CN107538738B - 对生成式逐层构造设备中的加热控制的调整 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调节的装置，在所述逐层构造设备中，加热控制调节通过加热装置对所施加的构造材料层进行的到工作温度(TA)的加热，所述装置具有：额定参数提供单元，所述额定参数提供单元设计成，使得该额定参数提供单元提供调节参量的额定值和/或所述额定值随时间的变化和/或加热参数的额定值和/或加热参数的额定值随时间的变化；实际参数检测单元，所述实际参数检测单元设计成，使得所述实际参数检测单元能够对于至少一个所述额定参数值检测加热控制或生成式逐层构造设备中所属的实际参数值，所述实际参数值是指调节参量的实际值和/或调节参量随时间变化的实际值和/或加热参数的实际值和/或加热参数随时间变化的实际值；控制变换单元，所述控制变换单元在超过额定参数值与其所属的实际参数值之间的预先确定的偏差时自动改变至少一个控制参数值。

Description

对生成式逐层构造设备中的加热控制的调整
技术领域
本发明涉及一种对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的装置和方法并且涉及一种适合于所述方法的逐层构造设备或所述逐层构造设备中的控制单元。
背景技术
在欧洲专利文献EP 0 764 079 B1中记载了一种激光烧结装置，其中，施加装置向支座上或之前选择性固化的层上施加构造材料层，此后，通过固化装置使所述层中构造材料的与物体横截面相对应的位置固化。在固化之前，通过加热装置使所施加的粉末预热。EP0 764 079 B1中记载的发明的目的是，在固化之前，使得层中的构造材料的温度尽可能均匀，以便确保在所述层中存在相同的固化条件。
EP 0 764 079 B1这样实施，使得特别是在施加一个新的(冷的)粉末层之后持续确定的时间，直至整个粉末层通过传热被带到希望的温度，因为由加热装置发出的辐射热只在表面上加热粉末层。为了对这种情况加以考虑，设定了对加热功率的调节。由于为了加热新施加的粉末所需的时间对于构造进展没有贡献，应利用这种调节将加热粉末的时间保持尽可能短。特别是对于只占面积的很小部分的应固化的层，这是重要的，因为在这些层中，固化只需要很短的时间段。为了尽可能精确地确定适当的调节参数，EP 0 764 079B1提出，确定构造材料的热传输特性。
本申请的发明人认识到，加热调节的特性并不是仅与所使用的粉末材料相关。而且，这种特性也受到所使用的生成式逐层构造设备(例如其向构造区的不同区域内散热的能力)影响。特别是，对于相同的装置类型，在不同装置个体之间甚至也会出现差异。
发明内容
因此，本发明的目的是，改进生成式逐层构造设备中的加热调节。
所述目的通过按照本发明的用于调整加热调节的装置、按照本发明的用对加热控制进行调整的方法、按照本发明的控制单元和按照本发明的计算机程序来实现。
根据本发明涉及一种用于对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的装置，在所述逐层构造设备中，能够通过相叠地逐层施加构造材料层、特别是粉末层来制造一定数量的物体，其方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，加热控制调节通过加热装置对所施加的构造材料层进行的到工作温度TA的加热，并且所述加热控制能够基于至少一个控制参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，所述装置具有：
额定参数提供单元，所述额定参数提供单元设计成，使得该额定参数提供单元提供至少一个额定参数值，即调节量的额定值和/或所述额定值随时间的变化和/或加热参数的额定值和/或加热参数的额定值随时间的变化；
实际参数检测单元，所述实际参数检测单元设计成，使得所述实际参数检测单元能够对于至少一个所述额定参数值检测加热控制或生成式逐层构造设备中相关联的实际参数值，所述实际参数值是指调节量的实际值和/或调节量随时间变化的实际值和/或加热参数的实际值和/或加热参数随时间变化的实际值；
调节变换单元，所述控制变换单元在超过额定参数值与其相关联的实际参数值之间的预先确定的偏差时自动改变至少一个调节参数值。
通过根据本发明的装置可以自动地对生成式逐层构造设备中的加热控制的调节特性进行改变并与由此使其与具体构造过程中存在的边界条件相适配。这改善了在生成式逐层构造设备中制造的物体的质量并且此外还实现了生成式逐层构造设备简化的可操作性。在本申请中，表述“一定数量”的含义是“一个或多个”。由于具体制造过程，可能在一个生成式逐层构造设备并行(就是说同时)制造多个物体。还要指出的是，实际参数检测单元优选确定每个与所提供的额定参数值相配的实际参数。
优选所述加热控制将用于加热构造材料层的加热装置的加热功率用作操作量。由此可最为有效地对最上面的构造材料层的温度起作用并且对于加热控制的调整也由此得到多种可能性。
优选改变的所述至少一个调节参数是以下参量中的至少一个：最大允许的加热功率、至少一个所述操作量的操作范围的大小；在工作温度TA上下的调节范围，所述加热控制在所述调节范围内进行调节；加热功率随时间的最大和/或最小变化；描述调节特性的传递函数的线性因子。当为了进行调整而改变一个或多个所述调节参数时，对加热控制的调整是特别有效的。
更为优选的是，改变的一个所述调节参数是加热控制(对于并联的调节器结构)的比例部分、积分部分或微分部分的P增益、积分时间或微分时间。这里由此出发，即，调节器输出u(t)按以下方式与调节器输入e(t)相关：
Figure GDA0003054995750000031
其中KP是P增益、TN是积分时间常数而TV是微分时间常数。
特别是当加热控制使用PD、PI或PID调节器时，通过改变相应的线性因子能够以简单的方式实现调节的基本特性，例如实现不对称特性或实现对过调幅度的限制。
优选所述至少一个额定参数是以下量中的至少一个：
工作温度TA，构造材料温度随时间的最大和/或最小变化，从开始施加新的构造材料层起将构造材料加热到工作温度(TA)的最大时长，调节质量。这里主要感兴趣的是，利用加热控制对工作温度的调整以怎样的精度起作用。这可以通过上述列举的量特别好地描述和控制。
优选实际参数检测单元检测将新施加的构造材料层加热到工作温度TA所需的时间，而调节变换单元在超过预先规定的最大加热时间时自动改变至少一个调节参数值。特别是在通过生成式逐层构造设备批量制造构件时，必要的制造时间是较为重要的。由于加热时间基本上是不进行生产的等待时间，所述加热时间应尽可能短。这里现在利用根据本发明的处理方式可以符合目的地将制造之间保持尽可能短。
在根据本发明的用于对加热控制进行调节的装置的一个优选的变型方案中，调节变换单元利用模糊控制以改变至少一个调节参数值。由于在生成式逐层构造设备中，很多边界条件都对要固化的构造材料层的温度有影响。这里对调节参数的模糊控制可以提供很好的结果，因为不必过于深究影响温度的过程的细节。
在根据本发明的用于对加热控制进行调节的装置的另一个优选的变型方案中，调节变换单元使用神经元网络和/或进化算法以改变至少一个调节参数值，所述神经元网络和/或进化算法利用由实际参数检测单元在过去检测到的实际参数值。与使用模糊控制相类似，这里不需要深究所有影响要固化的构造材料层温度的过程的细节，其方式是，在调整温度参数时利用在过去获得的经验值。
本发明涉及一种用于对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的方法，在所述逐层构造设备中，能够通过相叠地逐层施加构造材料层、特别是粉末层来制造一定数量的物体，其方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，加热控制调节通过加热装置对所施加的构造材料层进行的到工作温度的加热，并且所述加热控制基于至少一个控制参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，所述方法至少包括以下步骤：
提供至少一个额定参数值的步骤S1、即提供调节量的额定值和/或调节量随时间的变化的额定值和/或加热参数的额定值和/或加热参数随时间变化的额定值，
检测加热控制中或生成式逐层构造设备中的与所述至少一个额定参数值相关联的至少一个实际参数值的步骤S2，所述实际参数值是调节量的实际值和/或调节量随时间变化的实际值和/或加热参数的实际值和/或加热参数随时间变化的实际值，以及，
在超过额定参数值和其相关联的实际参数值之间预先确定的偏差时，自动改变至少一个调节参数的步骤S3。
根据本发明的方法实现了与根据本发明的装置相同的优点。特别是在步骤S1中，表述“提供调节量的额定值”也包括仅调用已知的额定参数值，所述已知的额定参数值在用于调整加热控制的装置中存储在存储器中。当然，也可以通过网络调用所述额定参数值。重要的主要是，为了与实际参数值进行比较，以任意方式提供额定参数值。
优选在根据本发明的方法的进行过程中，对于恰好n个层执行层的施加和固化，其中n是小于或等于在制造期间所施加的层的最大数量的自然数。以这种方式可以不仅在制造过程开始时，而且也在制造过程期间持续地对是否遵守调节目标进行监视，从而不希望的加热调节特性能够立即得到自动修正。由于更为精确的温度控制，这提高了所制造的物体的质量。
此外优选的是，在为了制造多个物体而施加和固化第一层之前，执行所述方法，其方式是，为了测试的目的，施加一个或多个构造材料层，以便确定和改变加热控制的调节特性。以这种方式，在安装所述生成式逐层构造设备之前，所述逐层构造设备就已经可以独立地对在该逐层构造设备中使用的加热控制进行调整，从而构造过程从一开始就可以以经调整的加热控制运行。
根据本发明的用于扩充和/或补充装备生成式逐层构造设备的控制单元包含根据本发明的对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的装置和/或在信号技术上与所述装置连接，其中所述逐层构造设备适于，通过相叠地逐层施加构造材料层、特别是粉末层来制造一定数量的物体，其制造方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，并且所述逐层构造设备具有：
构造底座，用于承载要形成的物体；
施加装置，用于将构造材料层施加到构造底座的表面上或已经存在的层上；
照射装置，所述照射装置发出电磁辐射或粒子辐射并能够照射所有在一个层中要固化的位置，使得在这些位置处的构造材料通过由所述辐射引入的热能部分地或完全熔化和/或连接，从而在冷却之后构造材料在这些位置处连接地作为固体存在，
加热装置，用于将所施加的构造材料层加热到工作温度，以及
加热控制装置，所述加热控制装置对通过加热装置对所施加的构造材料进行的到工作温度的加热进行调节并且能够基于至少一个控制参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，
所述控制单元适于，控制施加装置和照射装置，使得依次重复构造材料施加步骤和固化步骤，直至所述至少一个要制造的三维物体的所有横截面都实现固化。
根据本发明的用于通过逐层相叠地施加构造材料层来制造一定数量的物体的生成式逐层构造设备，其制造方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，并且所述逐层构造设备具有：
构造底座，用于承载要形成的物体；
施加装置，用于将构造材料层施加到构造底座的表面上或已经存在的层上；
照射装置，所述照射装置发出电磁辐射或粒子辐射并能够照射所有在一个层中要固化的位置，使得在这些位置处的构造材料通过由所述辐射引入的热能部分地或完全熔化和/或连接，从而在冷却之后构造材料在这些位置处连接地作为固体存在，
加热装置，用于将所施加的构造材料层加热到工作温度，
加热控制装置，所述加热控制装置对通过加热装置对所施加的构造材料进行的到工作温度的加热进行调节并且能够基于至少一个控制参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，以及
根据本发明的控制单元。
利用根据本发明的控制单元和根据本发明的生成式逐层构造设备向使用者提供了这样的设备，所述设备使得生成式逐层构造设备的操作非常简便。
根据本发明的计算机程序能够装载到控制单元和/或生成式逐层构造设备中，所述计算机程序具有程序编码结构，用于在所述计算机程序在控制单元和/或生成式逐层构造设备上执行时，实施根据本发明的方法的所有步骤。通过利用计算机程序实现根据本发明的用于调整加热控制的方法和相关联的根据本发明的装置，特别是可以在已经存在的控制单元和/或生成式逐层构造设备上进行补充安装。
附图说明
本发明的其他特征和优点由参考附图对实施例的说明得出。
图1示意性地、部分用剖视图示出根据本发明的一个实施形式的用于生成式制造三维物体的装置。
图2示出两个图线，这两个图线示出温度的时间曲线和加热功率并行的时间曲线。
图3示出一个图形，该图形示意性地示出用于在生成式逐层构造设备中调整加热控制的根据本发明的方法的步骤。
图4示出一个图形，该图形示意性地示出用于在生成式逐层构造设备中调整加热控制的根据本发明的装置的结构。
具体实施方式
为了说明根据本发明的措施，首先在下面应以激光烧结或激光熔化装置为例参考图1说明根据本发明的生成式逐层构造设备。
为了构造物体2，所述激光烧结或激光熔化装置1具有带有腔壁4的处理腔或构造腔3。
在处理腔3中设置向上敞开的具有容器壁的容器5。通过容器5上部开口的边缘限定工作平面7，工作平面7位于所述开口内部的、可以用于构造物体2的区域被称为构造区8。
在容器5中设置沿竖直方向V能运动的支座10，在所述支座上安装有底板11，所述底板向下封闭容器5并由此构成容器的底部。所述底板11可以是与支座10分开地构成的板件，所述板件固定在支座10上，或者所述底板可以与支座10一体地构成。根据所使用的粉末和工艺，还可以在底板上安装构造平台12作为构造底座，在所述构造平台上构造所述物体2。但物体2也可以在底板11本身上构造。在图1中，以中间状态示出在工作平面7下方的要在容器5中在构造平台12上形成的物体2，所述物体2具有多个已固化的层，这些层由保持未固化的构造材料13包围。
激光烧结装置1还包含用于能通过电磁辐射固化的粉末状的构造材料的存储容器14和能沿水平方向H运动的用于在构造区8之内施加构造材料15的涂覆机16。此外，在处理腔3中设置加热装置17，例如辐射加热器，所述加热装置用于加热已施加的构造材料15。例如可以设有红外辐射器作为辐射加热器。此外，加热装置17也可以备选或附加地加热底板11或构造平台12和/或容器5的壁部(例如通过加热电阻)。
激光烧结装置1还包括照射装置20，所述照射装置具有激光器21，所述激光器产生激光束22，所述激光束通过转向装置23转向并通过聚焦装置24经由入射窗25聚焦到工作平面7上，所述入射窗在处理腔3的上侧安装在腔壁4中。
激光烧结装置1此外还包含控制单元29，通过所述控制单元以协调的方式控制激光烧结装置1的各个组成部分，以便执行构造过程。备选地，所述控制单元也可以部分或完全地安装在所述激光烧结装置之外。控制单元可以包含CPU，所述CPU的运行通过计算机程序(软件)控制。所述计算机程序可以与所述激光烧结装置分开地存储在存储介质上，可以从所述存储介质将计算机程序装载到激光烧结装置、特别是控制单元中。
所述控制单元通过控制指令集操控，所述控制指令集主要包含含有所述一定数量的要制造的物体的结构的数据、特别是所述物体的三维CAD分层模型，并带有关于在构造材料的每个要固化的层中物体的相应横截面的信息，还包含在固化构造材料时确定精确的参数的数据。所述数据特别是包含关于在制造所述一定数量的物体时每个要固化的层信息。所述控制指令集的具体形式如何，在现有技术中有充分的说明并且这里不再详细解释，因为这不是本发明的组成内容。
在运行中，通过控制单元29使支座10逐层下降，操控用于施加新的粉末层的涂覆机16，并且操控转向装置23以及必要时还有激光器21和/或聚焦装置24，以便在对应于相应物体的位置利用激光器通过利用激光器扫描所述位置而使相应的层固化。
图1还示出温度测量装置39，尽管所述温度测量装置在处理腔3的内部并且作为激光烧结装置1的一部分示出，但所述温度测量装置完全可以设置在处理腔3之外。这种温度测量装置例如可以包括一个或多个点式高温计，这些点式高温计在构造区8内部的一个或多个位置处测量构造材料的温度，或者所述温度测量装置包括红外相机，通过所述红外相机确定在构造区8的部分区域内或者在整个构造区8中的温度。
除了激光烧结，本发明覆盖的生成式逐层构造法还包括所有通过辐射能量输入实现构造材料固化的方法，就是说，例如包括激光熔化法、掩模法、立体光刻法等，在所述掩模法中，为了选择性固化材料层而使用掩模。也可以采用熔融沉积成型法(英语为FusedDeposition Modelling)。如果所述方法不是激光烧结法或激光熔化法，上面举例说明的生成式逐层构造设备当然具有其他由现有技术已知的结构。根据本发明的用于激光烧结法或激光熔化法的生成式逐层构造设备同样也包括相对于上面所述示例在设备上的改动。
所述照射装置例如可以包括一个或多个气体或固体激光器，或者包括任意其他形式的激光器，如例如激光二极管、特别是VCSEL(垂直空腔表面发射激光器)或VECSEL(垂直外腔表面发射激光器)，或者包括一排所述激光器。一般而言，可采用任意能够选择性地向第一构造材料的层中作为电磁辐射或粒子辐射引入能量的装置作为照射装置。替代激光器例如也可以使用适于使构造材料固化的其他光源、电子射束或任意其他的能量或辐射源。
可以使用所有适用于激光烧结法或激光熔化法的粉末、粉末混合物或膏状材料作为构造材料。这种材料例如包括塑料、如聚酰胺或聚苯乙烯、PEAK(聚芳醚酮)、弹性体，如PEBA(聚醚嵌段酰胺)、带塑料涂层的沙、陶瓷或金属，如例如不锈钢、特别也包括合金或专门与相应目的相适配的金属粉末。在立体光刻法中，可以使用光致聚合物，例如丙烯酸树脂、环氧树脂或乙烯基酯树脂。
下面，参考图2来说明根据本发明对加热装置17、例如辐射加热器的调节。如上所述，加热装置17在激光烧结或激光熔化装置中主要用于将新施加的构造材料层加热到工作温度TA，在工作温度下，构造材料应通过利用辐射附加输入的热能而发生固化。工作温度TA是构造材料的目标温度，所述目标温度尽可能接近地确保实现利用辐射实现的固化的最佳结果并且可以例如通过利用构造材料进行的事先试验来确定或根据由之前进行的固化过程得出的经验而是已知的。如果在构造区中存在温度差，则工作温度TA是指在构造区内在构造材料的要固化的层中存在的、构造材料在固化时优选应具有的平均温度。
这里，在对构造材料进行预热时，优选应尽可能均匀地将热量引入构造材料层，以便保持构造材料层中已固化和未固化的区域之间的温度差尽可能小，以便避免出现扭曲或应力。就是说，例如通过激光束局部引入的高热量会导致在激光束的投射点与其周围区域之间出现高温度差。工作温度TA因此应尽可能接近发生固化的温度，但在没有用于固化的辐射的共同作用下不会由于工作温度就已经导致发生固化。
构造材料层内部的温度波动不只是由于通过用于固化的辐射的当前照射造成的。而且，位于新施加的构造材料层下方的、已经固化的(并且因此热的)位置也会导致，在新施加的层中出现温度不均匀性。此外，生成式逐层构造设备包围构造区的部件的散热能力以及可能使用的保护气体流的效应也会产生影响。
为了对加热装置17进行调节，必要的是，通过探测器在一个或多个位置处测量应选择性固化的最上面的层的温度。在图1中，为此目的示出在处理腔3中设置在构造区8上方的温度测量装置39。以由温度测量装置确定的温度信息为基础，此时控制单元29这样调节加热装置17，使得在构造区之内在温度测量装置39的测量区域中的温度尽可能接近工作温度。下面将参考图2对此进行详细说明。
图2在上半部与时间t(t轴无刻度的情况下，单位为s)相关地示出由温度测量装置39在构造区中的确定位置处获得的温度T(T轴无刻度的情况下，单位为℃)。当然温度T也可以是由在测量区域的多个位置、特别是所有位置处确定的多个温度的平均值。但在图2中假定，温度测量装置39的测量区域没有覆盖整个构造区。
图2的下半部与时间t相关地示出加热装置17的加热功率(P轴无刻度的情况下，单位为W)，其中图2上半部和下半部中的时间轴是相同的，就是说，图2上半部和下半部中的时间单位是一致的。
时刻t0描述了这样的时刻，在该时刻，涂覆机16开始沿水平方向H在构造区8上运动(见图1)。
时刻tBA描述了这样的时刻，从该时刻起，在由温度测量装置39检测的位置处或在温度测量装置39的测量区域中存在由涂覆机16新施加的构造材料15。换而言之，在时刻t0和tBA之间，温度测量装置没有测量新施加的构造材料的温度，而是测量已经选择性固化的、位于最上面的构造材料层的温度。为了简单起见，这里假定，在图2所示的状态下，这个层在测量区域的内部没有发生固化。在t0和tBA之间的时间范围在图2中用字母A标注。
从时刻tBA起，在测量区域内部，温度较低的新施加的粉末以逐渐增加的量存在。因此在图2的上半部可以看到，由温度测量装置39确定的温度T出现降低。这里温度T一直降低到一个最小值，然后重新升高。温度在达到最小值之后重新升高是由于从时刻tBA起加热装置的加热功率提高引起的，如在图2中在下半部示出的加热功率。就是说，作为对由温度测量装置39发送的降低的温度的响应，控制单元29在短时间内将加热功率提高调节到一个平台值(最大值)。由此通过提高加热功率对过大的温度下降进行补偿。
在图2中，作为另一个时刻tBE示出这样的时刻，从该时刻起，涂覆机已经离开温度测量装置的测量区域，换而言之，这是这样的时刻，在该时刻，涂覆机已经在整个测量区域上施加了新的构造材料。在图2中时刻tBA和tBE之间的时间范围用字母B标注。
一旦由温度测量装置39检测到的构造材料的温度向工作温度接近至预先确定的差值ΔT，则控制单元29重新使加热功率P降低。在图2中，tPID描述这样的时刻，从该时刻起，由温度测量装置39确定的温度已经向工作温度一直接近到值ΔT。最后，在时刻tS，达到工作温度。在图2中在tPID和tS之间的时间范围用字母C表示。
从时刻tS起，加热控制就试图将温度始终保持在TA-ΔT到TA+ΔT之间的调节范围200之内。在图2中，其特征在于，在用字母D标注的时间范围内，温度和加热功率都大致水平延伸。时刻tS例如也可以是指这样的时刻，在该时刻，控制单元29使得通过照射装置20对前面施加的构造材料层中的构造材料进行的选择性固化启动。
所述调节例如可以是具有P、PI、PD或PID特性的连续调节。由此可以这样调节温度，使得所述温度始终处于TA-ΔT到TA+ΔT之间的调节范围200之内。但也可以设想不连续的调节。这种调节既可以模拟地也可以数字式地工作。
如在开头已经说明的那样，本发明人认识到，生成式逐层构造设备个体之间存在差异，例如由于在构造区的范围内不同的散热能力导致的差异。本发明人这里得出结论，针对一个确定的逐层构造设备应单独地选择调节参数。例如在具有较强从构造区向外的散热能力的逐层构造设备中，预先设定的加热功率可能导致在构造区内单位时间的温度升高较小，这会延长直至达到工作温度的调节时间(在图2中这是tS-t0)。但因为不应因为要使负责安装的操作者必须掌握关于逐层构造设备的个体特性的具体知识而使生成式逐层构造设备的安装过程复杂化，这里建议，调节参数的调整自动进行。
在图4中示意性示出用于自动对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的装置220。参考图3来说明图4中的该装置220的工作方式。图4中的装置220这里一方面可以是控制单元29的组成部分，例如是安装在控制单元29上的软件模块，但另一方面，所述装置220也可以作为与控制单元29分开的模块存在，这种模块与控制单元29连接，并且可能也与温度检测单元39连接，以便进行数据交换。此外，该装置220不必是生成式逐层构造设备空间上的组成部分，而是也可以设置在所述生成式逐层构造设备之外并且仅通过数据连接与其相连。
用于调整加热控制的装置220首先包括额定参数提供单元201。额定参数这里例如是：
对于加热控制的调节量，利用加热控制希望实现的目标值，就是说例如是工作温度TA，
调节量随时间的变化，就是说例如是在一个位置处构造材料的温度随时间的最大或最小变化，
从开始施加新的构造材料层起，将构造材料加热到工作温度TA的最大时长(就是说图2中tS和t0之间的时间段)，
加热控制的调节质量。调节质量在调节技术中是衡量符合调节量的目标值的精度的尺度。例如，可以通过ITAE指标来确定调节的质量，对于这种指标例如在调节期间将温度与工作温度的偏差累加，其中利用偏差持续的时长对这种相对于工作温度TA的偏差进行加权。另一种评判调节质量的可能性是，将在调节时间段中温度与工作温度的最大偏差选择为质量指标。
表述“提供”是指，额定参数提供单元201例如由存储器中读出作为调整加热控制的基础的值，但或者由输入装置接收所述额定参数，在所述输入装置上，使用者输入所述额定参数。存储有额定参数值的存储装置例如可以是用于调整加热控制的所述装置220的组成部分，或者所述装置220通过数据连接与这样的存储器连接，该存储器存在于控制单元29中，或者存在于另一个在空间上与生成式逐层构造设备分开的数据处理装置中。此时。这里存在很多设计方案，这些设计方案对于本领域技术人员是显而易见的。使用者可以用来输入额定参数值的数据输入装置可以存在于生成式逐层构造设备上或者也可以在空间上与逐层构造设备分开，但与逐层构造设备特别是与装置220通过数据连接相连。数据输入接口的实现可以按常见方式进行，特别是可以在借助于显示屏幕上的图形元素实现。
在本发明的一个变型方案中，额定参数提供单元201能够获取作为调整基础的额定参数，而不是仅获取所述额定参数的值。在这种情况下也可以由存储器中提取额定参数或者在使用者输入接口上接收额定参数。在这个变型方案中，此时所述装置220可以根据所获取的额定参数选择其工作方式。例如所述装置220可以设计成能实现多个工作方式，从而通过输入一组确定的额定参数，所述装置220促使，就以这些额定参数(值)为基础执行调整。
所述用于调整加热控制的装置220此外还包括实际参数检测单元202。所述实际参数检测单元检测与额定参数相对应的参数的实际值，就是说，当额定参数是工作温度TA时，是在生成式逐层构造设备中实际存在的(必要时平均的)工作温度TA。为此，例如所述装置220与温度测量装置39信号技术地连接或者所述装置220由控制单元29接收由温度测量装置39检测到的测量数据(必要时在所述数据经过处理之后)。如果额定参数是构造材料温度的时间上的变化，则根据温度测量装置39的测量数据可以通过实际参数检测单元202确定在生成式逐层构造设备中实际存在的时间上的特性。相同的情况也适用于其他额定参数，如例如调节质量或从开始施加新的构造材料起将构造材料加热到工作温度TA的时长。
最后，图4中的附图标记203表示调节变换单元，在所述调节变换单元中将预先规定的额定参数值与检测到的实际参数值相比较。如果额定参数值和检测到的实际参数值之间的差别大于预定的偏差，则调节变换单元203自动执行对加热控制的至少一个调节参数值的改变。可能的调节参数的例子包括下列各项：
加热控制的至少一个操作量的操作范围的大小，就是说，在调节过程中加热装置17的最大允许加热功率Pmax。可供使用的加热功率通常通过加热装置17的特性预先给定。这里，在调节过程中最大允许加热功率Pmax与此相对是指这样的加热功率，该加热功率最大等于可由加热装置17提供的加热功率，就是说，该加热功率完全可能低于可供使用的加热功率。
单位时间加热功率的最小或最大变化。
调节范围200的大小；由此确定了，构造材料的实际温度在图2的区域D中进行调节期间允许与工作温度TA有多大偏差。调节范围200特别是也可以具有空缺部，从而例如在相对于工作温度TA只有非常小的偏差时不进行调节。
调节的类型；特别是在PID调节器中，这是指P和/或I和/或D部分的特有参数，如例如对于P部分增益的比例分量的大小或在I部分中的复位时间或在D部分中的微分时间。当然这类似地也适用于PI、PD和PT调节。特别是可以通过最后提及的变化也可以在调节工作温度TA时在过调的大小上限制过调。
优选调节变换单元203包含处理器单元，用于确定要变化的调节参数值。在额定参数值和实际参数值之间存在偏差时，在改变调节参数值时必须如何具体进行处理，对于调节技术领域的技术人员是已知的，由此对于本领域技术人员能够以简单的方式实现相应的自动算法。特别是为了确定应如何改变调节参数值的处理方式，可以使用模糊控制或者也可以使用神经节点网络和/或进化算法，所述神经节点网络和进化算法以在过去检测到的额定参数值与实际参数值之间的偏差和/或调节特性对于在过去进行调节参数变化做出的反应来做出决定。特别是也可以在施加和固化用于制造物体的第一层之前只是为了测试目的施加一个或多个构造材料层，以便确定加热控制在调节参数变化时的调节特性。
调节变换单元203特别是可以是自学习系统，所述自学习系统在生成式逐层构造方法期间持续地对此进行学习。
如图3所示，用于调整加热控制的方法包括步骤S1(提供额定参数值)、S2(检测与额定参数值相对应的IP值)和S3(如果额定参数值与检测到的对应的IP值之间的差别超过预先规定的偏差，则改变至少一个调节参数)。为了避免重复，关于方法流程参见前面对用于调整加热控制的装置220的说明，这里，在步骤S1与额定参数提供单元201之间、在步骤S2与IS检测单元202之间以及在步骤S3与调节变换单元203之间存在对应关系。
利用根据本发明的用于调整加热控制的装置和根据本发明的方法，不仅可以处理装置个体之间的装置特性波动。而且，还可以处理在生成式逐层构造设备中制造物体期间出现的环境条件波动。例如可能出现的是，新施加的构造材料的温度在构造过程与构造过程之间或者甚至在层与层之间都略有变化。此外，在制造过程期间可能会出现保护气体流的温度效应或者由于交变的层厚使得加热特性发生改变。目前为止，考虑到自动运行的制造过程，还无法处理这种波动。但现在利用根据本发明的对加热控制的自动调整可以改进所制造的物体的质量，其方式是，在制造过程期间也能补偿这种波动。
最后要在此指出的是，用于在生成式逐层构造设备中调整加热控制的装置220可以仅通过软件部件实现，或者也可以由硬件和软件的组合实现。在本申请中提及的接口特别是不必一定构造成硬件部件，而是也可以作为软件模块实现。
例如当由此输入或输出的数据可以由已经在相同设备上实现的其他部件接收时或者必须仅以软件的方式传输给其他部件时。此外，也可以在一个共同的接口结构、例如一个输入-输出接口中合并多个接口。特别是所述装置220可以集成到生成式逐层构造设备的控制装置29中。

Claims (15)

1.用于对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的装置，在所述逐层构造设备中，能够通过相叠地逐层施加构造材料层来制造一定数量的物体，其方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，所述加热控制调节通过加热装置(17)对所施加的构造材料层进行的到工作温度(TA)的加热，并且所述加热控制能够基于至少一个调节参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，所述装置具有：
额定参数提供单元(201)，所述额定参数提供单元设计成，使得该额定参数提供单元提供至少一个额定参数值，即调节量的额定值和/或所述调节量的额定值随时间的变化和/或加热参数的额定值和/或加热参数的额定值随时间的变化；
实际参数检测单元(202)，所述实际参数检测单元设计成，使得所述实际参数检测单元能够对于至少一个所述额定参数值检测在所述加热控制或生成式逐层构造设备中相关联的实际参数值，所述实际参数值是指调节量的实际值和/或调节量随时间变化的实际值和/或加热参数的实际值和/或加热参数随时间变化的实际值；
调节变换单元(203)，所述调节变换单元在超过额定参数值与其相关联的实际参数值之间的预先确定的偏差时自动改变至少一个调节参数值，从而能够自动地对生成式逐层构造设备中的加热控制的调节特性进行改变；
其中，改变的所述至少一个调节参数是以下量中的至少一个：最大允许的加热功率(Pmax)、至少一个所述操作量的操作范围的大小；在工作温度(TA)上下的调节范围(200)，所述加热控制实际上在所述调节范围内进行调节；加热功率随时间的最大和/或最小变化；描述调节特性的传递函数的线性因子；加热控制的比例部分、积分部分或微分部分的P增益、积分时间或微分时间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，用于加热构造材料层的加热装置的加热功率用作操作量。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个额定参数是以下量中的至少一个：
工作温度(TA)、构造材料温度随时间的最大和/或最小变化、从开始施加新的构造材料层起将构造材料加热到工作温度(TA)的最大时长、调节质量。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其中，实际参数检测单元(202)确定将新施加的构造材料层加热到工作温度(TA)所需的时间，而调节变换单元(203)在超过预先规定的最大加热时间时自动改变至少一个调节参数值。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其中，调节变换单元使用模糊控制，以改变所述至少一个调节参数值。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，调节变换单元使用神经元网络和/或进化算法，以改变所述至少一个调节参数值，所述神经元网络和/或进化算法利用由实际参数检测单元在过去检测到的实际参数值。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述构造材料是粉末。
8.用于对生成式逐层构造设备中的加热控制进行调整的方法，在所述逐层构造设备中，能够通过相叠地逐层施加构造材料层来制造一定数量的物体，其方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，所述加热控制调节通过加热装置对所施加的构造材料层进行的到工作温度的加热，并且所述加热控制基于至少一个调节参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，所述方法至少包括：
提供至少一个额定参数值的步骤(S1)、即提供调节量的额定值和/或调节量随时间变化的额定值和/或加热参数的额定值和/或加热参数随时间变化的额定值，
检测在所述加热控制中或生成式逐层构造设备中的与所述至少一个额定参数值相关联的至少一个实际参数值的步骤(S2)，所述实际参数值是调节量的实际值和/或调节量随时间变化的实际值和/或加热参数的实际值和/或加热参数随时间变化的实际值，以及，
在超过额定参数值和与其相关联的实际参数值之间预先确定的偏差时，自动改变至少一个调节参数的步骤(S3)，从而能够自动地对生成式逐层构造设备中的加热控制的调节特性进行改变，其中，改变的所述至少一个调节参数是以下量中的至少一个：最大允许的加热功率(Pmax)、至少一个所述操作量的操作范围的大小；在工作温度(TA)上下的调节范围(200)，所述加热控制实际上在所述调节范围内进行调节；加热功率随时间的最大和/或最小变化；描述调节特性的传递函数的线性因子；加热控制的比例部分、积分部分或微分部分的P增益、积分时间或微分时间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述方法执行过程中，对于恰好n个层执行层的施加和固化，其中n是小于或等于在制造期间所施加的层的最大数量的自然数。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，在为了制造多个物体而施加和固化第一层之前，执行所述方法，其方式是，为了测试的目的，施加一个或多个构造材料层，以便确定和改变加热控制的调节特性。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述构造材料是粉末。
12.用于扩充和/或补充装备生成式逐层构造设备的控制单元(29)，其中，所述控制单元包含根据权利要求1至7之一所述的装置和/或在信号技术上与所述装置连接，
其中，所述逐层构造设备适于，通过相叠地逐层施加构造材料层来制造一定数量的物体，其方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，并且所述逐层构造设备具有：
构造底座(11、12)，用于承载要形成的物体(2)；
施加装置(14、16)，用于将构造材料层施加到构造底座(11、12)的表面上或已经存在的层上；
照射装置(20)，所述照射装置发出电磁辐射或粒子辐射(22)并能够照射所有在一个层中要固化的位置，使得在这些位置处的构造材料通过由所述辐射引入的热能部分地或完全熔化和/或连接，从而在冷却之后构造材料在这些位置处连接地作为固体存在，
加热装置(17)，用于将所施加的构造材料层加热到工作温度，以及
加热控制装置，所述加热控制装置对通过加热装置对所施加的构造材料进行的到工作温度的加热进行调节并且能够基于至少一个调节参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，
所述控制单元(29)适于，控制施加装置(14、16)和照射装置(20)，使得依次重复构造材料施加步骤和固化步骤，直至至少一个要制造的三维物体的所有横截面都实现固化。
13.根据权利要求12所述的控制单元(29)，其中，所述构造材料是粉末。
14.用于通过相叠地逐层施加构造材料层来制造一定数量的物体的生成式逐层构造设备，其制造方式是，在多个构造材料层中，通过辐射使在构造材料层中对应于所述物体的横截面的位置固化，并且所述逐层构造设备具有：
构造底座(11、12)，用于承载要形成的物体(2)；
施加装置(14、16)，用于将构造材料层施加到构造底座(11、12)的表面上或已经存在的层上；
照射装置(20)，所述照射装置发出电磁辐射或粒子辐射(22)并能够照射所有在一个层中要固化的位置，使得在这些位置处的构造材料通过由所述辐射引入的热能部分地或完全熔化和/或连接，从而在冷却之后构造材料在这些位置处连接地作为固体存在，
加热装置(17)，用于将所施加的构造材料层加热到工作温度，以及
加热控制装置，所述加热控制装置对通过加热装置对所施加的构造材料进行的到工作温度的加热进行调节并且能够基于至少一个调节参数通过改变至少一个预先确定的操作量的值来调节至少一个预先确定的调节量的值，以及
根据权利要求12或13所述的控制单元(29)。
15.存储介质，在该存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序能够装载到控制单元和/或生成式逐层构造设备中，所述计算机程序具有程序编码结构，所述程序编码结构用于在所述计算机程序在控制单元和/或生成式逐层构造设备上执行时，实施根据权利要求8至11之一所述的方法的所有步骤。
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