运行制造设备的方法及用于由粉末材料增材制造构件的制造设备技术

本发明专利技术涉及一种用于运行基于粉末床的制造设备(1)的方法，该制造设备(1)用于由粉末材料(5)增材制造构件，其中，进行至少一个对在该制造设备(1)的构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录，对该至少一个光学记录进行局部评估，借助对该至少一个光学记录的评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】运行制造设备的方法及用于由粉末材料增材制造构件的制造设备
本专利技术涉及一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法，该制造设备用于由粉末材料增材制造构件，以及一种用于实施这样的方法的制造设备。
技术介绍
在这样的制造设备中，从进料容器中取出粉末材料并供给到由该粉末材料增材地制造构件的构建现场，如构建平台。特别是供给到由该粉末材料构成粉末床的构建现场。在此重要的是，设置在构建现场的工作粉末层是无缺陷的，尤其是完整且尽可能均匀的。在制造过程的开始，在构建现场特别是最初施加的工作粉末层的缺陷可能是由于进料容器中顶层粉末材料的不适当的拓扑结构造成的，例如由于该顶层不平，而是具有例如倒锥形的几何形状。在制造过程中，工作粉末层中的缺陷尤其可以是由于粉末剂量不足、工作粉末层被已构成的构件部分(例如熔融金属的边缘和/或竖立的烟尘颗粒)挤压、金属飞溅造成的，或者是由于烧结的材料在新施加的工作粉末层下具有更高的密度，即特别是具有比粉末材料更高的压实度，从而使粉末向下层的方向滑动造成的。为了对此进行补偿，必须在新的工作粉末层中施加更多的粉末材料，尤其是比作为在下层中已熔融的表面需要更多的粉末材料。由于上述原因，重要的是尽可能精确地监控所提到的粉末床，即在构建现场施加的工作粉末层。在WO2017/085468A1中公开了一种光学监测这样的工作粉末层的方法，其中确定已记录的接续的粉末材料层的图像之间的简要差别，或者观察图像的行和/或列，其中后者的目的在于确定将粉末材料从进料容器输送到构建现场的输送机构的错误，特别是粉末推送器(Pulverschieber)的缺陷。这种方式不能对工作粉末层进行局部评估。此外该方法非常复杂并且计算开销高。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法，以及一种用于由粉末材料增材制造构件的制造设备，其中克服了上述缺点。本专利技术的目的通过独立权利要求的主题来实现，优选的实施方式由从属权利要求给出。本专利技术的目的尤其是通过一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法来实现，该制造设备用于由粉末材料增材制造构件，其中，进行至少一个对在该制造设备的构建现场上的粉末材料的工作粉末层的光学记录，即尤其是图像。对该至少一个光学记录进行局部评估，其中，借助对该至少一个光学记录的评估检查工作粉末层的局部涂层缺陷。该过程使得能够对工作粉末层进行局部评估并给出对可能的缺陷的判断。此外，在此提出的方法(以下还将详述)能够更简单且更少计算开销地执行。增材制造尤其是被理解为对构件的生成制造。其中特别是由粉末材料逐层地构建构件，尤其涉及从选择性激光烧结、激光金属熔合(LMF)、选择性等离子体烧结、电子束熔化(EBM)、直接金属激光熔化(DMLM)、3D打印和电子束烧结组成的组中选出的制造方法。工作粉末层尤其是理解为这样的粉末层：在该粉末层中在构建现场产生待制造的构件的新的层。工作粉末层也称为粉末床。构建现场尤其是指制造设备中在其上由粉末材料构成所形成的构件的场所。在此其尤其可以是制造设备的构建平台。优选将对至少一个光学记录进行局部评估理解为，在两维对该光学记录进行逐像素地或逐像素组地评估。在此像素组应理解为光学记录的在两维记录的两个图像坐标方向上受限的区域。因此，局部评估尤其是对在两个图像坐标上受限的图像区域的评估。因此，局部评估尤其是不涉及对光学记录的整个列或整个行的评估。优选对光学记录进行局部评估，这意味着该评估是逐个位置进行的，而不是全局概括。优选像素组或局部评估区域局限在一图像区域，该图像区域在每个图像坐标上包括一位数的像素或最多两位数的像素，特别是最少5个像素至最多11个像素，或者最少9个像素至最多21个像素，其中，优选每个图像坐标中的像素数是奇数。像素组或局部评估区域也可以更大，其中局部分辨率随像素组或局部评估区域的增大而降低。根据本专利技术的扩展，借助对光学记录的评估来检查对工作粉末层的局部涂层缺陷，这些局部缺陷从涂覆不足区域、未涂覆区域、涂覆不均匀区域以及撕裂的边缘组成的组中选出。在此，涂覆不足区域指根据设定的涂覆量来说涂覆了过少粉末材料的区域。涂覆不均匀区域是相对于工作粉末层的设定均匀度来说涂覆不够均匀的区域。未涂覆区域是其中错误地未施加粉末材料的区域。撕裂边缘是其中粉末材料涂层错误地结束的区域。一般来说，涂层缺陷尤其是在构建现场利用粉末材料的涂覆的缺陷。涂覆不足区域例如可以出现在当新施加的粉末材料滑入新的工作粉末层下的已熔化的区域中时，因为该已熔化的区域的体积小于未熔化的粉末材料的体积。未涂覆区域尤其可以是由于工作粉末层下的层中的突出部分(如熔融金属的边缘、烟尘颗粒或金属飞溅物)而造成的。