用于基于构建材料的局部热导率来制造部件的系统及方法技术方案

技术编号:22334132 阅读:43 留言:0更新日期:2019-10-19 13:02
一种增材制造系统,增材制造系统包括激发能量源,用于基于构建参数来在构建材料中产生熔池。该系统包括感测能量源和第一扫描设备,第一扫描设备引导感测能量源越过构建材料。构建材料在被来自感测能量源的能量束接触以前发射周围电磁辐射量,并且在被能量束接触之后发射不同于周围量的感测电磁辐射量。该系统包括光学系统,光学系统具有光学检测器,用于检测感测电磁辐射量并且响应地产生检测信号。计算设备接收检测信号并且响应地产生控制信号。控制信号配置成基于感测电磁辐射量来修改构建参数,以获得所需熔池特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于基于构建材料的局部热导率来制造部件的系统及方法
本公开的领域大体涉及增材制造系统,更特别地,涉及用于基于构建材料的局部热导率来调整部件的构建参数的系统及方法。
技术介绍
至少一些增材制造系统涉及到粉末状材料的堆积以制作部件。该方法可以以减少的成本且以改进的制造效率由昂贵的材料生产复杂的部件。至少一些已知的增材制造系统(诸如直接金属激光熔化(DMLM)系统)使用激光设备和粉末材料(诸如但不限于,粉末状材料)来制造部件。虽然文中使用DMLM,但是,该术语有时也称之为直接金属激光烧结(DMLS)和选择性激光烧结(SLS)。在一些已知的DMLM系统中,部件质量可能受到过多热量和/或在熔池内通过激光设备传递到金属粉末的热量变化的影响。在一些已知的系统DMLM,由于在粉末状金属和部件的周围固体材料之间的传导性热量传递的变化,部件表面质量(特别是悬垂物或面向下的表面)降低。结果,可能发生局部过热,特别是在悬垂表面处。通过激光设备产出的熔池可能变得太大,导致熔化的金属扩散到周围粉末状材料中,以及熔池更深地渗透到粉末床中,将另外的粉末拉到熔池中。增加的熔池大小和深度以及熔融金属的流动可能大体导致悬垂物或面向下的表面的表面光洁度差。而且,如果熔池中的材料变得太热,则局部过热会导致因沸腾引起的孔隙。结果,飞溅和蒸汽会导致伴随部件制造的众多问题并且希望避免它。此外,在一些已知的系统DMLM中,因为表面下结构和金属性粉末的热导率的变化,部件的尺寸准确度和小特征分辨率可能由于熔池变化而减少。随着熔池大小变化,打印结构的准确度可能变化,尤其是在特征的边缘处。这些挑战均依赖于几何构型。结果,需要对于每一构建矢量使用适应性构建参数,以维持对熔池大小的控制。通过实时增强部件的构建参数,可以改进遍及打印部件的表面光洁度的质量以及零件的形状准确度。此外,还可以增强因为变化的热导率而常常损失的小特征分辨率。
技术实现思路
在一个方面,提供了一种增材制造系统。该增材制造系统包括配置成发射激发能量束的第一能量源。激发能量束配置成基于构建参数在构建材料中产生熔池。该系统还包括配置成发射能量束以提供感测能量的感测能量源。此外,该系统包括第一扫描设备,第一扫描设备配置成选择性地引导感测能量束越过构建材料。构建材料的一部分配置成,在被感测能量束接触以前,发射周围电磁辐射量,并且在被感测能量束接触之后,发射与周围电磁辐射量不同的感测电磁辐射量。另外,该系统包括具有光学检测器的光学系统,光学检测器配置成检测感测电磁辐射量。光学检测器还响应于此产生检测信号。而且,该系统包括计算设备,计算设备配置成接收检测信号并且响应于此产生控制信号。控制信号配置成基于感测电磁辐射量来修改构建参数,以获得所需熔池特性。在另一方面,提供了一种用于控制增材制造系统的方法。该方法包括,将通过构建材料发射的电磁辐射量从周围电磁辐射量增加到感测电磁辐射量。该方法还包括,检测感测电磁辐射量,以确定通过构建材料发射的感测电磁辐射量。而且,该方法包括,将感测电磁辐射量与储存在增材制造系统的校准模型中的预定参考值实时地比较。还有,该方法包括,确定预定参考值和感测电磁辐射量之间的比较值。而且,该方法包括,基于比较值,实时地修改部件的构建参数,以获得部件的所需物理性质。在又一方面,提供了一种增强用于使用增材制造系统来制造部件的构建参数的方法。