[發明專利]增材制造過程監測

在審

• 申請號: 202210266191.0
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN115078370A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: A·喬杜里;E·范蒂爾伯格;B·鮑徹;T·瑞安
• 申請（專利權）人: 應用優化公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;B22F12/90;B22F10/85;B33Y50/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 黃麗娜;吳鵬

本發明涉及用于增材制造機器的附加套件，附加套件構造成在感興趣區域上掃描構建束并且借此在位于感興趣區域中的移動構建點處將材料添加到工件，附加套件包括：基板，其構造用于安裝至增材制造機器；安裝至基板的光學組件，光學組件包括殼體和位于殼體內的分束器，其中殼體包括多個出口孔，分束器構造成將進入光學組件的電磁輻射分成多個束，光學組件構造成將多個束中的每個束引導到多個出口孔中的相應出口孔；可移動反射器，其構造成將來自視場內的電磁輻射反射到光學組件，使得每個束包括來自視場的電磁輻射；和控制器，其配置為移動可移動反射器以保持移動構建點與視場之間的預定關系。本發明還涉及用于監測增材制造過程的系統和方法。

技術領域

本公開總體上涉及增材制造，更具體但非排他地涉及用于監測增材制造過程的系統和方法。

背景技術

金屬增材制造(AM)現在構成了數十億美元的市場規模。值得注意的是，AM已被用于生產高價值的航空航天、國防和醫療部件。然而，仍然存在關于高質量、無缺陷部件的可重復生產的問題。為此，原位感測已被提議作為測量過程物理和相關構建質量的手段。

不幸的是，在原位過程監測和表征AM部件質量的度量標準開發方面仍存在重大障礙。監測過程物理可能需要在整個構建過程中在層間、層內和熔池層級/水平/高度處進行原位感測。在這三個尺度上實現保真度需要高分辨率、大視場(FOV)和高數據速率。這些規格在很大程度上是現成的原位傳感器無法實現的。光電二極管或高溫計等單點檢測器能夠快速記錄高分辨率數據，但是它們的FOV受到限制。大FOV可以通過可見光或紅外攝像系統實現，然而，大量的數據限制了數據可被記錄的速度。因此，監測整個構建過程的方案要么是使用以不同分辨率和幀速率工作的多個傳感器，要么是使用高保真、高速傳感器。

雖然高保真實驗室規模的傳感器如高速可見光(VIS)、紅外(IR)或X射線成像最近已適用于闡明AM過程物理，但其高成本、有限的視場和極高的數據速率抑制了其與市售硬件和軟件系統的連用，并限制了其在實驗室環境中的簡化實驗中的使用。例如，雖然同步X射線成像已經廣泛用于捕獲AM過程的過程動態，但是實驗局限于理想化的環境(例如，測量兩個玻璃碳窗之間的單個粉末層)。可用于評估熔池表面幾何形狀和繪制復雜的過程相互作用的高速VIS和IR成像也由于與商業上可用的分辨率、捕獲速率和數據傳輸要求相關聯的限制而限于熔池的小視場。簡言之，這些方法難以應用于最簡單的實驗(例如，單軌跡)，并且既不可擴展也不適合驗證AM部件的質量。

然而，用多個傳感器監測AM過程帶來了其自身的一系列復雜性。也就是說，多個傳感器的引入意味著傳感器間視角和FOV的變化。這些變化通常需要對每個傳感器進行仔細校準，并且增加了交叉配準、關聯和驗證由同時原位感測收集的數據的復雜性，因為被測量的信號通常是構建平面上的感測位置及其視角的聯合函數。

類似的限制適用于表征AM過程物理。就算法和邊界條件而言，對層間、層內和熔池行為的物理建模彼此根本不同。此外，粉末再涂覆是一個統計過程，激光-材料相互作用的物理學是復雜的，并且高溫熱物理數據可能缺乏保真度。因此，許多模擬AM過程物理的方法使用多尺度、多物理方法，包括在每個時間步的一系列解決方案。

最終，用過程物理學校準傳感器數據以表征AM部件質量可能需要多尺度方法。因此，一個根本問題是空間分辨率、時間分辨率和保真度的不匹配。因此，需要方法的集成和應用來促進多尺度原位過程監測傳感器和AM部件質量之間的可重復校準。尤其由于這些原因，在這一技術領域仍然需要進一步的改進。

發明內容

示例性方法總體上包括通過可移動反射器將電磁輻射從增材制造機器的感興趣區域中的視場反射至光學組件；通過光學組件的分束器將電磁輻射分成多個束；將所述多個束引導至多個光學傳感器，使得所述多個光學傳感器中的每個光學傳感器接收所述多個束中的各自相應的束；由所述多個光學傳感器產生多個輸出，每個輸出包括與各自相應的束相關的信息；以及通過控制器控制可移動反射器來移動視場，以保持視場和感興趣區域內的移動構建點之間的預定關系。從這里提供的描述和附圖中，本申請的進一步實施例、形式、特征和方面將變得顯而易見。