多个光学系统的扫描场对准技术方案

一种用于增材制造过程的校准束扫描场的方法，其中两个或更多个辐射能量束用于选择性地熔化材料以形成工件。该方法包括：使用单独的束转向机构来引导两个或更多个辐射能量束，以在基板上创建校准构建图案，该校准构建图案包括由两个或更多个辐射能量束中的每一个创建的至少一个测量伪影；测量测量伪影的位置；比较测量伪影的位置与标准，以识别对准误差；以及调整束转向机构中的至少一个以补偿对准误差。误差。误差。

【技术实现步骤摘要】
多个光学系统的扫描场对准


[0001]本专利技术总体上涉及增材制造，并且更具体地涉及用于增材制造中的能量束对准的设备和方法。

技术介绍

[0002]增材制造是逐层堆积材料以形成部件的过程。增材制造也被称为“分层制造”和“逆向加工”。为了本专利技术的目的，这些术语被视为同义词。
[0003]一种类型的增材制造机器被称为“粉末床”或直接金属激光熔化(“DMLM”)机器，并且包括构建室，该构建室包围由辐射能量束选择性熔融以形成工件的大量粉末。这种类型的机器可以配备有多个光学系统或束发生器，该光学系统或束发生器产生多个辐射能量束(例如，激光)以加快构建过程。每个束都可以扫过其自己的独立扫描场。独立扫描场的校准和相对对准对于在多束增材制造机器中获得高质量的零件至关重要。
[0004]现有校准过程的一个问题是它们不允许直接比较多个光学系统的对准。

技术实现思路

[0005]通过使用包括由不同光学系统创建的测量伪影(artifact)的校准构建图案来解决该问题。
[0006]根据本文描述的技术的一个方面，提供一种用于校准增材制造过程的束扫描场的方法，其中两个或更多个辐射能量束用于选择性地熔化材料以形成工件。该方法包括：使用单独的束转向机构来引导两个或更多个辐射能量束，以在基板上创建校准构建图案，该校准构建图案包括由两个或更多个辐射能量束中的每一个创建的至少一个测量伪影；测量测量伪影的位置；比较测量伪影的位置与标准，以识别是否存在对准误差；以及如果存在对准误差，则调整至少一个束转向机构以补偿对准误差。
附图说明
[0007]通过参考以下结合附图进行的描述，可以最好地理解本专利技术，其中：
[0008]图1是示例性增材制造机器的示意性局部剖视的正视图，该增材制造机器在其中包括构建室；
[0009]图2是图1的机器的示意性立体图；
[0010]图3是现有技术的束校准构建图案的示意性俯视图；
[0011]图4是根据本专利技术的一个方面的示例性束校准构建图案的示意性俯视图；和
[0012]图5是图4的构建校准图案的一部分的放大图。
具体实施方式
[0013]参照附图，其中在各个附图中，相同的附图标记表示相同的元件，图1示意性地示出了适于执行增材制造方法的增材制造机器10。机器10及其操作是“粉末床机器”的代表性
示例。
[0014]将理解，机器10仅用作示例以提供用于描述本专利技术的原理的上下文。本文描述的原理适用于粉末床机器的其他构造，以及其他类型的增材制造机器和相关过程。更一般地，本文描述的原理将适用于其中产生熔池的任何制造过程。此类过程的非限制性示例包括电子束熔化(“EBM”)，定向能量沉积(“DED”)和激光焊接。术语“制造过程”还可以包括修理过程，其中使用产生熔池的技术将部件构建或连接在一起。
[0015]机器10的基本部件包括工作台12，粉末供应器14，重涂器16，溢流容器18，被构建室22包围的构建平台20和至少一个束发生器(通常表示为24)，所有这些都被壳体26包围。这些部件的每一个将在下面更详细地描述。
[0016]工作台12是限定平坦工作表面28的刚性结构。工作表面28与虚拟工作平面共面并限定虚拟工作平面。在示出的示例中，其包括与构建室22连通并暴露构建平台20的构建开口30，与粉末供应器14连通的供应开口32以及与溢流容器18连通的溢流开口34。
[0017]重涂器16是位于工作表面28上的刚性的、横向伸长的结构。它连接到致动器36，该致动器36可操作以选择性地使重涂器16沿着工作表面28移动。在图1中示意性地示出了致动器36，要理解的是，诸如气动或液压缸，滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可以用于该目的。
[0018]粉末供应器14包括位于供应开口32下方并与其连通的供应容器38，以及升降器40。升降器40是可在供应容器38内竖直滑动的板状结构。其连接到致动器42，该致动器42可操作以选择性地使升降器40向上或向下移动。在图1中示意性地描绘了致动器42，要理解的是，诸如气动或液压缸，滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可以用于该目的。当升降器40下降时，可以将具有所需成分的粉末44(例如，金属，聚合物，陶瓷和/或有机粉末)的供给物加载到供应容器38中。当升降器40升起时，它将粉末44暴露在工作表面28上方。可以使用其他类型的粉末供给物；例如，粉末可以通过高架装置(未示出)落入构建室22中。
[0019]构建平台20是可在构建开口30下方竖直滑动的板状结构。其连接到致动器46，该致动器46可操作以选择性地向上或向下移动构建平台20。在图1中示意性地示出了致动器46，要理解的是，诸如气动或液压缸，滚珠丝杠或线性电致动器等的装置可以用于该目的。当在构建过程中将构建平台20降低到构建室22中时，构建室22和构建平台20共同围绕并支撑大量粉末44以及所构建的任何部件。该大量粉末通常被称为“粉末床”，并且这种特定种类的增材制造过程可以被称为“粉末床过程”。
[0020]溢流容器18在溢流开口34下方并与之连通，并用作多余粉末44的储存库。
[0021]设备10包含两个或更多个束发生器，其可操作以产生能量束并根据需要将其引导。如将在下面更详细解释的，可以提供任何数量的束发生器24，并且束发生器24可以同时使用，以提高设备10的生产速度。在所示的示例中，示出了两个束发生器24A，24B。
[0022]每个束发生器24A，24B包括定向能量源48和束转向机构(通常以50表示)。各个束转向机构分别表示为50A，50B。定向能量源48可以包括任何装置，该装置可操作以产生具有适当功率和其他操作特性的束，从而在构建过程中熔化和熔融粉末44，这将在下面更详细地描述。例如，定向能量源48可以是激光器。其他定向能量源，例如电子束枪，是激光器的合适替代品。
[0023]每个束转向机构50A，50B可以包括一个或多个反射镜，棱镜和/或透镜，并且可以
配备有合适的致动器并布置成使得来自定向能量源48的束可以聚焦到期望的斑点尺寸并转向至与工作表面28一致的平面中的所需位置。为了方便描述的目的，该平面可以被称为X
‑
Y平面，并且垂直于X
‑
Y平面的方向被表示为Z方向(X，Y和Z是三个相互垂直的方向)。该束在本文中可以被称为“构建束”。
[0024]一种已知类型的束转向机构包括两个反射镜，它们依次接收构建束并将其重定向到所需的焦点。每个反射镜连接到其自身的振镜(galvanometer)(通常称为“振镜(galvo)”)并由其选择性地枢转。这种类型的束转向机构接收独立的输入或驱动信号(例如，可变电压信号)，以在两个相互垂直的平面中进行束扫描或束指向。例如，一个振镜可以使束在X
‑
Z平面中枢转，从而导致束焦点在工作表面28上在X方向上移动。另一个振镜可以使束在Y
‑
Z平面中枢转，从而导致束焦点在工作表面28上在Y方向上移动。这两个运动的总和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造过程的校准束扫描场的方法，其特征在于，其中，使用两个或更多个辐射能量束来选择性地熔融材料以形成工件，所述方法包括：使用单独的束转向机构引导所述两个或更多个辐射能量束，以在基板上创建校准构建图案，所述校准构建图案包括由所述两个或更多个辐射能量束中的每一个创建的至少一个测量伪影；测量所述测量伪影的位置；将所述测量伪影的测量位置与标准进行比较，以识别对准误差；和调整至少一个所述束转向机构，以补偿所述对准误差。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，每个束转向机构与扫描场相关联，并且所述束转向机构被定位成使得所述扫描场彼此部分重叠。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整的步骤包括最小化每个束转向设备的平均对准误差。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，调整的步骤包括最小化所述校准构建图案的预定位置中的所述对准误差。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，每个束转向机构包括至少一个振镜，所述振镜能够操作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：