增材制造过程监测制造技术

本发明专利技术涉及用于增材制造机器的附加套件，附加套件构造成在感兴趣区域上扫描构建束并且借此在位于感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件，附加套件包括：基板，其构造用于安装至增材制造机器；安装至基板的光学组件，光学组件包括壳体和位于壳体内的分束器，其中壳体包括多个出口孔，分束器构造成将进入光学组件的电磁辐射分成多个束，光学组件构造成将多个束中的每个束引导到多个出口孔中的相应出口孔；可移动反射器，其构造成将来自视场内的电磁辐射反射到光学组件，使得每个束包括来自视场的电磁辐射；和控制器，其配置为移动可移动反射器以保持移动构建点与视场之间的预定关系。本发明专利技术还涉及用于监测增材制造过程的系统和方法。程的系统和方法。程的系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
增材制造过程监测


[0001]本公开总体上涉及增材制造，更具体但非排他地涉及用于监测增材制造过程的系统和方法。

技术介绍

[0002]金属增材制造(AM)现在构成了数十亿美元的市场规模。值得注意的是，AM已被用于生产高价值的航空航天、国防和医疗部件。然而，仍然存在关于高质量、无缺陷部件的可重复生产的问题。为此，原位感测已被提议作为测量过程物理和相关构建质量的手段。
[0003]不幸的是，在原位过程监测和表征AM部件质量的度量标准开发方面仍存在重大障碍。监测过程物理可能需要在整个构建过程中在层间、层内和熔池层级/水平/高度处进行原位感测。在这三个尺度上实现保真度需要高分辨率、大视场(FOV)和高数据速率。这些规格在很大程度上是现成的原位传感器无法实现的。光电二极管或高温计等单点检测器能够快速记录高分辨率数据，但是它们的FOV受到限制。大FOV可以通过可见光或红外摄像系统实现，然而，大量的数据限制了数据可被记录的速度。因此，监测整个构建过程的方案要么是使用以不同分辨率和帧速率工作的多个传感器，要么是使用高保真、高速传感器。
[0004]虽然高保真实验室规模的传感器如高速可见光(VIS)、红外(IR)或X射线成像最近已适用于阐明AM过程物理，但其高成本、有限的视场和极高的数据速率抑制了其与市售硬件和软件系统的连用，并限制了其在实验室环境中的简化实验中的使用。例如，虽然同步X射线成像已经广泛用于捕获AM过程的过程动态，但是实验局限于理想化的环境(例如，测量两个玻璃碳窗之间的单个粉末层)。可用于评估熔池表面几何形状和绘制复杂的过程相互作用的高速VIS和IR成像也由于与商业上可用的分辨率、捕获速率和数据传输要求相关联的限制而限于熔池的小视场。简言之，这些方法难以应用于最简单的实验(例如，单轨迹)，并且既不可扩展也不适合验证AM部件的质量。
[0005]然而，用多个传感器监测AM过程带来了其自身的一系列复杂性。也就是说，多个传感器的引入意味着传感器间视角和FOV的变化。这些变化通常需要对每个传感器进行仔细校准，并且增加了交叉配准、关联和验证由同时原位感测收集的数据的复杂性，因为被测量的信号通常是构建平面上的感测位置及其视角的联合函数。
[0006]类似的限制适用于表征AM过程物理。就算法和边界条件而言，对层间、层内和熔池行为的物理建模彼此根本不同。此外，粉末再涂覆是一个统计过程，激光
‑
材料相互作用的物理学是复杂的，并且高温热物理数据可能缺乏保真度。因此，许多模拟AM过程物理的方法使用多尺度、多物理方法，包括在每个时间步的一系列解决方案。
[0007]最终，用过程物理学校准传感器数据以表征AM部件质量可能需要多尺度方法。因此，一个根本问题是空间分辨率、时间分辨率和保真度的不匹配。因此，需要方法的集成和应用来促进多尺度原位过程监测传感器和AM部件质量之间的可重复校准。尤其由于这些原因，在这一
仍然需要进一步的改进。

