CN111448014A - 交错校准及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

用于校准增材制造设备的方法，设备和程序。在一个方面，公开了一种用于校准增材制造设备的方法。该方法包括在第一扫描区内形成第一固化部分，其中通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料来形成第一扫描区内的固化部分。该方法还包括在第二扫描区内形成第二固化部分，其中在构建单元位于不同于所述第一位置的第二位置时，通过照射构建材料来形成第二扫描区内的第二固化部分。基于检测到的第一固化部分和第二固化部分的对齐来确定的增材制造设备的对齐。

Description

交错校准及其使用方法
技术领域
本公开涉及一种用于增材制造设备中的交错校准的改进的方法和设备。
背景技术
增材制造(AM)技术可以包括例如电子束自由成形制造、激光金属沉积(LMD)、激光金属丝沉积(LMD-w)、气体金属电弧焊、激光工程净成形(LENS)、激光烧结(SLS)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、粉末进给定向能量沉积(DED)和三维打印(3DP)。与减材制造方法相比，AM处理大体涉及一种或多种材料的堆积，以制成净形或近净形(NNS)的物体。尽管“增材制造”是工业标准术语(ASTM F2792)，但AM包含各种名称已知的各种制造和原型技术，包括自由成形制造、3D打印、快速原型/工具等。AM技术能够使用多种材料制造复杂的部件。通常，独立的物体可以使用计算机辅助设计(CAD)模型来制造。例如，特定类型的AM处理使用能量束(例如，电子束或电磁辐射(例如激光束))来烧结或熔化粉末材料和/或线材，从而创建材料粘合在一起的固体三维物体。
选择性激光烧结、直接激光烧结、选择性激光熔化和直接激光熔化是常用工业术语，用于指代通过使用激光束烧结或熔化细粉末来生成三维(3D)物体。例如，美国专利4,863,538和美国专利5,460,758描述了常规的激光烧结技术。更具体地，烧结需要在低于粉末材料的熔点的温度下融合(团聚)粉末的颗粒，而熔化则需要完全熔化粉末的颗粒以形成固体均质体(solid homogeneous mass)。与激光烧结或激光熔化相关联的物理处理包括热传递到粉末材料，然后烧结或熔化粉末材料。电子束熔化(EBM)利用聚焦的电子束以熔化粉末。这些处理涉及连续熔化粉末层以使用金属粉末构建物体。
图1是示出用于直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)的示例性常规系统110的横截面视图的示意图。设备110通过使用由源(例如激光器120)生成的能量束136烧结或熔化粉末材料(未示出)以逐层的方式(例如，出于说明目的放大了比例的层L1、L2和L3)构建物体，例如部件122。通过能量束熔化的粉末通过贮存器126供应，并使用在方向134上行进的重涂覆器臂116均匀地铺展在构建板114上以保持粉末处于水平118，并将粉末水平118以上延伸的多余的粉末材料移除到废料容器128。在振镜扫描仪132的控制下，能量束136烧结或熔化正在构建的物体的横截面层(例如，层L1)。降低构建板114，并且将另一层粉末(例如，层L2)铺展在构建板和正在构建的物体上，随后通过激光器120连续熔化/烧结粉末。重复该处理，直到部件122完全由熔化的/烧结的粉末材料堆积。激光器120可以通过包括处理器和存储器的计算机系统控制。该计算机系统可以确定每个层的扫描图案，并根据扫描图案控制激光器120以照射粉末材料。在部件122的制造完成后，可以将各种后处理程序应用于部件122。后处理程序包括例如通过吹扫或抽真空、机械加工、打磨或喷砂移除多余的粉末。此外，常规的后处理可以包括例如通过机械加工从构建平台/基板移除部件122。其他后处理程序包括压力释放处理。另外，热和化学后处理程序可以用于完成部件122。