涂覆不均匀区域例如可由将粉末材料从进料容器输送到构建现场的输送机构的故障或缺陷造成。撕裂边缘尤其是可以出现在涂覆区域和未涂覆区域彼此交界的地方。涂层缺陷还可以是由于进料容器中粉末材料的顶层的不足的形貌所引起的，尤其是在实际的构件制造开始之前在最初涂覆工作粉末层时。在此尤其是当粉末材料的顶层形成圆锥形时，通过输送机构输送到构建现场的粉末材料就会较少，从而导致出现涂覆不足区域和/或未涂覆区域。根据本专利技术的扩展，以一定的分辨率来产生至少一个光学记录，该分辨率与粉末材料的平均粉末粒度的比率被选择为，使该光学记录中各个像素中的亮度变化能够根据粉末材料的粉末体的局部不同排列来确定。粉末体的局部不同排列被称为粉末微结构；从中产生的光学记录中各个像素中的亮度变化称为图像微结构。之前提到的对分辨率的选择尤其意味着，分辨率的高度要使单个颗粒的光学散射不会在一个像素上平均。通过这种方式，可以有利地对由于粉末微结构造成的局部图像微结构、即局部成像噪声进行评估，尤其是以便能够通过比较彼此接续的工作粉末层的光学记录来区分新涂覆的区域和涂覆不足或未涂覆的区域。事实上已经发现，局部图像微结构在新涂层的情况下，即在新涂覆的工作粉末层的情况下，由于各个粉末体重新排列，即尤其是新的工作粉末层相对于之前的工作粉末层改变了的粉末微结构而改变。而图像微结构在未涂覆的或涂覆不足的区域中则保持不变或几乎不变，因为在此粉末颗粒至少在相关的部分保持其定向。如果选择分辨率，使该效果不在记录的一个像素上平均，则对图像微结构的逐像素的或逐像素组的分析尤其是可以确定，在一个像素或一个像素组中成像的区域是否是新涂覆的区域，或者是否是未涂覆的区域或涂覆不足的区域。要将图像微结构和成像噪声与记录系统造成的图像噪声相区分，图像噪声例如是传感器噪声、读取器噪声等，在此不予考虑。在本专利技术方法的范围内优选这样选择亮度的信息深度，特别是量化亮度的位数，使得能够确定亮度变化。粉末材料的平均粉末粒度在此尤其是理解为粉末材料的平均当量直径原则上可以使用不同的测量方法来确定粉末材料中的粒度分布，尤其是平均当量直径。但这并不重要，重要的是，选择光学记录的分辨率，使得最终可以确定上述亮度变化，并由此可以在新涂层的范围内评估改变了的局部图像微结构。例如铝粉的平均粉末粒度例如在10μm至53μm之间。根据本专利技术的扩展，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于运行基于粉末床的制造设备(1)的方法，该制造设备(1)用于由粉末材料(5)增材制造构件，其中，/n-进行至少一个对在该制造设备(1)的构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录，/n-对该至少一个光学记录进行局部评估，/n-借助对该至少一个光学记录的评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181107 DE 102018218991.91.一种用于运行基于粉末床的制造设备(1)的方法，该制造设备(1)用于由粉末材料(5)增材制造构件，其中，
-进行至少一个对在该制造设备(1)的构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录，
-对该至少一个光学记录进行局部评估，
-借助对该至少一个光学记录的评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述工作粉末层(7)检查的局部涂层缺陷从涂覆不足区域、未涂覆区域、涂覆不均匀区域以及撕裂的边缘组成的组中进行选择。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，以一定的分辨率来产生所述至少一个光学记录，这样选择该分辨率与所述粉末材料(5)的平均粉末粒度的比率：使该光学记录中各个像素中的亮度变化能够根据所述粉末材料(5)的粉末体的局部不同排列来确定。


4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于所确定的涂层缺陷推断出在所述进料容器(13,15)中所述工作粉末层(5)的顶层(31)的形貌。


5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述制造设备(1)的持续运行中在逐层构建构件的过程中检查所述工作粉末层(7)的涂层缺陷。


6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将第一工作粉末层(7)的第一光学记录(A)与先前的第二工作粉末层(7)的第二光学记录(B)进行比较，其中，通过比较所述第一光学记录(A)和所述第二光学记录(B)来检查所述第一工作粉末层(7)中的局部涂层缺陷。


7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·瓦根布拉斯特，M·皮格尔，F·沙尔，M·亚伦贝格拉贝，B·乌尔曼，V·布利克勒，M·格伦勒，
申请(专利权)人：通快激光与系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE