用于校准用于通过增材制造来生产物体的设备的方法以及用于该方法的设备技术

本发明专利技术涉及一种用于校准用于通过增材制造生产物体的设备的方法。所述设备包括：处理室，用于接纳材料浴，所述材料浴可通过暴露于电磁辐射而被固化；支撑件，用于相对于所述材料浴的表面水平定位所述物体；以及固化装置，用于通过电磁辐射在表面水平上固化材料的选择性层部分固化。根据本发明专利技术的方法包括：在支撑件上或支撑件附近设置面向固化装置的校准标记的步骤，以及提供具有可指向所述支撑件的成像单元的校准系统的步骤。进一步的步骤包括：确定校准标记的位置的步骤；形成与校准标记相关的固化标记，并确定所述固化标记的位置的测量值；以及基于校准标记和固化标记两者的位置利用校准系统确定至少一个校正矢量。

Method for calibrating equipment for the production of objects by additive manufacturing and equipment for the method

【技术实现步骤摘要】
用于校准用于通过增材制造来生产物体的设备的方法以及用于该方法的设备
本专利技术涉及一种用于校准用于通过增材制造生产物体的设备的方法。
技术介绍
3D打印或增材制造是指用于制造三维物体的各种工艺中的任一种工艺。传统技术(例如，注塑成型)对于制造诸如大量聚合物产品可能是较便宜的，但是当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。可以预料，增材制造在未来变得越来越重要，这是因为不断增加的竞争压力迫使公司不仅以恒定的高产品质量更经济地制造，而且在产品开发领域中节约时间和成本。产品的寿命被持续地缩短。除了产品质量和产品成本之外，市场引入的时刻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、纸张或片材材料以产生三维3D物体来生产。特别地，可以使用计算机控制的增材制造设备，所述增材制造设备顺序地烧结多个层，从而以逐层方式构建期望的物体。主要使用添加工艺，在添加工艺中，在计算机控制下铺设连续的材料层。这些物体可以是几乎任何形状或几何形状，并且从3D模型或其它电子数据源生成。为了打印三维物体，例如，要用计算机设计包或经由3D扫描仪来创建可打印模型。通常，输入是3DCAD文件，例如STL文件、STEP文件或IGS文件。在由CAD文件打印物体之前，文件要由一个软件处理，该软件将模型转换成一系列薄的后续层。此外，设备设定和矢量被生成以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定和矢量以固化材料的连续层，从而由一系列横截面构建3D物体。这些层对应于来自CAD模型的虚拟横截面，在该过程期间，这些层同时被接合或融合以创建最终的3D物体。在三维物体的制造中，特别是在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。US5,832,415公开了一种用于校准激光束的偏转控制的方法。所公开的方法包括用激光束产生测试图案的步骤。将激光束在数字化测试图案上的实际位置与预定的期望坐标进行比较。该信息用于生成校正表。然后使用该校正表来控制激光束的偏转。用已知方法获得的校准的精度和速度不满足增材制造中的当前要求。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提高用于通过增材制造来生产物体的设备的精度。为此，本专利技术提供了一种用于校准用于通过增材制造生产物体的设备的方法。在该方法中，所述设备包括：-处理室，所述处理室用于接纳材料浴，所述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定位所述物体；-固化装置，所述固化装置用于通过电磁辐射在所述表面水平上固化所述材料的选择性层部分。根据本专利技术的方法包括以下步骤：在支撑件上或在支撑件附近提设置面向固化装置的校准标记；以及提供具有可指向所述支撑件的成像装置的校准系统。根据本专利技术，该方法还包括以下步骤：a)利用所述成像装置确定所述校准标记的位置的测量值；b)控制固化装置以形成与校准标记相关的固化标记；c)利用所述成像装置确定所述固化标记的位置的测量值；d)基于所述校准标记和与该校准标记相关的所述固化标记两者的位置，利用所述校准系统来确定至少一个校正矢量。根据本专利技术，在所述支撑件上或在所述支撑件附近设置校准标记。一旦被设置，校准系统以确定校准标记位置的测量值这样的方式被控制。利用成像装置确定校准标记的位置的测量值。因此，该测量值涉及成像装置在其中操作的坐标系，该坐标系将在下面被称为传感器坐标系。一旦确定了校准标记的位置，固化装置就可以被控制以形成与校准标记的位置相关的固化标记。然后可以利用同一成像装置确定所得到的固化标记的位置。由于成像装置在所述传感器坐标系中操作，因此固化标记的位置也与传感器坐标系相关。这允许基于校准标记和固化标记两者的位置来确定校正矢量。这允许所述固化装置被校正以增加设备的精度。例如，由校准系统获得的校正矢量可以被编程到固化装置中，以使得固化装置在预期的期望位置处操作。由此，实现了本专利技术的目的。固化标记可以与以下所述中的一个或多个相关：-在标记的形成期间固化装置的电磁辐射，即来自暂时存在于校准主体上的激光的电磁辐射；-源自熔池的辐射，即从熔融材料辐射的光；和/或-源自固化装置的物理印记，即在激光已经熔化或去除校准主体的一些材料之后。下面将描述进一步有利的实施例。在根据本专利技术的方法中，使用校准系统。该校准系统包括至少一个成像装置。在该方法的实施例中，成像装置可以确定校准标记的位置的测量值和/或用于确定固化标记的位置的测量值。在该实施例中，成像装置用于获得校准标记和/或固化标记的图像。成像装置允许以高效和成本有效的方式形成校准标记的图像，并且直接或单独地形成待形成的固化标记的图像。因此，可以形成校准标记和固化标记的单个图像，或者可以形成校准标记和固化标记的单独图像。当形单独离的图像时，当使用成像装置的相同位置(即相同的视场)以使得两个图像可以彼此相关时是有利的。在一个实施例中，固化装置用于在校准标记本身上做标记。然而，这可能意味着校准标记可能仅使用有限的时间，特别是当固化装置以在校准标记上形成物理标记的方式被控制时。因此，在替代实施例中，在控制固化装置之前移除校准标记，以使得损坏校准标记的风险降低。然而，在这两种情况下，由固化装置提供的标记仍然与校准标记的位置相关。在一个实施例中，确定校准标记的位置的测量值的步骤包括：确定校准标记的预期位置。当校准标记被设置时，所述校准标记被放置在某个已知位置处。所述位置可以是绝对位置或相对位置，并且可以包括不精确性。校准标记的所述位置被称为预期位置。在该实施例中，该方法包括基于所述预期位置控制该设备并确定产生的设定位置的进一步步骤。特别地，成像装置被控制并且朝向预期位置瞄准。因此，成像装置将被设定在产生的设定位置处。产生的设定位置可能会偏离预期位置。可以利用校正来补偿此。在一个实施例中，该方法还包括确定校准标记差矢量的步骤，该校准标记差矢量被定义为校准标记的预期位置与产生的设定位置之间的差。这进一步增加了设备的精度。设备可以被控制以使得图像的中心被指向预期位置。然而，图像的中心可能与预期位置不一致，而是偏离预期位置。该差可以用于确定校准标记差矢量，以便增加设备的精度。在一个实施例中，确定固化标记的位置的测量值的步骤包括：确定校准标记的预期位置；以及基于所述预期位置来控制所述设备并确定产生的设定位置。因此，基于校准标记的预期位置来操作该设备，以便在校准标记的位置上形成固化标记。应该注意，实际校准标记可以存在或不存在，如以上已经所描述的。成像装置的使用允许设备在传感器坐标系中工作，以使得校准标记的实际存在不是必需的。在任何情况下，成像装置也指向预期位置，并且成像装置用于确定固化标记的位置。则固化标记的实际位置可以与校准标记的预期位置和/或设备的产生的设定位置相关。在一个实施例中，该方法还包括确定固化标记差矢量的步骤，固化标记差矢量被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于校准用于通过增材制造生产物体的设备的方法，其中所述设备包括：/n-处理室，所述处理室用于接纳材料浴，所述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定位所述物体；以及/n-固化装置，所述固化装置用于通过电磁辐射在所述表面水平上固化所述材料的选择性层部分；/n其中所述方法包括：/n在所述支撑件上或所述支撑件附近设置面向所述固化装置的校准标记的步骤；以及/n提供具有成像装置的校准系统的步骤，所述成像装置能够指向所述支撑件，其中所述成像装置被布置成使得所述成像装置的光学路径在所述设备的使用中与所述固化装置的电磁辐射的光学路径重合，优选地与所述固化装置的电磁辐射的光学路径至少部分地重合；以及/n其中所述方法还包括以下步骤：/na)利用所述成像装置确定所述校准标记的位置的测量值；/nb)控制所述固化装置以形成与所述校准标记相关的固化标记；/nc)利用所述成像装置确定所述固化标记的位置的测量值；/nd)基于所述校准标记和与所述校准标记相关的所述固化标记两者的位置，利用所述校准系统确定至少一个校正矢量。/n