上述AM处理通过执行控制程序的计算机进行控制。例如，设备110包括执行固件的处理器(例如，微处理器)、操作系统或在设备110和操作员之间提供接口的其他软件。计算机接收要形成的物体的三维模型作为输入。例如，使用计算机辅助设计(CAD)程序生成三维模型。计算机分析模型，并为模型中的每个物体提出工具路径。操作员可以限定或调整扫描图案的各种参数，例如功率、速度和间距，但通常不直接编程工具路径。本领域普通技术人员将完全理解，上述控制程序可以适用于任何上述AM处理。此外，上述计算机控制可以适用于任何减材制造或在任何后处理或混合处理中应用的任何前处理或后处理技术。
当使用AM处理形成部件时，AM设备在逐层构建期间的各种处理参数可能会对部件的质量和完成的部件的尺寸精度产生重大影响。AM设备具有大量部件，必须对所有部件进行校准以创建一致且尺寸精确的部件。例如，在上述设备中，振镜(galvanometer)可以用于引导激光束以在构建的每一层期间融合粉末的区域。在该示例中，振镜的正确校准对于确保准确的构建至关重要。此外，在下面公开的AM设备中，还需要校准构建单元和/或构建平台的移动。因此，本发明涉及AM设备以及校准AM设备的方法。
发明内容
在一个方面，公开了一种用于校准增材制造设备的方法。该方法包括在第一扫描区内形成第一固化部分，其中通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料来形成第一扫描区内的固化部分。该方法还包括在第二扫描区内形成第二固化部分，其中在构建单元位于不同于第一位置的第二位置时，通过照射构建材料来形成第二扫描区内的第二固化部分。增材制造设备的对齐基于检测到的第一固化部分和第二固化部分的对齐而更新。
在另一方面，公开了一种用于校准增材制造设备的方法。校准方法可以包括在第一扫描区内形成第一固化部分，其中通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料来形成第一扫描区内的固化部分。此外，第二固化部分形成在第二扫描区内，其中第二扫描区内的第二固化部分是通过在构建单元处于不同于第一位置的第二位置时照射构建材料而形成的。基于以下但不限于以下中的至少一个来校准设备：第一固化部分和第二固化部分的偏移程度，框架之间的偏斜以及第一固化部分和第二固化部分的重叠程度。
在另一方面，公开了一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，该程序被配置为使计算机执行用于增材制造设备的校准方法。校准方法包括在第一扫描区内形成第一固化部分，其中在构建单元位于第一位置时通过照射构建材料形成第一扫描区内的固化部分。校准方法还包括在第二扫描区内形成第二固化部分，其中在构建单元处于不同于所述第一位置的第二位置时，通过照射构建材料来形成第二扫描区内的第二固化部分。基于以下但不限于以下中的至少一个来校准设备：第一固化部分和第二固化部分的偏移程度，框架之间的偏斜以及第一固化部分和第二固化部分的重叠程度。
附图说明
结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的一个或多个示例方面，并且与详细描述一起用于解释其原理和实施方式。
图1是用于形成部件的至少一部分的常规增材制造技术的侧视图。
图2是根据本公开的一方面的构建单元的横截面侧视图；
图3是根据本公开的一个方面的增材制造设备的构建单元和一部分旋转构建平台的横截面侧视图；
图4是根据本公开的一个方面的具有两个构建单元的大型增材制造设备的简化俯视图。
图5是示出根据本公开的一个方面的两个相邻扫描区内的交错校准区域的示例的俯视图；
图6是示出根据本公开的一个方面的大型增材制造机器的校准过程的一个示例的流程图；
图7是示出根据本公开的一个方面的交错校准的几个示例的俯视图。
具体实施方式
尽管已经结合以上概述的示例性方面描述了本文所述的各方面，但是各种替代，修改，变化，改进和/或基本等同物，无论是已知的还是不可预见或当前不可预见的，对于至少具有本领域普通技术的人员来说可以变得显而易见。因此，如上所述的示例性方面旨在是说明性的，而不是限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在涵盖所有已知的或以后开发的替代，修改，变化，改进和/或基本等同形式。
图2示出了可与本发明一起使用的大型AM设备的一个实施例的示例。该设备包括定位系统(未示出)，构建单元400，该构建单元400包括照射发射引导装置401，层流气流区域404，以及在被构建的物体415下方的构建板(未示出)。最大构建区域由定位系统(未示出)限定，而不是像常规系统那样由粉末床来限定，并且进行特定构建的构建区域可以受限于构建封套414，其可以与物体一起动态地构建。通常，本发明中使用的定位系统可以是任何多维定位系统，例如台架系统，三角机器人，电缆机器人，机器人臂等。照射发射引导装置401可以通过第二定位系统(未示出)独立地在构建单元400内部移动。可以控制构建单元外部的大气环境，即“构建环境”或“隔离区(containment zone)”，使得相对于典型的周围空气减少氧气含量，并且使环境处于减压状态。在一些实施例中，所使用的重涂覆器是选择性重涂覆器。选择性重涂覆器411的一个实施例在图2中示出。要注意的是，尽管图2示出了示例，但是本发明还适用于单个固定式扫描仪，多个固定式扫描仪和/或多个固定式和/或移动的构建单元。
在激光源的情况下，也可能存在照射源，该照射源产生包括由照射发射引导装置所引导的激光照射的光子。当照射源是激光源时，照射发射引导装置可以是例如振镜扫描仪，并且激光源可以位于构建环境之外。在这些情况下，可以通过任何合适的手段，例如，光纤电缆，将激光照射传输到照射发射引导装置。当照射源是电子源时，则电子源产生包含由照射发射引导装置所引导的电子束的电子。当照射源是电子源时，照射发射引导装置可以是，例如，偏转线圈。当根据本发明的实施例的大型增材制造设备在运行时，如果照射发射引导装置引导激光束，则通常有利的是包括基本上提供层流气流区域的气流装置404。电子束也可以代替激光被使用或与激光结合使用。电子束是众所周知的照射源。例如，Larsson的题为“用于生产三维产品的布置和方法”的美国专利号7,713,454讨论了电子束系统，并且通过引用而在此结合。
气流装置404可以向加压出口部分(未示出)和真空入口部分(未示出)提供气体，该加压出口部分和真空入口部分可以向气流区域403和重涂覆器405提供气流。在气流区域404上方有外壳418，外壳418可包含惰性环境419。重涂覆器405可包括料斗406，其包括后板407和前板408。重涂覆器405还具有至少一个致动元件409，至少一个闸板410，重涂覆器刀片411，致动器412和重涂覆器臂413。重涂覆器安装在安装板420上。图2还示出了可以通过例如增材制造或Mig/Tig焊接来构建的构建封套414，形成的物体415，以及容纳在料斗405中用于形成物体415的粉末416。在该特定示例中，致动器412激活致动元件409以将闸板410从前板408拉开。在实施例中，致动器412可以是例如气动致动器，并且致动元件409可以是双向阀。在实施例中，致动器412可以是例如音圈，并且致动元件409可以是弹簧。在前板408和后板407之间还存在料斗间隙417，当通过致动元件将相应的闸板从粉末闸门拉开时，该料斗间隙417允许粉末流动。粉末416，后板407，前板408和闸板410可以全部是相同的材料。替代地，后板407，前板408和闸板410可以全部是相同的材料，并且该材料可以是与任何所需材料兼容的材料，例如钴铬合金。在本发明的一个实施例的该特定图示中，气流区域404中的气流沿x方向流动，但是也可以相对于构建单元沿任何期望的方向流动。重涂覆器刀片411在x方向上具有宽度。当θ2近似为0时的照射发射束的方向在此视图中定义了z方向。气流区域404中的气流可以基本上是层流的。照射发射引导装置401可以通过第二定位系统(未示出)独立地移动。该图示示出了处于关闭位置的闸板410。
还要注意，尽管上述选择性粉末重涂覆机构405仅包括单个粉末分配器，但是粉末重涂覆机构也可以包括包含多种不同材料粉末的多个隔室。
当闸板410在打开位置时，料斗中的粉末被沉积以形成新的粉末层521，新的粉末层521被重涂覆器刀片511抹平以形成基本上均匀的粉末层。在本发明的一些实施例中，可以在构建单元移动的同时照射基本均匀的粉末层，这将允许构建单元的连续操作并因此更快地生产物体。
图3示出了包括构建单元302的细节的制造设备300的侧视图，该构建单元被描绘在构建平台的远侧。移动构建单元302包括照射束引导机构506，具有在一定方向上向气流区538提供气流的气体入口和气体出口(未示出)的气流机构532，以及粉末重涂覆机构504。在该示例中，流动方向基本上沿着X方向。在气流区538上方，可以有外壳540，该外壳540包含惰性环境542。安装在重涂覆器板544上的粉末重涂覆机构504具有粉末分配器512，粉末分配器512包括后板546和前板548。粉末重涂覆机构504还包括至少一个致动元件552，至少一个闸板516，重涂覆器刀片550，致动器518和重涂覆器臂508。在该实施例中，致动器518激活致动元件552，以将闸板516从前板548拉开，如图3所示。在前板548和闸板516之间还有间隙564，当通过致动元件552将闸板516从前板548拉开时，间隙564允许粉末流动到旋转的构建平台310。旋转的构建平台310可以由电动机316可旋转地控制。
图3示出了构建单元302，其中闸板516处于打开位置。粉末分配器512中的粉末515被沉积以形成新的粉末层554，通过重涂覆器刀片510，该新的粉末层554在旋转的构建平台310的顶表面的一部分(即，构建或工作表面)上被抹平，以形成基本上均匀的粉末层556，然后粉末层556由照射束558照射成作为被打印物体330一部分的熔融层。在一些实施例中，可以在构建单元302移动的同时照射基本上均匀的粉末层556，这允许构建单元302的连续操作，并且因此可以更节省时间地生产被打印或生长的物体330。在旋转的构建平台310上构建的物体330在粉末床314中示出，该粉末床314由外部构建壁324和内部构建壁326约束。在本发明的一个实施例的该特定说明中，气流区域532中的气流在x方向上流动，但是也可以相对于构建单元在任何期望的方向上流动。
注意，尽管上述选择性粉末重涂覆机构504仅包括单个粉末分配器，但是粉末重涂机构也可以包括容纳多种不同材料粉末的多个隔室。
构建单元的附加细节和可以根据本发明使用的单个和/或多个单元的定位机构可以在以下专利中发现：美国专利申请号15/610,177，标题为“使用可移动的构建体积的增材制造(Additive Manufacturing Using a Mobile Build Volume)”，代理人案卷号037216.00103，于2017年5月31日提交；美国专利申请号15/609,965，标题为“用于连续增材制造的设备和方法(Apparatus and Method for Continuous AdditiveManufacturing)”，代理人案卷号037216.00102，于2017年5月31日提交；美国专利申请号15/610,113，标题为“利用动态生长的构建壁来实时同时增材和减材制造的方法(Methodfor Real-Time Simultaneous Additive and Subtractive Manufacturing With aDynamically Grown Build Wall)”，代理人案卷号037216.00108，于2017年5月31日提交；美国专利申请号15/610,214，标题为“用于实时同时和校准的增材和减材制造的方法(Method for Real-Time Simultaneous and Calibrated Additive and SubtractiveManufacturing)”，代理人案卷号037216.00109，于2017年5月31日提交；美国专利申请号15/609,747，标题为“利用回收未使用的原料的机构来实时同时增材和减材制造的设备和方法(Apparatus and Method for Real-Time Simultaneous Additive and SubtractiveManufacturing with Mechanism to Recover Unused Raw Material)”，代理人案卷号037216.00110，于2017年5月31日提交；美国专利申请号15/406,444，标题为“使用动态生长的构建封套的增材制造(Additive Manufacturing Using a Dynamically Grown BuildEnvelope)”，代理人案卷号037216.00061，于2017年1月13日提交；美国专利申请号15/406,467，标题为“使用可移动的构建体积的增材制造(Additive Manufacturing Using aMobile Build Volume)”，代理人案卷号037216.00059，于2017年1月13日提交；美国专利申请号15/406,454，标题为“使用可移动的扫描区域的增材制造(Additive ManufacturingUsing a Mobile Scan Area)”，代理人案卷号037216.00060，于2017年1月13日提交；美国专利申请号15/406,461，标题为“使用选择性重涂覆器的增材制造(AdditiveManufacturing Using a Selective Recoater)”，代理人案卷号037216.00062，于2017年1月13日提交；美国专利申请号15/406,471，标题为“大型增材机器(Large Scale AdditiveMachine)”，代理人案卷号037216.00071，于2017年1月13日提交，其公开通过参考并入本文。
上述增材机器的一个优点是，在一些实施例中，构建板可以竖直固定(即在z方向上)。这允许构建板根据需要支撑尽可能多的材料，与需要一些机构来升高和降低构建板从而限制可以使用的材料量的现有技术的方法和系统不同。因此，大型增材机器特别适合于在大的构建封套内制造物体。对于构建封套，封套的精度和质量可能相对不重要，从而有利地使用快速构建技术。通常，构建封套可以通过任何合适的方式(例如通过Mig或Tig焊接，或通过激光粉末沉积)来构建。如果壁是通过增材制造构建的，那么不同的照射发射引导装置可以用于构建壁而不是用于构建物体。这是有利的，因为构建壁可以利用特定的照射发射引导装置和方法更快地完成，而可能需要较慢且更准确的引导装置和方法来构建物体。
例如，如图4所示，本发明的系统和方法可以使用两个或更多个构建单元来构建一个或多个物体。构建单元的数量，物体及其相应的大小仅受设备的物理空间配置限制。图8示出了根据本发明实施例的大型增材制造机800的俯视图。有两个构建单元802A和802B安装到定位系统801。有z横梁803A和803B，用于在z方向上移动构建单元。有x横梁804A和804B，用于在x方向上移动构建单元。构建单元802A和802B通过在y方向上移动单元的机构805A和805B而被附接到x横梁804A和804B。该视图中未显示正在形成的物体。可以使用一个或两个构建单元(包括通过激光粉末沉积)来构建一构建封套(此视图中也未显示)。构建封套也可以通过例如焊接来构建。通常，使用本发明的方法和系统可以同时构建任何数量的物体和构建封套。
如上所述，构建单元(例如，如图2和图3所示)和/或多个构建单元可以用于选择性地提供构建材料(例如粉末)，并且在扫描区内至少部分地熔化或烧结该构建材料。随着使用AM设备制造的部件的尺寸增加，部件的部分可能需要构建单元才能移动到另一个扫描区。此外，构建的部分可能需要连接两个或更多个扫描区以形成AM构建的单个较大的至少部分固化的层。图4示出了一个简化的示例。在图4中，两个构建单元802A和802B被安装到定位系统801，该定位系统801可以允许构建单元沿着x，y和z方向移动。此外，定位系统801可以允许构建单元绕轴线806和808旋转。定位系统可能依赖于一系列电动机和传感器来精确地移动构建单元。例如，如图4所示，构建单元802A可以熔融扫描区812A内的区域。然后，构建单元802可以移动到第二扫描区812B以熔融构建的第二部分，从而在两个扫描区812A和812B内形成较大的熔融区域。类似地，构建单元可以熔融扫描区814A内的区域，然后可以移动以熔融构建的第二部分，从而在两个扫描区814A和814B内形成更大的熔融区域。构建单元802B可以熔融扫描区816A内的区域。然后，构建单元802B可以移动到第二扫描区816B以熔融构建的第二部分，从而在两个扫描区816A和816B内形成较大的熔融区域。进一步，可以使用构建单元802B在扫描区818B内形成第一熔融区域，并使用构建单元802A在扫描区818A内形成熔融区域的第二部分。如上述示例场景所示，使用移动的构建单元和/或多个构建单元熔融AM构建的层需要精确定位构建单元。因此，确保移动构建单元的电动机和传感器被精确校准变得越来越重要。此外，可能还需要确保对振镜扫描仪，激光和/或电子束进行校准，以确保每个扫描区内的熔融区域匹配并与后续扫描区内的连接的熔融区域正确接合。
此外，当使用如图3所示的AM设备时，可能还需要校准移动的构建平台310。因此，本发明适用于典型的AM机器，以及具有移动构建单元和与移动构建平台(例如，如图3所示)协作使用的移动构建单元的AM机器。
如上所述，构建单元(例如，如图2和3所示)用于选择性地提供构建材料(例如，粉末)，并至少部分地熔化或烧结扫描区内的构建材料。随着使用AM设备制造的部件的尺寸增加，部件的部分可能需要构建单元才能移动到另一个扫描区。此外，构建的部分可能需要连接两个或更多个扫描区，以形成AM构建的单个较大的至少部分固化的层。
为了校准定位系统和/或扫描系统，如图5所示，可以在同一构建单元的两个不同位置处或者使用两个构建单元，在第二扫描区902附近形成第一扫描区901。虽然图5示出了正方形扫描区，但是注意，本发明不限于此。例如，在所示的具有移动设备(例如，旋转的构建平台)的方面中，如图3所示，例如，扫描区可以是饼形的，或者可以包括两个弧形和/或圆形边界和两个线性边界。此外，在另一方面，扫描区可以是三角形，圆形，椭圆形或可以基于在AM工艺期间形成的物体而选择的任何其他形状。从而，本领域普通技术人员将理解，通篇提及的方法适用于具有任何形状边界的任何形状的扫描区。例如，第一扫描区可以代表在构建单元的第一位置(例如，如图2和图3所示的构建单元400和/或302)的可扫描区域的一部分，和/或可以代表如图3所示的构建平台310相对于构建单元302的第一位置。例如，第二扫描区902可以代表在构建单元的第二位置(例如，如图2和3所示的构建单元400和/或302)的可扫描区域的一部分，和/或可以代表如图3所示的构建平台310相对于构建单元302的第二位置。可扫描区域可以表示这样的表面区域，在该表面区域上照射源能够至少部分地在构建单元的特定位置处熔融构建材料。例如，参考图2，可扫描区域可包括粉末416B和/或熔融区域415的表面区域，在构建单元400相对于构建表面415和/或416B处于单个取向时，照射源402能够在其上进行操作(例如，能够熔融和/或烧结构建材料)。换句话说，区域901和902可以表示表面，该表面是构建单元和/或平台处于单个固定取向时总的可扫描区域的至少一部分。
如图4所示，可以通过软件选择每个扫描区域，该软件将期望AM构建的每一层划分为构建单元位置和光栅扫描区域。每个扫描区域812A-B，814A-B，816A-B和/或818A-B可以使用一系列固化线(未示出)形成。可以根据本发明使用的扫描策略的其他细节可以以下文件中找到：2017年3月7日提交的美国专利申请号15/451,108，题为“用于增材制造的三角形填充图案(Triangle Hatch Pattern for Additive Manufacturing)”，代理人案卷号为037216.00070；2017年3月6日提交的美国专利申请号15/451043，题为“填充图案的支腿消除策略(Leg Elimination Strategy for Hatch Pattern)”，代理人案卷号037216.00078；2017年3月15日提交的美国专利申请号15/459,941，题为“用于增材制造的恒定变化填充(Constantly Varying Hatch for Additive Manufacturing)”，代理人案卷号037216.00077，这些公开内容通过引用而结合于此。
为了校准定位系统和/或扫描系统，如图5所示，在同一构建单元的两个不同位置处或使用两个构建单元，在第二扫描区901附近形成第一扫描区902，其具有一系列标记作为固化线902、903、906、907和/或912。第二扫描区901可以形成有一系列标记，作为固化线901、908、909、910和/或911。相应扫描场上的刻度可以用于视觉(手动)和/或使用检测器确定扫描场之间的偏移。因此，一旦确定了偏移，就可以进行校正以补偿该偏移。这样的补偿可以例如是偏移值，在该偏移值处控制构建单元和/或如果检测到偏差和/或在视觉上认为偏差太大，则可以确定必须手动再校准AM机器。
