CN110087803A - 用于增材制造的粉末床设备中的构建平台定位 - Google Patents

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Abstract

在用于产生控制信号的方法中,所述控制信号用于定位增材制造设备(1)的相对于工作面(27)高度可移动的承载件(19),实施以下步骤:将构建平台(17)布置在所述承载件(19)上;感测所述工作面(27)在所述承载件(19)的区域中的多个图像,其中,在感测所述多个图像中的一个图像之前,调整所述承载件(19)的图像特定的高度并且根据在高度上的改变方向施加或去除粉末层;对于所述多个图像中的至少两个图像(40A‑40F)确定所述构建平台(17)的无粉末区域(48A)与被粉末覆盖区域(48B)之间的粉末边界走向(48),所述图像针对所述承载件(19)的不同调整的、图像特定的高度已经被感测;和基于至少两个粉末边界走向(48)产生用于定位所述承载件(19)的控制信号。此外,可以将所述承载件(19)根据所述控制信号定位、尤其定向。

Description

用于增材制造的粉末床设备中的构建平台定位
技术领域
本发明涉及一种用于尤其基于激光的增材制造的设备,并且尤其涉及一种用于使构建平台水平的方案以用于针对后续的制造过程提供相应水平的粉末面。此外,本发明涉及一种用于产生控制信号的方法以用于定位制造设备的在高度上可移动的承载件。
背景技术
尤其金属或陶瓷工件的基于激光的增材制造基于在构建平台上的、例如以粉末形式存在的初始材料通过激光照射的固化。该方案(也作为选择性激光熔化(SLM)或粉末床熔融已知)还使用在(金属)3D打印中。在Sisma S.p.A的欧洲专利申请EP 2732890 A2中公开了借助所谓的选择性激光熔化(SLM)增材制造三维产品的示例性机器。增材制造的优点通常是简单地制造复杂和可特定完成的零件。在此,尤其可以实现在内部空间中的限定的结构和/或力流优化的结构。
在基于激光的增材制造中,构建平台(也称为基底板)通常平行于工作表面、即基本上水平地定向。定向和零位可以例如通过在冷状态下放置直尺/验角尺来手动地求取并且相应地调整。在构建平台被加热的情况下,该过程与工作安全方面发生冲突。
此外,由DE 10 2014 014 888 A1已知一种用于识别定位在高度可移动的承载件上的板的未校准的方法。所述方法基于设置在该板上的光学结构图案。该图案在重复地剥离粉末层时借助摄像机设备被感测,并且与参考图案进行比较,以便获得关于高度可移动的承载件的定向的再校准的信息。
发明内容
本公开的一方面所基于的任务在于,提供一种对SLM机器的构建平台的倾斜和/或零位置的探测、尤其也在运行参数中如在构建平台被加热的情况下的探测。
所述任务中的至少一个任务通过根据权利要求1的用于产生控制信号以定位制造设备的在高度上相对于工作面可移动的承载件的方法和根据权利要求13的用于由粉末增材制造三维构件的制造设备来解决。扩展方案在从属权利要求中给出。
在一方面中,用于产生控制信号以定位制造设备的在高度上相对于工作面可移动的承载件来由粉末增材制造三维构件的方法具有以下步骤:将构建平台布置在承载件上;感测工作面在承载件的区域中的多个图像,其中,在感测所述多个图像中的一个图像之前,调整承载件的图像特定的高度并且根据在高度上的改变方向来施加或去除粉末层;对于所述多个图像中的至少两个图像确定无粉末区域与构建平台的被粉末覆盖的区域之间的粉末边界走向,所述图像针对承载件的不同调整的、图像特定的高度已经被感测;和基于至少两个粉末边界走向产生用于定位承载件的控制信号。
在另一方面中,用于由粉末增材制造三维构件的制造设备具有:提供工作面的制造空间,该制造空间包括平台区域;构建缸,该构建缸具有在高度上可移动的承载件,在该承载件上三维构件应被逐层地制造在构建平台的表面上;用于使承载件相对于工作面定位的定向设备;用于在平台区域中涂覆和/或去除粉末的移动设备;用于获得平台区域的图像数据的图像产生设备;和控制单元,该控制单元为了接收图像数据而与图像产生设备连接并且为了调整承载件的高度和定向而与定向设备连接,其中,控制单元还构造成用于按照之前总结的方法分析处理图像数据并且尤其用于基于至少两个粉末边界走向产生和输出用于定位承载件的控制信号。
在另一方面中,用于使例如之前总结的制造设备的布置在可移动承载件上的构建平台的表面定向的方法具有以下步骤(所述制造设备用于由粉末增材制造三维构件):接收根据之前总结的方法产生的控制信号以用于定位承载件并且根据该控制信号使承载件定向。
