[发明专利]增材制造设备和方法

说明书

披露了通过材料的分层固结来构建物体的增材制造设备以及相应方法。所述设备包括：构建外壳(101)，所述构建外壳包含用于在构建过程中支撑所述物体的构建支撑件(102)；材料源，所述材料源用于将材料提供到选定位置以进行固结；辐射装置(105，106)，所述辐射装置用于产生和引导辐射以将所述材料固结在所述选定位置处；以及声感测系统(191，192，193，194)。所述声感测系统可以被安排成检测由于用所述辐射使所述材料固结而在所述构建外壳中生成的声信号。所述声感测系统可以是被动式声感测系统，所述被动式声感测系统被安排成检测所述构建外壳中生成的、指示所述构建过程和/或所述物体的至少一个状况的声信号。

发明领域

本发明涉及增材制造设备和方法，并且对于选择性固化过程(例如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM))的监测和进程内控制具有具体但不排他的应用。

背景技术

用于生产物体的增材制造方法或快速原型成型方法包括使用高能射束、例如激光束来对材料、例如金属粉末材料进行逐层固化。在构建室中在粉末床上沉积粉末层，并且用激光束扫过该粉末层的、与正在构造的物体的截面相对应的这部分。激光束熔化或烧结粉末以形成固化层。在选择性固化了一层之后，将粉末床降低最新固化层的厚度，并且根据需要在该表面上散布另外的粉末层并将其固化。

已知的是响应于所监测的参数来监测和控制选择性激光粉末过程。例如，WO2007/147221披露了使用用于传送激光束的光具组(optical train)的元件来收集从粉末床反射的激光的设备。激光被传送到粉末床，并且由粉末床反射的辐射通过包括一对可移动镜和f-θ透镜的扫描光学器件进行收集。半反射镜将激光朝向扫描光学器件反射，但是允许所反射的辐射穿其而过到达相机和光检测器。在WO95/11100中披露了一种类似的系统，但是分束器被提供在扫描镜与用于聚焦激光的透镜之间。

US2007/0176312A1披露了在直接激光沉积中使用拉曼(Raman)光谱，这允许分析有机和/或陶瓷成分。WO2009/112799A2披露了一种用于涂布多层强拉曼散射体产品的装置以及一种用于监测从材料区域散射的光的频率同时将用于熔化材料的激光施加到所述区域的拉曼光谱仪装置。

使用IR相机监测增材制造过程也是已知的。例如，US2009/0152771披露了检测所涂布的粉末层的IR辐射图像，并且根据IR辐射图像来确定所涂布的粉末层中的缺陷和/或几何不规则性。

特别是当应用于对金属的选择性激光熔化时，这种监测技术的问题在于，正在被固结的区域例如被熔池上方产生的等离子体遮蔽而与传感器隔开。

附图说明

图1是根据本发明实施例的选择性激光熔化(SLM)设备的示意表示；

图2展示了用于限定激光束的扫描以使材料固结的扫描参数；

图3是用于检测气体传播声信号的设备中所使用的麦克风阵列的电子系统的示意图；

图4示出了在时域和频域两者中绘制的当熔化单层6mm Ti6Al4V测试柱体时检测到的气体传播声信号；

图5示出了在应用高通数字滤波器来抑制所有机械噪声以仅留下激光熔化响应之后来自图4的同一响应；

图6示出了设定为40、120、180瓦的激光功率下测量出的气体传播声信号；

图7示出了当熔化多层6mm测试柱体时，在选择性激光熔化设备中使用的激光功率(以瓦特为单位)与检测到的气体传播声信号的RMS之间的单调递增关系；

图8示出了气体传播声信号的RMS如何随着激光焦距从粉末床上方+4mm到粉末床下方-4mm的变化而变化；

图9是在形成Ti6Al4V测试柱体层时检测到的气体传播声信号的时域图和STFT图，示出了针对阴影和周界扫描的气体传播声信号的差异；