CN108602124A - 三维打印机的成型工艺监控装置以及具备其的三维打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成型工艺监控装置。本发明提出一种三维打印机的成型工艺监控装置，在一个实施例中，作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，其包括：光信息获取部，其获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息；坐标信息传输部，其传输用于加工所述三维成型品的成型地点的坐标信息；以及图像存储部，其获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对生成所述光信息获取部所获取的光信息的成型地点的坐标信息，并将所述光信息和所述坐标信息制作为图像存储下来，从而提高针对测量位置的精密度。

Description

三维打印机的成型工艺监控装置以及具备其的三维打印机

技术领域

本发明涉及一种制造三维成型品的三维打印机，尤其涉及一种成型工艺监控装置以及具备其的三维打印机，成型工艺监控装置用于实时检测PBF(Powder Bed Fusion，粉体熔化成型技术)加工工艺中熔池和金属粉末涂覆的不良并解决所述不良，PBF为使得金属粉末一层一层地叠层从而成型的技术。

背景技术

现有技术中，为了制造三维成型品，使用铸造或锻造等传统的加工方法。此外，在利用如上所述的制造方法时，为了保持产品的质量，需要具有专门知识的作业人员来进行操作。

最近，作为用于加工三维成型品的装置开始使用三维打印机。三维打印机具有即使是非专业人员也可以轻易制作三维成型品的优点，所以正在逐渐代替传统的加工方法。

韩国专利公开公报10-2009-0049608号、韩国登记专利公报10-1646773号公开了针对三维打印机的技术。所述三维打印机重点是能够迅速作业并提高产品的质量。

尤其，对通过对金属粉末进行烧结或熔融而使得各个层形成的方式的三维打印机而言，没有在成型过程中发生问题时可以检查内部的方法。由于成型过程需要比较多的时间，所以，完成成型品后识别到问题发生时会大大产生时间上、费用上的损失。

如果成型过程中发生问题时可以立即进行识别，则可以迅速采取措施，并且可以有助于提高作业的迅速性和产品的质量。因此，需要在成型过程中能够迅速地识别问题的发生并进行基本解决的装置。

发明内容

本发明提出一种三维打印机的成型工艺监控装置及具备所述成型工艺监控装置和基本的不良解决手段的三维打印机，在三维打印机中实时监控成型工艺并对其进行分析，从而在成型中可以迅速地对是否发生问题进行识别，并迅速形成针对问题的措施。

此外，本发明提出一种三维打印机的成型工艺监控装置及具备所述成型工艺监控装置和基本的不良解决手段的三维打印机，在三维成型品的成型工艺中，通过向原材料粉末照射加工束而产生光，在从光中获取的影像信息的基础上再加上产生所述光的位置的坐标信息而制作成图像并储存下来，对所述图像进行分析，据此可以特定有问题的部分，并可以迅速地形成针对问题的措施。

该技术领域的专家或研究人员可以通过以下记载的具体内容明确地对除所述之外的详细目的进行掌握和理解。

为了解决所述课题，本发明提出一种三维打印机的成型工艺监控装置，在一个实施例中，作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，其包括：光信息获取部，其获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息；坐标信息传输部，其传输用于加工所述三维成型品的成型地点的坐标信息；以及图像存储部，其获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对生成所述光信息获取部所获取的光信息的成型地点的坐标信息，并将所述光信息和所述坐标信息制作为图像存储下来。

这里，所述光信息获取部设置有高速摄像机，利用所述高速摄像机来拍摄原材料粉末成型的地点的照片，从而获取光信息，所述图像存储部获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对与所述高速摄像机拍摄的照片相对应的成型地点的坐标信息，可以使得坐标信息包含于拍摄所述成型地点的照片并存储下来。该方式将当前的加工位置同时显示于在每秒加工2000mm以上的方式中所获取的影像，从而在对所获取的影像进行分析时可以掌握正确的成型位置。

此外，所述图像存储部可以包括：图像处理模块，其使得拍摄了所述成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的照片；坐标处理模块，其使得所述坐标信息传输部所传输的坐标信息转换为显示所述坐标信息的等价的颜色信息；以及图像合成模块，其用于将在所述坐标处理模块被转换的颜色信息显示于在所述图像处理模块被转换的照片。

此外，还可以包括：异常判定部，其通过对所述照片进行判读，在成型地点产生的火星为一定大小以下或以上或者显示为一定亮度以下或以上的颜色时，判定为有异常，并对相应成型地点的坐标信息进行存储。

此外，包括显示部，显示部将有异常的地点显示于画面，所述显示部可以包括：影像显示模块，其将成型所述三维成型品的进行状况或结束成型的三维成型品用影像显示出来；以及坐标显示模块，其获取从所述异常判定部传输来的发生异常的成型地点的坐标信息，并将所述坐标信息显示于与在所述影像显示模块所显示的影像的相应坐标相对应的地点。

此外，为了解决所述课题，本发明提出一种三维打印机的成型工艺监控装置，在一个实施例中，作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，其包括：光信息获取部，其获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息；坐标信息传输部，其传输用于加工所述三维成型品的成型地点的坐标信息；以及异常检测部，其获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对生成所述光信息获取部所获取的光信息的成型地点的坐标信息，在对所述光信息进行分析时，实时参照所述坐标信息。