在此公开的方案通常基于对构建平台的尤其围绕期待的零位(沿z方向)以粉末的反复涂覆和/或去覆层并且基于借助摄像机拍摄粉末层的图像。为了确定构建平台的倾斜和零位(偏移),借助图像处理分析处理图像,在图像处理时例如对于拍摄的图像确定(尤其计算出)粉末中断线。
在此公开的方案与结构图案无关,因为仅分析处理粉末的借助涂覆装置的施加和/或去除特性。粉末尤其可以一直被去除或施加,直至构建平台的一部分完全无粉末。在此,在粉末覆盖的构建平台和无粉末的构建平台之间形成例如线性的过渡区,该过渡区允许求取基底板倾斜的方向。根据构建平台倾斜的角度,在构建平台的高度改变时,重新产生的线性过渡区或多或少地在构建平台的平面中移动。随着重复的高度改变和涂覆或者去覆层过程(即粉末的施加和/或去除过程,其中,分别施加新的粉末层或去除上方的粉末层),“粉末覆盖”和“无粉末”之间的过渡线在平台上移动。相应地,除了平台的倾斜方向之外,也可以由高度改变和移动的距离求出平台的倾斜角度。参数倾斜方向和倾斜角度还允许支承承载件/构建平台的定向设备的自动化操控,使得构建平台尤其能够调整成平行于工作表面。
为了执行在此公开的方案,尤其适用尽可能少地影响线性过渡区的形成的涂覆装置。这例如是刷涂装置或具有软涂覆唇的涂覆装置。
在此公开的方案的优点包括在基底板上的、特定的(关于传感装置校准的)图案的不相关性。此外,例如通常能够比被粉末层部分覆盖的图案明显更简单地求取例如线性的过渡区。此外,粉末表面或者裸露(无粉末的)构建平台之间的识别和区分与例如现有照明的光学条件相对无关。
通常地,在此公开的方案能够以传感装置的成本低和节省空间的实施方式来实现,并且也能够在高的构建平台温度中使用。因此,在此公开的方案不需要附加的传统距离传感器,由此避免了成本并且不需要限制安装空间。
此外,在此公开的方案能够容易地在具有基于摄像机的粉末床监控装置的SLM机器中加装,因为除了具有相应地补充的图像处理软件的适配的控制单元之外不需要附加的组件。
附图说明
在此公开了允许至少部分地改进现有技术的方面的方案。尤其根据附图从下面实施方式的说明中得到其他特征及其目的性。由附图示出:
图1示例性的增材制造设备的示意性空间视图;
图2图1的增材制造设备平行于制造空间的XY平面的示意性剖视图;
图3图1的增材制造设备如在图2中所示那样平行于制造空间的XZ平面的示意性剖视图;
图4A至4C探测过程的三个高度位置的顺序;
图5A至5F平台区域17A在六个高度位置中的图像;
图6图5D的图像的示意性临摹图;
图7用于直观说明在此公开的方法的流程图。
具体实施方式
在此所说明的方面部分地基于以下认识:构建平台的零位和定向的探测作为LMF设施的进一步自动化的强制性前提条件可以是必要的,以便例如触发增材制造的自动开始(构建工作开始)。尤其已经认识到,构建平台的定向(尤其该构建平台相对于水平线的倾斜)反映在部分地用粉末遮盖的构建平台的显示图像中,并且尤其导致粉末覆盖区域和无粉末区域之间的限定的并且与构建平台相关地、例如对于平面的构建平台表面而言是线性形状的过渡区。
图1至图3以立体视图以及以从上方或从前方的示意性剖视图中示出用于由粉末材料(通常为粉末5)添加地产生三维构件3的示例性的增材制造设备1。对于制造过程参考开头提到的EP 2 732 890 A2。
制造设备1包括提供制造空间9的壳体7。经由前壁11中的门11A形成通向制造空间9的入口。此外,壳体7包括例如具有用于以惰性气体充满制造空间9的排出开口13A以及抽吸开口13B的保护气体抽吸系统。流动走向例如以箭头13表示。例如安装在壳体上方的照射系统15构造为用于产生激光,该激光将粉末5熔化成3D构件3的材料层。
制造过程在工作面27上发生,该工作面构成制造空间9的底部并且具有平台区域17A、存储区域25A和粉末收集区域29A。制造过程在构建平台17上进行,该构建平台在平台区域17A中例如居中地布置在门15A前面。构建平台17放置在承载件19上,该承载件可以在构建缸21中在高度上(在图3中沿±Z方向)移动。存储区域25A用于提供新鲜粉末5A,为了层状地制造3D构件3,所述粉末借助涂覆装置23转移到构建平台区域23A中。
