移动重涂覆机16。在图1中示意性地描绘了致动器36，其中知道的诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动致动器之类的设备可以被用于该目的。粉末供应部14包含在供应开口32下方并与供应开口32连通的供应容器38，以及升降器40。升降器40是能够在供应容器38内竖向滑动的板状结构。它连接到致动器42，致动器42能够操作以选择性地上下移动升降器40。在图1中示意性地描绘了致动器42，其中知道的诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动致动器之类的设备可以被用于该目的。当升降器40降低时，可以将期望成分的粉末44(例如，金属、聚合、陶瓷和/或有机粉末)的供应装载到供应容器38中。当升降器40升高时，它将粉末露出在工作表面28上面。可以使用其他类型的粉末供应；例如，粉末可以通过顶置设备(未示出)下落到构建室22中。构建平台20是能够在构建开口30下面竖向滑动的板状结构。它连接到致动器46，该致动器46能够操作以选择性地上下移动构建平台20。在图1中示意性地描绘了致动器46，其中知道的诸如气动或液压缸、滚珠丝杠或线性电动致动器之类的设备可以被用于该目的。当在构建处理期间构建平台20降低到构建室22中时，构建室22和构建平台20共同围绕并支撑大量粉末44以及在被构建的任何部件。该大量粉末大体称之为“粉末床”，并且该特定类别的增材制造处理可以称之为“粉末床处理”。溢流容器18在溢流开口34下方并与溢流开口34连通，并且用作过量的粉末44的存放处。装置10包含至少一个射束产生器24，射束产生器24能够操作以产生能量射束并视所需引导能量射束。如下面将更加详细地说明的，可以提供并同时使用多个射束产生器24，以便增加装置10的生产速度。在图示示例中，示出了两个射束产生器24。每一个射束产生器24包括引导能量源48和射束转向装置50引导能量源48可以包含能够操作以产生具有适合的能量和其它操作特性的射束的任何设备，以在构建处理期间熔化并熔融粉末44，在下面更加详细地描述。例如，引导能量源48可以是激光器。其他引导能量源(诸如电子束枪)是激光器的适合的替代品。射束转向装置50可以包括一个以上反射镜、棱镜、和/或透镜，并且设置有合适的致动器，并且布置成使得来自引导能量源48的射束可以聚焦到期望光斑大小并且转向到与工作表面28重合的平面中的期望位置。出于方便描述的目的，该平面可以称之为XY平面，垂直于XY平面的方向标示为Z方向(X，Y和Z是三个互相垂直的方向)。射束在文中可以称之为“构建射束”。在图示示例中，射束产生器24中的一个能够操作以产生第一构建射束54，而射束产生器24中的另一个能够操作以产生第二构建射束56。使用上述装置的用于工件25的示范性基本构建处理如下。构建平台20移动到初始高位置。构建平台20以选定的层增量降低到工作表面28下面。层增量影响增材制造处理的速度和工件25的分辨率。作为示例，层增量可以是大约10到50微米(0.0003到0.002英寸)。然后将粉末44沉积在构建平台20上，例如，可以升高供应容器38的升降器40，以推动粉末通过供应开口32，将其露出在工作表面28上面。重涂覆机16移动越过工作表面，以在构建平台20上水平地展开升高的粉末44。在重涂覆机16从左向右经过时，任何过量的粉末44通过溢流开口34下落到溢流容器18中。随后，重涂覆机16可以移动回到起始位置。调平的粉末44可以称之为“构建层”，并且其露出的上表面可以称之为“构建表面”，标明为45。射束产生器24中的一个以上用于熔化被构建的工件25的二维横截面或层。在射束产生器24内，引导能量源48发出射束，并且射束转向装置用于以适当形式在露出的粉末表面上使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监控增材制造处理的方法，其特征在于，其中，在通过一个以上的能量射束与粉末相互作用产生的一个以上的羽流存在时，所述一个以上的能量射束用于选择性地熔融所述粉末，以形成工件，所述方法包含：使用至少一个传感器来产生表示所述羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.23 US 15/390,0891.一种监控增材制造处理的方法，其特征在于，其中，在通过一个以上的能量射束与粉末相互作用产生的一个以上的羽流存在时，所述一个以上的能量射束用于选择性地熔融所述粉末，以形成工件，所述方法包含：使用至少一个传感器来产生表示所述羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：使用照明源来辐射光，然后所述光从所述羽流中的至少一个散射或反射到所述至少一个传感器。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述照明源包含低能量的能量射束。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：所述粉末限定构建表面；并且围绕所述构建表面设置一列传感器。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：由所述至少一个传感器所产生的所述信号产生羽流映射图。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：使用所述至少一个传感器所产生的信号来限定所述增材制造处理的基线性能。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：通过软件建模预测所述一个以上的羽流的轨迹；以及比较所述至少一个传感器所产生的信号与预测的所述轨迹。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包含：重复所述增材制造处理，以构建后续工件；在所述后续工件的构建期间，使用所述至少一个传感器来产生表示所述羽流中的一个以上的轨迹的至少一个信号；以及比较后续构建期间产生的信号与所述基线性能。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：响应于所述至少一个信号超过一个以上的预定羽流轨迹极限而采取离散动作。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中，预定极限包括与预定羽流轨迹的最大偏差。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包含：响应于来自所述传感器的所述信号来改变所述增材制造处...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·J·马丁，麦肯齐·赖安·雷丁，贾斯廷·马姆拉克，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US