这里，所述异常检测部可以包括：图像处理模块，其使得拍摄了所述成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的图像数据；影像数据分析模块，其获得从存储有与温度相对应的颜色的数据库传输来的数据，与在所述图像处理模块被转换的颜色数据进行比较，从而对成型地点的温度分布进行分析；以及异常判定模块，其具有针对成型地点的合适的温度范围的信息，对所述影像数据分析模块分析得出的温度分布是否属于合适的温度范围进行判断。

另外，为了解决上面的课题，本发明提出一种三维打印机，在一个实施例中，作为对三维的成型品进行加工的装置，其包括：腔室部，其用于实现形状加工；原材料供给部，其向所述腔室部投入粉末形状的原材料；原材料移动部，其对所述原材料供给部投入的原材料进行推动从而使得原材料移动；成型部，通过所述原材料移动部而移动的原材料放置于成型部，实现原材料的成型；光束加工部，其通过向放置于所述成型部的原材料照射光束来使原材料熔融并成型；以及成型工艺监控装置，其对通过所述光束加工部进行的成型工艺进行监控。

此外，所述原材料移动部设置有软性材料的叶片，如果达到一定条件，则缠绕所述叶片而可以使得所述叶片的新的面用于作业。

这里，所述原材料移动部可以包括：主体，其沿着所述腔室的水平方向移动并在末端形成有槽；叶片，其结合于所述主体的所述槽；供给辊子，其与所述叶片的一端相结合，所述叶片缠绕于供给辊子；以及回收辊子，其与所述叶片的另一端相结合，缠绕所述叶片并进行回收。

另外，作为原材料移动部的其他形态，所述原材料移动部可以包括：主体部，其沿着水平方向移动；叶片部，其以能够旋转的形式结合于所述主体部，多个叶片以间隔开的形式向外侧延长并通过旋转来变更各个叶片的位置；以及监控部，其对安装于所述叶片部的叶片的状态或涂覆的粉末的状态进行监控。

这里，所述叶片部可以包括：旋转体，其以能够旋转的形式结合于所述主体部；第一叶片，其以凸出的形式结合于所述旋转体的外周；以及第二叶片，其与所述第一叶片隔开一定角度，以凸出的形式结合于所述旋转体的外周，并由比所述第一叶片坚硬的材料形成。

根据本发明的实施例，能够基于成型工艺中所获得的图像中的影像信息来判断是否异常，另外，容易通过正确的坐标信息来特定在哪一部分发生了异常，所以能够迅速地对异常采取措施。

此外，能够准确地得知在成型工艺中所获得的图像是从哪个位置获得的图像，并且根据所述位置可以将图像排列于准确的位置，而且可以获取准确的加工平面的图像以及准确的成型品的三维图像。

此外，可以显示针对完成的成型品的准确的图像和在所述图像发生问题的部分的准确位置，因此可以在没有取得CT或X-ray数据的情况下用作能够保证质量的数据。

此外，实时地对成型时产生的熔池进行监控，利用从熔池获得的光信息来判断成型是否异常，因此，能够迅速检测出有无异常并能迅速采取针对异常的措施。

此外，可以实时对执行成型作业的光束是否正常操作进行监控，因此在光束产生异常的情况下能够迅速采取措施。

此外，熔池中发生异常的情况由于叶片的磨损导致的粉末涂覆的不均匀的可能性较高，因此，通过叶片的旋转或叶片的连续供给来用新的叶片进行代替，从而能够迅速采取措施。

除所述之外，该技术领域的专业人员或研究人员通过以下记载的具体内容或在实施本发明的过程中能够明确地掌握和理解本发明的效果。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的成型工艺监控装置的概略的立体图。

图2是示出根据本发明的第一实施例的成型工艺监控装置的框图。

图3是示出从图2的成型工艺监控装置的显示部中输出的例子的图，图3(a)是示出一个成型地点的影像及坐标的图，图3(b)是示出连续的成型地点的影像的图。

图4是示出从图2的成型工艺监控装置的显示部中输出的例子的图，是示出成型品的影像的图。

图5是示出根据本发明的第二实施例的成型工艺监控装置的框图。

图6是示出图5所示的实施例中所采用的异常检测部的框图。

图7是示出显示于图5所示的实施例中所采用的显示部的例子的图，图7(a)是显示当前进行的叠层(Layer)的图，图7(b)是对已经进行的叠层也进行立体显示并示出的图。

图8是示出采用根据图1所示的实施例的成型工艺监控装置的三维打印机的立体图。

图9是图8的三维打印机所采用的原材料移动部的立体图。

图10是图8的三维打印机中所采用的其他形态的原材料移动部的立体图。

图11是图10的原材料移动部的分解立体图。

图12是图10的原材料移动部的叶片的截面图。

具体实施方式

所述的本发明的特征及效果通过附图和相关的下面的详细说明会变得更加明显，据此，在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员可以容易地实施本发明的技术思想。本发明可以施加多种变更，并可以具有多种形态，将特定的实施例示例于图中并打算在正文中进行详细说明。但是，这并非想要将本发明限定于特定的公开形态，应该理解为，将包含于本发明的思想及技术范围的所有变更、均等物以及代替物包括在内。本申请中所使用的术语只是为了说明特定的实施例而使用的，并非是想要对本发明进行限定的意图。

以下，参照附图对根据本发明的实施例的成型工艺监控装置进行详细说明。

图1是根据本发明的实施例的成型工艺监控装置的概略的立体图。

根据本发明的实施例的成型工艺监控装置是用于检查通过三维打印方式进行加工的状态的装置。在三维打印加工法中，以将不锈钢、钛、铝等金属粉末作为原料的PBF(Powder Bed Fusion)方式为对象，但是并非一定局限于此。

根据本发明的实施例的成型工艺监控装置利用光信息获取部1对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息进行获取，并利用所述光信息对成型工艺进行监控。

光信息获取部1所获取的光信息通过光束加工部50而产生。光束加工部50包括光束照射器51和扫描仪55，利用CAD/CAM之类的加工数据将光束B照射至设定的位置。

光束加工部50是照射用于原材料粉末的成型的激光等的光束B的装置。参照附图，从光束照射器51照射的光束B经过第一光束分离器52和第二光束分离器53并通过扫描仪55而照射。

通过扫描仪照射的光束B通过对放置于成型部40的原材料粉末进行熔融或烧结来使其成型。针对成型的地点的光的信息通过扫描仪55经过第二光束分离器53和第三光束分离器54后被输入至光信息获取部1。

此时，第二光束分离器53可以选择透过1070nm激光波长、全反射可视光波长方式，第三光束分离器54可以选择50％透过可视光波长、50％反射方式。

暴露于光束的原材料粉末通过烧蚀(ablation)反应得到熔融、氧化、碳化，经过冷却后一层一层地硬化，从而生成最终产品。通过对与所述的原材料粉末的状态变化相对应的信号进行检测而监控成型工艺。

原料的状态变化除了在成型部40与原材料粉末的加工相关的直接不良之外，也包括与移送至成型部40的原材料粉末的涂覆相关的间接不良。尤其，前者的情况，在工艺中不容易获取用于检查的信号，但是可以通过对光束与金属粉末发生反应的火星进行感知的方式来实现。

另外，为了负责如上所述的三维打印机的系统运营，设置有中央处理部3。中央处理部3与光信息获取部1、异常检测部2、坐标传输部5等的各个构成交换信息并管理成型工艺。

图2至图4涉及根据本发明的第一实施例的成型工艺监控装置。

根据本发明的第一实施例的成型工艺监控装置60作为设置于利用原材料粉末对三维成型品进行加工的装置上而对工艺进行监控的工艺的装置，包括光信息获取部1、坐标信息传输部5以及图像存储部6，从而可以记录成型位置。

光信息获取部1获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息。如上所述，光束加工部50通过对放置于成型部40的原材料粉末进行熔融而使其成型。在如此实现成型的地点，利用高能量产生热和光。光信息获取部1起到对所述光进行拍摄或感知的作用。

这里，光信息获取部1设置有高速摄像机111，利用高速摄像机来拍摄原材料粉末成型的地点的照片，从而可以获得光信息。高速摄像机可以选择大概每秒可以拍摄1万帧的摄像机。拍摄的照片可以是在原材料粉末成型的同时产生的熔融火星形态。

另外，光信息获取部1设置有光电传感器113，也可以将是否产生光和光的强度获取为光信息。此外，可以设置有转换模块，转换模块将光信息获取部1所获得的光信息转换为数字信号。

坐标信息传输部5将用于加工三维成型品的成型地点的坐标信息传输至图像存储部6。此时，成型地点的坐标信息也同时传输至光束加工部50。

坐标信息可以使用包含于用于加工三维加工品的加工数据的信息。作为参考，坐标信息作为为了在准确的位置成型而用于操作光束加工部50的数据，可以是光束的位置数据或扫描仪的扫描数据中至少任意一个。

如果提取坐标信息，则可以用作需要坐标的多种用途。尤其，如果参照成型工艺监控装置中产生光信息的激光加工坐标，则可以有用地使用于三维成型品检查的缺陷显示等。

图像存储部6从光信息获取部1获得光信息，并获得从坐标信息传输部5传输来的针对产生所获得的光信息的成型地点的坐标信息，从而将光信息和与所述光信息相对应的坐标信息制作为图像存储下来。

如上所述，如果坐标信息同时传输至图像存储部6和光束加工部50，则传输至图像存储部6的坐标数据和在坐标数据的传输时间点生成的成型地点的光信息具有相互对应的关系。具体地，将坐标数据的传输时间作为开始信号，可以使得传输至图像存储部6的坐标信息在相同的时间点对应于以后生成的光信息获取部1的影像信息。由此，可以特定在特定坐标上的成型影像。另外，在坐标信息和影像信息对应时，同步现象或错误检查等可以采用广为人知的信号处理技术。

光信息获取部1设置有高速摄像机时，图像存储部6获得从坐标信息传输部5传输来的针对与高速摄像机拍摄的照片相对应的成型地点的坐标信息，从而可以使得坐标信息包含于拍摄所述成型地点的照片而存储下来。

为了对高速摄像机111和光电传感器113所观测到的光信息的测定位置进行准确的监控，坐标传输部5可以从中央处理部3接收与传递至扫描仪55的命令相同的激光位置移动命令。

例如，图像存储部6获得从高速摄像机传输来的对实现成型的瞬间进行拍摄的照片，并获得从坐标信息传输部5传输来的在所述成型瞬间显示坐标的信息，对照片和信息进行合成而存储下来。图像存储部6可以按照每张拍摄的照片进行所述处理并存储，这一过程大约可以形成为10μs至30μs单位。

如此，通过将坐标显示于成型照片，从而可以将所述用作监控成型工艺的用途。换句话说，从成型照片发现异常时，能够通过确认坐标来确认在哪个成型部分(坐标)发生问题。此外，使得所述成型照片所拍到的成型地点的图像沿着成型路径连续显示，通过寻找光的大小或强度的变化而可以确认有无异常。

另外，图像存储部6可以包括图像处理模块、坐标处理模块以及图像合成模块。

图像处理模块使得拍摄了成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的照片。例如，拍摄为照片的火星的颜色大体为黄色，可以将其用颜色温度表示出来。此时，也可以额外利用温度传感器等对温度进行测量。

坐标处理模块使得坐标信息传输部5所传输的坐标信息转换为等价的颜色信息。换句话说，可以用二进制数来处理坐标信息并可以显示为能够表示所述二进制数的颜色。

坐标显示为X坐标和Y坐标，将X坐标和Y坐标分别用两个8比特的二进制数来表示，[00000000][00000000]为黑色，[11111111][11111111]为白色，二者之间用深或浅灰色来显示，从而将坐标值转换为按照每个像素8比特的颜色，并可以显示于照片的重要性不高的最上端等约定的位置。如此，用颜色进行表示的坐标值经过转换过程可以在图像影像存储处理过程中确认实际坐标。

图像合成模块用于将在坐标处理模块被转换的颜色信息显示于在图像处理模块被转换的照片。被转换的照片和转换坐标信息得到的颜色信息均作为影像信息被整合为一个图像。

参照图3(a)，将坐标信息显示于照片的左侧上端的颜色信息显示为四个点。四个点中左侧第一、二的两个点X表示x坐标，第三、四的两个点Y表示y坐标。如此，可以在左侧或右侧角落显示颜色信息，颜色信息表示坐标信息。另外，最右侧的点P表示在光束加工部50的光束照射器51是否有异常。为此，可以设置有对光束照射器的打开/关闭进行感知的传感器。光束照射器打开的情况可以用白色进行表示，关闭的情况可以用黑色进行表示。

如此，图像存储部6设置有图像处理模块、坐标处理模块以及图像合成模块，使得成型照片和坐标信息图像化并合成，从而可以减少数据的大小并可以以准确的位置为基础进行成型检查。

如果通过所述的方式则可以减少测定位置的误差。例如，激光加工位置命令以100kHz的周期得到传递，加工速度为2000mm/sec时，激光在一个命令的周期10μs期间移动20μm。在所述短的时间期间，如果成型工艺监控装置单独进行成型地点的影像截图，而通过另外的测定路径来测定当前的加工位置，则会在另外的系统间产生时间差。为了防止所述时间差，如果在进行大量的影像截图的时间点实时放入针对在影像内被加工的位置的数据，则之后传输影像时针对时间同步的负担减少，而且可以在影像中同时进行成型地点的熔池检查和加工位置的掌握，从而可以减少针对测定位置的误差。

另外，成型工艺监控装置60还可以包括异常判定部7，异常判定部7对照片进行判读，当在成型地点产生的火星为一定大小以下或以上，或者用一定亮度以下或以上的颜色进行表示时，存储相应成型地点的坐标信息并判定为有异常。此外，如果发生异常，则通过警告音或警告灯向作业人员或管制中心告知发生异常。

此外，还可以包括显示部4，显示部4将有异常的地点显示于画面上。显示部4设置有影像显示模块和坐标显示模块，影像显示模块通过影像显示成型三维成型品的进行状况或结束成型的三维成型品，坐标显示模块获得从异常判定部7传输来的发生异常的成型地点的坐标信息，可以将所述坐标信息显示于与影像显示模块所显示的影像的相应坐标相对应的地点。图3和图4是在显示部4显示的画面的例子。由此，可以提供由作业人员或管制中心可以确认的输出。

光信息获取部1设置有光电传感器，而未设置高速摄像机时，将光电传感器的强度转换为影像而用作光信息，除此之外的事项可以适用所述的高速摄像机的情况。

如此构成的成型工艺监控装置可以掌握施加于成型地点的能量的适当性，可以监控是否准确地进行成型工艺，并且就由此获得的数据而言，针对完成的成型品没有获得CT或X-ray数据，而是可以用作可以保证质量的数据。

图5至图7涉及根据本发明的第二实施例的成型工艺监控装置。

根据本发明的第二实施例的成型工艺监控装置作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，包括光信息获取部1、异常检测部2以及中央处理部3，可以对熔池进行检查。

光信息获取部1在通过光束B使得原材料粉末成型时获得在原材料粉末成型的地点产生的光信息。另外还可以获得针对光束B是否没有异常地进行照射的光信息。这里，就光信息获取部而言，在不冲突的范围内可以采用第一实施例的光信息获取部的构成以及说明。

在三维打印机中，例如，光束加工部50利用激光，通过使得原材料粉末熔融或烧结来使其成型。如此，在实现成型的地点利用高能量产生热和光。光信息获取部1起到对所述光进行拍摄或感知的作用。

光信息获取部1包括第一光信息获取部11和第二光信息获取部12，第一光信息获取部11获得针对在使得原材料成型的地点产生的光的信息，第二光信息获取部12获得从光束照射器51照射的光束B的信息。

这里，第一光信息获取部11设置有高速摄像机111，利用高速摄像机111来拍摄原材料粉末成型的地点的照片，从而可以获得光信息。高速摄像机111可以选择大概每秒可以拍摄5000帧以上的摄像机。另外，高速摄像机111的前方配置有减光滤镜(ND filter)112，减光滤镜112能够调节位置，并且也可以调节光量。

拍摄的照片可以是使得原材料粉末成型的同时产生熔池(melting pool,P)和火星的形态。拍摄的照片转换为用根据光强度的颜色来表示的图像数据。利用高速摄像机时通过图像分析可以获得针对成型地点的准确且多样的信息。

另外，第一光信息获取部11设置有光电传感器113，对是否在成型地点产生光进行感知并传送至异常检测部2，在异常感知部2与从中央处理部3发送的光束加工部50的ON/OFF信号进行比较，从而可以确认是否获得正常的信号并进行成型工艺。

这里，作为光电传感器113可以使用光电晶体管,光电晶体管的输出信号可以被放大及过滤，并可以发送至异常检测部2。

另外，第一光信息获取部11设置有照度传感器(未示出)，而未设置高速摄像机111，从而也可以将在成型地点是否产生光以及光的强度获取为光信息。此外，光信息获取部1可以设置有将获得的光信息转换为数字信号的转换模块。这里，作为照度传感器，可以使用随着光的强度变化而使得电流值发生变化的光导二极管。光导二极管可以将所感知到的光的强度转换为电信号而进行发送，因此，可以用比高速摄像机111更简单的方法获得光信息。

此外，第一光信息获取部11设置有高速摄像机111和照度传感器，从而可以获得成型地点的光信息。此时，可以用两种不同的方法获得光信息，因此，可以更加准确地判断有无异常。

第一光信息获取部11的高速摄像机111和照度传感器安装于三维打印机的腔室的外侧，虽然也可以通过扫描仪55和光束分离器(第二、第三光束分离器53、54)获得光信息，但也可以通过安装于腔室内侧而直接获得光信息。

另外，第二光信息获取部12获得从光束照射器51照射的光束B的信息。第二光信息获取部12通过光束分离器(第一光束分离器52)获得从光束照射器51照射的光束B的输入，并将据此的信号传递至异常检测部2，从而可以检查光束B是否正常照射。这里，作为第二光信息获取部12可以采用光电晶体管，光电晶体管的输出信号被放大及过滤，然后可发送至异常检测部2。

异常检测部2通过对光信息获取部1所获得的光信息进行分析来检测成型工艺有无异常，另外，可以检测光束加工部50本身有无异常。此外，还设置有文件系统，从而也可以存储与异常检测有关的记录。

另外，如上所述的第一实施例一样，设置有坐标信息传输部5，异常检测部2获得从坐标信息传输部5传输来的针对产生光信息获取部1所获取的光信息的成型地点的坐标信息，从而在对光信息进行分析时，可以实时参照坐标信息。

异常检测部2通过对光信息获取部1的高速摄像机111所拍摄的照片进行判读，当在成型地点产生的熔池P或火星为一定大小以下或以上或者一定亮度以下或以上时，可以判定为有异常。

参照附图，异常检测部2包括图像处理模块21、影像数据分析模块22以及异常判定模块23。此外，还可包括光强度分析模块24、作业内容存储模块25、输出文件生成模块26。

图像处理模块21使得拍摄有成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的图像数据。图像处理模块21可以由用于处理影像的软件或硬件的滤波器构成。此外，转换得到的图像数据可以是像素单位的颜色数据。颜色数据为彩色的情况，可以包括256种以上的颜色。

影像数据分析模块22获得从第一数据库27传输来的数据，与在图像处理模块21被转换的颜色数据进行比较，从而分析成型地点具有何种温度分布，所述第一数据库27存储有与温度相对应的颜色数据。

这里，第一数据库27是存储有用于比较拍摄的影像是哪种程度的温度的基准信息的数据库。在第一数据库27存储有与各个温度相对应的颜色数据。换句话说，所述颜色数据可以包括温度和与所述温度相对应的颜色。

所述第一数据库27可以设置于影像数据分析模块22，也可以设置于中央处理部3。数据库设置于中央处理部3时，影像数据分析模块22获得从中央处理部3传输来的信息并进行使用。

另外，图像处理模块21用灰阶(gray scale)对拍摄的图像进行处理，从而能够以将像素的绝对亮度程度划分为从0至255的256级的形态对加工火星的强弱进行识别。此时，第一数据库27的颜色数据也可以包括用灰阶进行处理的颜色。

如此，用灰阶对拍摄的图像进行处理时，能够减少需要处理的数据的量而迅速地进行分析。

如此，影像数据分析模块22可以分析出成型地点具有何种程度的温度范围或温度分布如何等。

异常判定模块23具有针对成型地点的合适的温度范围的信息，并判断影像数据分析模块22分析得出的温度是否属于合适的温度范围。

换句话说，异常判定模块23存储有熔池P的合适的温度范围，以影像数据分析模块22的分析信息为根据，判断在相应影像中所拍摄的熔池P的温度是否处于合适的范围内。判断结果为不在合适的范围内时，异常判定模块23可以输出异常信号。

例如，影像数据分析模块22分析出影像地点的温度分布为800～900℃，假设存储于异常判定模块23的合适的温度范围为1200～1350℃，则成型地点的温度分布脱离合适的范围，因此可以判定为异常。

另外，影像数据分析模块22对熔池的大小进行分析，异常判定模块23具有针对合适的熔池的大小的信息，从而也可以判定异常。换句话说，合适的熔池的大小为150μm，如果测定的熔池的大小为100μm，则这也判定为异常，从而可以适用于成型中的加工质量判定。

另外，异常检测部2还可以包括光强度分析模块24。光强度分析模块24在第一光信息获取部11采用照度传感器的情况下可以用于分析从该照度传感器输出的光强度。

照度传感器的电阻根据光强度而不同，因此从照度传感器输出的电流值也不同。光强度分析模块24获得从第二数据库28传输来的数据，通过与从照度传感器输入的电流值进行比较来分析熔池P的温度，所述第二数据库28存储有与温度相对应的电流值数据。

这里，第二数据库28是存储有用于比较输入的电流值与哪种程度的温度相对应的基准信息的数据库。第二数据库28存储有与各个温度相对应的电流值数据。换句话说，该电流值数据可以包括温度和与所述温度相对应的电流值。

所述第二数据库28可以设置于光强度分析模块24，也可以设置于中央处理部3。

如此，光强度分析模块可以分析成型地点具有何种程度的温度范围，分析出的温度范围向异常判定模块23传输。异常判定模块23以所述分析信息为根据可以判断温度是否在合适的范围内。

此时，异常判定模块23对影像数据分析模块22的分析值和光强度分析模块24的分析值进行综合，可以综合判断熔池P的温度是否在合适的范围内。

另外，光强度分析模块24本身具有针对合适的电流值的范围信息(上限值或下限值中至少任意一个)，可以以判断从照度传感器输入的电流值是否在合适的范围内的形态来判断熔池P的温度是否合适。此时，如果光强度分析模块24的电流值脱离合适范围，则可以输出异常信号，从而可以同时具有异常判定模块23的功能。

另外，异常检测部2还可以包括作业内容存储模块25。作业内容存储模块25可以按照成型图层来匹配拍摄的影像、分析的温度、有无异常、作业日志文件等并进行存储。

中央处理部3负责三维打印机的系统运营，与光信息获取部1及异常检测部2交换信息并管理成型工艺。

具体地，可以向光束加工部50传输成型位置的坐标信息或向异常检测部2和光束加工部50传输光束B的ON/OFF信号。

另外，为了和传输至光束加工部50的坐标信息同步化，也向光信息获取部1和异常检测部2传输成型位置的坐标信息，从而针对成型工艺可以实时检测有无异常。

另外，从异常检测部2接收和异常检测相关的数据并对所述数据进行汇总，可以用作管理工艺进行的资料。

根据本发明的实施例的成型工艺监控装置还可以包括将有异常的地点显示于画面的显示部4。

显示部4设置有影像显示模块，影像显示模块通过影像来显示成型三维成型品的进行状况，像脱离熔池P的温度范围或者没有实现光束B照射或者根据光束B的ON/OFF信号没有正常实现成型的情况(例如，光束为OFF状态时也实现成型的情况)一样，在进行状况中发生异常时，可以立即显示E异常。由此，作业人员或管制中心确认异常后可以采取措施。

显示部4不仅可以如图7(a)一样针对现在进行中的图层L进行立体显示，而且也可以如图7(b)一样针对完成了的图层L进行立体显示。

图8是示出采用根据本发明的实施例的成型工艺监控装置的三维打印机的立体图。

图示的三维打印机100作为对三维的成型品进行加工的装置，包括：腔室部10，其用于实现形状加工；原材料供给部20，其向腔室部10投入粉末形状的原材料；原材料移动部30，其对原材料供给部20投入的原材料进行推动从而使得原材料移动；成型部40，通过原材料移动部30而移动的原材料放置于成型部，实现原材料的成型；光束加工部50，其通过向放置于成型部40的原材料照射光束B来使原材料熔融或烧结并成型。

上面的三维打印机是公知的构成，因此省略详细的说明。前面所说明的成型工艺监控装置安装于腔室部10的上侧，可以对通过光束加工部50进行的成型工艺进行监控。

在使用粉末的三维打印机中，涂覆粉末的叶片多数情况使用硅树脂或橡胶系列的软性材料。其通过和金属粉末的摩擦容易发生磨损，从而诱发成型工艺的错误。因此，为了改正成型工艺的错误，不仅需要考虑成型工艺监控装置，而且需要考虑设置有叶片的原材料移动部。

软性材料受到磨损，因而需要经常更换。但是，具有难以在长时间的加工过程中进行更换的缺点。如果在加工过程中在叶片产生磨损，则加工质量急剧下降，从而产品的商品性消失。作为应对方案，本发明中提出一种能够连续供给的叶片形态和旋转型叶片形态的原材料移动部。

能够连续供给的叶片形态的原材料移动部30包括主体31、叶片32、供给辊子33以及回收辊子34。

参照图9，主体31沿着腔室10的水平方向移动并在末端形成有槽，并且叶片32结合于所述槽。

叶片32起到使得粉末薄薄地铺展开的作用。为了使得叶片32易于更换而将其安装于主体31的槽并进行使用。叶片32作为具有软性的合成树脂材料，可以是硅树脂或橡胶系列的材料。

以使得叶片32插入于主体31的末端的槽并得到支撑的形式形成有导向槽。另外，在叶片32的两侧面形成有插入于所述导向槽的导向凸起321。导向槽和导向凸起321也可以分别形成于主体31和叶片32。

另外，叶片32的一端结合于供给辊子33，并以叶片32缠绕于供给辊子33的形式设置，叶片32的另一端结合于回收辊子34，缠绕所述叶片32并进行回收。用于叶片的回收的驱动器可以结合于回收辊子34，并以如下形式进行回收：可以规定一定的时间并在经过所述时间后回收一定量。

如此，使用粉末的三维打印机中，涂覆粉末的叶片以辊子为单位形成并安装，预想到被磨损的摩擦面自动被回收辊子回收，从而可以防止由叶片的损伤导致的成型品的质量下降。此外，在加工过程中没有更换叶片的危险，可以去除作业人员经常等待的形态的作业，并且可以获得稳定的三维打印质量。此外，针对作业时间长的加工物也能进行连续作业。

旋转型叶片形态的原材料移动部30包括主体部31、叶片部32以及监控部(未示出)。

参照图10至图12，主体部31作为形成有U字形态的槽311的部件，沿着腔室10的水平方向移动。叶片部32轴结合于通过U字形态的槽311而形成的两末端的凸出的部分。

叶片部32以可旋转的形式结合于主体部31，多个叶片部323、324隔开并向外侧延长，通过旋转来变更各个叶片的位置。如果利用如上所述构成的叶片部，则便于叶片的更换，并且可以根据作业状态轻易地变更性质不同的多种叶片并进行使用。

叶片部32包括：旋转体321，其以能够旋转的形式结合于主体部31；第一叶片323及第二叶片324，其以相互隔开的形式结合于旋转体321。在主体部31的一侧凸出部形成有安装槽312，贯通孔315沿着与主体部的移动方向垂直的方向形成于安装槽的一面。轴部件322的轴销322b插入于所述贯通孔，从而与形成于叶片部32的旋转体321的一端的轴孔321a相结合。轴部件322的轴销322b以能够旋转的形式与安装块体322a相结合。

轴销322b的末端和旋转体321的轴孔321a可以形成为多边形形状并相互结合。安装槽312形成有安装导向313，轴部件的安装块体形成有导向槽，从而相互结合，据此，轴部件可以安装于主体部。

在主体部31的另一侧凸出部，沿着与主体部的移动方向垂直的方向，也形成有贯通孔317，马达325的轴插入于所述孔。马达的轴通过贯通孔317后与末端形成于旋转体321的另一端的轴孔相结合。马达的驱动需要完全传递至旋转体321，因此马达的轴可以以过盈配合的形式结合于旋转体321的轴孔。另外，马达325的轴的末端与旋转体321的结合槽可以形成为多边形形状并相互结合。另外，马达325和旋转体321可以在介入有接合部件的状态下进行结合。

如果通过如上所述的构成使得马达驱动，则轴的旋转运动传递至旋转体，旋转体的轴销成为支撑架并旋转。另外，除了马达之外，也可以采用能够旋转驱动的其他形态的驱动要素。

第一叶片323以凸出的形式结合于旋转体321的外周。此外，第二叶片324在与第一叶片相隔开的状态下以凸出的形式结合于旋转体321的外周。此外，三个第一叶片和一个所述第二叶片可以以分别间隔90度的角度的形式配置。

安装槽321b以间隔一定角度的状态形成于旋转体321的外周，第一叶片和第二叶片以凸出的形式结合于安装槽。由此，各个叶片可以起到使得粉末铺展开的作用，也易于更换。

旋转体321的安装槽321b形成为T字形状并且叶片的末端也形成为与其相对应的T字形状，从而可以相互结合。这里，旋转体以内部空着的形态在中央形成有轴孔321a，并且在外周形成有安装槽321b，加强筋321c可以形成为对形成有轴孔的框架和形成有安装槽的框架进行连接并支撑的形态。

第一叶片323可以使用硅树脂、橡胶之类的软性材料的叶片，第二叶片324可以使用陶瓷、金属之类的坚硬材料的叶片。

另外，第一叶片可以以比第二叶片凸出得更长的形式进行安装。坚硬材料的叶片需要准确地匹配高度，但是就软性材料的叶片而言，即使与腔室底部相接触也可以弯曲并与原材料粉末相紧贴，从而可以对原材料粉末进行按压，因此，优选地，如上所述使得两叶片的长度不同。

另外，叶片对粉末进行涂覆时所受到的力能够利用马达所具有的负荷来进行应对，并且能够保持叶片的位置。但是，在软性叶片与腔室的底部相接触的同时进行的情况下，施加于叶片的力变大。这种情况下为了使得力分散，在原材料移动部30可以增加设置止动器326。

在形成于主体部的一侧凸出部的安装槽312，安装有轴部件322的上部还形成有一个安装导向314，并且在止动器326的安装块体326a形成有导向槽，二者相互结合，据此，止动器可以安装于主体部31。在活塞杆的末端326b形成有槽，从而容易实现与加强筋321c的结合。

在形成于主体部31的一侧凸出部的安装槽，轴销322b所插入的贯通孔315的上部还形成有一个贯通孔316，如果在所述贯通孔以使得止动器326的活塞杆通过的形式操作汽缸326c，则活塞杆的末端326b夹紧形成于叶片部32的旋转体321的加强筋321c并进行支撑，从而可以保持叶片的位置。

另外，设置有监控部(未示出)，从而可以对安装于原材料移动部的叶片的状态或涂覆的粉末的状态进行监控。监控部可以包括摄像机。通过摄像机对叶片的状态或涂覆的粉末的状态进行拍摄，从而可以监控问题是否发生并判断是否更换叶片。

如上所述，成型工艺监控装置并非可以以限定的形式适用所述说明的实施例的构成和方法，为了使得所述实施例实现多种变形，各个实施例的全部或一部分也可以选择性地组合并构成。

