在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射制造技术

本发明专利技术涉及一种生成在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射图的方法，在该增材制造中使用能量束来选择性地熔化多层粉末以形成物体。该方法包括：接收在物体的增材制造期间收集的传感器数据，该传感器数据包括传感器值，该传感器值是在该物体的增材制造期间针对该能量束的不同坐标位置而捕获的；以及针对该传感器数据的相对应的基于单元的空间映射而生成单元值。该单元值中的每一个都是根据在与该熔池或能量束光斑的范围相当的区域/体积上延伸的相应多个传感器值来确定的。

Spatial mapping of sensor data collected during additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射
本专利技术涉及用于比如在粉末床熔融设备中对增材制造期间收集的传感器数据进行空间映射的设备和方法。本专利技术特别地但不排他地应用于二维或三维的空间映射传感器数据，以用于传感器数据的可视化和/或用于过程中控制。
技术介绍
用于生产部件的增材制造或快速成型方法包括可流动材料的逐层固化。存在多种不同的增材制造方法，包括材料床系统，比如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)和立体光刻系统。在选择性激光熔化中，在构建室中的粉末床上沉积粉末层，并且用激光束扫描粉末层的与正在构造的物体的截面(剖切面)相对应的部分。激光束将粉末熔化以便形成固化层。在层的选择性固化之后，使粉末床降低了新固化的层的厚度，并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其固化。在单一构建中，可以构建不只一个物体，这些零件在粉末床中间隔开。WO2007/147221A1披露了一种选择性激光熔化设备，该设备包括用于用激光束扫描粉末表面的扫描仪、以及用于捕获由熔化区发射并通过扫描仪的光学系统传输的辐射的空间分辨检测器(例如CCD或CMOS相机)或集成检测器(例如具有较大有源区域的光电二极管)。US2013/0168902A1披露了一种通过激光熔化工艺来生产三维部件的方法，其中，使用WO2007/147221A1中披露的装置捕获的传感器值与在部件中定位这些传感器值的坐标值一起存储、并且通过可视化单元以二维和/或多维表示方式对部件中的传感器值的检测位置进行显示。可视化方法可以用于在构造过程期间(在构造过程正好完成后和/或仍在构造过程期间)显示从熔池捕获的值。“使用高速实时熔池监测系统的对选择性激光熔化过程的原位质量控制”，S.Clijsters,TCraeghs,SBuls,KKempen,J-PKruth,InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology[先进制造技术国际期刊](2014)25:1089-1101披露了一种用于选择性激光熔化(SLM)的原位监测系统。传感器值的可视化是通过“映射算法”完成的，映射算法将测量值从时域表示方式转换为位置域表示方式。每100μm拍摄一次熔池的样本/照片。将所测量的熔池数据映射在规则网格上。将熔池数据分配给与相对应的记录位置最接近的像素。当将不只一个数据点分配给像素时，取该像素内所有数据的平均值。所映射的图像的每个像素为100μm×100μm。基于预期的熔池大小(直径为120μm至150μm左右)和采样速率来选择像素大小。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种生成在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射图的方法，在该增材制造中使用能量束来选择性地熔化多层粉末以形成物体，该方法包括：接收在物体的增材制造期间收集的传感器数据，该传感器数据包括传感器值，该传感器值是在该物体的增材制造期间针对该能量束的不同坐标位置而捕获的；以针对该传感器数据的相对应的基于单元的空间映射而生成单元值，其中，该单元值中的每一个都是根据在与熔池或能量束光斑的范围/尺寸相当的区域/体积上延伸的相应多个传感器值来确定的。应当理解的是，如本文所使用的，“相当的”是指区域/体积与熔池和/或能量束光斑的物理尺寸或影响大致相同或稍大。典型地，多个传感器值在大约与熔池和/或能量束光斑的大小相同或者在熔池和/或能量束光斑的尺寸的1倍到2倍之间的区域/体积上延伸。对于典型的金属粉末床熔化设备，熔池可以具有100微米到150微米左右的宽度以及75微米到250微米左右的深度。因此，多个传感器值可以在70微米到500微米之间的区域/体积上延伸，以便表示熔池。对于典型的金属粉末床熔化设备，能量束光斑可以具有70微米到80微米左右的(1/e2)宽度。因此，多个传感器值可以在65微米到160微米之间的区域/体积上延伸，以便表示能量束光斑。对单元值进行确定的传感器值的平均数量可以是2个或更多个，优选地是5个或更多个。这可以允许传感器数据以高于熔池大小的分辨率来进行空间映射。可以在与能量束光斑(其通常以1m/s至4m/s的速度移动)移动的距离相对应的、小于熔池和/或能量束光斑的尺寸(例如，每个传感器值10微米至40微米，相比于熔池宽度100微米或能量束光斑70微米)的采样频率(例如100kHz)下获得传感器数据。然而，在传感器具有用于监测整个熔池区域或监测能量束的视场的情况下，传感器值来自于在生成传感器值时能量束的中心位置所属的、分辨率大于10微米至40微米的区域或者(在能量束光斑的情况下)与对该区域的影响相关联。因此，将每个传感器值归属于10微米至40微米的区域可能无法合理地表示从中得到传感器值的区域/体积，并且照此可能无法使得用户能够识别缺陷，比如物体中的孔隙率、层中粉末用量不足或能量束的覆盖范围。本专利技术使传感器值合并以提供表示在这种更宽的区域/体积上曝光的影响的单元值。以这样的方式，传感器值的空间映射更能代表由传感器数据捕获的在粉末层处发生的物理过程。传感器数据的这种映射可以被称为传感器数据的宏映射或中映射，从而允许用户/操作者查看具有这些比例的构建中的缺陷。每个单元可以代表与熔池或能量束光斑的大小相当的空间范围。可替代地，每个单元的空间范围可以显著小于熔池或能量束光斑的大小，但是其值是根据在与熔池或能量束光斑相当的区域/体积上延伸的相应多个传感器值来确定的并且因此超出了该单元的空间范围。每个单元值可以根据多个层中的一个或多个不同的层中的多个传感器值来确定。每个单元值可以根据单元的中心/位置的定义距离(比如用户/操作者所定义的距离)内的多个传感器值来确定。所定义的距离可以是单元的空间范围(例如，落入每个单元的空间范围内的多个传感器值)，或者是超出单元的空间范围的距离。确定每个单元值可以包括对该相对应的多个传感器值求和。该求和可以是各个多个传感器值的加权求和。每个传感器值可以基于从单元位置到传感器值的坐标位置的距离来加权。以这样的方式，单元值的确定可以将熔池/曝光的影响与距熔池/曝光的距离之间的关系考虑在内。模糊(方框(平均)模糊、高斯模糊或其他基于熔化过程模型的适当模糊)可以用于使传感器值在基于单元的空间映射的单元中趋于平滑。该方法可以包括接收对高斯模糊的Σ值、模糊半径、和/或像素/体素大小进行限定的输入。这可以提供表示从区域输入或发射的能量的量的映射，该映射可以与该区域中的熔化程度相关。模糊半径可以与熔池或能量束光斑的范围相当。可以基于熔池或能量束光斑的范围来选择高斯模糊的Σ值。例如，可以选择20微米到80微米之间的Σ值。可替代地，确定每个单元值可以包括分配与相应多个传感器值的最大值或极值相对应的值。这对于识别增材制造过程期间发生的不期望的极端事件(例如能量束功率的不希望的浪涌)可能是所期望的。用于生成单元值的多个传感器值或者用于生成单元值的算法可以基于扫描的方向性(扫描方向和/或影线形成方向)或者在增材制造过程期间的传感器值的捕获时间。能量束的曝光或熔池的影响可以有所不同，取决于是在粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生成在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射图的方法，在所述增材制造中使用能量束来选择性地熔化多层粉末以形成物体，所述方法包括：接收在物体的增材制造期间收集的传感器数据，所述传感器数据包括传感器值，所述传感器值是在所述物体的增材制造期间针对所述能量束的不同坐标位置而捕获的；以及针对所述传感器数据的相对应的基于单元的空间映射而生成单元值，其中，所述单元值中的每一个都是根据在与所述熔池或能量束光斑的范围相当的区域/体积上延伸的相应多个传感器值来确定的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 GB 1718597.61.一种生成在增材制造期间收集的传感器数据的空间映射图的方法，在所述增材制造中使用能量束来选择性地熔化多层粉末以形成物体，所述方法包括：接收在物体的增材制造期间收集的传感器数据，所述传感器数据包括传感器值，所述传感器值是在所述物体的增材制造期间针对所述能量束的不同坐标位置而捕获的；以及针对所述传感器数据的相对应的基于单元的空间映射而生成单元值，其中，所述单元值中的每一个都是根据在与所述熔池或能量束光斑的范围相当的区域/体积上延伸的相应多个传感器值来确定的。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域/体积的尺寸是65微米到500微米之间。


3.根据权利要求1至权利要求2所述的方法，其中，每个单元代表与所述熔池或所述能量束斑的大小相当的空间范围、或者每个单元的空间范围显著小于所述熔池和/或所述能量束光斑的大小，但是其值是根据在与所述熔池或所述能量束光斑相当的所述区域/体积上延伸的相应多个所述传感器值来确定的。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，每个单元值是根据来自所述多层中的不同层的传感器值来确定的。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定每个单元值包括对所述相应多个传感器值求和，其中，所述求和可用于确定所述相应多个传感器值的均值，和/或其中，所述求和可是相应多个传感器值的加权总和，并且所述加权求和可包括基于每个传感器值距单元位置的距离而对所述传感器值进行加权。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定单元值包括进行模糊化以使所述传感器值在所述基于单元的空间映射的所述单元当中趋于平滑。


7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，确定每个单元值包括分配与所述相应多个传感器值的最大值或极值相对应的值。


8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于生成单元值的所述多个传感器值或者用于生成所述单元值的所述算法是基于扫描的方向性和/或在所述增材制造过程期间的所述传感器值的捕获时间。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基于单元的空间映射是所述传感器值的体积模型，并且可包括在所述增材制造过程期间构建起所述体积模型，其中，所述体积模型的体素层可在接收到传感器数据时被顺序添加，并且所述体积模型的体素大小可大于所述增材制造过程中的层的厚度，并且所述方法可包括在接收到用于所述增材制造过程的多个层的传感器数据时添加体素层。


10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：在所述增材制造过程期间确定所述单元值，并且可选地，在所述增材制造过程期间以所述基于单元的空间映射为基础而生成传感器数据的显示。

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·黛尔迪丝，K·M·琼斯，凯里·布朗，尼古拉斯·亨利·汉纳福德·琼斯，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB