[发明专利]用于过程监控和反馈控制的纳米结构

说明书

本发明提供了用于过程监控和反馈控制的纳米结构，提供各种技术来利用纳米结构用于过程监控和反馈控制。在一个实例中，方法包括形成包含分布在其中的纳米结构的材料的层。每个纳米结构包括量子点和包封量子点的壳。壳和量子点配置为响应于激发信号而分别发射第一和第二波长。该方法进一步包括将激发信号施加到材料的层的至少一部分。该方法进一步包括检测来自材料的层的一部分的发射信号，其中发射信号由纳米结构的至少一个子集响应于激发信号而提供。该方法进一步包括基于至少发射信号的波长确定是否已经满足制造特性。还提供了相关的系统和产品。

技术领域

本申请总体上涉及制造过程的监控，并且更具体地涉及用于增材制造过程的过程监控和反馈控制的纳米结构。

背景技术

增材制造(例如，也被称为三维(3D)印刷)是用于制造复杂产品的灵活且成本有效的技术。在增材制造中，通过以基于层的方法沉积材料来形成物体。在这方面，连续的材料的层在彼此的顶部累积，直到最终的物体完全形成。相关的制造操作(例如，温度、压力和/或其他操作的施加)可在各种层沉积之前、之中或之后执行。

不幸的是，许多传统的增材制造过程缺乏有效的质量控制措施。在许多情况下，可能不会彻底检查制造的物体，直到制造过程已经完成。这可能证明是昂贵且低效的，因为直到修复为时已晚时，可能不会检测制造中的错误。事实上，如果制造的物体由于这种错误而变得无法使用，相当多的时间、精力和材料可能会被浪费掉。

尽管有时可使用某些非破坏性评估(NDE)措施来评估制造过程的质量(例如，通过X射线计算机断层摄影或超声波检查)，但是这样的NDE方法往往是非常昂贵的，耗时的和/或不足以进行有效的评估。因此，需要改进的方法来检查由增材制造过程形成的产品。

发明内容

根据本文进一步讨论的各种实施方式，以增材制造材料提供基于量子点的纳米结构。纳米结构可用于评估增材制造过程的制造特性是否已满足。纳米结构可以包括由壳包封的量子点，其中量子点和壳配置为响应于激发信号(例如，也被称为验证信号)而发射不同的波长。壳可以配置为当相应的制造特性已满足时被移除。通过在增材制造过程期间(例如，在不同层的沉积期间或之间)激发纳米结构，可以在制造过程正在进行时评估制造特性。结果，如果不满足制造特性，可以中断制造过程，从而节省大量时间、成本和材料。

根据实施方式，方法可以包括形成包括分布在其中的多个纳米结构的材料层。每个纳米结构可以包括量子点和包封量子点的壳。壳可以配置为响应于激发信号而发射第一波长。量子点可以配置为响应于激发信号而发射第二波长。该方法可以进一步包括将激发信号施加到材料层的至少一部分。该方法可以进一步包括检测来自材料层的该部分的发射信号，其中发射的信号可以响应于激发信号由多个纳米结构的至少子集提供。该方法可以进一步包括至少基于发射信号的波长确定是否已经满足制造特性。

根据另一实施方式，系统可以包括制造装置，配置为形成包括分布在其中的多个纳米结构的材料层。每个纳米结构可以包括量子点和包封量子点的壳。壳可以配置为响应于激发信号而发射第一波长。量子点可以配置为响应于激发信号而发射第二波长。该系统可以进一步包括激发装置，配置为将激发信号施加到材料的层的至少一部分。该系统可以进一步包括检测装置，配置为检测来自材料层的该部分的发射信号，其中发射信号由多个纳米结构的至少子集响应于激发信号而提供。该系统可以进一步包括计算装置，配置为至少基于发射信号的波长来确定是否已经满足制造特性。

根据另一实施方式，产品可以包括增材制造材料。该产品可以进一步包括多个纳米结构，分布在材料内并配置为接收激发信号并响应于此提供发射信号。每个纳米结构可以包括量子点和包封量子点的壳。壳可以配置为基于与壳相关联的第一带隙，响应于激发信号发射第一波长。壳可以配置为响应于在产品上执行的制造操作而从纳米结构移除。壳的移除可以导致发射的信号呈现第二波长。量子点可以配置为基于与量子点相关联的第二带隙，响应于激发信号发射第二波长。