在构建平台17上,填充有例如金属或陶瓷粉末的粉末床准备好用于以激光从上方照射。如在图1至3中所示那样,涂覆装置23(通常也称为移动件或刷件)用于在制造过程期间使粉末5沿X方向分布。在涂覆期间,涂覆装置23的下方区域扫过工作面27、携带粉末并且由此填充例如相对于工作面降低的区域。在这些区域中,涂覆装置23的下方区域限定粉末表面的水平高度。例如在设置在存储区域25A中的存储缸25中所提供的新鲜粉末5借助涂覆装置23在工作面27上方移动到平台区域17A中,在那里新鲜粉末收集在降低的构建平台17区域中并且该区域相应地被涂覆。例如将不需要的粉末带到设置在粉末收集区域29A中的收集缸29中。在去覆层期间,涂覆装置23可以通过在上方扫过从之前升高的构建平台去除一层粉末。
如在图中示例性所示那样,存储区域25A、平台区域17A和粉末收集区域29A彼此相邻地在X方向上错位地布置,并且涂覆装置23能够在X方向上移动。
制造过程总体上包括:在构建缸21中重复地降低构建平台17、在构建平台17上构造新鲜的粉末层并且在应形成3D构件3的区域中熔化粉末层。图3示出部分制成的3D构件3,该构件埋入到未熔化的粉末5中。
此外,制造设备1包括摄像机31,该摄像机尤其对准到平台区域17A上并且可以提供粉末床表面的图像数据(例如在激光加工制造期间)。此外,制造设备1可以包括照明系统33,该照明系统尤其为摄像机31的高对比度的拍摄提供平台区域17A的足够照明。
如开头已经提及的那样,希望的是构建平台17的定向以用于提供粉末床的相对于构建平台定向的表面(例如平坦的构建平台的水平定向)。然而,在制造过程开始时,例如由于将平台加热到高温、由于机械的安装公差或也由于在修整可重复使用的构建平台时形成的楔入错误而存在构建平台17的倾斜。此外,通常对于每个构建平台17适配零位的位置,因为构建平台17的厚度例如由于机械公差和/或由于在已经提到的构建平台再处理时材料的去除而波动。
构建平台17的倾斜和/或零位错误定位能够导致在粉末起始层中的楔入错误或者说高度偏移误差。如果这种错误例如明显大于SLM过程的层厚度(通常为20-50μm),则可能出现起始层的附接错误。这又可以导致构件的脱落或变形,伴随着由于不可使用的构件导致相应的废品、构建平台17的可能损坏和/或整个构建工作的损坏。
在此,现在提出一种用于探测构建平台倾斜及其零位的方案,所述方案例如可以集成到能够本身构建或构建到已经存在的摄像机系统上的传感装置系统中。在此,该传感装置系统优选这样构造,使得它还能够实现构建平台17的机械水平化的调整过程和/或能够接近构建平台特定的零位。相应地,制造设备1包括用于使承载件19相对于工作面27定位的定向设备35。定向设备35构造为用于调整承载件19相对于工作面27的倾斜,并且可选地用于使承载件19在高度上相对于工作面27移动。
传感装置系统例如包括照相机31、照明设备33(可选)、定向设备35和控制单元37。控制单元37可以是制造设备1的控制系统的一部分或者设置为独立的单元,该单元特定地用于水平化和/或针对特定地放置在承载件上的构建平台17调整该承载件相对于工作面27的高度。在图1和图3中,控制单元37以虚线示意性地表示,并且通过点划线示出的数据连接线39与摄像机31、照明设备33和定向设备35连接。
图4A至4C示意性示出基于探测系统的测量过程,该探测系统具有用于构建平台17的光学成像的系统(例如具有镜头的摄像机31)和可选的照明单元33。在测量过程的框架内,探测系统在反复的探测过程中记录构建平台区域17A的图像堆栈。通常,测量过程包括构建平台17的多个涂覆和/或去覆层过程,其中,构建平台17能够至少部分地在粉末层中被识别。构建平台17的高度在各个涂覆或去覆层过程之间移动。如下面阐述地那样,图像堆栈的图像处理分析处理构建平台17的倾斜和/或零位位置。
在图4A至4C中对于图像堆叠的三个图像示例性示出在三个升高的高度位置中的倾斜的构建平台17。在每次图像拍摄之前,借助涂覆装置23将粉末5分布到平台区域17A上,使得粉末层的表面基本上水平地构造(假设运动方向和涂覆装置23的下棱边相应地水平定向)。当然,倾斜对粉末层的尺寸产生影响。
图4A至4C的三个高度位置的顺序例如是反复探测过程的实施方式的一部分,该探测过程基于构建平台17的反复去覆层。
图4A示出在初始高度位置中的构建平台17,在该初始高度位置中,构建平台17已经降低得明显低于涂覆装置23的估计的下极限。如果现在借助涂覆装置23施加粉末,则在构建平台17上得出完全闭合的粉末盖,该粉末盖在摄像机的视场区域中具有粉末床的水平表面41。可能必须涂覆多次,以便用粉末5填充在构建平台17上方的整个体积。如果粉末盖还未完全延伸到构建平台上,则必须进一步降低并且再涂覆所述构建平台。图5A示出粉末床的相应摄像机图像。基本上可以识别出粉末床的无轮廓和均匀呈现的上侧41(而未透视出构建平台17)。在图5A至5F中所示的摄像机图像的暗角由摄像机31的晕影效果引起。构建平台17在图5A至5F中用虚线圆表示。
现在,构建平台17以例如50μm的步幅升高,并且通过涂覆装置23的移动去除相应的粉末层厚度差。图5B示出粉末床的摄像机图像,在该摄像机图像中,在区域43中能够识别在粉末床上侧41的显示图像中的第一不规则性。然而,粉末床的上侧41基本上还是均匀的。
如果构建平台进一步升高,得到例如图4B的状况,其中,构建平台17的一小部分45高于粉末床的通过涂覆装置23预给定的上侧41。因此,涂覆装置23的去除运动使该小部分45暴露。图5C示出粉末床的摄像机图像,其中,相应于小部分45的表面区域45'比粉末更亮,因为构建平台17例如比粉末更强地反射入射光。因此,在粉末床上侧41的显示图像中看到更大的不规则性。
如果构建平台17进一步升高(参见摄像机图像5D至5F),则暴露的区域一直增大,直至构建平台17被完全去覆层。
在图4C中,例如构建平台17的大部分47被暴露,相应于例如图5E的具有增大的表面区域47'的摄像机图像。如下面阐述的那样,图像处理可以确定在暴露区域48A和被粉末覆盖的区域48B上的倾斜(在图4B以及后面所说明的图6中示意性示出)。
在另一实施方式中,反复的探测过程例如基于反复的涂覆。在此,构建平台17首先升高得比涂覆装置23的估计下极限明显更高。如果构建平台17首先还被部分或全部涂覆,则该构建平台应进一步升高,其中,排除与涂覆装置23的碰撞,以便防止例如进一步的失调。随后,构建平台17以例如几十微米的步幅降低并且通过涂覆装置23逐渐地施加粉末。在此,构建平台17首先被涂覆一小部分,然后涂覆越来越大的部分。在这里也可以用相应的摄像机图像记录和分析处理未涂覆区域的发展。
在两个实施方式中,当构建平台17的部分区域处于涂覆装置23的高度时,作为在平坦的构建板中的粉末边界走向的示例,形成粉末中断线49。粉末中断线49在图4B和4C中用箭头尖表示,并且在图5C到5E中用点划线表示。可以基于感测到的图像数据获得粉末中断线49。通过不同粉末中断线49的自动化的分析处理(图像处理),例如能够探测构建平台17的倾斜的方向和斜度。斜度的大小由两个图像之间已知的移动路径(行程)产生。此外,例如能够通过完全去覆层的构建平台(例如在机械水平化之后)的探测或通过由斜度计算中心位置来确定零位。
此外,反复涂覆和反复去覆层的反复探测过程能够应用于任何倾斜方向,即所述探测过程与构建平台是沿运动方向(涂覆/去覆层方向)、与运动方向相反还是相对于运动方向倾斜无关。
图6在简图中示例性示出图像40D的信息内容。可看到一个圆形的区域,该区域在其外部尺寸上由摄像机的视场确定。粉末5能够在外部拍摄的区域中并且部分地在构建缸21上方看到。在图6的简图中,构建平台17也用虚线圆表示。在该示例性的实施方式中,构建平台17的直径几乎相当于构建缸21的直径。因此,虚线圆表示构建腔室17/承载件19相对于静态工作面27(过程腔室底部)的分界。
粉末表面尤其在构建缸21内部的水平高度相应于在制造过程中的粉末床表面和在此公开的图像感测过程期间最后施加或去除的层。该水平高度通过移动件23的下边界限定,并且通常基本上位于工作面27的高度上。
类似于图5D的图像40D,构建平台17的一部分由于表面相对于工作表面27的当前倾斜而提升到这样限定的水平高度或工作面27上方,通过承载件19的倾斜形成构建平台17在承载件19上的斜支承或构建平台17的不对称形状。
在此公开的图像感测过程的框架内,在承载件已经移动到当前高度之后,如果高度调整基于承载件19的降低,则施加粉末层,或者,如果高度调整基于承载件19的升高,则去除粉末层19。在两种情况中,在构建平台17上方形成无粉末的区域48A和被粉末覆盖的区域48B,在它们之间形成基本上线性的粉末边界走向48。该粉末边界走向48是根据基底板的倾斜角度移动的、在构建平台17上的粉末和裸露的工作面27之间的边界走向。粉末边界走向48可以配属有线性形状的过渡区、尤其是粉末中断线49(以虚线表示)。粉末边界走向48的取向由倾斜轴线限定,在已知高度差的情况下的粉末边界走向之间的距离限定倾斜角度,并且粉末边界走向相对于中心的走向能够推断出所寻求的零位。
基于所获得的信息(倾斜角度、倾斜轴线和/或零位),可以操控构建平台的承载件的定向设备。通过承载件的定向也相应地使构建平台定向在高度水平上。
此外,在扩展方案中,可以基于粉末边界走向、尤其所配属的粉末中断线49的分析处理确定构建平台的表面与理想的定向/理想的平面的偏差。这种超出公差范围的自由形状误差的识别可以允许,例如探测构建平台的机械加工误差,并且因此避免在有缺陷的构建平台上开始构建3D构件。
通常,为了图像拍摄可以使用通常已经存在的粉末床监控摄像机和设置在壳体盖中的照明装置。
通常,图像处理的一个方面是识别粉末中断线的位置和取向,其中,应补偿可能出现的假象、例如中断线的“散线”,所述假象可能由于在基底板上变化的刷长度或斑点形成。
涂覆装置23的示例性的实施方式包括刷涂覆装置,如碳纤维刷或具有软涂覆唇的涂覆装置。借助这种涂覆装置,可以实现小于构建平台宽度的20%的倾斜探测的分辨率,由此能够相应地实现约30μm的高分辨率。因此,分辨率基本上取决于在粉末膜中断时的“条纹形成”,该条纹形成又部分地取决于涂覆装置23的状态,尤其与刷毛状态一样取决于该涂覆装置的确定粉末床表面的下棱边。
通常,在此提出的方案能够被用于构建平台的不同类型和状态,如磨光的基底板、较旧的/多次使用的基底板和具有结构标记或由用途决定的、例如由于被剪切的构件引起的形状改变的基底板。
此外,图像处理尤其在待探测的对比度方面可以适配于构建平台的表面和材料以及粉末材料。此外,图像处理可以适配于明场和暗场照明。
升程步幅通常在高分辨率范围内,并且还能够适配于所使用的板尺寸。示例性的升程步幅在10μm至100μm、例如30μm或50μm的范围内。
总之,结合图7总结出在此公开的方法的示例性流程,该方法用于产生用于制造设备的在高度上相对于工作面可移动的承载件的定位的控制信号。
在步骤61中,将构建平台布置在承载件上。现在应特定地针对该放置的构建平台进行承载件的定位。为此,在步骤63中,在承载件的区域中感测多个工作面的图像,其中,在感测多个图像中的一个图像之前分别调整承载件的图像特定的高度。此外,根据在高度上的改变方向施加或去除粉末层。然后例如借助摄像机感测得到的表面。在步骤65中,针对多个图像中的至少两个图像(例如通过(差异)图像处理)确定粉末边界走向,该粉末边界走向在构建平台的无粉末区域和被粉末覆盖区域之间形成。对于承载件的不同调整的、图像特定的高度感测图像。然后,基于至少两个粉末边界走向产生用于定位承载件的控制信号(步骤67)。这样产生的控制信号由操控单元接收,然后该操控单元根据控制信号使承载件定向(步骤69)。
粉末边界走向可以通过图像彼此的比较和/或通过所述图像中的至少一个图像与完全闭合的粉末层的参考图像的比较来确定(步骤63A)。可选地,在步骤63B中,可以产生具有完全闭合的粉末层的图像作为参考图像。
在步骤65A中,由至少两个粉末边界走向的相对位置确定倾斜角度。这样例如可以确定两个粉末边界走向之间在工作面的平面中的距离,并且由此以及由对应的高度改变来计算出倾斜角度。此外,在步骤65B中,可以由所述至少两个确定的粉末边界走向中的至少一个粉末边界走向确定在工作面中的倾斜轴线方向。此外,补充地或替代地,可以在步骤65C中由所述至少两个确定的粉末边界走向中的至少一个粉末边界走向确定零位,其中,在所述零位中,构建平台的上侧应位于工作面的平面内。零位可以由承载件的至少一个图像特定的高度来确定,在该零位中,对应的至少一个粉末边界走向靠近中心地走向经过构建平台,或者,在该零位中,在完成定向和不同高度的重复图像感测之后在构建平台上不再有粉末。
在步骤67A中,例如倾斜角度控制信号作为用于定位的控制信号被输出给承载件的定向单元,该倾斜角度控制信号引起承载件绕着确定的倾斜轴线方向与所计算出的倾斜角度相反的倾斜。此外,作为步骤67B,零位调整信号作为用于定位的控制信号被输出给承载件的定向单元,该零位调整信号引起承载件到对应于零位的高度上的移动。
替代于借助摄像机产生图像数据,可以借助点/线传感器或扫描仪系统获得待分析处理的图像。作为扫描仪系统,例如可以使用制造设备的工作激光器的扫描仪,其中,整个图像由子图像/点组成。此外,也可以通过点/线传感器或摄像机的数据的机械移动和组合来产生图像,例如借助涂覆装置来移动传感装置系统。
此外,在此公开的方案能够延伸到(例如凹地或凸地)弯曲的表面,其中,待识别的粉末边界走向的成形则例如非线性地延伸。这种表面形状例如可以在补充的LMF结构中存在于已经部分预制的构件上。此外,在构建平台的修整/修改时可能发生这种变形。在这种表面形状的倾斜中,粉末边界走向在不同高度调整的情况下移动,但同样在构建平台上移动。
明确地强调,为了原始公开的目的,同样为了限制所要求保护的发明的目的,所有在说明书和/或权利要求中公开的特征应当被视为分开的和彼此独立的,并独立于实施方式和/或权利要求中的特征组合。明确地指出,为了原始公开的目的,同样为了限制要求保护的发明的目的,所有范围数据或单元组的数据均公开每个可能的中间值或单元子组,尤其也作为范围数据的边界公开。

Claims (16)

1.一种用于产生控制信号的方法,所述控制信号用于使制造设备(1)的在高度上相对于工作面(27)能移动的承载件(19)定位,其中,所述制造设备(1)构造为用于由粉末(5)增材制造三维构件(3),所述方法具有以下步骤:
将构建平台(17)布置(步骤61)在所述承载件(19)上;
感测(步骤63)所述工作面(27)在所述承载件(19)的区域中的多个图像(40A-40F),其中,在感测所述多个图像中的一个图像之前,调整所述承载件(19)的图像特定的高度并且根据在高度上的改变方向施加或去除粉末层;
对于所述多个图像(40A-40F)中的至少两个图像确定(步骤65)所述构建平台(17)的无粉末区域(48A)与被粉末覆盖区域(48B)之间的粉末边界走向(48),所述图像是针对所述承载件(19)的不同调整的、图像特定的高度感测的;和
基于至少两个粉末边界走向(48)产生(步骤67)用于定位所述承载件(19)的控制信号。
2.按照权利要求1所述的方法,其中,所述多个图像中的一个图像的粉末边界走向通过对该图像的图像处理进行并且为所述粉末边界走向(48)配属通过构建平台几何形状决定的过渡区、尤其是粉末中断线(49)。
3.按照权利要求1或2所述的方法,还具有:
通过图像的相互比较和/或通过将所述图像中的至少一个图像与完全闭合的粉末层的参考图像进行比较或产生差异图像,确定(步骤63A)所述粉末边界走向(48),并且还可选地具有:
将具有完全闭合的粉末层的图像感测(步骤63B)为参考图像。
4.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在借助涂覆装置(23)涂覆或者去覆层之后,在不同地调整承载件(19)的高度的情况下,所述粉末边界走向(48)与所述构建平台(17)的上侧相对于所述工作面(27)所存在的倾斜相应地移动,并且所述方法还具有:
由至少两个粉末边界走向(48)的相对位置确定(步骤65A)倾斜角度,并且其中,所述方法还可选地具有:
确定两个粉末边界走向(48)之间在所述工作面(27)的平面中的距离;
由所确定的距离和对应的高度变化计算倾斜角度。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法,还具有:
由至少两个所确定的粉末边界走向(48)中的至少一个粉末边界走向确定(步骤65B)在所述工作面(27)中的倾斜轴线方向。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法,还具有:
将倾斜角度控制信号作为用于定位的控制信号输出(步骤67A)给所述承载件(9)的定向单元,所述倾斜角度控制信号引起所述承载件(9)绕着所确定的倾斜轴线方向与计算出的倾斜角度相反地倾翻。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法,还具有:
由至少两个所确定的粉末边界走向(48)中的至少一个粉末边界走向确定(步骤65C)零位,其中,在所述零位中,所述构建平台(17)的上侧位于所述工作面(27)的平面中,或者,
在完成倾翻补偿之后,确定重新产生的图像序列中的一个图像的高度,在该高度处,无粉末的区域在整个构建平台上延伸。
8.按照权利要求7所述的方法,其中,由所述承载件(19)的至少一个图像特定的高度确定所述零位,在该高度处,对应的至少一个粉末边界走向靠近中心地走向经过所述构建平台(17)。
9.按照权利要求7或8所述的方法,其中,所述承载件(19)在它的高度方面相对于所述工作面(27)被这样调整,使得在根据倾斜角度控制信号倾斜之后,所述构建平台(17)的上侧位于所述工作面(27)的平面中。
10.按照权利要求7至9中任一项所述的方法,还具有:
将零位调整信号作为用于定位的控制信号输出(步骤67B)给所述承载件(9)的定向单元,所述零位调整信号引起所述承载件(9)移动到配属于所述零位的高度。
11.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其中,根据相对于所述工作面(27)的高度差已增大还是减小来对粉末层进行涂覆或去涂层。
12.按照前述权利要求中任一项所述的方法,其中,在反复的探测过程中感测所述工作面(27)的多个图像,在所述探测过程中,反复地进行所述构建平台(17)的多个涂覆或去涂层过程,并且在各个涂覆或去涂层过程之间使所述承载件(19)的高度以预先确定的高度变化改变,其中,这样地选择所调整的高度的范围,使得至少在所述多个图像的一些图像中能够至少部分地在粉末层中识别出、尤其从该粉末层中突出所述构建平台。
13.一种用于由粉末(5)增材制造三维构件的制造设备(1),具有:
提供工作面(27)的制造空间(9),所述制造空间包括平台区域(17A);
构建缸(21),该构建缸具有在高度上能移动的承载件(19),在所述承载件上,所述三维构件(3)应被逐层地制造在构建平台(17)的表面上;
定向设备(35),用于使所述承载件(19)相对于所述工作面(27)定位;
移动设备(19),用于粉末在平台区域(17A)中的涂覆和/或去涂层;
图像产生设备,用于获得所述平台区域(B17A)的图像数据;和
控制单元(37),所述控制单元为了接收所述图像数据而与所述图像产生设备连接并且为了调整所述承载件(19)的高度和定向而与所述定向设备(35)连接,并且,所述控制单元还构造为用于按照权利要求1至12中任一项所述的方法分析处理所述图像数据。
14.按照权利要求13所述的制造设备(1),其中,所述定向设备(35)构造为用于将所述承载件(19)在它的高度方面相对于所述工作面(27)移动和/或用于调整所述承载件(19)相对于所述工作面(27)的倾斜,并且,
所述涂覆装置(23)是刷涂覆装置或具有软的涂覆唇的涂覆装置。
15.按照权利要求13或14所述的制造设备(1),还具有:
作为图像产生设备的摄像机(31),和/或
用于照明所述平台区域(17A)的照明设备(33),并且可选地具有用于产生射束的照射系统(15),所述射束用于照射在所述平台区域(17A)中的粉末(5)以逐层地制造所述三维构件(3)。
16.一种用于使制造设备的布置在能移动的承载件(19)上的构建平台(17)的表面定向的方法,所述制造设备用于在所述构建平台(17)上由粉末(5)增材制造三维构件(3),所述制造设备尤其是按照权利要求13至15中任一项所述的制造设备,所述方法具有以下步骤:
接收根据按照权利要求1至12中任一项所述的方法产生的控制信号以定位所述承载件(19),和
根据所述控制信号使所述承载件(19)定向(步骤69)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017223223A1 (de) * 2017-12-19 2019-06-19 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren für den additiven Aufbau einer Struktur und Computerprogrammprodukt
US11433617B2 (en) * 2019-01-29 2022-09-06 General Electric Company Method and apparatus for process monitoring in additive manufacturing utilizing an image of a negative structure
US11679551B2 (en) 2019-02-28 2023-06-20 General Electric Company Compensating laser alignment for irregularities in an additive manufacturing machine powderbed
US11872755B2 (en) * 2019-05-16 2024-01-16 Canon Kabushiki Kaisha Method for manufacturing product, and additive manufacturing apparatus
DE102022110658A1 (de) 2022-05-02 2023-11-02 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Vermessen einer Bauplattform einer generativen Fertigungsvorrichtung, Steuervorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens, generative Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Steuervorrichtung, Verfahren zum generativen Fertigen eines Bauteils und Computerprogrammprodukt

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103660300A (zh) * 2013-12-04 2014-03-26 北京太尔时代科技有限公司 一种自动调平的3d打印机及其打印方法
CN203957356U (zh) * 2014-05-21 2014-11-26 北京易速普瑞科技有限公司 一种3d打印机自动调平装置和3d打印机
DE102014213888A1 (de) * 2014-07-16 2016-01-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems Justiervorrichtung und Justierverfahren
DE102014014888A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Einrichtung und Justierung einer Bauplatte
US20160175935A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 MTU Aero Engines AG Device for the additive manufacture of a component

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITVR20120231A1 (it) 2012-11-20 2014-05-21 Sisma Spa Macchina per produrre oggetti tridimensionali a partire da materiali in polvere
DE102015211538A1 (de) * 2015-06-23 2016-12-29 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bauzylinder-Anordnung für eine Maschine zur schichtweisen Fertigung dreidimensionaler Objekte

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103660300A (zh) * 2013-12-04 2014-03-26 北京太尔时代科技有限公司 一种自动调平的3d打印机及其打印方法
CN203957356U (zh) * 2014-05-21 2014-11-26 北京易速普瑞科技有限公司 一种3d打印机自动调平装置和3d打印机
DE102014213888A1 (de) * 2014-07-16 2016-01-21 Eos Gmbh Electro Optical Systems Justiervorrichtung und Justierverfahren
DE102014014888A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Einrichtung und Justierung einer Bauplatte
US20160175935A1 (en) * 2014-12-17 2016-06-23 MTU Aero Engines AG Device for the additive manufacture of a component

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