[发明专利]基于热图像和激光超声波的用于3D打印过程的集成检查系统以及具有其的3D打印系统

说明书

本发明公开了一种使用热图像和激光超声波的用于3D打印过程的集成检查系统以及一种具有所述检查系统的3D打印系统。所述检查系统包括热成像相机，其用于当供应至打印对象的基材由从3D打印激光源照射的激光束熔化时创建形成于所述打印对象中的熔池的热图像；激光超声波装置，其用于接收包括在从所述打印对象反射的所述激光束中的激光超声波；以及控制单元，其用于基于由所述热成像相机创建的所述热图像和由所述激光超声波装置接收的所述激光超声波来估计所述打印对象的物理性能并检测所述打印对象的缺陷。所述热成像相机和所述激光超声波装置与所述3D打印激光源同轴设置。

技术领域

本发明涉及了一种三维(3D)打印技术，并且更具体地涉及一种可以在3D打印过程中基于热图像和激光超声波的数据融合来以在线和无损的方式估计物理性能和检测3D打印对象的缺陷的集成检查系统以及一种具有该检查系统的3D打印系统。

背景技术

3D打印被称为用于产生3D对象的制造技术。对于3D对象的3D打印而言，是以基于3D模型数据处理信息来逐层堆叠的方式进行处理的。3D打印技术具有便于实现复杂的形状、在产品内部形成形状等的优点。由于这些优点，3D打印技术作为高附加值的技术而备受关注，其使得易于制造各种产品，诸如各种工业零件和医疗材料。

可以通过将3D产品的形状划分为多个具有均匀或可变厚度的2D横截面并且形成要逐个堆叠的2D横截面来执行3D打印过程。有几种已知的3D打印方法，诸如材料挤出方法、材料喷射方法、粘合剂喷射方法、片材层压方法、还原光聚合方法、粉末床融合方法、直接能量沉积(DED)方法等。其中，DED方法是将激光能量施加到要熔化和融合的金属粉末或线材的方法，并且由于其下列优点而得到广泛使用：与其他方法相比，其可以使用较廉价的商业材料，在现有的3D形状上形成叠层，以及与其他方法相比具有卓越的机械性能。

在根据DED方法的3D打印中，当将从激光源照射的激光束照射到基板时，形成熔池，并且将金属粉末供应到熔池上以形成叠层。

通常，3D打印过程中的质量检查是通过对完成的产品中的一些选定的样品产品进行无损或有损的测试来执行的。例如，在3D打印中，最重要中的一项是打印产品的物理性能，诸如刚度是否达到目标值。然而，没有能够在3D打印过程期间适当地检查物理性能的技术。因此，需要开发一种在线技术或系统，其能够在3D打印过程期间检查3D打印对象的物理性能，诸如刚度和强度，以及尺寸，诸如厚度。

另外，存在一些已知的技术，其可以简单地测量3D打印系统中3D打印对象的温度和视觉图像。但是，没有可以在3D打印过程期间实时地检查3D打印对象的缺陷，诸如在打印的3D打印对象内部的气体和细长的孔、裂纹和分层的技术或系统。因此，需要开发一种能够在3D打印过程期间检测缺陷的无损评估技术。

发明内容

为了解决如上所述的现有技术的问题，本发明的一些实施例将提供一种集成检查系统，其可以基于热图像和激光超声波的数据融合在3D打印过程期间实时地检查3D打印对象的物理性能和缺陷。

本发明的一些实施例将提供一种具有该检查系统的3D打印系统。

在一个方面，本发明的一些实施例提供了一种基于热图像和激光超声波的用于3D打印过程的集成检查系统。集成检查系统包括热成像相机、激光超声波装置和控制单元。热成像相机构造成当供应至打印对象的基材由从3D打印激光源照射的激光束熔化时创建形成于打印对象中的熔池的热图像。激光超声波装置构造成在激光束被照射至打印对象上之后接收包括在从打印对象反射的激光束中的激光超声波。控制单元构造成基于由热成像相机创建的热图像和由激光超声波装置接收的激光超声波来估计打印对象的物理性能并检测打印对象的缺陷。热成像相机和激光超声波装置与3D打印激光源同轴设置。

在一个实施例中，控制单元可以基于激光超声波的附加反射波和热图像的热能分布中的变化来检测在3D打印对象中的缺陷的存在。

在一个实施例中，控制单元可以根据激光超声波的到达时间和波速以及热图像的热能转移速度来估计打印对象的刚度。