[發明專利]對準激光加性制造系統的激光器

有效

• 申請號: 201710256595.0
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106984897B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: D·E·克里爾;D·E·施克;A·L·小斯萬納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K26/035
• 分類號: B23K26/035
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄭浩;劉春元

提供在重疊區域中將激光加性制造系統的一對校準的激光器對準的方法，在該重疊區域中該對校準的激光器有選擇地操作。單獨采用該對校準的激光器中的第一校準的激光器，并且然后單獨采用該對校準的激光器中的第二校準的激光器在該對校準的激光器的重疊區域中形成測試結構的相應的第一和第二多層。該測試結構的形成創建與該重疊區域相對應的測試結構的外表面。測量在該測試結構的外表面中的第一多層和第二多層之間創建一個或多個步的一個或多個尺寸。通過將一個或多個步的一個或多個尺寸作為一個或多個對準校正應用于該對校準的激光器至少一個來將該激光器對準。

背景技術

本公開一般涉及加性制造，并且更具體地說，涉及將多個激光的金屬加性制造系統中的所校準的激光器對準的方法。

加性制造(AM)包括通過材料的連續分層而不是材料的去除來產生對象的各種各樣的過程。因此，加性制造能夠在不采用任何種類的工具，模具或固定裝置的情況下并且采用很少的廢料或不采用廢料來創建復雜的幾何形狀。代替從材料的實心坯加工組件，實心坯中的許多被切掉和丟棄，加性制造中使用的僅有材料是使對象成形要求的材料。

加性制造技術通常包括采用待形成的對象的3維計算機輔助設計(CAD)文件，以電子方式將該對象切成層(比如，其厚度在18～102微米)并且創建具有每個層的2維圖像的文件。然后，可將該文件下載到制備軟件系統中，該系統解釋文件，使得能夠通過不同種類的加性制造系統而根據該對象。在加性制造的3D打印的快速的原形制作(RP)以及直接數字制造(DDM)形式中，有選擇地分配材料層，以便創建該對象。

在金屬粉末加性制造技術中，例如有選擇的激光熔融(SLM)和直接金屬激光熔融(DMLM)，相繼地將多個金屬粉末層熔融在一起，以便形成該對象。更具體地說，采用涂敷器均勻地分布于金屬粉末床上之后，將細金屬粉末層相繼地熔融。該金屬粉末床能夠在垂直軸線中移動。該方法在處理室中發生，該處理室具有惰性氣體例如氬或氮的精確控制的氣氛。一旦創建每個層，則能夠通過有選擇地將該金屬粉末熔融來將對象幾何形狀的每個2維層面熔合。該熔融可通過高功率的激光器例如100瓦的鐿激光器而執行，以便完全地將該金屬粉末焊接(熔融)，從而形成固體金屬。該激光器采用掃描反射鏡在X-Y方向上移動并且具有足以將該金屬粉末焊接(熔融)以便形成固體金屬的強度。該金屬粉末床下降用于每個后繼2維層，并且該過程反復進行，直至完全地形成該對象。

為了較快地形成某些較大的對象，一些金屬加性制造系統采用一起工作而形成對象的一對高功率激光器。通常，對每個激光器進行個別校準，從而已知的偏移校正可應用于每個激光器，允許已知的每個激光器的操作場的精確位置。在這些類型的機器中，如圖1的示意性俯視圖所示，每個激光器具有場10，12，在其上，其能夠在構建平臺上的金屬粉末上創建熔池。該場(field)指示任何特定激光器能夠工作在其上的整個區域；在任何給定時間，該激光器工作在場的僅僅一小部分內。區域10，12中的重疊區域14指示激光器區域10，12交叉或重疊的區域，即，兩個激光器能夠在那個區域中創建熔池。待創建的對象的外表面落入該重疊區域，為了創建光滑的外表面，必須在該重疊區域內將激光器對準。這就是說，激光器不能僅單獨地校準，而是必須如此地對準，從而它們一起地工作，以便在該重疊區域中創建對準的熔池。如圖2的放大的示意性側視圖所示的那樣，重疊區域14中通過未對準的激光器16和18而創建的層創建對象22的外表面20，其是非光滑或崎嶇不平的。