该方法包括,将通过构建材料发射的电磁辐射量从周围电磁辐射量增加到感测电磁辐射量。此外,该方法包括,将感测电磁辐射量的一部分发送到光学检测器。该方法还包括,确定标称电磁辐射量和感测电磁辐射量之间的比较值。另外,该方法包括,基于比较值,实时地修改部件的构建参数,以获得部件的所需物理性质。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时,将更好地理解本公开的这些及其他特征、方面和优势,附图中,类似的字符在所有附图中表示类似的零件,其中:图1是示范性增材制造系统的示意性视图;图2是替代的增材制造系统的示意性视图;图3是另一替代的增材制造系统的示意性视图;图4是适合于用在图1至图3中示出的增材制造系统中的计算设备的框图;以及图5是可以实施成控制图1中示出的增材制造系统的操作的示范性闭环方法的流程图;以及图6是可以实施成增强用于使用图2中示出的增材制造系统来制造部件的构建参数的示范性闭环方法的流程图。除非另有指示,否则,文中提供的附图意指图示本公开的实施例的特征。相信这些特征适用于包含本公开的一个以上实施例的繁多种类的系统。如此,附图并不意指包括本领域普通技术人员已知的用于实践文中公开的实施例的所有常规特征。具体实施方式在以下说明书和权利要求书中,将参考许多术语,术语应要限定成具有以下含义。除非上下文另有清楚指明,否则,单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代。“可选的”或“可选地”意指随后描述的事件或情境可能发生或可能不发生,并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。通篇说明书和权利要求书文中使用的近似语言可以应用于修饰任何定量表示,该表示可以允准变化而不导致其所涉及的基本功能的变动。由此,术语或各术语(诸如,“大约”、“近似”和“实质上”)所修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些实例中,近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里及通篇说明书和权利要求书中,范围限制可以被组合和/或互换;这种范围被识别并包括其中含有的所有子范围,除非上下文或语言另有指明。文中使用的术语“处理器”和“计算机”及相关术语(例如“处理设备”和“计算设备”)不只是限于本领域中称之为计算机的那些集成电路,而是广泛地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其他可编程电路,这些术语文中可互换使用。在文中描述的实施例中,存储器可以包括但不限于计算机可读介质,诸如随机存取存储器(RAM)、计算机可读非易失性介质,诸如闪速存储器。替代地,也可以使用软盘、光盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字通用盘(DVD)。还有,在文中描述的实施例中,附加输入信道可以是但不限于与操作员接口诸如鼠标和键盘关联的计算机外围设备。替代地,也可以使用其他计算机外围设备,可以包括但不限于例如扫描仪。而且,在示范性实施例中,附加输出信道可以包括但不限于操作员接口监视器。文中使用的术语“非暂时性计算机可读介质”意在表示用于信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块或者任何设备中的其他数据)的短期和长期储存的、以任何方法或技术实施的任何有形的基于计算机的设备。因此,文中描述的方法可以被编码为体现在有形的、非暂时性计算机可读介质(包括但不限于储存设备和/或存储器设备)中的可执行指令。当由处理器执行时,这种指令致使处理器执行文中描述的方法的至少一部分。另外,文中使用的术语“非暂时性计算机可读介质”包括所有有形的计算机可读介质,包括但不限于非暂时性计算机储存设备,包括但不限于易失性和非易失性介质,以及可移除和不可移除的介质,诸如固件、物理和虚拟储存、CD-ROM、DVD,以及任何其他数字源(诸如网络或互联网),以及还有待开发的数字手段,唯独例外的是暂时性传播信号。