用于检测增材制造处理中的错误的熔池监测系统和方法技术方案

提供了一种监测粉末床增材制造处理的系统和方法，其中使用能量源熔合增材粉末层，并且通过熔池监测系统测量电磁辐射信号以监测打印处理。测量出的辐射信号被分析以识别异常值辐射，并且通过例如使用聚类算法、空间控制图等，评估异常值辐射的空间接近度，来识别异常值群集。当识别出群集时或当群集的大小超出预定群集阈值时，可以提供警报或可以进行处理调整。

Molten pool monitoring system and method for detecting errors in additive manufacturing process

【技术实现步骤摘要】
用于检测增材制造处理中的错误的熔池监测系统和方法优先权信息本申请人要求2018年11月9日提交的标题为“MeltPoolMonitoringSystemandMethodforDetectingErrorsinanAdditiveManufacturingProcess(用于检测增材制造处理中的错误的熔池监测系统和方法)”的美国临时专利申请序列号62/757,849的优先权，其公开内容通过引用合并于此。
本公开大体上涉及增材制造机器，或更具体地，涉及用于增材制造机器的错误检测系统和方法。
技术介绍
与减材制造方法相反，增材制造(AM)处理通常涉及一个或多个材料的堆积，以制成净成形或近净成形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是行业标准术语(ISO/ASTM52900)，但是AM包含以各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由制造、3D打印、快速原型/制模等。AM技术能够由多个材料制造复杂部件。大体上，可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造独立物体。一种特殊类型的AM处理使用诸如辐照辐射引导装置的能量源，该能量源引导例如电子束或激光束的能量束烧结或熔化粉末材料，生成其中粉末材料的颗粒结合在一起的固体三维物体。AM处理可以使用不同的材料系统或增材粉末，例如工程塑料、热塑性弹性体，金属和/或陶瓷。激光烧结或熔化是用于快速制造功能原型和工具的显著AM处理。应用包括复杂工件的直接制造，用于精密铸造的模型，用于注塑和压铸的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。制造原型物体以增强设计周期内的构思的交流和测试是AM处理的其他常见用法。选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常用的工业术语，用于指通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生产三维(3D)物体。更准确地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下熔合(凝聚)粉末颗粒，而熔化则需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均质块。与激光烧结或激光熔化相关的物理处理包括将热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化处理可以应用于大范围的粉末材料，但是生产路线的科学和技术方面，例如，烧结或熔化速率以及处理参数对层制造处理期间的微结构演变的影响尚未得到很好的理解。这种制造方法伴随着有使处理变得非常复杂的多种模式的热、质量和动量传递以及化学反应。在直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)期间，设备通过使用能量束烧结或熔化粉末材料，以逐层方式构建物体。将被能量束熔化的粉末均匀地散布在构建平台上的粉末床上，并且能量束在辐照辐射引导装置的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建平台并将另一层粉末散布在粉末床和正在构建的物体上，然后连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到零件完全由熔化/烧结的粉末材料堆积。在零件的制造完成之后，可以将各种后处理工序应用于零件。后处理工序包括例如通过吹扫或抽真空来去除多余粉末。其他后处理工序包括应力消除处理。此外，可以使用热、机械和化学后处理工序来完成零件。为了监测增材制造处理，某些常规的增材制造机器包括熔池监测系统。这些监测系统典型地包括一个或多个照相机或光传感器，用于检测从由能量束产生的熔池辐照或以其他方式发射出的光。照相机或传感器值可以用于评估构建处理完成后的构建质量。质量评估可以用于调整构建处理，停止构建处理，解决构建处理异常，向机器操作者发出警告，和/或识别由构建导致的可疑或劣质零件。但是，大多数熔池监测系统会在构建完成后进行数据分析，或者另外很复杂并且在识别处理问题上会延迟。此外，这种熔池监测系统通常不能有效地识别出导致成品零件的质量问题、零件报废、材料成本增加、以及过度的机器停产时间的处理故障。因此，具有改进的错误检测系统的增材制造机器将是有用的。更特别地，用于利用熔池监测系统以在增材制造机器的操作期间快速有效地检测处理问题的系统和方法将是特别有益处的。
