[发明专利]用于在增材制造中分析构建层的方法

说明书

描述了一种方法，该方法用于当通过连续熔融粉末层的选定区域来逐层形成三维制品时，在增材制造机器中分析构建层(1；11)，该选定区域对应于三维制品的连续层。该方法包括以下步骤：通过能量束辐射构建层(1；11)的一部分(4；14)；检测从构建层的辐射部分发射，反向散射或反射的粒子；通过沿主路径(5；15)移动能量束并同时以曲折图案(6；16)来回横跨主路径移动能量束来扫描构建层的该部分(4；14)。

技术领域

本发明涉及一种方法，该方法用于当通过连续熔融粉末层的选定区域逐层形成三维制品时，在增材制造机器中分析构建层，该选定区域对应于三维制品的连续层。另外，本发明涉及一种控制单元，该控制单元用于控制能量束以分析这种构建层。

背景技术

使用电子束熔化(EBM)或激光束熔化的自由式制造或增材制造(AM)是由粉末形成固体三维制品的方法。通过连续熔融粉末层的选定区域逐层形成三维制品，该选定区域对应于三维制品的连续层。诸如金属粉末的粉末层沉积在构建区域上，并且电子束或激光束用于选择性地熔化构建区域的粉末层。熔化的材料与下面的层熔融并固化以形成固体三维制品的顶层。另一粉末层沉积在先前层上，并且电子束或激光束用于选择性地熔化构建区域的另一粉末层。熔化的材料固化并形成另一熔融在先前固体层上的固体层。对多层重复该处理，直到获得期望的制品的3D几何形状。

用于形成这种三维制品的设备具有：其上要形成三维制品的构建盘；用于将粉末输送到构建盘(构建区域)以形成粉末层的粉末分配器装置；提供用于熔化粉末的能量束的电子束源或激光束源。此外，控制单元用于控制能量束以熔化粉末层的选定区域。

在通过AM机器制造期间，在不利条件下可能会发生导致材料缺陷或甚至部件分层的错误。例如，粉末层中粉末分布不均匀会导致最终产品出现缺陷。检测这种材料缺陷或异常的一种方法是使用电子束扫描构建层的固体部分，并使用反向散射检测器从构建层接收反向散射的电子。然而，这种检测方法常常会延长制造产品的交货时间。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的是提供一种用于分析构建层的方法，通过该方法可以减少分析表面所需的时间。

该目的是通过一种方法来实现的，该方法用于当通过连续熔融粉末层的选定区域来逐层形成三维制品时，分析增材制造机器中的构建层，该选定区域对应于三维制品的连续层，该方法包括以下步骤：通过能量束辐射构建层的一部分；检测从构建层的辐射部分发射，反向散射或反射的粒子；通过沿主路径移动能量束并同时以曲折图案来回横跨主路径移动能量束来扫描构建层的该部分。

优选地，通过控制能量束的偏转来进行以曲折图案扫描。换一种说法；聚焦在构建层表面上的能量束的点沿曲折图案移动。能量束可以是例如电子束或激光束。

本发明的各种实施例基于以下见解：通过使用曲折图案，可以与正确扫描构建层部分的表面同时使用用于控制电子束源的偏转放大器的控制信号的增量步长。控制信号的这种相对较小的增量变化使得可以利用偏转放大器的全部小信号带宽来驱动偏转线圈，从而避免与到偏转放大器的控制信号的大幅度变化相关联的上升时间，稳定时间(settlingtime)，相移和较低信号带宽的限制。因此，可以最小化或至少减少用于达到偏转线圈电流的设定值的时间和偏转放大器的稳定时间。通过避免由于偏转线圈或致动器中的惯性而引起的束定位中的延迟，可以提高扫描位置的数据采样速度。反过来，这将大大减少分析所需的扫描时间。

尽管经由本文中的各种实施例描述的发明主要以用电子束扫描为例，但是本发明可以应用于其他类型的能量束，例如激光束。当用激光束扫描时，可以以具有类似优点的对应方式利用控制信号的增量步长来控制激光偏转单元的致动器和驱动器。

由于减少了扫描时间，因此可以在不以不合理的方式延长产品制造时间的情况下对表面进行分析，否则将使得这种原位分析成为不可能。例如，通过测量关键参数(例如粉末层的厚度和密度)，可以进行处理动作或调节以抵消或防止，或至少减轻不均匀的粉末分布，从而避免部件中的材料缺陷。