[發明專利]加性制造中的激光功率監測

在審

• 申請號: 201710086227.6
• 申請日: 2017-02-17
• 公開（公告）號: CN107101717A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: T.G.斯皮爾斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G01J1/42;B22F3/105
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 鄭浩,姜甜

背景技術

本發明一般涉及加性制造，并且更具體而言，涉及用于加性制造中的激光功率監測和過程控制的設備和方法。

加性制造是其中材料逐層建立(build up)以形成組件的過程。加性制造還通過諸如“分層制造”、“反向加工”、“直接金屬激光熔融”(DMLM)和“3-D打印”的術語來參考。出于本發明的目的,這類術語被視為同義詞。

關于現有技術的加性制造機器的一個問題是實際的激光功率未被測量。另一個問題是，當激光功率被測量時，該測量過程要求機器“停機”（即，不制造部件）。這導致機器利用率降低。

發明內容

這些問題的至少一個通過在加性制造過程中監測激光功率的方法來解決。

根據本文描述的技術的一個方面，提供了在加性制造過程中監測激光功率的方法，其中由激光源生成的構建光束用來選擇性地熔合或固化材料以形成工件。該方法包含：分裂預定百分比的構建光束以限定樣品光束，并將樣品光束引導到傳感器；使用傳感器以生成與樣品光束的功率成比例的信號; 以及縮放來自傳感器的信號以生成表示構建光束的功率水平的激光功率測量。

根據本文描述的技術的另一方面，提供了制作工件的方法。該方法包含：在構建室中沉積材料；引導由激光源生成的構建光束按照對應于工件的截面層的圖案選擇性地熔合或固化材料；分裂預定百分比的構建光束以限定樣品光束，并將樣品光束引導到傳感器；使用傳感器以生成與樣品光束的功率成比例的信號；縮放來自傳感器的信號以生成表示構建光束的功率水平的激光功率測量；以及響應于激光功率測量而控制制作工件的至少一個方面。

根據本文描述的技術的另一方面，用于制作工件的設備包含：構建室；激光源，可操作以生成構建光束；光束導引設備，可操作以引導構建光束以便按照對應于工件的截面層的圖案選擇性地熔合或固化構建室中的材料；分束器，設置在激光源和光束導引設備之間，分束器可操作以分裂預定百分比的構建光束來限定樣品光束；以及傳感器，定位成接收樣品光束，傳感器可操作以生成與樣品光束的功率成比例的信號。

本發明提供一組技術方案,如下:

1. 一種在加性制造過程中監測激光功率的方法，其中，由激光源生成的構建光束用來選擇性地熔合或固化材料以形成工件，所述方法包括：

分裂預定百分比的所述構建光束以限定樣品光束，并將所述樣品光束引導到傳感器；

使用所述傳感器以生成與所述樣品光束的功率成比例的信號；以及

縮放來自所述傳感器的所述信號以生成表示所述構建光束的功率水平的激光功率測量。

2. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述構建光束經由通過反射的光學器件的透射來分離。

3. 根據技術方案1所述的方法，還包括將所述激光功率測量與所述激光源的額定功率進行比較。

4. 根據技術方案1所述的方法，還包括響應于所述激光功率測量來控制所述加性制造過程的至少一個方面。

5. 根據技術方案4所述的方法，其中，控制步驟包含響應于所述激光功率測量超過一個或更多個預定激光功率限制而采取離散動作。

6. 根據技術方案5所述的方法，其中，所述一個或更多個預定激光功率限制包含所述激光功率測量和預期激光功率之間的最大差。

7. 根據技術方案3所述的方法，其中，控制步驟包含改變所述加性制造過程的至少一個過程參數。

8. 根據技術方案1所述的方法，其中，所述傳感器包括固態半導體檢測器。

9. 根據技術方案1所述的方法，其中所述傳感器包括光電倍增管。

10. 一種制作工件的方法，包括：

在構建室中沉積材料；

引導由激光源生成的構建光束按照對應于工件的截面層的圖案選擇性地熔合或固化材料；

分裂預定百分比的所述構建光束以限定樣品光束，并將所述樣品光束引導到傳感器；

使用所述傳感器以生成與所述樣品光束的功率成比例的信號;

縮放來自所述傳感器的所述信號以生成表示所述構建光束的功率水平的激光功率測量；以及

響應于所述激光功率測量而控制制作所述工件的至少一個方面。

11. 根據技術方案10所述的方法，還包括以循環重復沉積和熔合的步驟以逐層的方式構建所述工件。

12. 根據技術方案10所述的方法，其中，控制步驟包含響應于所述激光功率測量超過一個或更多個預定激光功率限制而采取離散動作。

13. 根據技術方案12所述的方法，其中，所述一個或更多個預定激光功率限制包含實際激光功率和預期激光功率之間的最大差。