用于对用于通过增材制造生产物体的设备进行校准的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对用于通过增材制造生产物体的设备(1)进行校准的方法。该设备包括处理室(3)、以及用于相对于待固化的材料(4)浴的表面水平定位物体(2)的支撑件(5)。固化装置(7)被布置成在表面水平上发射辐射(7)束以固化所述材料的选择性部分。固化装置(7)包括用于调节聚焦设置的聚焦构件(76)。根据本发明专利技术的方法包括控制固化装置以在不同的聚焦设置下形成测试图案(a‑i)的步骤。具有传感器单元(81)的校准系统(8)被用于确定测试图案的特征，并且基于该特征确定校准后的聚焦设置。

Method used to calibrate equipment used to make production objects from additives

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对用于通过增材制造生产物体的设备进行校准的方法
本专利技术涉及一种用于对用于通过增材制造来生产物体的设备进行校准的方法。
技术介绍
3D打印或增材制造是指制造三维物体的各种过程中的任何一种。传统技术(例如注模)对于制造例如大量聚合物产品而言可能较便宜，但在生产相对少量的三维物体时，3D打印或增材制造可能更快、更灵活且更便宜。可以预见的是，增材制造在未来将变得越来越重要，这是因为日益增加的竞争压力迫使公司不仅要以恒定的高产品质量进行更经济的制造，而且要节省产品开发领域的时间和成本。产品的使用寿命不断缩短。除了产品质量和产品成本外，市场推广的时间对于产品的成功也变得越来越重要。三维物体可以通过以层状方式选择性地固化粉末、纸张或片材以产生三维3D物体而被生产。特别地，可以使用计算机控制的增材制造设备，该增材制造设备顺序地烧结多个层，从而以逐层的方式构建期望的物体。主要使用增材处理，在所述增材处理中在计算机控制下铺设连续的材料层。这些物体几乎可以具有任何形状或几何结构，并由3D模型或其它电子数据源生成。为了打印三维物体，将使用计算机设计包或经由3D扫描仪创建可打印模型。通常，输入是3DCAD文件，例如STL文件、STEP文件或IGS文件。在从CAD文件打印物体之前，文件将被一款软件处理，该软件将模型转换为一系列薄的后续层。此外，设备设置和矢量被生成以用于控制后续层中的每一个的创建。包括在计算机控制的增材制造设备中的激光器遵循这些设置和矢量来固化的连续材料层，从而从一系列横截面中构建3D物体。这些层(对应于CAD模型中的虚拟横截面)在此过程中同时进行接合或融合，以创建最终的3D物体。制造三维物体(尤其是金属物体的增材制造)中的挑战之一是如何精确地固化层的选择性部分。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是通过增材制造来提高用于生产物体的设备的精度。特别地，本专利技术的目的是提高激光的聚焦精度。为此，本专利技术提供了一种用于校准通过增材制造在构建板的构建表面上生产物体的设备的方法。所述设备包括：处理室，所述处理室用于容纳粉末状的材料浴，所述粉末状的材料浴可以通过暴露于电磁辐射而被固化；支撑件，所述支撑件用于相对于材料浴的表面水平来定位物体；固化装置，所述固化装置被布置成用于在所述表面水平上发射电磁辐射束以固化所述材料的选择性部分。所述固化装置包括聚焦构件，所述聚焦构件被布置成用于调节所述电磁辐射束的聚焦设置。这样，可以设置正确的聚焦。根据本专利技术，该方法包括以下步骤：提供具有传感器单元的校准系统。所述校准系统可以被布置成用于执行和/或控制根据本专利技术的方法的一个或多个步骤。特别地，如将在下面解释的，校准系统被布置成用于确定将要通过固化装置形成的测试图案的特征。校准系统可以已经是设备的一部分，或者可以是独立的单元。在根据本专利技术的方法中，固化装置被控制以用于在第一聚焦设置下形成第一测试图案，并在第二聚焦设置下形成第二测试图案。然后，校准系统被用于确定在第一聚焦设置下获得的第一测试图案的第一特征以及在第二聚焦设置下获得的第二测试图案的相应第二特征。第二聚焦设置与第一聚焦设置不同。这样，可以将不同的聚焦设置相互比较，并确定校准后的或最佳的聚焦设置。第二测试图案可以形成在与第一测试图案完全相同的位置处。例如，可以在第一校准板上形成第一测试图案，并且可以分析所述测试图案以确定所述第一特征。之后，可以提供新的校准板，并且可以在与形成第一测试图案的位置完全相同的位置处在第二校准板上形成第二测试图案。然后，可以分析所述第二测试图案。可替代地，可以在第一总位置处形成第一测试图案和第二测试图案。在这种情况下，第一测试图案和第二测试图案没有直接形成在彼此之上，而是基本上彼此相邻地形成，例如形成在单个校准板上。无论如何，一旦第一测试图案和第二测试图案被形成并被分析，并且测试图案的第一特征和第二特征被确定，则第一特征和第二特征便形成用于确定校准后的聚焦设置的基础。例如，第一聚焦设置和第二聚焦设置中的一个可以被选择为用于固化装置的期望的聚焦设置。可替代地，可以通过操纵所获得的特征来获得校准后的聚焦设置或最佳的聚焦设置。例如，可以想到的是，将获得的特征与预定的期望值进行比较，并且插值被用于获得校准后的聚焦设置。在本专利技术的实施例中，将获得的结果拟合成函数，并且基于拟合的函数的最大值(或最小值)来确定最佳值。稍后将关于本专利技术的特定实施例对此进行更详细地说明。无论如何，利用根据本专利技术的方法，可以基于测试图案的配准(registering)特征来确定校准后的聚焦设置。结果是提高了精度，尤其是提高了设备的聚焦设置。因此，实现了本专利技术的目的。所述聚焦构件可以包括检流镜元件。在使用检流镜元件(没有额外的F-Theta扫描透镜)的设备中，系统的几何结构已经使得单聚焦设置不足以产生准确的聚焦结果。通常，系统将针对与系统的光轴一致的聚焦进行优化。相对于光轴改变激光在材料浴的表面上的xy位置导致激光束的路径稍微更长。由于检流镜元件的特性，这种效应在待固化的材料浴的边缘上最强。总而言之，大致球形校正矩阵被用于来表示所有xy位置上的估计的精确聚焦。然后可以使用根据本专利技术的方法来进一步提高固化装置在多个离散位置上的聚焦。该方法可以进一步包括以下步骤：对在这些一个或多个离散位置处获得的结果进行插值，以针对未被直接测量的xy点获得改进的聚焦设置。下面将描述根据本专利技术的方法的有利实施例。在一个实施例中，该方法至少重复一次。可以例如以特定的时间间隔重复该方法，以应对聚焦设置的与时间有关的任何变化。另外地或替代地，可以针对固化装置的不同位置设置重复该方法。这样，可以在固化装置的第一总位置设置下执行该方法，其中所述第一总位置设置与材料浴的表面水平上的第一总位置相关；以及可以固化装置的第二总位置设置下执行该方法，其中所述第二总位置与材料浴的表面水平上的第二总位置有关。因此，重复该方法可以包括在固化装置的第二总位置设置下执行如上所限定的根据本专利技术的方法，其中该第二总位置设置与材料浴的表面水平上的第二总位置有关。第一总位置和第二总位置基本上彼此不同。当设备包括多个固化装置时，重复该方法也可能是有利的，且每个固化装置都具有用于调节相应的电磁辐射束的相应聚焦设置的相应聚焦构件。通过使用该方法，可以获得多个固化装置的可靠校准。特别地，多个固化装置可以被布置成以相同的功率设置或以彼此不同的功率设置操作。当设备能够在不同的功率设置下操作时，重复该方法也可能是有利的。该方法可以在第一功率设置下执行，并且随后可以在与第一功率设置不同的第二功率设置下重复该方法。这允许在不同的功率设置下对设备进行聚焦校准。在一个实施例中，使用具有不同位置设置的预定网格以获得在预定网格的网格点处的校准后的聚焦设置。在有利的实施例中，使用具有不同位置设置的预定网格以在网格的网格点处校准设备。网格可以是矩形网格或方形网格，尽管也可以想到不同的几何形状。