【技术特征摘要】
20181127 EP 18208436.81.一种用于校准用于通过增材制造生产物体的设备的方法，其中所述设备包括：
-处理室，所述处理室用于接纳材料浴，所述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定位所述物体；以及
-固化装置，所述固化装置用于通过电磁辐射在所述表面水平上固化所述材料的选择性层部分；
其中所述方法包括：
在所述支撑件上或所述支撑件附近设置面向所述固化装置的校准标记的步骤；以及
提供具有成像装置的校准系统的步骤，所述成像装置能够指向所述支撑件，其中所述成像装置被布置成使得所述成像装置的光学路径在所述设备的使用中与所述固化装置的电磁辐射的光学路径重合，优选地与所述固化装置的电磁辐射的光学路径至少部分地重合；以及
其中所述方法还包括以下步骤：
a)利用所述成像装置确定所述校准标记的位置的测量值；
b)控制所述固化装置以形成与所述校准标记相关的固化标记；
c)利用所述成像装置确定所述固化标记的位置的测量值；
d)基于所述校准标记和与所述校准标记相关的所述固化标记两者的位置，利用所述校准系统确定至少一个校正矢量。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述校准标记的位置的测量值的步骤包括：
-确定所述校准标记的预期位置；
-基于所述预期位置控制所述设备并确定产生的设定位置。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
确定校准标记差矢量的步骤，所述校准标记差矢量被定义为所述校准标记的预期位置与产生的设定位置之间的差。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定所述固化标记的位置的测量值的步骤包括：
-确定所述校准标记的预期位置；
-基于所述预期位置控制所述设备并确定产生的设定位置。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法还包括：
确定固化标记差矢量的步骤，所述固化标记差矢量被定义为所述固化标记与所述产生的设定位置之间的差。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于通过增材制造生产物体的所述设备包括另一固化装置，并且其中所述方法包括以下另外的步骤：
-控制所述另一固化装置以形成与所述校准标记相关的另一固化标记；
-利用所述校准系统确定所述另一固化标记的位置的测量值；
-基于所述校准标记和与所述校准标记相关的所述另一固化标记两者的位置，利用所述校准系统确定至少另一校正矢量。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述校准系统包括至少另一成像装置，其中所述至少另一成像装置被用于获得所述校准标记和/或所述另一固化标记的图像。

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·赫尔曼·埃尔斯·维斯，罗伯·彼得·艾伯特·万亨德尔，欧文·维基恩，
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