[发明专利]具有测量装置的可生产的制造装置

说明书

本发明涉及一种装置(10,100,150,200,250,300)，特别是用于逐层增材制造复杂的三维部件(12)，所述装置具有用于在部件(12)的制造期间连续地监测质量参数的测量装置(30,202,252,302)，所述质量参数特别地为保护性气体(24)的温度和/或化学组成。测量装置(30,202,252,302)和具有材料粉末(16)的床(14)至少在一些区域被填充有保护性气体(24)的加工单元(22)围绕，并且可以通过至少一个激光器(32,204,254,304)使最上层(18)的材料粉末(16)在熔化区域(42)中以空间受限的方式熔化。根据本发明，测量装置(30,202,252,302)具有至少一个激光器(32,204,254,304)和至少一个光学传感器(34,206,218,256,306,308)，所述光学传感器用于提前检测熔化区域(42)的范围内的质量参数，特别是通过拉曼光谱。因此，可以立即检测、评估并可选地通过节省资源的方式纠正部件(12)中可能的结构错误。

技术领域

本发明涉及一种装置，特别是用于复杂的三维部件的逐层增材制造，该装置具有用于在部件的制造期间连续地监测质量指标的测量机构，该质量指标特别地为保护性气体的温度和/或化学组成，其中，测量机构和具有材料粉末的床至少在一些区域被填充有保护性气体的加工单元围绕，并且可以通过至少一个激光器使最上层的材料粉末在熔化区域中以局部受限的方式熔化。

背景技术

现有技术中已知有增层制造(ALM)方法，在该方法中激光器简单地以有针对性的方式局部熔化平坦床中的材料粉末。然后，已经被逐点熔化的材料粉末再次硬化或凝固，使得复杂的三维部件可以由许多层叠的粉末层制造，其中各层含有材料粉末的二维硬化的几何形状。在每层熔化和硬化的过程之后，需要通过刮刀或滑块在每种情况下其下方具有局部硬化的粉末材料的层上铺设材料厚度均匀的新的粉末层。施加的粉末层的厚度在高达100μm的范围内。重复整个过程直到形成三维部件的所有粉末层均已通过激光器进行处理或部分熔化。在除去没有被熔化和凝固过程刚性地结合的材料粉末后，保留完成的三维部件。例如，材料粉末可以是细小颗粒、灰尘状金属粉末、热塑性粉末、热固性塑料材料粉末等。

通过ALM方法制造的部件的质量受到许多因素的影响。例如，工艺质量的重要影响因素为主要取决于激光器输出的熔点温度和每种情况下用作原材料的金属或塑料材料粉末的均匀性。此外，该方法基本上必须在惰性保护性气体下进行，以避免氧化。

另外，已知用于ALM工艺的机器借助于激光功率间接地检测输入到材料粉末中的热量。此外，装置内的保护性气体的化学组成(如果有的话)仅被逐点检测。因此，可能出现在熔点温度太高。此外，氧气可能不被注意地进入保护性气体中，或可能超过允许的残留氧浓度。

发明内容

因此，本发明的目的在于说明一种用于执行ALM方法的装置，其中特别避免了熔点温度的升高，并且监测了熔点区域中的氧浓度。

上述目的首先通过下述方式实现，即测量机构具有至少一个激光器和至少一个光学传感器，该光学传感器用于优先检测熔化区域范围内的质量指标，特别是通过拉曼光谱优先检测熔化区域范围内的质量指标。

由此可以在进行的ALM工艺过程的早期阶段以高空间分辨率识别工艺错误，例如，部件的氧化或熔融的材料粉末的飞溅，并且可以通过适当调整工艺参数来为将来进行补救。所谓的旋转拉曼散射优选通过至少一个传感器来检测。例如，从拉曼光谱的测量可以看出材料粉末的熔化是否稳定地进行，换言之，在预定的容差范围内进行。另外，熔化区域范围内的温度可以基于旋转拉曼线的大小来确定。而且，拉曼光谱还可用于确定熔化区域中的能量或温度。