虽然在前面所说明的本发明的详细说明中，参照本发明的优选实施例进行了说明，但是可以理解的是，如果是相应技术领域的熟练的从业人员或在相应技术领域具有通常知识的技术人员，则在不脱离记载于后面叙述的专利权利要求书的本发明的思想及技术领域的范围内，可以对本发明进行多种修改及变更。

Claims (12)

1.一种三维打印机的成型工艺监控装置，作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，其包括：

光信息获取部，其获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息；

坐标信息传输部，其传输用于加工所述三维成型品的成型地点的坐标信息；以及

图像存储部，其获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对生成所述光信息获取部所获取的光信息的成型地点的坐标信息，并将所述光信息和所述坐标信息制作为图像存储下来。

2.根据权利要求1所述的三维打印机的成型工艺监控装置，

所述光信息获取部设置有高速摄像机，利用所述高速摄像机来拍摄原材料粉末成型的地点的照片，从而获取光信息，

所述图像存储部获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对与所述高速摄像机拍摄的照片相对应的成型地点的坐标信息，使得坐标信息包含于拍摄所述成型地点的照片并存储下来。

3.根据权利要求2所述的三维打印机的成型工艺监控装置，所述图像存储部包括：

图像处理模块，其使得拍摄了所述成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的照片；

坐标处理模块，其使得所述坐标信息传输部所传输的坐标信息转换为显示所述坐标信息的等价的颜色信息；以及

图像合成模块，其用于将在所述坐标处理模块被转换的颜色信息显示于在所述图像处理模块被转换的照片。

4.根据权利要求2或3所述的三维打印机的成型工艺监控装置，其还包括：

异常判定部，其通过对所述照片进行判读，在成型地点产生的火星为一定大小以下或以上或者显示为一定亮度以下或以上的颜色时，判定为有异常，并对相应成型地点的坐标信息进行存储。

5.根据权利要求4所述的三维打印机的成型工艺监控装置，其包括：

显示部，其将有异常的地点显示于画面，

所述显示部包括：

影像显示模块，其将成型所述三维成型品的进行状况或结束成型的三维成型品用影像显示出来；以及

坐标显示模块，其获取从所述异常判定部传输来的发生异常的成型地点的坐标信息，并将所述坐标信息显示于与在所述影像显示模块所显示的影像的相应坐标相对应的地点。

6.一种三维打印机的成型工艺监控装置，作为设置于利用原材料粉末来加工三维成型品的装置上而对工艺进行监控的装置，其包括：

光信息获取部，其获取针对在原材料粉末成型的地点产生的光的信息；

坐标信息传输部，其传输用于加工所述三维成型品的成型地点的坐标信息；以及

异常检测部，其获得从所述坐标信息传输部传输来的、针对生成所述光信息获取部所获取的光信息的成型地点的坐标信息，在对所述光信息进行分析时，实时参照所述坐标信息。

7.根据权利要求6所述的三维打印机的成型工艺监控装置，其特征在于，所述异常检测部包括：

图像处理模块，其使得拍摄了所述成型地点的照片转换为用根据光强度的颜色来显示的图像数据；

影像数据分析模块，其获得从存储有与温度相对应的颜色的数据库传输来的数据，与在所述图像处理模块被转换的颜色数据进行比较，从而对成型地点的温度分布进行分析；以及

异常判定模块，其具有针对成型地点的合适的温度范围的信息，对所述影像数据分析模块分析得出的温度分布是否属于合适的温度范围进行判断。

8.一种三维打印机，作为对三维的成型品进行加工的装置，其包括：

腔室部，其用于实现形状加工；

原材料供给部，其向所述腔室部投入粉末形状的原材料；

原材料移动部，其对所述原材料供给部投入的原材料进行推动从而使得原材料移动；

成型部，通过所述原材料移动部而移动的原材料放置于成型部，实现原材料的成型；

光束加工部，其通过向放置于所述成型部的原材料照射光束来使原材料熔融并成型；以及

根据权利要求1至7中任意一项所述的成型工艺监控装置，其对通过所述光束加工部进行的成型工艺进行监控。

9.根据权利要求8所述的三维打印机，

所述原材料移动部设置有软性材料的叶片，如果达到一定条件，则缠绕所述叶片而可以使得所述叶片的新的面用于作业。

10.根据权利要求9所述的三维打印机，所述原材料移动部包括：

主体，其沿着所述腔室的水平方向移动并在末端形成有槽；

叶片，其结合于所述主体的所述槽；

供给辊子，其与所述叶片的一端相结合，所述叶片缠绕于供给辊子；以及

回收辊子，其与所述叶片的另一端相结合，缠绕所述叶片并进行回收。

11.根据权利要求8所述的三维打印机，所述原材料移动部包括：

主体部，其沿着水平方向移动；

叶片部，其以能够旋转的形式结合于所述主体部，多个叶片以间隔开的形式向外侧延长并通过旋转来变更各个叶片的位置；以及

监控部，其对安装于所述叶片部的叶片的状态或涂覆的粉末的状态进行监控。

12.根据权利要求11所述的三维打印机，所述叶片部包括：

旋转体，其以能够旋转的形式结合于所述主体部；

第一叶片，其以凸出的形式结合于所述旋转体的外周；以及

第二叶片，其与所述第一叶片隔开一定角度，以凸出的形式结合于所述旋转体的外周，并由比所述第一叶片坚硬的材料形成。