这样，可以在基本上整个构建板上，即在材料浴的表面的整个表面区域上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对用于通过增材制造在构建板的构建表面上生产物体的设备进行校准的方法，所述设备包括：/n处理室，所述处理室用于容纳粉末状的材料浴，所述粉末状的材料浴能够通过暴露于电磁辐射而被固化；/n支撑件，所述支撑件用于相对于所述材料浴的表面水平来定位所述物体；/n固化装置，所述固化装置被布置成在所述表面水平上发射电磁辐射束以固化所述材料的选择性部分，其中所述固化装置包括用于调节所述电磁辐射束的聚焦设置的聚焦构件；/n其中所述方法包括以下步骤：/n提供具有传感器单元的校准系统；/n控制所述固化装置以在第一聚焦设置下形成第一测试图案；/n控制所述固化装置以在第二聚焦设置下形成第二测试图案；/n使用校准系统来确定在所述第一聚焦设置下获得的第一测试图案的第一特征以及在所述第二聚焦设置下获得的第二测试图案的相应的第二特征；以及/n基于所述第一特征和所述第二特征确定校准后的聚焦设置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170921 NL 20196031.一种用于对用于通过增材制造在构建板的构建表面上生产物体的设备进行校准的方法，所述设备包括：
处理室，所述处理室用于容纳粉末状的材料浴，所述粉末状的材料浴能够通过暴露于电磁辐射而被固化；
支撑件，所述支撑件用于相对于所述材料浴的表面水平来定位所述物体；
固化装置，所述固化装置被布置成在所述表面水平上发射电磁辐射束以固化所述材料的选择性部分，其中所述固化装置包括用于调节所述电磁辐射束的聚焦设置的聚焦构件；
其中所述方法包括以下步骤：
提供具有传感器单元的校准系统；
控制所述固化装置以在第一聚焦设置下形成第一测试图案；
控制所述固化装置以在第二聚焦设置下形成第二测试图案；
使用校准系统来确定在所述第一聚焦设置下获得的第一测试图案的第一特征以及在所述第二聚焦设置下获得的第二测试图案的相应的第二特征；以及
基于所述第一特征和所述第二特征确定校准后的聚焦设置。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法被重复至少一次。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法在所述固化装置的第一总位置设置下被执行，所述第一总位置设置与所述材料浴的表面水平上的第一总位置相关。


4.根据权利要求2和3所述的方法，其中，重复所述方法包括：
在所述固化装置的第二总位置设置下执行权利要求1所述的方法，所述第二总位置设置与所述材料浴的表面水平上的第二总位置相关。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括以下步骤：
控制所述固化装置以在至少第三聚焦设置下形成至少第三测试图案；
使用所述校准系统以确定在所述至少第三聚焦设置下获得的至少第三测试图案的至少第三特征；以及
基于所述第一特征、所述第二特征和所述至少第三特征来确定校准后的聚焦设置。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，相应的所述第一特征和所述第二特征基于由所述传感器单元获得的图像被确定，特别是其中所述特征包括对比度值、颜色值、灰度值中的至少一个。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述第一测试图案包括以预定间隔隔开的大致平行的至少两条线。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，确定校准后的聚焦设置的步骤包括：
拟合使所获得的特征值与所使用的聚焦设置相关的函数。


9.根据权利要求8所述的方法，包括以下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：欧文·维基恩，罗伯·彼得·艾伯特·万亨德尔，马克·赫尔曼·埃尔斯·维斯，
申请(专利权)人：添加剂工业有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL