校准用于增材制造的多个激光束制造技术

公开了一种自动调节扫描光学器件(17A，17B)的方法，该方法包括以下步骤：用至少一个辐照束(15B)辐照(步骤101)设置在构建平台(11)上的粉末状材料(5)层的物体区域(3A)；用至少一个辐照束(15B)辐照(步骤103)粉末状材料(5)层的校准区域(21A)；以第一扫描光学器件(17A)将第一辐照束(15A)引导(步骤105A)到居间顶面(31)上，从而在居间顶面(31)中熔化出第一校准图案(37)；以第二扫描光学器件(17B)将第二辐照束(15B)引导(步骤105B)到居间顶面(31)上，从而在居间顶面(31)中熔化出第二校准图案(39)；获取(步骤107)居间顶面(31)的至少一个图像(35，51A，51B)；使用至少一个图像(35，51A，51B)识别(步骤109)与校准图案的几何特征有关的图像点；根据图像点得出(步骤111)第一几何特征和第二几何特征之间的空间偏移量(O)；以及在考虑空间偏移量(O)的情况下调节(步骤113)扫描光学器件中的至少一个扫描光学器件(17A)。器件(17A)。器件(17A)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】校准用于增材制造的多个激光束


[0001]本公开总体上涉及一种使用多个扫描光学器件的具有多光束辐照的增材制造装置。此外，本公开涉及一种自动调节增材制造装置的扫描光学器件的方法。

技术介绍

[0002]在比如选择性激光烧结或选择性激光熔化等的增材制造中，用电磁辐射辐照比如金属粉末或陶瓷粉末等的粉末状材料。相继地，向构建平台上的腔室内提供薄粉末层以通过用辐照束(比如激光束)辐照相应的粉末层来形成三维物体。相应的装置被称为增材制造装置、3D打印系统、选择性激光烧结机器或选择性激光熔化机器等。对于这种装置的操作，例如参见EP 2 732 890A2。
[0003]为了提高构建过程的速度或者可以构建的物体的大小，可以在一个增材制造装置内并针对一个构建平台使用多个辐照束。例如，在使用多个激光束的增材制造装置中，要在整个构建过程期间保持各自引导激光束的基础扫描光学器件的坐标系的布置，以保证扫描的激光轨迹在层平面中的正确布置。特别地，不同激光束/扫描光学器件之间的布置的准确性优选在激光束直径的50％及以下的范围内。
[0004]关于对用于生产三维工件的设备的辐照系统进行校准，WO 2019/158394 A1公开了将第一辐照束和第二辐照束辐照到辐照平面上，使得辐照图案的操作轴线彼此横穿。通过确定第一辐照束和第二辐照束的辐照图案之间的交点的位置来执行校准。此外，EP 2 983 898 A1公开了确定由两个激光束在粉末层内的目标中产生的第一测试图案与第二测试图案之间的相对位置偏差，以用于校准相应的扫描仪。此外，WO 2019/161886 A1公开了通过第一辐照束构建第一测试结构和通过第二辐照束构建第二测试结构并确定两个测试结构之间的偏移量(offset)。
[0005]如果使用多个辐照束来制造单个物体，则多个激光扫描仪/扫描光学器件的正确布置是特别必要的。要注意的是，特别是对于大型零件和温度波动，对各种部件和构建零件的热影响可能需要在制造期间对激光扫描仪进行连续校准。
[0006]因此，本公开内容的目的特别是提供一种校准程序，该校准程序可以容易地以自动方式执行、也可以在现有的增材制造装置中以简单的方式实施并且可以优选地在整个制造过程中执行。
[0007]一般而言，本公开内容至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面，特别地涉及提供一种用于对与多束增材制造装置中的相应辐照束相关联的坐标系进行校准/调节的有效方法。
[0008]因此，本公开内容至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。

技术实现思路

[0009]这些目的中的一些目的可以通过如权利要求1所述的自动调节第一扫描光学器件和第二扫描光学器件的方法以及如权利要求15所述的用于三维物体的增材制造的装置来
实现。在从属权利要求中给出了其它的方面和发展。
[0010]在第一方面，本公开内容涉及一种在目标物体的增材制造期间自动调节与第一辐照束相关联的第一扫描光学器件和与第二辐照束相关联的第二扫描光学器件的方法。该方法包括以下步骤：
[0011]以该第一辐照束和该第二辐照束中的至少一者辐照设置在构建平台上的粉末状材料层的物体区域，其中，该物体区域与该目标物体的横截面相关联；
[0012]以该第一辐照束和该第二辐照束中的至少一者辐照该粉末状材料层的校准区域，其中该校准区域与校准物体的横截面相关联，从而形成该校准物体的居间顶面；
[0013]以该第一扫描光学器件将该第一辐照束引导到该居间顶面上，从而在该居间顶面中熔化出具有第一几何特征的第一校准图案；
[0014]以该第二扫描光学器件将该第二辐照束引导到该居间顶面上，从而在该居间顶面中熔化出具有第二几何特征的第二校准图案；
[0015]获取该居间顶面的至少一个图像，该至少一个图像具有该第一校准图案和该第二校准图案；
[0016]使用该至少一个图像识别与该第一几何特征和该第二几何特征有关的图像点；
[0017]根据这些图像点得出在该粉末状材料层内该第一几何特征和该第二几何特征的位置之间的空间偏移量；以及
[0018]在考虑该空间偏移量的情况下调节该第一扫描光学器件和该第二扫描光学器件中的至少一者。
[0019]在另一方面，一种用于由粉末状材料增材制造三维物体的装置包括：
[0020]物体形成腔室，该物体形成腔室具有工作表面和构建平台，其中，该构建平台能够在竖直位置上相对于构建平台开口调整，以用于在该构建平台上逐层制造三维物体和校准物体；
[0021]校准相机，该校准相机被配置成获取该工作表面的与该校准物体相关联的至少一个校准部段的图像；以及
[0022]辐照系统，该辐照系统包括至少两个扫描光学器件，这些扫描光学器件被配置用于将相应的辐照束引导到分布在该构建平台的顶部上的粉末状材料层上；以及
[0023]控制器，该控制器具有至少一个微处理器和存储指令的至少一个存储装置，这些指令在由该至少一个微处理器执行时能够操作以使该装置控制该构建平台的竖直位置、从该校准相机接收图像数据、控制该辐照系统以及执行如上所述的方法。
[0024]上述方面的其它实施例在通过引用并入本文的从属权利要求中公开。
[0025]例如，在该方法的一些实施例中，在形成该校准物体的居间顶面时，可以分多个部分辐照该校准区域，其中，
[0026]‑
该多个部分中的至少一个部分被制造成具有波形表面；和/或
[0027]‑
通过沿彼此平行地延伸或偏离平行关系小于10
°
地延伸的扫描矢量引导该第一辐照束和该第二辐照束中的至少一者来辐照该多个部分中的第一部分。
[0028]在一些实施例中，该方法还可以包括以下步骤：
[0029]将照明光束引导到具有该第一校准图案和该第二校准图案的居间顶面上，其中，该照明光束的入射方向具有：
[0030]方位角分量，该方位角分量相对于该校准区域的这些部分中的一个部分的扫描矢量在45
°
至90
°
的范围内，以及
[0031]倾角分量，该倾角分量相对于该粉末状材料层的法线方向在25
°
至80
°
的范围内、优选地在40
°
至60
°
的范围内，并且其中，
[0032]当将该照明光束引导到该居间顶面上时，获取居间顶面的具有该第一校准图案和该第二校准图案的至少一个图像。
[0033]在一些实施例中，对于平行的扫描矢量的每个取向，将照明光束引导到该居间顶面上并获取图像，并且该方法还可以包括：
[0034]产生针对扫描矢量的每个配置获取的图像的叠加，以及
[0035]基于这些图像的叠加来识别第一特征和第二特征的图像点。
[0036]在一些实施例中，该方法还可以包括以下步骤：
[0037]对于该第一校准图案和该第二校准图案中的每一者，熔化具有平坦表面区域的多个直线段，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在目标物体(3)的增材制造期间自动调节与第一辐照束(15A)相关联的第一扫描光学器件(17A)和与第二辐照束(15B)相关联的第二扫描光学器件(17B)的方法，所述方法包括：以所述第一辐照束(15A)和所述第二辐照束(15B)中的至少一者辐照(步骤101)设置在构建平台(11)上的粉末状材料(5)层的物体区域(3A)，其中，所述物体区域(3A)与所述目标物体(3)的横截面相关联；以所述第一辐照束(15A)和所述第二辐照束(15B)中的至少一者辐照(步骤103)所述粉末状材料(5)层的校准区域(21A)，其中，所述校准区域(21A)与校准物体(21)的横截面相关联，从而形成所述校准物体(21)的居间顶面(31)；以所述第一扫描光学器件(17A)将所述第一辐照束(15A)引导(步骤105A)到所述居间顶面(31)上，从而在所述居间顶面(31)中熔化出具有第一几何特征的第一校准图案(37)；以所述第二扫描光学器件(17B)将所述第二辐照束(15B)引导(步骤105B)到所述居间顶面(31)上，从而在所述居间顶面(31)中熔化出具有第二几何特征的第二校准图案(39)；获取(步骤107)所述居间顶面(31)的至少一个图像(35，51A，51B)，所述至少一个图像(35，51A，51B)具有所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(39)；使用所述至少一个图像(35，51A，51B)识别(步骤109)与所述第一几何特征和所述第二几何特征有关的图像点；根据这些图像点，得出(步骤111)在所述粉末状材料(5)层内所述第一几何特征和所述第二几何特征的位置之间的空间偏移量(O)；以及在考虑所述空间偏移量(O)的情况下调节(步骤113)所述第一扫描光学器件(17A)和所述第二扫描光学器件(17B)中的至少一者。