技术实现思路

[0008]示例性方法总体上包括通过可移动反射器将电磁辐射从增材制造机器的感兴趣区域中的视场反射至光学组件；通过光学组件的分束器将电磁辐射分成多个束；将所述多个束引导至多个光学传感器，使得所述多个光学传感器中的每个光学传感器接收所述多个束中的各自相应的束；由所述多个光学传感器产生多个输出，每个输出包括与各自相应的束相关的信息；以及通过控制器控制可移动反射器来移动视场，以保持视场和感兴趣区域内的移动构建点之间的预定关系。从这里提供的描述和附图中，本申请的进一步实施例、形式、特征和方面将变得显而易见。
附图说明
[0009]图1是根据某些实施例的包括监测组件的增材制造系统的示意图。
[0010]图2为监测组件的透视图。
[0011]图3为监测组件的示意图。
[0012]图4为监测组件的示意框图。
[0013]图5为构建路径的简化图，构建束可在工件制造过程中沿该路径行进。
[0014]图6
‑
9为根据某些实施例的方法/过程的示意流程图。
[0015]图10为可结合特定实施例使用的计算装置的示意框图。
具体实施方式
[0016]虽然本专利技术的概念可进行各种修改和具有各种替代形式，但特定实施例已在附图中以示例方式显示，并将在本文中详细描述。然而，应该理解的是，并没有意图将本公开的概念限制于所公开的特定形式，而是相反，意图是覆盖与本公开和所附权利要求一致的所有修改、等同物和替代物。
[0017]描述中提及的“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等。表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不必须包括该特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指同一实施例。还应该理解的是，尽管对“优选”部件或特征的引用可以指示特定部件或特征对于实施例而言是更理想的，但是本公开对于其他实施例并不如此限制，其他实施例可以省掉这样的部件或特征。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，而无论是否被明确地描述。
[0018]此外，应理解，以“A、B和C中的至少一者”的形式包含在列表中的项可指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。类似地，以“A、B或C中的至少一者”的形式列出的项可以指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。以“A、B和/或C”的形式列出的项也可以指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。此外，除非有相反的具体说明，否则关于权利要求，诸如“一个”、“一种”、“至少一个”和/或“至少一部分”的词语和短语的使用不应被解释为限于仅有一个这样的元件，并且诸如“至少一部分”和/或“一部分”的短语的使用应被解释为涵盖仅包括这样的元件的一部分的实施例和包括这样的元件的整体的实施例，除非是有相反的具体说明。
[0019]在附图中，某些结构或方法特征可能以特定的布置和/或顺序显示。然而，应该理
解，这种特定的布置和/或顺序可能不是必需的。相反，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序布置，除非是有相反的指示。此外，在特定附图中包括结构或方法特征并不意味着暗示这种特征在所有实施例中都是必需的，并且在一些实施例中，这些结构或方法特征可以被省掉或者可以与其他特征组合。
[0020]在某些情况下，公开的实施例可通过硬件、固件、软件、或其组合实现。所公开的实施例还可以被实现为由一个或多个暂时或非暂时机器可读(例如，计算机可读)存储介质携带或存储在其上的指令，这些指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读存储介质可以被实现为用于以机器可读的形式存储或传输信息的任何存储装置、机制或其他物理结构(例如，易失性或非易失性存储器、媒体盘或其他媒体设备)。
