[发明专利]用于添加层制造的方法和装置

说明书

一种添加层制造的方法，其包括以下步骤：以覆盖关系连续地沉积可融合粉末材料的层（S1，S17），并且（诸如通过电子射束）将能量引入到每个沉积层中，以选择性地熔化层中的材料（S9），以便将熔化的材料融合在一起以及融合到层下的层的已经融合的材料，以便以连续的横截面层产生三维固体制品。为了监测层质量，限定条纹图案的结构化光在该层中的材料的熔化之前（S2）和/或之后（S10）被投影到每个沉积层上，并且每个层上的条纹图案从与投影的视角不同的视角被成像（S3；S11），以便通过层的地形特征来揭示图案的扰动。然后在条纹图案图像的分析的上下文中评估任何这种揭示的扰动以在于熔化之前将结构化光投影到该层上的情况下，识别粉末材料的相应层中的缺陷（S4，S5，S7），或者在于熔化之后将结构化光投影到该层上的情况下，识别由该粉末材料层形成的制品的横截面层中的缺陷（S12，S13，S15）。最后，在识别粉末材料层中的缺陷的情况下，层沉积被校正地影响（S6，S8），并且在识别制品横截面层中的缺陷的情况下，能量引入被校正地影响（S14，S16）。

本发明涉及一种用于添加层制造的方法和装置，特别是一种可以使得可能监测制造过程的方面并且根据监测结果影响该过程的方法和装置。

添加层制造是在其中以形成三维制品为目的将材料选择性地沉积到层中的衬底上的过程。针对该过程采用的公众接受的技术是粉末床融合，在其中粉末——通常是金属或塑料——的薄层通过诸如激光或电子射束的能量源被选择性地熔化。粉末层的熔化区域形成制品的横截面部分，而层中的未熔化粉末在过程结束时被抛出并且通常再循环。在每个层已经被选择性地熔化之后，沉积新的粉末层，以及然后选择性地熔化，使得完整的制品由熔化的并且像这样融合的粉末逐层构造。

借助于电子射束的熔化和融合已经使用达一段时间，并且借助于布置在笛卡尔偏转系统中的电磁偏转器通过在粉末层上方的受控射束偏转来执行。粉末层被映射到X/Y坐标中，从而形成用于偏转电子器件的可寻址栅格，并且将要创建的图案转移到该栅格。然后使用具有不同长度并且由起点和终点限定的简单线来扫描射束。

融合层的质量取决于许多方面，包括沉积的粉末层的质量。粉末铺开在衬底上，并且后续地随着建造在逐层基础上的进行而变成融合材料层。为了实现建造过程和有保证的质量的最终产品，监测装置参数连同监测粉末床和融合层是合乎需要的。可以通过例如提供关于熔化区域的孔隙度信息的高分辨率视觉频谱相机来提供过程监测。另外，可以采用建造后技术来测量完成的制品。

粉末沉积过程至今是不定量的。当通过特别是电子射束执行熔化时，向任何过程中监测系统提出挑战。熔化过程在高温下进行，并且建造物的附近处于真空环境中的大约700℃的隆起的外界温度，所述真空环境被建立在真空室中并且对于电子射束的传播是必要的。此外，粉末的熔化和融合导致粉末的蒸发以及蒸发的材料在真空室内部的任何可接近的表面上的后续再升华。保护室的内部的需要导致放置限制成像系统的视线的挡板，并且当视线能够被实现时，面对粉末的第一光学元件能够非常快速地被固化的粉末污染，特别是在金属粉末材料的情况下被金属化。电子射束装置中的扫描速率快，并且速率限制事件典型地是粉末沉积的速率限制事件。延长该步骤的任何监测过程在生产量方面是不想要的，但是有助于监测和加速过程的任何方法是合乎需要的。

在这些条件下，需要监测系统在融合之前和/或之后检查粉末层内的异常，例如粉末密度的变化、表面地形的变化（诸如粉末表面的长、中和短程改变）、起伏和粉末结块。由粉末重涂器（recoater）或撒布器引起的表面地形中的几何不规则性、例如归因于重涂器的自然振动的重涂速度和重涂深度具有相当大的重要性。

因此，本发明的主要目的是提供在添加层制造的上下文中的措施，以使得能够监测所提及的种类的过程参数，特别是在制造过程中涉及的材料层的特性。

本发明的另一个目的是创建监测过程，该监测过程可以在实时的基础上执行，并且允许过程中的干预来补救所确定的故障和/或来防止在建造进行时出现故障。

又一目的是包括与通过使用电子射束作为能量源的制造兼容的监测程序和系统的添加层制造过程和装置，其特别适合于与电子射束生成和扫描相关联的高温和真空环境。