[发明专利]用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置和方法

说明书

一种用于校准用于生产三维工件的设备(10)的照射系统(18)的装置(48)，包括控制单元(50)，适于控制照射系统(18)，以便根据校准图案将辐射束(22；22a、22b)照射到照射平面(52)上。装置(48)还包括传感器布置(56)，适于布置在照射平面(52)中，并且响应于被根据校准图案用辐射束(22；22a、22b)照射而将信号输出到控制单元(50)。控制单元(50)还适于基于由传感器布置(56)输出的信号生成由入射在传感器布置(56)上的辐射束(22；22a、22b)产生的实际照射图案的数字图像，将实际照射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与参考图案之间的偏差，并且基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统(18)。

本发明涉及一种用于通过用电磁或颗粒辐射照射原料粉末层来校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置和方法。

粉末床融合是添加(增材、添材)分层过程，通过其可以将粉状的，特别是金属和/或陶瓷原料处理成复杂形状的三维工件。为此，将原料粉末层施加到载体上，并依赖要生产的工件的所需几何形状以位置选择的方式经受激光辐射。渗透到粉末层中的激光辐射引起加热并因此熔化或烧结原料粉末颗粒。然后将另外的原料粉末层依次施加到已经经受激光处置的载体上的层上，直到工件具有所需的形状和尺寸。选择性激光熔化或激光烧结可以特别地用于生产原型、工具、替换部件或医疗假体，诸如例如牙科或矫形假体，基于CAD数据。

例如，在EP 1 793 979 B1中描述了一种用于通过粉末床融合过程从粉状原料生产模制体的设备。现有技术设备包括处理腔室，其容纳多个用于待制造的成形体的载体。粉末层制备系统包括粉末储存器保持器，其可以移动至载体并来回跨越载体移动，以便将待用激光束照射的原料粉末施加到载体上。处理腔室连接到包括供应管线的保护气体回路，经由其可以将保护气体供应到处理腔室，以便在处理腔室内建立保护性气体氛围。

在EP 2 335 848 B1中描述了一种照射系统，其可以例如在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备中采用。照射系统包括辐射源，特别是激光源，和光学单元。供应有由辐射源发射的辐射束的光学单元包括束扩展器和扫描器单元。在扫描器单元内，可以折叠到束路径中以便将辐射束分成多个辐射子束的衍射光学元件布置在偏转镜的前面，用于偏转辐射子束。由扫描器单元发射的辐射束或辐射子束被供应给物镜，其被设计成f-θ透镜的形式。

为了校准照射系统，并且特别是在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备中采用的光学单元，将所谓的烧尽箔施加到载体上，其在该设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末层。然后根据预定图案照射烧尽箔，引起在箔上照射图案的烧尽图像的发展。将烧尽图像数字化并与照射图案的数字参考图像进行比较。基于数字化烧尽图像和参考图像之间的比较结果，校准照射单元以便补偿实际烧尽图像和参考图像之间的偏差。

烧尽箔还用于校准多个辐射束的路线，特别是激光束，其在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备的载体上限定的相邻照射区域之间的重叠区中操作，其配备有多个照射单元，例如在EP 2 875 897 B1或EP 2 862 651 A1中所述的。

基本上，在照射箔时在烧尽箔上生产的被烧的线的厚度也可以用作用于测量辐射束的散焦的指示。然而，对于允许待用于校准辐射束的聚焦的测量，这些测量的准确性和可靠性通常太低。因此，为了校准辐射束的聚焦，通常执行额外的苛性测量。

本发明旨在提供一种装置和方法，其允许对在用于通过用电磁或颗粒辐射照射原料粉末层来生产三维工件的设备中采用的照射系统进行可靠和精确的校准。

该目的通过如权利要求1中限定的装置和如权利要求10中限定的方法来解决。

一种用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置，包括控制单元，其适于控制照射系统，以便根据校准图案将辐射束照射到照射平面上。待校准的照射系统可包括辐射源和多个光学元件。照射系统可以仅设置有一个辐射源。然而，也可想到照射系统配备有多个辐射源。在照射系统包括多个辐射源的情况下，包括多个光学元件的单独的光学单元可以与每个辐射源相关联。