[0021]参考图1，其中所示为根据某些实施例的增材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造机器的附加套件，该附加套件构造成在感兴趣区域上扫描构建束并且借此在位于所述感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件，该附加套件包括：基板，其构造成用于安装至所述增材制造机器；安装至所述基板的光学组件，该光学组件包括壳体和位于所述壳体内的分束器，其中所述壳体包括多个出口孔，其中所述分束器构造成将进入所述光学组件的电磁辐射分成多个束，其中所述光学组件构造成将所述多个束中的每个束引导到所述多个出口孔中的相应出口孔；可移动反射器，其构造成将来自视场内的电磁辐射反射到所述光学组件，使得每个束包括来自所述视场的电磁辐射；和控制器，其配置为使所述可移动反射器移动以保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系。2.根据权利要求1所述的附加套件，其还包括多个透镜座，其中每个透镜座包括近侧端部和相对的远侧端部；其中，每个透镜座的近侧端部在所述多个出口孔中的相应出口孔附近与所述壳体联接，使得每个透镜座能操作成接收所述多个束中的相应的束；和其中，每个透镜座构造成将所述相应的束引导至所述透镜座的远侧端部。3.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的至少一个透镜座被可移除地联接至所述壳体。4.根据权利要求2所述的附加套件，其还包括多个光学传感器；其中，每个光学传感器与所述多个透镜座中的相应透镜座的远侧端部联接；其中，每个光学传感器配置成生成与沿着相应透镜座引导的束相关的信息。5.根据权利要求4所述的附加套件，其中，所述多个光学传感器配置成同时生成与沿着相应透镜座引导的束相关的信息。6.根据权利要求4所述的附加套件，其中，至少一个所述光学传感器包括摄像头。7.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个束中的第一束在所述多个透镜座中的第一透镜座的远侧端部部分内主要包括第一波长范围内的电磁辐射；其中，所述多个束中的第二束在所述多个透镜座中的第二透镜座的远侧端部部分内主要包括不同于所述第一波长范围的第二波长范围内的电磁辐射。8.根据权利要求7所述的附加套件，其还包括：第一光学传感器，其配置为生成与所述第一波长范围内的电磁辐射相关的信息，其中所述第一束被所述第一透镜座引导至所述第一光学传感器；和第二光学传感器，其配置为生成与所述第二波长范围内的电磁辐射相关的信息，其中所述第二束被所述第二透镜座引导至所述第二光学传感器。9.根据权利要求7所述的附加套件，其中，所述第一波长范围包括可见光；其中，所述第二波长范围包括红外辐射。10.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的每个透镜座包括至少一个带螺纹的端部部分。11.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的至少一个透镜座包括所述光学组件的一部分。
12.根据权利要求2所述的附加套件，其还包括光学传感器，所述光学传感器包括壳体和位于所述光学传感器的壳体内的感测区域；其中，所述光学传感器的壳体与所述多个透镜座中的第一透镜座的远侧端部螺纹接合。13.根据权利要求1所述的附加套件，其中，所述视场的面积为200mm2或更小。14.根据权利要求1所述的附加套件，其中，保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系包括将所述移动构建点保持在所述视场内。15.一种系统，其包括：增材制造机器，其构造成在感兴趣区域上有选择地扫描构建束并且借此在位于所述感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件；和第一光学传感器，其配置为生成与第一波长范围内的电磁辐射相关的信息；第二光学传感器，其配置为生成与第二波长范围内的电磁辐射相关的信息；光学组件，所述光学组件包括分束器，所述分束器构造成将进入所述光学组件的电磁辐射分成第一束和第二束、将所述第一束引导到所述第一光学传感器、和将所述第二束引导到所述第二光学传感器，其中所述第一束在到达所述第一光学传感器时包括所述第一波长范围内的电磁辐射，其中所述第二束在到达所述第二光学传感器时包括所述第二波长范围内的电磁辐射；可移动反射器，其构造成将来自所述感兴趣区域的电磁辐射反射到所述光学组件，使得所述第一光学传感器和所述第二光学传感器中的每一者都具有在所述感兴趣区域中的视场；和控制器，其配置为使所述可移动反射器移动以保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系。16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一波长范围不同于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：应用优化公司，
类型：发明
国别省市：