而且,文中使用的术语“实时”指代关联事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间以及系统响应于事件本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种增材制造系统,其特征在于,包含:激发能量源,所述激发能量源配置成基于构建参数来发射激发能量束,所述激发能量束配置成在构建材料中产生熔池;感测能量源,所述感测能量源配置成发射感测能量束;第一扫描设备,所述第一扫描设备配置成选择性地引导所述感测能量束越过所述构建材料,其中,所述构建材料的至少一部分配置成,在被所述感测能量束接触以前,发射周围电磁辐射量,并且在被所述感测能量束接触之后,发射与所述周围电磁辐射量不同的感测电磁辐射量;光学系统,所述光学系统包含光学检测器,所述光学检测器配置成检测所述感测电磁辐射量,并且响应于此产生检测信号;以及计算设备,所述计算设备配置成接收所述检测信号并且响应于此产生控制信号,所述控制信号配置成基于所述感测电磁辐射量来修改所述构建参数,以获得所需熔池特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.03 US 15/397,0501.一种增材制造系统,其特征在于,包含:激发能量源,所述激发能量源配置成基于构建参数来发射激发能量束,所述激发能量束配置成在构建材料中产生熔池;感测能量源,所述感测能量源配置成发射感测能量束;第一扫描设备,所述第一扫描设备配置成选择性地引导所述感测能量束越过所述构建材料,其中,所述构建材料的至少一部分配置成,在被所述感测能量束接触以前,发射周围电磁辐射量,并且在被所述感测能量束接触之后,发射与所述周围电磁辐射量不同的感测电磁辐射量;光学系统,所述光学系统包含光学检测器,所述光学检测器配置成检测所述感测电磁辐射量,并且响应于此产生检测信号;以及计算设备,所述计算设备配置成接收所述检测信号并且响应于此产生控制信号,所述控制信号配置成基于所述感测电磁辐射量来修改所述构建参数,以获得所需熔池特性。2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,进一步包含第二扫描设备,所述第二扫描设备配置成选择性地引导所述激发能量束越过所述构建材料。3.如权利要求2所述的系统,其特征在于,进一步包含控制器,所述控制器配置成与所述第一扫描设备同步地移动所述第二扫描设备。4.如权利要求3所述的系统,其特征在于,其中,所述控制器配置成同步地移动所述第一扫描设备和所述第二扫描设备,使得所述激发能量束和所述感测能量束彼此接近地接触所述构建材料,随着引导所述激发能量束和所述感测能量束越过所述构建材料,所述感测能量束定位在所述激发能量束前面。5.如权利要求2所述的系统,其特征在于,其中,所述构建参数包含以下中的一个以上:所述激发能量源的功率输出、所述激发能量束的射束形状或分布、所述第二扫描设备的扫描速度、以及所述第二扫描设备的位置和取向。6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,其中,所述计算设备包含所述增材制造系统的校准模型,所述计算设备进一步配置成将所述感测电磁辐射量与所述校准模型比较,以产生所述控制信号。7.如权利要求1所述的系统,其特征在于,其中,所述光学检测器包含以下中的一个以上:光电倍增管、光电二极管、相机和高温计。8.如权利要求1所述的系统,其特征在于,其中,所述光学系统包含物镜。9.如权利要求1所述的系统,其特征在于,其中,所述光学系统包含分束器。10.一种用于控制增材制造系统的方法,其特征在于,所述方法包含:将通过构建材料发射的电磁辐射量从周围电磁辐射量...

【专利技术属性】
技术研发人员:哈里·柯克·小马修斯迈克尔·埃文斯·格拉哈姆
申请(专利权)人:通用电气公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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