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在形成所述校准物体(21)的居间顶面(31)时，分多个部分(I，II，III，IV)辐照所述校准区域(21A)，其中，
‑
所述多个部分(I，II，III，IV)中的至少一个部分被制造成具有波形表面(43)；和/或
‑
通过沿彼此平行地延伸或偏离平行关系小于10
°
地延伸的扫描矢量(41，41')引导所述第一辐照束(15A)和所述第二辐照束(15B)中的至少一者来辐照所述多个部分(I，II，III，IV)中的第一部分(I)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法还包括：将照明光束(25A，27A)引导(步骤115)到具有所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(39)的居间顶面(31)上，其中，所述照明光束(25A，27A)的入射方向具有方位角分量(θ)，所述方位角分量相对于所述校准区域(21A)的这些部分中的一个部分的扫描矢量(41，42；53A，53B)在45
°
至90
°
的范围内，以及倾角分量所述倾角分量相对于所述粉末状材料(5)层的法线方向(n)在25
°
至80
°
的范围内、优选地在40
°
至60
°
的范围内，以及，当将所述照明光束(25A，27A)引导到所述居间顶面(31)上时，获取所述居间顶面(31)的具有所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(37)的至少一个图像。4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于平行的扫描矢量(41，42，41'；53A，53B)的每个取向，将照明光束(25A，27A)引导到所述居间顶面(31)上并获取图像(51A，51B)，所述方
法还包括：产生针对扫描矢量(41，42，41'；53A，53B)的每个配置获取的图像(51A，51B)的叠加，以及基于所述图像(51A，51B)的叠加来识别第一特征和第二特征的图像点。5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：对于所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(39)中的每一者，熔化具有平坦表面区域(46)的多个直线段(37A，37B；39A，39B)，其中，对于所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(39)中的每一者，所述多个直线段(37A，37B；39A，39B)中的至少一个直线段在所述第一部分(I)中延伸并且相对于用于所述第一部分(I)的扫描矢量(41，41')以在45
°
至90
°
的范围内的第一相交角(α)、优选地以在60
°
至90
°
或60
°
至80
°
的范围内的第一相交角(α)定向。6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过沿彼此平行地延伸或偏离平行关系小于10
°
地延伸的扫描矢量(42)引导所述第一辐照束(15A)和所述第二辐照束(15B)中的至少一者来辐照所述多个部分(I，II，III，IV)中的第二部分(II)，以及其中，所述第二部分(II)的扫描矢量(42)相对于所述第一部分(I)的扫描矢量(41，41')在取向上相差在45
°
至90
°
的范围内的角(γ)、优选地在80
°
至90
°
的范围内的角(γ)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，对于所述第一校准图案(37)和所述第二校准图案(39)中的每一者，所述多个直线段(37A，37B；39A，39B)中的至少一个直线段在所述第二部分(II)中延伸并且相对于用于所述第二部分(II)的扫描矢量(42)以在45
°
至90
°
的范围内的相交角(β)、优选地以在60
°
至90
°
或60
°
至80
°
的范围内的相交角(β)定向。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述校准区域(21A)包括两个相对部分对，通过沿扫描矢量(41，42)引导所述第一辐照束(15A)和所述第二辐照束(15B)中的至少一者来辐照每个部分对，其中，两个部分对的扫描矢量(41，42)相对于彼此以在45
°
至90
°
的范围内的角(γ)、优选地以在80
°
至90...

【专利技术属性】
技术研发人员：G，
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：