[发明专利]用于构建表面映射的设备和方法

说明书

一种用于增材制造的构建表面映射和恢复的方法、设备和程序。该方法可以包括通过增材制造来制造物体，其中构建表面的拓扑结构被确定。增材制造处理可以基于拓扑结构的确定进行修改。表面的拓扑结构可以通过以下步骤来确定：使用汇聚能量源在表面上标记第一标记；使用照相机确定标记的尺寸；以及基于标记的尺寸确定第一标记的高度。

技术领域

本公开大体涉及执行增材制造处理的增材制造(AM)设备和方法。更具体地，本公开涉及实现增材制造部件(例如不限于飞行器发动机的部件)的连续处理的设备和方法。

背景技术

增材制造(AM)技术可以包括例如电子束自由成形制造、激光金属沉积(LMD)、激光金属丝沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光工程净成形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末进给引导能量沉积(DED)和三维打印(3DP)。与减材制造方法相比，AM处理大体涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM包含各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型/工具等。AM技术能够使用多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物体可以使用计算机辅助设计(CAD)模型来制造。例如，特定类型的AM处理使用能量束(例如，电子束或电磁辐射(例如激光束))来烧结或熔化粉末材料和/或线材，从而创建材料粘合在一起的固体三维物体。

选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常用工业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生成三维(3D)物体。例如，美国专利4,863,538和美国专利5,460,758描述了常规的激光烧结技术。更具体地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下融合(团聚)粉末的颗粒，而熔化则需要完全熔化粉末的颗粒以形成固体均质体(solid homogeneous mass)。与激光烧结或激光熔化相关联的物理处理包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。电子束熔化(EBM)利用聚焦的电子束以熔化粉末。这些处理涉及连续熔化粉末层以使用金属粉末构建物体。

图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统110的横截面视图的示意图。设备110通过使用由源(例如激光器120)生成的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)以逐层的方式(例如，出于说明目的放大了比例的层L1、L2和L3)构建物体，例如部件122。通过能量束熔化的粉末通过贮存器126供应，并使用在方向134上行进的重涂覆器臂116均匀地铺展在构建板114上以保持粉末处于水平118，并将粉末水平118以上延伸的多余的粉末材料移除到废料容器128。在振镜扫描仪132的控制下，能量束136烧结或熔化正在构建的物体的横截面层(例如，层L1)。降低构建板114，并且将另一层粉末(例如，层L2)铺展在构建板和正在构建的物体上，随后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到部件122完全由熔化的/烧结的粉末材料堆积。激光器120可以通过包括处理器和存储器的计算机系统控制。该计算机系统可以确定每个层的扫描图案，并根据扫描图案控制激光器120以照射粉末材料。在部件122的制造完成后，可以将各种后处理程序应用于部件122。后处理程序包括例如通过吹扫或抽真空、机械加工、打磨或喷砂移除多余的粉末。此外，常规的后处理可以包括例如通过机械加工从构建平台/基板移除部件122。其他后处理程序包括压力释放处理。另外，热和化学后处理程序可以用于完成部件122。

上述AM处理通过执行控制程序的计算机进行控制。例如，设备110包括执行固件的处理器(例如，微处理器)、操作系统或在设备110和操作员之间提供接口的其他软件。计算机接收要形成的物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序生成三维模型。计算机分析模型，并为模型中的每个物体提出工具路径。操作员可以限定或调整扫描图案的各种参数，例如功率、速度和间距，但通常不直接编程工具路径。本领域普通技术人员将完全理解，上述控制程序可以适用于任何上述AM处理。此外，上述计算机控制可以适用于任何减材制造或在任何后处理或混合处理中应用的任何前处理或后处理技术。