[发明专利]用于平滑构件的表面区域的方法

说明书

本发明涉及一种使构件(11、21)的表面区域变得平滑的方法，该构件至少在表面区域内由导电材料构成，其中在真空室内借助至少一个具有第一表面能、聚焦的电子束(13、23)扫过构件(11、21)的表面区域，该第一表面能致使表面区域内的构件材料熔化，其中a)在熔化之前借助电子束(13、23)分别以电子束(13、23)的不同焦距(27a、27b、27c)至少两次扫过表面区域，其中，b)设定电子束(13、23)的第二表面能，该第二表面能不会致使表面区域中的构件材料熔化，其中c)借助多个布置在真空室内的传感器(14、24)采集表征由入射到传感器(14、24)上的背散射电子引起的电流的数据，其中d)在分析装置(15、25)内根据传感器(14、24)所采集的数据推导出所表面区域内的粗糙度的实际值，将该粗糙度的实际值与粗糙度的目标值进行比较，如果粗糙度的实际值未达到粗糙度的目标值，则根据比较结果确定第一表面能的值，然后e)借助电子束(13、23)以第一表面能扫过表面区域，而后继续执行方法步骤a)。

技术领域

本发明涉及一种用于平滑构件表面的方法，该构件表面由导电材料构成。

背景技术

借助所谓的增材制造来制造构件变得越来越重要。在此情况下，通过借助激光束或电子束对粉末进行局部熔化而分层地构造构件。如此生产的构件可以具有非常复杂的内部结构以及形状复杂的表面(自由成型面)，这些表面通常是无法借助传统的减材工艺以此种形状制造的。这样就开辟了全新的应用和造型可能性，特别是就航空航天以及医疗技术领域的轻型结构而言。

US 2015/0037601提出使3D构件逐层生长，具体方式在于，粉末层逐层叠置地借助能量束熔化。在熔化一个粉末层之后，至此所实现的3D构件的表面结构均被电子束扫过，并且通过对背散射电子的分析来说明至此所实现的表面结构是否已经与目标预设值一致。如果不一致，则熔化下一个粉末层。

然而，增材制造的构件的一个特别的缺点是在制造过程之后会出现特别粗糙的表面。在采用这些制造工艺时，会产生粗糙的表面，因为粉末床中的逐层生长过程还额外伴随着未完全熔化的粉末颗粒的粘附。至此，增材制造的构件的粗糙表面使得其难以使用。

用于减少增材制造的构件的表面粗糙度的已知方法包括使用更细的粉末，然而这会降低制造过程的速度并且因此降低制造过程的生产率。借助去除材料的机械方法使增材制造的构件的表面变得平滑经常会因构件易损的自由成型表面结构而失败。

就平滑表面的替代方法而言，构件的表面借助激光束或电子束完全或部分地熔化或蒸发。例如在WO 1996/31315 A1中，为了平滑和抛光构件表面，首先用轮廓测量装置扫描构件的表面并借此检测构件形状的实际状态，然后将该实际状态与目标状态进行比较并且根据比较结果形成一个信号，借助该信号来触发用于熔化构件表面的激光束。其中，建议将使用激光或机械扫描的光学系统用于扫描构件表面。

DE 2654486 A1揭示了一种方法，在该方法中通过用电子束或激光进行照射来熔化冲压的针眼的粗糙表面融化并如此使其变得平滑。因此，本文示出通过局部熔化使表面平滑的理论效果。但该方法无法对任何形状复杂的三维物体进行局部适配的平滑处理。特别是不能检测表面轮廓和表面的粗糙度。

在对形状复杂的构件进行加工以及/或者对表面进行局部不同的加工时，需要针对预期的加工结果，专门对当前加工的表面区域进行射束参数适配。DE 3905551 A1中描述了一个在硬化曲轴时对激光束强度进行适配的实例。在此，激光束和工件相对彼此移动，并且根据被激光束扫过的表面几何形状和所期望的渗透深度对激光强度进行调整。除硬化之外，也可以使表面区域变得平滑。在此，通过非接触式地测量表面温度来调节相对运动的速度。但该方法并未公开任何用于探测形状复杂的自由成型面的轮廓和粗糙度的可能性。

发明内容

因此，本发明基于上述技术问题，提出一种平滑构件表面的方法，借助该方法可以克服现有技术的缺点。借助根据本发明的方法特别是还应能够检测关于构件表面的粗糙度的实际状态并由此推导出用于平滑构件表面的技术参数。