[發(fā)明專利]包括成像裝置的增材制造系統(tǒng)和操作這類系統(tǒng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610945112.3
• 申請(qǐng)日: 2016-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107052583B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: M.A.謝弗頓;H.K.小馬修斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號(hào): B23K26/342
• 分類號(hào): B23K26/342;B23K26/03;B23K26/144;B33Y30/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 姜冰;劉春元

本公開(kāi)的發(fā)明名稱是“包括成像裝置的增材制造系統(tǒng)和操作這類系統(tǒng)的方法”。一種增材制造系統(tǒng)(100)包括：保持微粒(114)的表面(112)；以及聚焦能量源(104)，配置成生成至少一個(gè)束(132)，其沿表面移動(dòng)以將微粒加熱到熔點(diǎn)，從而創(chuàng)建熔融路徑。攝像機(jī)(136)配置成在所述至少一個(gè)束沿表面移動(dòng)時(shí)生成表面的圖像(200，300，302)。攝像機(jī)具有視場(chǎng)，并且相關(guān)于表面被定位，使得視場(chǎng)包含定義多個(gè)光柵(202)的熔融路徑的一部分。攝像機(jī)生成定義所述多個(gè)光柵的熔融路徑的至少該部分的時(shí)間曝光圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開(kāi)的主題一般涉及增材制造（additive manufacturing）系統(tǒng)，以及更具體來(lái)說(shuō)涉及包括用于在增材制造過(guò)程期間對(duì)熔融微粒進(jìn)行成像的成像裝置的增材制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)

至少一些增材制造系統(tǒng)涉及制作凈形（net shape）或者近凈形組件的金屬組件的建造。這些系統(tǒng)以降低成本并且以改進(jìn)制造效率從昂貴材料來(lái)產(chǎn)生復(fù)合組件。諸如直接金屬激光熔融(DMLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、選擇性激光熔融(SLM)和LaserCusing系統(tǒng)之類的一些已知增材制造系統(tǒng)使用聚焦能量源(例如激光裝置或電子束發(fā)生器)和微粒(例如粉末金屬)來(lái)制作組件。

在一些已知的增材制造系統(tǒng)中，因熔池（melt pool）內(nèi)的聚焦能量源傳遞給金屬粉末的熱量的變化和/或過(guò)度熱量而降低組件質(zhì)量。例如，一些局部過(guò)熱特別是在懸垂（overhang）處發(fā)生。另外，在一些已知增材制造系統(tǒng)中，因粉末金屬與組件的周圍固體材料之間的傳導(dǎo)熱傳遞的變化而降低特別是在懸垂或向下朝向的表面處的組件表面質(zhì)量。例如，通過(guò)聚焦能量源所產(chǎn)生的熔池有時(shí)變得過(guò)大，從而使熔融金屬蔓延到周圍粉末金屬中以及熔池更深地滲透到粉末層中，從而將附加粉末拉入熔池中。增加的熔池大小和深度以及熔融金屬的流動(dòng)引起懸垂或向下朝向的表面的不良表面拋光。

另外，在一些已知增材制造系統(tǒng)中，由于因表面下結(jié)構(gòu)和金屬粉末的熱導(dǎo)率的變化性引起的熔池變化，降低組件的尺寸精度和小特征分辨率。由于熔池大小變化，所以印制結(jié)構(gòu)的精度特別是在特征的邊緣變化。

至少一些已知增材制造系統(tǒng)包括成像裝置，以便在制作過(guò)程期間生成熔池的部分的圖像。成像裝置包括具有快門的攝像機(jī)，所述快門對(duì)極短的時(shí)間期開(kāi)啟。成像裝置在熔融過(guò)程期間跟蹤聚焦能量源，以捕獲光。但是，成像裝置僅生成熔池的部分的圖像。此外，成像裝置在沒(méi)有參考特定位置的情況下生成熔池的部分的圖像。另外，成像裝置要求對(duì)特定增材制造系統(tǒng)所定制的復(fù)雜編程和設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，一種增材制造系統(tǒng)包括：保持微粒的表面；以及聚焦能量源，配置成生成至少一個(gè)束，其沿表面移動(dòng)以將微粒加熱到熔點(diǎn)，從而創(chuàng)建熔融路徑（melt path）。攝像機(jī)配置成在所述至少一個(gè)束沿表面移動(dòng)時(shí)生成表面的圖像。攝像機(jī)具有視場(chǎng)，并且相關(guān)于表面被定位，使得視場(chǎng)包含定義多個(gè)光柵的熔融路徑的一部分。攝像機(jī)生成定義所述多個(gè)光柵的熔融路徑的至少該部分的時(shí)間曝光圖像。

在另一方面，一種使用增材制造系統(tǒng)來(lái)制造部件的方法包括在表面上沉積微粒層。使用聚焦能量源將微粒加熱到微粒的熔點(diǎn)。聚焦能量源的束定向在微粒，以及形成熔池，其發(fā)射熔池光。移動(dòng)該束，以生成熔池路徑。攝像機(jī)被暴露于熔池光，以及采用攝像機(jī)來(lái)生成熔池路徑的至少一部分的時(shí)間曝光圖像。

在還有的另一方面，提供一種供增材制造系統(tǒng)中使用的成像裝置，增材制造系統(tǒng)包括：保持微粒的表面；以及聚焦能量源，配置成生成至少一個(gè)束，其沿表面移動(dòng)以將微粒加熱到熔點(diǎn)。成像裝置包括攝像機(jī)。該攝像機(jī)包括：傳感器；以及外殼，其定義用于光穿過(guò)并且照射傳感器的光圈。成像裝置還包括觸發(fā)器，其配置成接收與聚焦能量源的操作特性相關(guān)的信號(hào)，并且基于該信號(hào)來(lái)控制光經(jīng)過(guò)光圈的傳播，使得攝像機(jī)在聚焦能量源的操作期間生成微粒的時(shí)間曝光圖像。

本公開(kāi)由此提供以下技術(shù)方案：

技術(shù)方案1. 一種增材制造系統(tǒng)，包括：