技术实现思路
各方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本专利技术来学习。根据本主题的一个实施例，提供了一种监测粉末床增材制造处理的方法。该方法包括辐照在增材制造机器的粉末床上的粉末层，在辐照粉末层的同时，测量来自粉末床的辐射信号，和识别测量出的辐射信号超出预定信号阈值的异常值(outlier)辐射。该方法进一步包括通过评估异常值辐射的空间接近度来识别异常值群集，和响应于识别异常值群集而产生警报。根据另一个示例性实施例，提供了一种增材制造机器，该增材制造机器包括：用于在粉末床上沉积增材材料的层的粉末沉积设备，用于选择性地熔合增材材料的层的一部分以形成零件的横截面层的辐照装置，和用于在辐照装置正在熔合横截面层的同时，测量来自粉末床的辐射信号的熔池监测系统。控制器被可操作地联接到熔池监测系统，用于识别测量出的辐射信号超出预定信号阈值的异常值辐射，通过评估异常值辐射的空间接近度来识别异常值群集，和响应于识别异常值群集而产生警报。这些以及其他特征、方面和优点将通过参考以下描述和所附权利要求书变得更加容易理解。结合在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与说明书一起，用于解释本专利技术的原理。附图说明在参考附图的说明书中，针对本领域普通技术人员，阐述了本专利技术包括其最佳模式的完整且能够实现的公开。图1示出了根据本主题的示例性实施例的增材制造机器的示意图。图2示出了根据本主题的示例性实施例的图1的示例性增材制造机器的构建平台的特写示意图。图3是根据本公开的一个实施例的监测粉末床增材制造处理中的处理故障的方法。图4示出了根据示例性实施例的可用于检测图1的示例性增材制造机器的操作中的处理错误的熔池监测系统的示例性数据输出。图5示出了根据示例性实施例的表示由可用于检测图1的示例性增材制造机器的操作中的处理错误的熔池监测系统所获得的数据的示例性空间控制图。在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本专利技术的相同或类似的特征或元件。具体实施方式现在将详细地参考本专利技术的实施例，本专利技术的实施例的一个或多个实例在附图中示出。提供每个实施例是为了解释本专利技术，而不是限制本专利技术。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本专利技术旨在覆盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以使一个部件区别于另一个部件，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。另外，如本文所使用的，例如“近似”、“基本上”或“大约”的近似性术语指的是在百分之十的误差幅度之内。本主题大体上针对用于实时监测例如DMLM处理的粉末床增材制造处理的方法。在这方面，在零件的每一层的打印期间，系统控制器可以操作熔池监测系统，并且实施控制算法，以监测熔池特性，例如辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种监测粉末床增材制造处理的方法，其特征在于，所述方法包括：/n辐照在增材制造机器的粉末床上的粉末层；/n在辐照所述粉末层的同时，测量来自所述粉末床的辐射信号；/n识别测量出的所述辐射信号超出预定信号阈值的异常值辐射；/n通过评估所述异常值辐射的空间接近度来识别异常值群集；和/n响应于识别所述异常值群集而产生警报。/n

【技术特征摘要】
20181109 US 62/757,849;20191024 US 16/662,6211.一种监测粉末床增材制造处理的方法，其特征在于，所述方法包括：
辐照在增材制造机器的粉末床上的粉末层；
在辐照所述粉末层的同时，测量来自所述粉末床的辐射信号；
识别测量出的所述辐射信号超出预定信号阈值的异常值辐射；
通过评估所述异常值辐射的空间接近度来识别异常值群集；和
响应于识别所述异常值群集而产生警报。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述辐射信号包括来自所述粉末床中的熔池的电磁能辐射。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中所述电磁能辐射包括光强度、光电二极管电压响应、高温计电压或电流响应、光辐射几何尺寸、频谱响应和传感器噪声响应中的至少一个。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中测量所述辐射信号使用熔池监测系统。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述熔池监测系统包括光电二极管、高温...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯科特·阿伦·戈尔德，托马斯·格拉哈姆·斯皮尔斯，阿杰·库马尔·阿南德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US