[发明专利]熔池监控的方法

说明书

一种控制增材制造处理的方法，其中使用定向能量源来选择性地熔合材料以形成工件，在熔化过程中形成熔池，该方法包括：使用成像设备来产生包括个体图像元素的阵列的熔池的图像，图像包括对于每个个体图像元素的至少一个物理性质的测量值；根据测量值，映射熔池的熔池边界；和参考熔池边界，控制增材制造处理的至少一个方面。

技术领域

本发明大体上涉及增材制造和相关处理，并且更具体地，涉及用于增材制造中的熔池监控和处理控制的设备和方法。

背景技术

增材制造是逐层堆积材料以形成部件的处理。增材制造主要受限于机器的位置分辨率，而不受限于铸造所需的提供拔模角度、避免悬垂等的需求。增材制造也用诸如“分层制造”、“反向加工”、“直接金属激光熔化”(DMLM)和“3-D打印”之类的术语来指代。为了本发明的目的，这些术语被视为同义词。

一种类型的增材制造机器被称为“粉末床”机器并且包括构建室，该构建室包围大量的粉末，该粉末通过激光被选择性地熔合以形成工件。

现有技术的增材制造机器的一个问题是它们在开环环境中操作并且不能返回向操作者报告所应用的处理的稳定性。在构建已经完成之后，用于确定处理的健康状况的系统以质量步骤出现。当发现问题时，可能有进行中的工作，该进行中的工作由于机器问题而报废，该机器问题直到事后质量系统能够发现它们之前还没有被检测到。

发明内容

通过在制造处理期间对熔池进行成像并表征熔池随时间的形态和动态的方法来解决该问题。

根据本文描述的技术的一个方面，一种控制增材制造处理的方法，其中使用定向能量源来选择性地熔化材料以形成工件，在熔化过程中形成熔池。该方法包括：使用成像设备来产生包括个体图像元素的阵列的熔池的图像，图像包括对于每个个体图像元素的至少一个物理性质的测量值；根据测量值，映射熔池的熔池边界；和参考熔池边界，控制增材制造处理的至少一个方面。

根据本文描述的技术的另一个方面，一种制作工件的方法，包括：在构建室内沉积材料；引导来自定向能量源的构建射束，从而以与工件的横截面层相对应的图案选择性地熔合材料，其中由定向能量源形成熔池；使用成像设备来产生包括个体图像元素的阵列的熔池的图像，图像包括对于每个个体图像元素的至少一个物理性质的测量值；根据测量值，映射熔池的熔池边界；和参考映射的边界，控制制作工件的至少一个方面。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述，可以最好地理解本发明，在附图中：

图1是示例性增材制造机器的示意性局部截面的正视图；

图2是图1的机器的示意性局部截面的侧视图；

图3是包括熔池的粉末床的图像的示意性俯视图图形；

图4是一部分熔池图像的放大视图；

图5是熔池模板的示意性俯视图图形。

具体实施方式

参考附图，其中相同的参考数字贯穿各种视图表示相同的元件，图1示意性地示出了适合于执行增材制造方法的增材制造机器10。机器10及其操作是“粉末床机器”的代表性实例。

将理解的是，机器10仅用作实例以提供用于描述本发明的原理的上下文。本文描述的原理可应用于粉末床机器的其他构造，以及其他类型的增材制造机器和相关处理。更一般地，本文描述的原理将可应用于产生熔池的任何制造处理。这种处理的非限制性实例包括电子束熔化(“EBM”)，定向能量沉积(“DED”)和激光焊接。术语“制造处理”还可以包括修理处理，其中使用产生熔池的技术将部件组合或接合在一起。

机器10的基本部件包括工作台12、粉末供应源14、重涂覆器16、溢流容器18、被构建室22包围的构建平台20、定向能量源24、和射束转向设备26，所有这些部件都被壳体28包围。下面将更详细地描述这些部件中的每个部件。