[发明专利]用于添加制造工艺的质量保证和控制的方法和系统

说明书

提供一种添加制造系统和方法，用于由连续材料层(14)制作三维物体(16)。所述添加制造系统(10)具有：能量投射组件(20)，其用于将能量(22)输入到所述层(18)内的规定区域中以固结所述材料；多个图像传感器(30，32，34)，每个所述图像传感器具有对应的视场(35，40，42)，所述视场覆盖所述材料层(18)的至少一部分，使得每个所述视场至少部分地与至少一个其它所述图像传感器的所述视场重叠；图像处理器(56)，其用以从每个所述图像传感器(30，32，34)获取图像数据。图像处理器(56)控制对每个所述图像传感器(30，32，34)的曝光时间并且结合来自所述图像传感器的所述图像数据以分别对每个材料层(14)提供被输入遍及所述规定区域的所述能量的单个空间解析图像，用于针对阈值数据值进行比较以定位所述规定区域中的潜在固结缺陷。

技术领域

本发明涉及通过依次沉积和固结对象各层实现三维物体的添加制造。特别地，本发明涉及粉末床熔合(PBF)，例如选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(EBM)、选择性激光熔化(SLM)。

背景技术

选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)是粉末床熔合(PBF)制造的典型方式。粉末形式的原材料连续层在规定区域(对应于三维物体的层)中沉积和固化，直到三维物体完成。这允许制作具有复杂几何形状(其不可能使用铸造或模制技术实现)的对象。

粉末材料的规定区域使用施加能量源(例如激光或电子束)烧结或熔化。激光或电子束的精确度和速度允许相对较快地生产具有精细容差的复杂的三维物体。经常地，计算机控制的激光器以往复运动光栅图样扫描过拟固结的粉末区域。SLS系统部分地熔化独立件的一部分以熔合粉末，而SLM和EBM过程在能量输入点处完全熔化粉末材料。

虽然粉末床熔合受到多种产业的巨大关注，不过可能存在构建质量问题，且对于新设计部件而言缺乏处理可重复性。能量输入的偏差可导致熔池中无法正确固结和在3D物体中出现熔合缺陷。类似地，材料层上的热特征(例如局部热导率)的偏差可能阻碍正确熔合。这些偏差需要在能量源的操作参数(例如激光功率、激光斑点尺寸、扫描速率，等等)加以识别和考虑。

据此，已开发出质量确保系统，例如在WO 2007/147221中所述。此方法获取与粉末材料相互作用的激光斑点的图像。通过使用图像数据，激光熔池的特征通过激光操作参数的反馈控制而被保持在可接受的容差范围内。虽然这些技术有效监控构建过程，图像传感器的高采样速率生成大量图像数据。这样有必要采用具有足够功率的控制处理器处理以高帧率(每秒几千个数据点)获取的图像数据，并提供构建过程的实时反馈控制。

诸如US2013/0314504中所述的系统使用红外(IR)(波长900nm)探测器对固结和随后冷却的IR发射成像。这可允许较低的图像获取帧率，因而生成较少图像数据。被固结粉末层的冷却的概况用于推断每级的构建质量。不过，如果监控被固化粉末的冷却特征，则激光反馈控制已存在固有延迟。

本文中对于作为现有技术给出的专利文件或其它材料的任何引用，并不会被认为承认所述文件或材料是已知的、或者其中包含的信息是任意权利要求的优先权日期时公知常识的一部分。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的一个方面提供一种添加制造系统，用于通过连续材料层制作三维物体，所述添加制造系统包括：

能量投射组件，用于将能量输入到所述层内的规定区域中以固结所述材料；

多个图像传感器，每个所述图像传感器具有对应的视场覆盖所述材料层的至少一部分，使得每个所述视场至少部分地重叠于至少一个其它所述图像传感器的所述视场；

图像处理器，用以从每个所述图像传感器获取图像数据；其中在使用过程中：