BR112013009155B1

BR112013009155B1 - Method for production of a three-dimensional body.

Info

Publication number: BR112013009155B1
Application number: BR112013009155-0A
Authority: BR
Inventors: Snis Anders
Original assignee: Arcam Ab
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2018-02-06
Also published as: RU2013112124A; CN103338880A; US9073265B2; EP2667987A1; KR20130139247A; EP2667987A4; JP2014508668A; US20130300035A1; EP2667987B1; KR101820553B1; CN103338880B; BR112013009155A2; WO2012102655A1; JP5712306B2; RU2553796C2

Abstract

método para produção de um corpo tridimensional. a invenção diz respeito a um método para produção de um corpo tridimensional por meio do provimento sucessivo de camadas de pó e fusão conjunta de áreas selecionadas das referidas camadas, cujas áreas correspondem a seções transversais sucessivas do corpo tridimensional, em que o método compreende as seguintes etapas para pelo menos uma das referidas camadas: aplicar a pelo menos uma camada de pó numa área de trabalho e fundir conjuntamente uma área selecionada da pelo menos uma camada de pó por meio do fornecimento de energia a partir de uma pistola de radiação à área selecionada. a invenção é caracterizada pelo fato de que compreende as etapas de: estabelecer um percurso de feixe pretendido a ser usado quando da fusão conjunta da área selecionada da pelo menos uma camada de pó, calcular uma temperatura na pelo menos uma camada de pó ao longo do percurso de feixe pretendido como uma função de uma deposiçãoespecífica de energia de um feixe imaginário, o qual se presume mover ao longo do percurso de feixe pretendido, ajustar a deposição específica de energia do feixe imaginário ao longo do percurso de feixe pretendido dependendo da temperatura calculada e do conjunto de condições para a etapa de fusão conjunta da área selecionada, e prover, com base nos cálculos e nos ajustes, um esquema de operação para a deposição específica de energia do feixe real a ser usado para o percurso de feixe pretendido quando da fusão conjunta da área selecionada da pelo menos uma camada.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM CORPO TRIDIMENSIONAL. (51) Int.CI.: B22F 3/105; B29C 67/00 (73) Titular(es): ARCAM AB (72) Inventor(es): ANDERS SNIS

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MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UM CORPO TRIDIMENSIONAL

CAMPO TÉCNICO [001] Esta invenção se refere a um método para produção de um corpo tridimensional por meio do provimento sucessivo de camadas de pó e fusão conjunta de áreas selecionadas das referidas camadas, cujas áreas correspondem a seções transversais sucessivas do corpo tridimensional.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] Equipamentos para produção de um objeto tridimensional, camada por camada, usando um material em pó que pode ser fundido conjuntamente e solidificado ao ser irradiado com um feixe de alta energia de radiação eletromagnética ou elétrons são conhecidos a partir da US4863538, US5647931 e SE524467, por exemplo. Tais equipamentos incluem, por exemplo, um fornecedor de pó, meios para aplicar sucessivamente camadas de pó numa plataforma verticalmente ajustável ou área de trabalho e meios para direcionar o feixe sobre a área de trabalho. O pó sinteriza ou se funde e se solidifica, à medida que o feixe, camada por camada, move-se sobre a área de trabalho.

[003] Quando da fusão ou sinterização de um pó usando um feixe de alta energia, é importante ter um controle completo da temperatura do material irradiado, a fim de prover o objeto com propriedades materiais apropriadas e para evitar deformações geométricas. Por exemplo, uma temperatura local muito alta pode destruir o objeto que está sendo produzido, e uma distribuição muito desigual de temperatura pode levar a rachaduras. Além disso, a fim de prover uma fusão completa, a temperatura das camadas superiores do leito de pó deve ser mantida acima de um valor mínimo durante a etapa de fusão. Além de manter o controle da temperatura, normalmente é importante tentar reduzir o tempo de produção, isto é, tentar direcionar o feixe o mais eficientemente possível sobre a área selecionada.

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2/33 [004] Somente uma parte selecionada ou área de cada camada de pó é fundida conjuntamente. O feixe se direciona num certo percurso sobre cada área selecionada num padrão de traço fino ou de varredura, o qual torna a área completamente fundida em conjunto. Frequentemente esse padrão de rastreador possui a forma de linhas paralelas distribuídas em distâncias iguais sobre a área selecionada. Cada uma dessas áreas selecionadas, as quais podem incluir várias partes de áreas, corresponde a uma seção transversal do objeto que está sendo formado no leito de pó.

[005] Direcionar o feixe num padrão de rastreador com linhas paralelas pode ser feito ao se rastrear as linhas em ordem. Devido à transferência de calor a partir do material aquecido ao longo das linhas previamente rastreadas, a temperatura no material ao longo de uma certa linha a ser rastreada será maior do que a temperatura de início (isto é, maior do que a temperatura no material quando a primeira linha é rastreada). Pelo menos quando do uso de um feixe de alta energia, essa formação de temperatura deve ser levada em consideração, a fim de manter uma temperatura local apropriada dentro do material.

[006] Uma maneira de levar isso em conta é ajustar a entrada de energia de feixe em resposta à formação de temperatura. Isso poderia ser feito, por exemplo, ao se variar a energia de feixe ou ao se variar a velocidade na qual o feixe se move sobre a camada de pó. Um exemplo é aumentar a velocidade de feixe nas posições de virada de feixe, onde a extremidade de uma primeira linha de varredura é fechada para o início de uma segunda linha de varredura. No entanto, para fazer isso adequadamente, é necessário ter informação sobre a temperatura no material. Essa temperatura, ou, mais precisamente, a temperatura de superfície do leito de pó, pode ser medida usando-se uma câmara de calor. Correções em tempo real ou controle do feixe com base na entrada de uma tal câmara são, porém, difíceis de realizar adequadamente em função do longo tempo de resposta do sistema (mesmo se ações são tomadas para

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3/33 diminuir a temperatura imediatamente quando uma temperatura elevada foi detectada, a temperatura provavelmente continuará a aumentar por algum tempo). Uma câmara de calor pode, assim, ser útil para checar, após a produção, se algo deu errado no processo de produção.

[007] US5904890 relata um método onde a velocidade de varredura de feixe é variada como uma função do comprimento das linhas de varredura num padrão de varredura com linhas paralelas. A velocidade de feixe é menor para linhas de varredura mais longas, e maior para linhas mais curtas, de modo a evitar variação de resfriamento quando o feixe estiver distante de uma certa área. O objetivo é atingir uma distribuição de densidade homogênea no produto produzido. Esse método pode ser útil com relação à formação de temperatura mencionada acima, caso a velocidade de feixe seja alta comparada com o comprimento das linhas de varredura. Porém, se as linhas de varredura são longas, a velocidade de feixe deve ser ajustada somente nas partes finais das linhas de varredura, e, caso as linhas estejam distribuídas sobre várias áreas selecionadas da mesma camada de pó ou num padrão diferente, a formação de temperatura não será similar em todas as partes da(s) área(s). Ademais, caso a energia de feixe seja alta, um padrão de rastreador mais complexo pode ser requerido. Em tais casos a formação de temperatura não será levada em conta adequadamente apenas ao variar a velocidade de feixe com relação ao comprimento das linhas de varredura.

[008] WO2008/013483 relata um método onde linhas paralelas de varredura são rastreadas numa maneira particular, de tal modo que uma distância mínima de segurança é estabelecida entre linhas consecutivamente rastreadas. Formação de temperatura (e partículas carregadas) entre as linhas de varredura é, portanto, levada em conta ao se impedir a ocorrência de interferência de transferência de calor entre linhas consecutivamente rastreadas. O método é inicialmente destinado ao préaquecimento da camada de pó com uma alta velocidade de feixe e alta

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4/33 energia de feixe, mas também pode ser usado para evitar interferência de transferência de calor durante a etapa de fusão do pó. Porém, isso levaria a um processo de produção com grande consumo de tempo.

[009] Dessa forma, existe uma necessidade por estratégias de varredura mais elaboradas, as quais permitem um controle completo de temperatura, bem como uma produção com eficiência de tempo.

RESUMO DA INVENÇÃO [0010] Um objeto da invenção é prover um método do tipo discutido acima para a produção de um corpo tridimensional, cujo método exibe possibilidades melhoradas para controlar a temperatura e a velocidade crescente da produção. Esse objeto é alcançado por meio do método definido pelas características técnicas contidas na reivindicação independente 1. As reivindicações dependentes contêm modalidades vantajosas, desenvolvimentos adicionais e variantes da invenção.

[0011] A invenção diz respeito a um método para produção de um corpo tridimensional por meio do provimento sucessivo de camadas de pó e fusão conjunta de áreas selecionadas das referidas camadas, cujas áreas correspondem a seções transversais sucessivas do corpo tridimensional, em que o método compreende as seguintes etapas para pelo menos uma das referidas camadas: aplicar pelo menos uma camada de pó numa área de trabalho e fundir conjuntamente uma área selecionada de pelo menos uma camada de pó por meio do fornecimento de energia a partir de uma pistola de radiação à área selecionada.

[0012] A invenção é caracterizada pelo fato de que o método compreende as etapas de: estabelecer um percurso de feixe pretendido a ser usada quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada de pó; calcular uma temperatura em pelo menos uma camada de pó ao longo do percurso de feixe pretendido como uma função de uma deposição específica de energia de um feixe imaginário, o qual se presume mover ao longo do percurso de feixe pretendido; ajustar a deposição

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5/33 específica de energia do feixe imaginário ao longo do percurso de feixe pretendido dependendo da temperatura calculada e do conjunto de condições para a etapa de fusão conjunta da área selecionada e prover, com base nos cálculos e nos ajustes, um esquema de operação para a deposição específica de energia do feixe real a ser usado para o percurso de feixe pretendido quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada.

[0013] O termo “percurso de feixe pretendido” diz respeito ao padrão de linha ou de rastreador que é disposto através da área selecionada e se refere a pelo menos uma parte do percurso do local preciso de feixe destinado a seguir quando o feixe é varrido sobre a área selecionada com o propósito de derreter/fundir o pó dentro daquela área. A princípio, o percurso de feixe pretendido pode ter quaisquer formas, contanto que isso proveja uma fusão completa do pó dentro da área selecionada, isto é, ele pode, por exemplo, ser segmentado ou contínuo e incluir tanto porções retas como curvas. Além disso, o percurso de feixe pode variar, mesmo se o padrão de linha for o mesmo, por exemplo, caso linhas sejam varridas numa ordem diferente ou caso uma linha individual seja varrida numa direção oposta.

[0014] A etapa de “calcular a temperatura em pelo menos uma camada de pó ao longo do percurso de feixe pretendido como uma função de uma deposição específica de energia de um feixe imaginário, o qual se presume mover ao longo do percurso de feixe pretendido” significa que uma temperatura local ou distribuição de temperatura local no ou perto do percurso de feixe pretendido ao longo da sua extensão é calculada, por exemplo, ao se calcular a (distribuição) de temperatura local num número de pontos distribuídos ao longo do percurso de feixe pretendido, levando em conta a energia depositada para o material através de um feixe imaginário, o qual se assume gerar uma deposição específica de energia, enquanto se move ao longo do percurso de feixe pretendido.

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6/33 [0015] A temperatura local da camada de pó num certo ponto ao longo do percurso de feixe pretendido (isto é, num certo período de tempo) depende, por exemplo, da distribuição de temperatura inicial na camada de material, das propriedades térmicas do material (tal como a condutividade térmica), da história da deposição específica de energia do feixe imaginário (incluindo a posição atual do feixe e quanta energia ou força que foi depositada na camada de material durante seu percurso para a posição atual) e do padrão geométrico do percurso de feixe.

[0016] O termo “deposição específica de energia do feixe” se refere à energia depositada pelo feixe (imaginário ou real) por unidade de tempo e unidade de área da camada (tamanho do local preciso e força de feixe), isto é, a força depositada por unidade de área, dividida pela velocidade de feixe. Assim, variar a deposição específica de energia pode ser feito ao se variar a velocidade com a qual o feixe se move sobre a superfície de camada, ao se variar a força do feixe e/ou ao se variar o tamanho do local preciso do feixe (isto é, a área de superfície de camada diretamente exposta ao feixe num certo ponto de tempo). Nos cálculos, a história da deposição específica de energia do feixe imaginário também inclui, portanto, variações na velocidade, força ou tamanho do local preciso. Também a forma do feixe e a distribuição de energia/força no feixe podem ser variadas e inclusas nos cálculos.

[0017] Os cálculos podem ser complicados e consumir tempo, e várias simplificações podem ser feitas, as quais permitem que uma temperatura suficientemente precisa seja calculada, enquanto ainda se leva em conta a história da deposição específica de energia (o que pode afetar fortemente a temperatura num ponto do percurso de feixe pretendido, onde o feixe ainda não alcançou, mas onde o calor foi conduzido a partir de partes prévias já “fundidas” do percurso de feixe pretendido).

[0018] A etapa de “ajustar a deposição específica de energia do feixe imaginário ao longo do percurso de feixe pretendido dependendo da

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7/33 temperatura calculada e do conjunto de condições para a etapa de fusão conjunta da área selecionada” significa que pelo menos um dos parâmetros de feixe, isto é, a velocidade de feixe, força e/ou tamanho do local preciso, é ajustado sobre um certo ponto do percurso de feixe pretendido, por exemplo, os cálculos indicam que a temperatura se torna maior num certo ponto do que uma configuração de condição para a temperatura máxima (o que se chamaria, por exemplo, de aumento na velocidade de feixe ou redução na força de feixe perto daquele ponto particular ou para uma alteração da história da deposição específica de energia para reduzir indiretamente aquecimento termicamente conduzido daquele ponto a partir de partes prévias do percurso de feixe).

[0019] Ajustes da deposição específica de energia do feixe imaginário ao longo do percurso de feixe pretendido podem ser tratados de tal forma que recálculos da temperatura ao longo (partes do) percurso são feitos usando-se outros parâmetros de feixe. Alternativamente ou como um complemento, é possível fazer uso de um conjunto de dados predeterminados relacionados com o material a ser fundido, em que o referido conjunto de dados compreende valores adequados da deposição específica de energia como uma função da temperatura calculada e do conjunto de condições. Tais dados predeterminados são úteis para evitar recálculos que consomem tempo e podem, por exemplo, ser usados quando a temperatura é calculada num número de pontos distribuídos ao longo do percurso de feixe pretendido. Dependendo da temperatura calculada num “próximo” ponto posicionado relativamente próximo e à frente de um ponto correspondendo à posição atual do feixe imaginário, um valor adequado da deposição específica de energia a ser usado quando do movimento do feixe a partir da posição corrente até que ele alcance o “próximo” ponto pode ser diretamente obtido a partir de dados predeterminados. Esse procedimento é repetido para os pontos remanescentes distribuídos ao longo do percurso de feixe pretendido.

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Dessa forma, portanto, a deposição específica de energia é ajustada passo a passo ao longo do percurso de feixe pretendido.

[0020] O termo “esquema de operação” (para a deposição específica de energia) se refere a como a deposição específica de energia, isto é, como cada um dentre velocidade, força e tamanho de local preciso do feixe real se supõe variar com o tempo (ou com posição ao longo do percurso de feixe, uma vez que essa posição se refere ao tempo) durante a etapa de fusão do pó. Assim, o esquema de operação contém informação sobre como a velocidade, a força e o tamanho de local preciso do feixe devem variar quando da fusão da área selecionada. A etapa de prover ou determinar/estabelecer esse esquema de operação é uma forma de extração e resumo dos resultados a partir de etapas prévias. No exemplo acima, com ajustes passo a passo da deposição específica de energia, o esquema de operação inclui as variações passo a passo dos parâmetros de feixe. A operação também pode incluir informações sobre ajustes do parâmetro de feixe para partes do percurso de feixe pretendido, onde os cálculos de temperatura e de ajustes de deposição específica de energia podem não ser necessários, tal como para uma parte inicial do percurso de feixe pretendido.

[0021] A temperatura nos materiais se refere ao seu conteúdo de energia. Portanto, é possível, em vez de calcular a temperatura real, calcular e fazer uso de outro parâmetro relacionado com temperatura e energia. O termo temperatura calculada também abrange tais parâmetros relacionados.

[0022] As etapas de estabelecer o percurso de feixe pretendido, calcular a temperatura ao longo do percurso de feixe pretendido, ajustar a deposição específica de energia imaginária e determinar o esquema de operação não têm, necessariamente, que ser realizadas num dado momento ou estritamente na ordem indicada. Por exemplo, cálculos e ajustes podem ser realizados de maneira alternativa, e o esquema de

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9/33 operação pode ser determinado passo a passo por frações de todo o percurso de feixe. Além disso, embora a etapa de estabelecer o percurso de feixe pretendido possa ser mais simples - um padrão pré-configurado de linha, com linhas paralelas e retas igualmente espaçadas e com uma dada direção de varredura, pode ser escolhido - essa etapa pode compreender cálculos e ajustes para encontrar um padrão favorável de linha e um percurso favorável de feixe pretendido, finalmente selecionado.

[0023] Por conseguinte, a invenção se refere, brevemente, a um método em que a deposição específica de energia do feixe a ser usado quando da fusão conjunta do pó pode ser pré-ajustada para variar, em resposta à formação de temperatura para o padrão de varredura particular a ser usado por meio do cálculo da temperatura resultante ao longo do percurso de feixe para diferentes deposições específicas de energia e condições. Noutras palavras, o método inventivo torna possível predeterminar, por meio de cálculo e adaptação, como a deposição específica de energia do feixe deve variar com o tempo (ou posição sobre a área selecionada), quando ele passa ao longo do padrão de percurso e funde o pó.

[0024] Várias condições podem ser usadas nos cálculos para aperfeiçoar o esquema de operação da deposição específica de energia, tais como minimizar o tempo de produção, evitar exceder uma certa temperatura máxima, evitar exceder uma certa temperatura durante um certo período de intervalo, minimizar a maior temperatura atingida, obter uma mesma largura do material fundido ao longo do percurso de feixe e várias combinações dessas condições, tais como um compromisso entre minimizar o tempo de produção e a maior temperatura atingida. Vários percursos de feixe possíveis podem ser avaliados antes de selecionar aquele pretendido.

[0025] Para simplificar e acelerar os cálculos, as condições podem incluir valores pré-configurados (pré-calculados) de um ou dois dos

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10/33 parâmetros de feixe (velocidade, força e tamanho de local preciso) e/ou percurso de feixe pré-configurado, tal como um conjunto de linhas paralelas posicionadas a uma distância similar entre si.

[0026] O método inventivo é genérico é pode ser aplicado a qualquer geometria da área selecionada. Deve-se notar que uma camada de pó pode compreender várias áreas selecionadas, as quais podem ter geometrias similares ou diferentes.

[0027] Quando um esquema de operação de adequada deposição específica de energia é determinado, esse esquema é usado para o derretimento/fusão conjunta atual da (de parte da) área selecionada da camada em questão. O método inventivo é usado preferencialmente sobre todas ou pelo menos sobre a maioria das camadas no objeto formado.

[0028] Um efeito da invenção é que ela provê um controle completo da temperatura e da distribuição de temperatura da área selecionada e torna possível planejar a etapa de maneira sofisticada. Por sua vez, isso pode ser usado para evitar que se alcancem temperaturas muito altas (o que pode destruir o produto sendo formado), para obter uma distribuição homogênea de temperatura (o que melhora as propriedades do produto ao se reduzir o estresse e a formação de rachaduras) e para acelerar a produção (o que torna a produção mais rentável).

[0029] Numa modalidade vantajosa de invenção, o método compreende a etapa de usar o esquema de operação para a deposição específica de energia quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada de pó.

[0030] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção, a deposição específica de energia é a energia depositada pelo feixe por unidade de tempo e unidade de área, divididas pela velocidade de feixe, e essa deposição específica de energia pode ser variada ao se variar uma

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11/33 velocidade de feixe, uma força de feixe e/ou um tamanho de local preciso de feixe.

[0031] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção, o método compreende o uso de um conjunto de dados predeterminados relacionados ao material a ser fundido, em que o referido conjunto de dados compreende valores da deposição específica de energia a ser selecionados como uma função da temperatura calculada e do conjunto de condições.

[0032] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção o conjunto de condições para a etapa de fusão inclui uma ou várias das seguintes condições para pelo menos uma camada de pó: temperatura máxima; temperatura de trabalho: profundidade de fusão e largura de fusão.

[0033] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção a etapa de calcular a temperatura inclui a etapa de resolver a equação de calor dependente do tempo.

[0034] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção, a etapa de calcular a temperatura inclui calcular a distribuição de temperatura local ao longo do percurso de feixe pretendido.

[0035] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção, a etapa de calcular a temperatura inclui vários cálculos realizados dentro ou próximos de um número de pontos distribuídos ao longo do percurso de feixe pretendido.

[0036] Numa variante dessa modalidade, a distância máxima entre pontos adjacentes do cálculo é ajustada ao se ajustar um valor limite para a alteração permitida da deposição específica de energia entre os pontos adjacentes. Por exemplo, se apenas a velocidade de feixe é variada, uma alteração máxima permitida para a velocidade de feixe é ajustada.

[0037] Numa modalidade vantajosa adicional da invenção, a etapa de estabelecer o percurso de feixe pretendido inclui a etapa de: fazer cálculos da temperatura ao longo de uma pluralidade de percursos de feixe

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12/33 possíveis e selecionar o percurso de feixe pretendido fora da referida pluralidade de percursos de feixe.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0038] Na descrição da invenção dada abaixo faz-se referência às figuras a seguir, as quais mostram:

Figura 1 mostra, numa visualização esquemática, um exemplo de um dispositivo conhecido para produção de um produto tridimensional ao qual o método inventivo pode ser aplicado,

Figura 2 mostra uma visualização esquemática do perfil de temperatura de superfície e a profundidade e largura de fusão correspondentes numa caixa onde o feixe percorre na direção do eixo positivo x,

Figuras 3-5 mostram alguns perfis de distribuição de temperatura, calculados por FEM, juntamente com distribuições aproximadas de acordo com as séries de Gaussian na equação 3.

Figura 6 mostra distâncias com linhas pontilhadas e ponto a ponto, e respectivamente, em que wf) θ _a posição no sistema de coordenadas global para os termos exponenciais, e em que e y É, t

Ά ^são as coordenadas no sistema de coordenadas global para o segmento de linha k da linha j.

Figura 7 mostra um exemplo de um percurso de feixe pretendido para uma área selecionada que tem a forma de um isóscele trapezoide, em que o percurso de feixe pretendido é tal que o feixe começa a varrer as linhas a partir do fundo até o topo, enquanto altera a direção a partir da esquerda para a direita e da direita para a esquerda, e

Figura 8 mostra um esquema de operação determinado para a deposição específica de energia do feixe a ser usado para o percurso de feixe pretendido mostrado na figura 7, em que a deposição específica de energia nesse exemplo é variada ao se variar a velocidade de feixe.

DESCRIÇÃO DE MODALIDADE EXEMPLARES DA INVENÇÃO

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13/33 [0039] Figura 1 mostra um exemplo de um dispositivo conhecido 1 para produção de um produto tridimensional. O dispositivo 1 compreende uma mesa de trabalho verticalmente ajustável 2, sobre a qual um produto tridimensional 3 deve ser formado, um ou mais distribuidores de pó 4, meios 28 dispostos para distribuir sucessivamente camada fina de pó sobre a mesa de trabalho 2 para formar um leito de pó 5, uma pistola de radiação 6 na forma de um canhão de elétrons para fornecer energia ao leito de pó 5 como para fundir conjuntamente partes do leito de pó 5, deflexão e bobinas de moldagem de feixe 7 para guiar e dar forma ao feixe de elétrons emitido pela pistola de radiação 6 sobre a referida mesa de trabalho 2, e uma unidade de controle 8 disposta para controlar as várias partes do dispositivo

1.

[0040] Num ciclo de trabalho típico, a mesa de trabalho 2 é reduzida, uma nova camada de pó é aplicada numa área de trabalho sobre o topo do leito de pó 5, e o feixe de elétrons é varrido sobre as partes selecionadas da camada superior 5' do leito de pó 5. A princípio, esse ciclo é repetido até que o produto esteja pronto. Um perito na área tem familiaridade com a função geral e a composição de dispositivos para produção de um produto tridimensional, tanto com relação ao tipo apresentado na figura 1, como com dispositivos equipados com um canhão de laser em vez de um canhão de elétrons.

[0041] Convencionalmente, aparelhos providos com um canhão de elétrons trabalham com vácuo normalmente abaixo de pelo menos 10-2 mbar, a fim de evitar que o feixe de elétrons interaja com átomos ou moléculas localizadas entre o canhão de elétrons e a área de trabalho.

[0042] Um exemplo de uma camada de pó selecionada que tem a forma de um isóscele trapezoide é mostrado na figura 7. O percurso de feixe pretendido também é mostrado.

[0043] Uma modalidade do método inventivo será descrito agora. Num exemplo dessa modalidade o percurso de feixe pretendido

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14/33 segue uma pluralidade de linhas retas e paralelas (linhas de traço fino ou de varredura) distribuídas numa distância igual entre si. O parâmetro de feixe ajustado é, nesse exemplo, a velocidade de feixe. Nos cálculos, a velocidade de feixe é ajustada de tal forma que a largura do material fundido, a uma profundidade específica (vide largura de fusão e profundidade de fusão na figura 2), torna-se igual ao longo do percurso de feixe completo. Isso permite o uso de uma distância fixa entre as partes paralelas do percurso de feixe. Parâmetros remanescentes são predeterminados (ou calculados a partir de outros parâmetros predeterminados).

[0044] Conforme uma visão geral, a modalidade do método pode ser descrita como a seguir:

1. Dados consistindo de perfis de temperatura e de parâmetros de feixe relacionados (tamanho de local preciso e velocidade de feixe) para ajustes diferentes de propriedades de material, temperaturas de material e forças de feixe são criadas e armazenadas numa base de dados. Esses dados são obtidos por meio de cálculos FEM numa geometria simples similar à caixa de teste mostrada na figura 2.

2. A máquina usada para produção do corpo tridimensional calcula, em tempo real, a distribuição de temperatura local para cada um dos números de pontos distribuídos ao longo da trajetória (percurso) de feixe ao resolver uma equação de calor dependente do tempo. A solução da equação é obtida ao se expandir os perfis de temperatura de linhas de traço fino fundidas previamente (isto é, fundidas imaginariamente) com envelopes de Gaussian. Os perfis de temperatura correspondendo ao feixe usado e aos parâmetros de material são obtidos a partir da base de dados.

3. Os parâmetros de feixe num ponto específico são selecionados dependendo da distribuição de temperatura local calculada, e eles são obtidos a partir de dados pré-calculados na base de dados (ao se comparar a distribuição de temperatura calculada com os perfis de temperatura préPetição 870170088814, de 17/11/2017, pág. 20/51

15/33 calculada para o material usado e ao se selecionar parâmetros correspondendo ao perfil que melhor se adéqua à distribuição calculada).

4. Uma vez que uma linha de traço fino está pronta, o perfil de temperatura na extremidade da linha também é aproximado pelas funções de Gaussian, e as etapas 2 e 3 (isto é, as duas etapas prévias) são repetidas para a próxima linha de traço fino.

[0045] A expressão na qual os cálculos são realizados em tempo real significa que a fusão do pó é realizada ao mesmo tempo em que os cálculos. Normalmente, os cálculos do esquema de operação de parâmetro de feixe para uma camada subsequente são realizados enquanto uma camada prévia é fundida. A princípio, é possível fazer todos os cálculos e determinações do esquema de operação para todas as camadas antes de iniciar o processo de fusão da primeira camada, mas isso normalmente levaria a um tempo de espera antes de iniciar a produção. No outro extremo, os cálculos e as determinações do esquema de operação são feitos para pontos ao longo do percurso de feixe, muito próximo de onde o feixe real é posicionado, mas isso levaria a uma margem muito pequena para fazer correções ou recálculos, caso algo desse errado nos cálculos ou na fusão.

Introdução à modalidade do método [0046] Para obter dados apropriados necessários para controlar o processo de fusão de acordo com o método descrito, considerar a equação de calor dependente do tempo sem fonte de calor e sobre o domínio de material homogêneo - .LTj<y<Lrr· and

Equação 1a.

^Πτ,ν,ζ,ί)- —7^?Γ(.ϊ,^ζ,/)=0 cíf í.;p [0047] Aqui, T(x, y, z, t) é a distribuição de temperatura dependente do tempo, λ é a condutividade térmica, c_P é a capacidade de calor e p é a densidade do material.

[0048] As condições de limite são resumidas como a seguir:

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Γ = ν —> ±tt_fz —ϊ —dd [0049] Um termo de fonte formada por Gaussian em z=0, movendo-se na direção x, é usado para descrever o feixe de energia imaginária. Radiação através da mesma superfície de topo se assume seguir a lei de Stefan - Boltzmann

Equação 1c.

dz

-™/íO«nx,y,0,f)⁴ -lf) [0050] Aqui, Pin é a força de feixe absorvida, v_x é a velocidade de feixe, σ é a variação (tamanho de local preciso de feixe), radcoeff é o coeficiente de radiação a partir da superfície e T_sur é a temperatura circundante acima da superfície.

[0051] To é a temperatura de trabalho, isto é, a temperatura desejada do material antes do derretimento/fusão.

[0052] Para reduzir o tempo que isso vai tomar para gerar os dados, pode ser apropriado remover a dependência de tempo ao se assumir que a distribuição de temperatura em torno do local preciso que se move alcançou o estado uniforme (x=x-tv_x, dt=-dx/v_x)

Equação 2a.

- V A 7U_Λz) - — V^J = 0 rhr <γρ

Equação 2b.

ZU Ι',Ο)

-raiicwfr(nx,yJ)Y-rl}

Equação 2c.

[0053] As equações de calor acima podem ser resolvidas com técnicas FEM, por exemplo, para vários ajustes diferentes de propriedades de material, To e ajustes de feixe.

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17/33 [0054] Na figura 2 é exemplifica como esse procedimento pode funcionar.

[0055] Figura 2 retrata uma “caixa de teste” onde o feixe é orientado na direção do eixo positivo x. O perfil de temperatura na superfície é mostrado conjuntamente com um pedaço no qual o volume de fusão é representado pela curva isotérmica correspondente à temperatura de fusão do material. Aqui, os parâmetros de feixe, vx e σ foram aperfeiçoados para obter um perfil específico do volume de fusão em termos de profundidade de fusão e largura de fusão. Além disso, a temperatura máxima dentro do material foi limitada por Tmax. Obviamente pode haver outras condições usadas para aperfeiçoar os parâmetros de feixe. Por exemplo, minimizar a os gradientes de temperatura nos volumes de fusão poderia ser tal condição.

[0056] Os perfis de temperatura necessários para descrever a entrada de energia na extremidade de uma linha de traço fino serão obtidos ao se aproximar T(x, y, z) na equação 2a com uma série de funções de Gaussian. Fazendo isso, será possível, mais tarde, obter uma solução analítica para distribuição de temperatura no domínio de meia infinitude, mesmo para um número arbitrário de linhas de traço fino. As séries T’(x,y,z) serão:

Equação 3.

r=j'b'

T(a.v,z)»/'(a. v, z) = + ^4expf-(A-A/wj,F/o* Icxpí-z/σ_, )cxpf-r^:/σ, ) [0057] Os parâmetros A, σ_{; e} a podem ser obtidos a partir de um ajuste de ponto inteligente de quadrado não linear T(x,y,z) e T’(x,y,z). Aqui, xpost é a posição x do termo exponencial i ao longo do percurso de feixe. No sistema de coordenadas de feixe ele será um valor negativo, uma vez que se assume que o feixe percorre na direção positiva x e está localizada em x=0.

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18/33 [0058] Nas figuras 3-5 algumas distribuições de temperatura, calculadas por FEM, são mostradas conjuntamente com a distribuição aproximada de acordo com a equação 3.

[0059] O bom do ajuste é determinado principalmente pelo número das funções de Gaussian usadas. No exemplo abaixo, N é igual ao valor de 10 a 12, significando que existem 30 a 60 funções de Gaussian usadas para cada perfil de temperatura.

Distribuição de temperatura dependente do tempo dentro do material [0060] A distribuição de temperatura dependente do tempo, T (x,y,z,t), dentro do material após o feixe ter varrido uma linha é obtida pelas funções de Green e convolução conjunta com as condições iniciais (x, z), obtidas a partir da equação 3:

Equação 4.

ruy,z,r) = cxp

4£>í cxp (ζ-ζΎ

ADt exp-Ϊ, em que d=±[0061] Aqui assumimos que a temperatura de material é igual à Tsurt e diferente de To-. A perda de calor através da superfície é agora levada a zero:

-lAr(xj,0,í)=0 dz [0062] Quando o feixe varreu as linhas Μ, o lado da mão direita da equação 4 é substituído por uma soma:

Equação 5.

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19/33 “ |4nD(í-q)) f , _ll3 \ {

Ο'->' J exp

4/)(/ -ί Λ β κ μ

Πί exp

CXp

4Ώ(/-ς I

W-q) + exp ΐ

40(1-Μ dy'dx’-T_ai em que tj é igual ao tempo quando a linha j foi finalizada, To] é a temperatura em torno do local preciso quando a linha j foi finalizada, T’j(x’,y’,z) é a distribuição de temperatura de acordo com a equação 3 para a linha je H(t-tj) é a função de etapa de lado pesado definida como:

«„=U^<0 μ,/>ο [0063] Quando da inserção da expressão para T’(x,y,z) (equação 4) a equação 5, deve-se ter em mente que as coordenadas x, xpos e y na equação 3 se referem a um sistema de coordenadas locais centralizado em torno do ponto final da linha j, com o eixo x apontando na direção do movimento de feixe para esta linha, considerando que as coordenadas x’ e y’ na equação 5 se referem ao sistema de coordenadas globais determinado pela superfície da parte. Ademais, caso o percurso de feixe da linha j tenha que ser descrito pelos vários segmentos de linha, cada um com direção diferente, y na equação 3 deve ser substituído por o que é a distância entre o segmento de linha k para linha j, e o ponto (x’,y’), e x’-xposi deve ser substituído por , que é a distância entre a posição do termo x exponencial / no segmento de linha e o ponto de projeção do (x’,y’) no mesmo segmento de linha (vide figura 6).

[0064] Dessa forma, qualquer tipo de percurso de feixe pode ser considerado. No entanto, deve-se lembrar de que a distribuição na equação 3 é obtida a partir de uma simulação de linha reta. Assim, caso a curvatura do percurso de feixe seja muito significativa apenas ao colocar os termos na equação 3 ao longo desse percurso com as mesmas distâncias,

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20/33 conforme determinado pelos valores xposi,pode ser uma aproximação muito mais pobre. Em tal caso, uma solução FEM na geometria curva pode ser necessária.

[0065] A figura 6 mostra distâncias em linha pontilhada e ponto a ponto, ^f/*'e respectivamente. ^tJcpüS)' >yp°^s/>é a posição no sistema de coordenadas global para os termos exponenciais. <Aú/ >são as coordenadas no sistema de coordenadas global para o segmento de linha k da linha j.

[0066] Para cada segmento de linha kj, o qual contém pelo menos um termo exponencial, posicionado em 'W™/’', as distâncias ao quadrado ‘^devem ser expressas como combinação linear dos termos <^{ax + by}' ^{+ G}f, de outra forma, não será possível resolver analiticamente as integrais na equação 5. Isso é feito na equação abaixo.

(/.y₌ ς/· Vl ^1,1 UV/ [ 7(jÍ·· -.ν'· >- -t-ov¹ -/'>⁼

L*/ = f- 52 Γ + ÍJ^Jl

= vs' - Z^J sin 9

Uj;)’ = (j/mv*· - ϊ¹)-' -yy [0067] Aqui nós assumimos que o feixe é deslocado a partir do ponto 1 até o ponto 2 e que o segmento de linha 1 é o último segmento de linha da linha j. Assim, segmentos de linha são somados para trás.

[0068] H o valor absoluto da posição x do termo exponencial / para a linha j a partir da equação 4, isto é, a posição x no sistema de coordenada do percurso de feixe da linha j.

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21/33 [0069] Colocar todos juntos dará a seguinte expressão para a distribuição de temperatura dependente do tempo, quando o feixe varreu as linhas M:

Equação 6.

+ ΣΤ_ϋ;· + j=l cxp

U’-yT

4D(t-tA

ÍIJ cxp cxp (Jf + cxp £ Σ 4' expÇ - U/. f ι σ ; jexp(- (</*'. í σ / ) , “*' Ί '=iL' cxp -z¹-/O! .U¹ Α^ώ'-Γ_Η, - + £--—£ £At

l.*l 1*4

Onde:

[0070] K2 é 0 número de segmentos de linha reta para percurso com traço fino j.

[0071] ** é 0 número de termos exponenciais sobre cada segmento de linha kj.

[0072] Em seções subsequentes expressões analíticas para os termos dentro das somas serão derivadas. Porém, deve ser mencionado que usar a expressão acima para nw,(í_Será possível para calcular a temperatura por mais ou menos qualquer tipo de percurso de feixe e que os cálculos podem ser feitos de forma eficiente numa configuração multi CPU, 0 que significa que 0 cálculo pode ser feito em tempo real.

Propriedade e integração de funções de Gaussian [0073] A fim de resolver a expressão na equação 6, algumas propriedades de funções de Gaussian devem ser conhecidas.

1. Multiplicação de duas funções de Gaussian é outra função de Gaussian:

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22/33

A = exp cxp /

ff-,

2. Integrais de uma Gaussian:

Jexp

H

Jcxp

L Vito σ {u—bzY ^r (0+bzy

Integrais para calcular T’(x,y,z,t)

Primeiro considerar as integrais na direção z:

exp “Ά fcxp U-Á)

W-í,.)

	f u+2'r	V
+ cxp

	ίϊ	{
-ί^,3/σ	)(//+ J exp
	—π

exp(-z^,J ís+fy

4Οΐί-Γ;>

411(/-/,) f y. e*p(- - A /C; k¹⁺ } exp(- fe ⁺ A ’^ϊ V-^r= cxp(-;^rl /tst \tz _{Jir fA}Λ: ^v Htfc

i j> >	/
+11	+ L
σ?
\ ‘ /	ί

wfe

Ίί c

V ' /7 yito/ ,2=0 J. J/rcflUz Φ 0 [0074] onde

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23/33

Segundo considerar as integrais x e y:

No caso em que todos os segmentos de linha são paralelos, não há necessidade por diferenciar entre x e y, uma veze que o sistema de coordenadas pode ser facilmente transformado para alinhar-se com as linhas de traço fino. Assim, no exemplo abaixo, assume-se que todas as linhas são paralelas ao eixo x.

onde:

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24/33 =< (4£>íí -ί.^'.ν+σ^ (σ;', Γ^,/' λ»· ₌4-fe-4'O_k-wf

4Díf-/,.) σ' < =((4ΰίί-ί_Γ^'+(<)Τ ν>>

-d¹/;

< =cxp

(4ΰ(ί-/,))'^Ι/^+σ	:.(0//.,(.
k.-,)·)
4DÍ/-/J V J	cxp	< J

Se os segmentos de linha não são paralelos e têm uma direção arbitrária, a álgebra se torna um pouco mais envolvida. Em tal caso considerar, por primeiro, a integração x:

_t ?<-it -.<}^!+l.lí! - <)^r j γ!

- η Χ.η' - ->·*') ,:

X

I___1_ ϋσ.''

U ^χ·* cx[i( (a*- .'CT^ _ f ~ ^Ji X 5Í ~ .Γ¹ > ~ Λ 4 ~ Λί' 1 _ ( (JÍ -/ >

“ f__í-L-±n )-£ =*p(- Ur - A 'O / U^r= .</?. ^ιποξ ΐτ’· onde:

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25/33 (Τζ + (σ' )' f

4; = ^σI (W -L J?' * +α*, (σ')'^<· σ? = kr+krr

4DÍ/-/J

cxp


/	k /

, ι. * /! (j ; -jy)

0/ --Or+(.o-y,o .υ

O?-;?*⁷	\ 1	¹ ϊΐ
/4 -x‘j² +0? -y‘ /	σ' ί ·^τ'	//

V =aUaU-'^ ₊σΊσ»)-' X^· '₌

-W₃ “',ϊν Μι Ά ν' ₍ *, *,.

Οι' -Λ,') íi — V c

«. < V. r 4 m r ₌

Οι -4Ϋ ) <H)'4, ⁺<ín)fr )λΜ^' -/')

0? -j? >

-G.;' íf l) O? - *’:' VO? - J? !-<(<)' d

- a? >-υ? -j?) ο-μολ-,ο _LKp.

(Λ-ίι-.!·¹^+ Λ})’ = /i-csp- (Í-/) ·’σ, i ,-fcí I-¾ + 3^ ) '(«-Akf + fl)

A« = e J - L jf_ [(c + 4 >í - ,j + J. f

I — u

Assim:

rrcV Λ cxp í (r-yr (Tu

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26/33

Agora, considerar a integração y:

40(1-/,} ( ízWr f,<cxpf i R rs* \ ο4--^ν>

íAp(- (jyw.s*' - í-¹)' ίσ )exp(- {t?- v¹)' /σ, Jf/v xp(-U- vy/a j/i^ onde:

=((40(/-/,)^+(^¹}^-14, =σζ(4Ο(/-ί_/)Γ_Λ· + σ;(σ· Γλ^;· = ex_P - ' exp - ' } 40(/-/.) J <ϊ;

^σ£ =(^ .0'}'

Λ» = exp α-,α^ / <Α-,·>η tfj -· gfl '

ÍT* exp ) ί

Resumo da expressão total rv, v,z,!}=τ , + £-!—Y YaíriW fr(4ltO(7 £r ^L '

Í-K,

Posições dos termos exponenciais:

I . 'M-l ,-;--_-1-:V. = |-W|- £ Xi ~Á f — Jj·' )^S

Í-L

LanO '

A, *,

A ~?Ί v > — V >

-^l2 ^J1 xpusç = Λ/ - V eesft yposF -γ - /*' muQ

Α> =

Λϋ?,2 =0

A^JiiãVstti

Petição 870170088814, de 17/11/2017, pág. 32/51

27/33 onde:

J?=e, cxp t^-41 f csp

40(/-/,)

Linhas paralelas:

íX' -A') = o,3?*X' = X onde:

σζ =((4/)0 -ί,))·¹ + (σ<ΓΓ = ^σ £ (^4β (' - ο >)^{1 χ+σ} ΐ (° .·;. Γ ^χρ™>^:

Λ» cxp <\ / cxp .Vpih,.

4O(/-f,) <=((4^-9)-¹+krt'

A (w -/. >N (<) X

Jj^exp

4D(/-/J \ /

CSip tr.

Direção arbitrária das linhas de traço fino:

(X - X) φ o, (X' “ X ' > í <.» onde:

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28/33 ® σ {+η<; -1, )1¹ γ + α ’ ξσ;)' .τ/nfr

TL· >,?) Κ/ -·Τ·Ρ’Α·|

Λ^μ -ύΧΠ

4/)(/-/,)

Lip (Ο'+τπτ _Ι_ _]_ π ^Γ <τ ' _íh=h£_ü___í_Yf [í-Α-ΑΤ+<Α'·-Α··>Α^σ' v;. JJ

-kr-bjí' ( A - .r,'l·____..

(>-FAvíõ

AM¹* ύ,-'-υΐ , 1 A. . i. í. , 1. A ., (v -ϊ,·}ϊ/ --t. -gv ->,>

/A. έ. .

ΟΙ' ”.^r: ) σ = ας(σ} '(/' -ιί· )/'(>* -yí' )=σ? fcs ) '</ d = (j - ar*' MA -j< ) jr = c:

xpj :xp . 1, A. _w -b. r*. *. □ *. .

ί, (.v, -.η'Μ>'|- -n-Vlr/ -J-, ) (A >

ÇJfl {^a--^Ttf - A') H (rr - fr-r'(r +J})⁸ = /Twip-{<:-/} ;-0, ) / (++Jr

-σ,(α;) {‘'--'^Λ-ι-σΛ:.) '(ír-frkcW) (ττA =espr (cí- - <t +- _ J (f_e + ό}? -o+ ,fr)^: ^ίΧΡ Tü σξ = ((4/3(/-9)-¹+^)^-1)^-1= ^σ.“, í⁴ w -çX^v+cfaíY y^’

CXp

-yp^JY

4D(/-^)_; ^σ>: =(^.^^+(0,.)-¹)^-

J'i Ykbi+sAh <4-, -4 >

σί = <*P exp

J ί í-4 -*r

Cálculo de parâmetros de feixe ao longo da linha de traço fino

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29/33 [0075] Visto que o feixe (imaginário) varre ao longo dos percursos de traço fino, a temperatura em torno do local preciso pode, agora, ser calculada a partir da expressão na equação 6 e ao se inserir funções de Gaussian pré-calculadas para os perfis de temperatura para as linhas prévias de traço fino.

[0076] Ao se conhecer a temperatura e ao se ter acesso a dados aperfeiçoados para os parâmetros de feixe para diferentes condições, será possível ajustar a entrada de energia de feixe (isto é, a deposição específica de energia) numa maneira apropriada.

Exemplo [0077] No exemplo de traço fino a seguir (vide figura 7), um trapezoide será fundido com uma força de feixe constante e será a velocidade de feixe que é variada, a fim de ter profundidade e largura de fusão constante. O percurso de feixe pretendido é tal que o feixe começa a varrer as linhas na figura 7 a partir do fundo até o topo ao alterar a direção da esquerda para a direita e da direita para a esquerda.

[0078] O tamanho de local preciso foi aperfeiçoado para Tsurf, a temperatura na parte anterior para fundir, de tal forma que a temperatura máxima no pool de fusão é limitada para Tmax. Isso significa que a primeira linha de traço fino é varrida com uma velocidade constante e um tamanho de local preciso fixo. Todas as outras linhas são varridas com o mesmo tamanho de local preciso e força, porém com velocidades diferentes e variantes. A velocidade em cada ponto do cálculo distribuído ao longo do percurso de feixe pretendido é obtida pelo primeiro cálculo da distribuição de temperatura em torno do ponto e, então, a partir da velocidade versus os dados de temperatura na base de dados. A velocidade na base de dados foi aperfeiçoada para os ajustes de feixe específicos (força e tamanho de local preciso) e temperatura, de tal forma que a profundidade de fusão e a largura de fusão são as mesmas para todas as linhas. Na extremidade de cada linha de traço fino o perfil de temperatura criado pelo feixe imaginário

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30/33 é modelado por funções de Gaussian tomadas a partir da base de dados. A margem de temperatura da base de dados foi a partir de Tsurf para Tmelt, e a etapa de temperatura para os dados pré-calculados foi ajustada para 20 K. Um procedimento com mesa de pesquisa foi usado para registrar a velocidade mais próxima e funções de Gaussian para a temperatura calculada.

[0079] Os perfis de velocidade resultantes ao longo de cada linha de traço fino são retratados na figura 8. Esses perfis são baseados nos cálculos das distribuições de temperatura local ao longo do percurso de feixe pretendido e correspondem ao esquema de operação determinado para a deposição específica de energia do feixe a ser usado para o percurso de feixe pretendido, quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada, em que a deposição específica de energia nesse exemplo é variada ao se variar a velocidade de feixe.

[0080] No exemplo acima a etapa de procedimento inteligente foi usada para obter a temperatura e a velocidade ao longo das linhas. Isso significa que, primeiramente, a temperatura num ponto específico ao longo da linha foi calculado usando-se a equação 6 para linhas paralelas. Em segundo lugar, a velocidade foi obtida a partir da temperatura ao se usar a base de dados como uma mesa de pesquisa. O próximo ponto ao longo da linha de traço fino pode ser calculado com uma distância fixa, Ar, em que a etapa de tempo seria igual a Ar / Velocidade. No entanto, uma vez que os gradientes da temperatura variam muito drasticamente com relação ao tempo e a coordenadas de espaço de um procedimento de distância fixa não foi suficiente o bastante. Em alguns locais uma pequena etapa seria necessária, considerando que em outros lugares uma etapa bem mais longa poderia ser suficientemente precisa. Em vez disso, uma alteração permitida ao máximo na velocidade foi usada. A partir disso, a diferença máxima permitida na temperatura poderia ser obtida e, ao se calcular numericamente as derivadas da temperatura com respeito tanto ao tempo

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31/33 como ao espaço, a etapa de espacial permitida ao máximo poderia ser obtida.

[0081] O algoritmo derivado foi bastante eficiente e não houve problemas para incluir até milhares de linhas de traço fino num cálculo em tempo real. O termo cálculo em tempo real se refere a um cálculo no qual o tempo para calcular a velocidade ao longo das linhas de traço fino será inferior do que o tempo atual de fusão.

[0082] A invenção não é limitada pelas modalidades descritas acima, mas pode ser modificada de várias formas, dentro do escopo das reivindicações. Por exemplo, é possível usar uma descrição mais detalhada e complexa do processo de fusão quando do aperfeiçoamento dos parâmetros de feixe e da criação da base de dados; o pó pode ser modelado como um material não homogêneo junto com entalpias de fusão e um modelo detalhado de processo de fusão por congelamento.

[0083] Os cálculos de acordo com a equação 6 podem ser usados para aperfeiçoar a estratégia de traço fino com relação, por exemplo, ao tempo mínimo de derretimento/fusão. Para um tal aperfeiçoamento não existe a necessidade por fazer todos os cálculos em tempo real, contanto que eles sejam feitos possíveis a partir de um ponto de vista prático. Porém, deve ser benéfico se o cálculo para cada estratégia de traço fino possível puder ser feito em tempo real. Assim, não haverá necessidade por salvar todos os dados obtidos a partir da etapa de aperfeiçoamento. Em vez disso, a informação a ser salva durante a etapa de aperfeiçoamento pode ser limitada, por exemplo, a ângulos de traço fino, distâncias entre linhas de traço fino, posição do traço fino com relação à parte etc.

[0084] O método descrito pode ser combinado, por exemplo, com um método usado para calcular a força de feixe necessária para manter as partes a ser formadas a uma temperatura específica, conforme descrito em WO 2004/056511. Assim, a entrada total de energia pode ser

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32/33 calculada a partir do cálculo de equilíbrio de energia incluindo a geometria da parte, considerando que o método descrito aqui é usado para controlar a energia local ou deposição de força provida pelo feixe durante fusão.

[0085] O método descrito utiliza um modelo de material homogêneo para obter a temperatura local (distribuições) ao longo das linhas de traço fino. No entanto, diferenças locais nas propriedades do material podem ser modeladas ao se usar diferentes valores D em locais diferentes. Por exemplo, seções que são muito finas podem ser modeladas ao se ter uma condutividade térmica menor. Não existe limitação no método para expandir a base de dados com dados aperfeiçoados, mesmo para tais seções. De forma similar, é possível levar em conta que as camadas inferiores no leito de pó estão localizadas mais próximas da mesa de trabalho ajustável, a qual provavelmente tem propriedades térmicas que diferem daquela do leito de pó.

[0086] É possível estabelecer o percurso de feixe pretendido para somente uma parte da área selecionada antes de calcular e determinar o esquema de operação para aquela parte da área selecionada. Além disso, é possível calcular e determinar o esquema de operação para somente uma parte de um percurso de feixe pretendido completamente estabelecido. A etapa de fundir conjuntamente a área selecionada de pelo menos uma camada pode ser iniciada enquanto as etapas de estabelecer um percurso de feixe pretendido, calcular a temperatura etc. com relação a uma porção ainda não fundida da área selecionada estão em andamento. Além disso, a pelo menos uma camada de pó pode compreender mais do que uma área selecionada; essas áreas (parte) selecionadas podem ter formas diferentes e podem ser manipuladas separadamente.

[0087] Conforme explicado acima, nos cálculos da temperatura ao longo do percurso de feixe pretendido, a energia depositada pelo feixe (imaginário) ao longo do percurso até um certo ponto de tempo é levada em consideração quando o cálculo de temperatura para o mesmo ponto de

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33/33 tempo é realizado. Essa forma de formação de temperatura é levada em conta adequadamente.

[0088] No exemplo descrito acima, os cálculos de temperatura são realizados num número de posições distribuídas ao longo do percurso de feixe pretendido, e em cada uma dessas posições uma distribuição de temperatura local é calculada. Além disso, a distribuição de temperatura local é calculada numa posição uma etapa à frente da posição do feixe imaginário. A deposição específica de energia a ser usada ao se mover o feixe, essa etapa individual para a próxima posição um pouco à frente, é obtida a partir de uma base de dados contendo um número de deposições específicas de energia pré-calculadas (isto é, velocidades de feixe no exemplo descrito) para distribuições de temperatura local diferentes (para o material de pó usado e para certas condições de fusão), em que a distribuição de temperatura local calculada na próxima posição é usada para selecionar o valor adequado ou valores a partir da base de dados.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produção de um corpo tridimensional (3) por meio do provimento sucessivo de camadas de pó e fusão conjunta de áreas selecionadas das referidas camadas, cujas áreas correspondem a seções transversais sucessivas do corpo tridimensional (3), em que o método compreende as seguintes etapas para pelo menos uma das referidas camadas:

- aplicar pelo menos uma camada de pó numa área de trabalho,

- fundir conjuntamente uma área selecionada de pelo menos uma camada de pó por meio do fornecimento de energia a partir de uma pistola de radiação (6) à área selecionada, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

- estabelecer um percurso de feixe pretendido a ser usado quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada de pó,

- calcular uma temperatura em pelo menos uma camada de pó ao longo do percurso de feixe pretendido como uma função de uma deposição específica de energia de um feixe imaginário, o qual se presume mover ao longo do percurso de feixe pretendido,

- ajustar a deposição específica de energia do feixe imaginário ao longo do percurso de feixe pretendido dependendo da temperatura calculada e do conjunto de condições para a etapa de fusão conjunta da área selecionada, e

- prover, com base nos cálculos e nos ajustes, um esquema de operação para a deposição específica de energia do feixe real a ser usado para o percurso de feixe pretendido quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de usar o esquema de operação para a deposição específica de energia quando da fusão conjunta da área selecionada de pelo menos uma camada de pó.

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3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a deposição específica de energia é a energia depositada pelo feixe por unidade de tempo e unidade de área divididas pela velocidade de feixe, e que a deposição específica de energia pode ser variada ao se variar uma velocidade de feixe, uma energia de feixe e/ou um tamanho do local preciso do feixe.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o método compreende o uso de um conjunto de dados predeterminados relacionados ao material a ser fundido, em que o referido conjunto de dados compreende valores da deposição específica de energia a ser selecionada como uma função da temperatura calculada e do conjunto de condições.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o conjunto de condições para a etapa de fusão inclui uma ou várias das condições a seguir para pelo menos uma camada de pó: temperatura máxima; temperatura de trabalho: profundidade de fusão e largura de fusão.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de calcular a temperatura inclui a etapa de resolver uma equação de calor dependente do tempo.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de calcular a temperatura inclui calcular uma distribuição de temperatura local ao longo do percurso de feixe pretendido.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de calcular a temperatura inclui vários cálculos realizados dentro ou próximos de um número de pontos distribuídos ao longo do percurso de feixe pretendido.

Petição 870170088814, de 17/11/2017, pág. 41/51

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9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a distância máxima entre pontos adjacentes de cálculo é configurada ao se ajustar um valor limite para a alteração permitida da deposição específica de energia entre os pontos adjacentes.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a etapa de estabelecer o percurso de feixe pretendido inclui as etapas de:

- fazer cálculos da temperatura ao longo de uma pluralidade de percursos de feixe possíveis e

- selecionar o percurso de feixe pretendido fora da referida pluralidade de percursos de feixe.

Petição 870170088814, de 17/11/2017, pág. 42/51

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