注意，在整个说明书中，使用术语“被固化”和“固化”。但是，固化不限于构建材料的实际熔化和固化。例如，可以通过降低照射源功率(即，通过降低功率，照射源的散焦和/或通过提高形成标记的速度)来形成通篇提及的标记。因此，术语固化和被固化可以与构建材料中的变暗，标记或形成标记互换使用，并且可以包括构建材料中的变暗，标记或形成标记，代替构建材料的实际固化。在一示例中，可以在降低的照射源功率下形成标记，从而仅使构建材料(即粉末)变暗。通过使用上述降低的功率将固化线形成为标记，一旦对齐操作完成，就可以使用重涂覆器去除被标记的和/或变暗的粉末，并用新的粉末代替。作为替代，一旦已经进行了对齐操作，上述被标记的和/或变暗的粉末可被保留在构建材料中，并作为构建部件的一部分完全和/或部分地固化。
在第一扫描区902中的上述一系列标记902、903、906、907和/或912和/或在第二扫描区中的上述一系列标记901、908、909、910和/或911可以形成为游标刻度(Verner scale)的固化线。以刻度形成上述固化线允许在不需要显著放大的情况下检测每个扫描场之间的较小偏差。固化线可以是以固定的主刻度的恒定分数(fraction)间隔开。作为一个示例，每个扫描区902和901内的每个固化线可以在每个扫描区中以主刻度的十分之九间隔开。因此，当两个扫描区902和901相邻地形成且零点对齐时，每个扫描区刻度中的第一标记比第一主刻度标记等短十分之一。因此，在上述示例中，将存在整整十个标记时对齐。如果扫描区902和901少量错位，例如，错位了形成为固化线的主刻度的十分之一，则将要对齐的唯一一对标记将是第一对，因为这些是最初错位十分之一的唯一标记。同样，如果两个扫描区的位置错位十分之五，则例如，第五对扫描线将对齐。如上所述，通过使用游标原理(Vernerprinciple)在每个扫描区中形成固化线，可以以较小的放大倍数检测到每个扫描场之间的较小偏差。例如，如图5所示，与简单地检测每个场中的单个线段之间的错位相比，检测标记908、907、903和/或909之间的对齐可能更容易。因此，通过确定哪些固化线对齐，可以确定在Y方向上的偏移。此外，固化线909和903可以具有已知的长度，因此在图5所示的示例中，可以测量距离913以检测x方向上的尺寸偏移。注意，尽管上述示例公开了形成为固化线的刻度作为游标刻度，但是每个场中的标记还可以是单个标记，在要测量的每个场的标记之间具有偏移。此外，标记的刻度和间隔可以是任何期望的图案或方案，其将允许测量两个或更多个相邻或接近的扫描场的偏移。
注意，在与AM构建分开的一部分粉末处，第一扫描区902中的标记902、903、906、907和/或912和/或第二扫描区901中的一系列标记901、908、909、910和/或911可以形成为固化线，这可以允许在构建过程之前，之后和/或期间定期和/或连续监测校准。此外，上述标记也可以形成在构建本身内。例如，可以确定对于AM构建的层，整个扫描区901和902将被固化。因此，第一扫描区902中的标记902、903、906、907和/或912和/或第二扫描区901中的一系列标记901、908、909、910和/或911可以形成为固化线，之后，可以读取扫描线以确定AM设备的校准状态，一旦进行了偏移确定和/或确定AM设备在校准值内，则区901和/或902的其余部分可以被填充/被固化，以形成AM构件的一部分；此外，如果做出偏移确定，则可以使用新的偏移值来形成区901和/或902，以确定校正构建单元的任何错位。
图6示出了本发明的示例流程图。如上所述，根据本发明的校准过程可以由AM设备的操作者执行和/或校准可以由监测系统定期和/或连续地监测。例如，在步骤200中，校准刻度(例如，第一扫描区902中的标记902、903、906、907和/或912和/或第二扫描区901中的一系列标记901、908、909、910和/或911)可以形成为固化线。在手动校准的情况下，AM设备的操作者可以读取扫描场之间的偏移。一旦读取了偏移，就可以基于该偏移将偏移加载到AM设备控制系统中。偏移值可以从表中读取，例如，和/或可以基于偏移值来计算。注意，上述处理可以进一步由对齐检测单元执行。对齐检测单元可以包括本领域中已知的任何已知的基于视觉的传感器和/或密度测量传感器。传感器可以连接到计算机和/或微型计算机，以自动检测标记的对齐和/或偏移。在步骤204中，在将适当的偏移值应用于AM设备的操作参数，校准特征(例如，第一扫描区902中的标记902、903、906、907和/或912和/或第二扫描区901中的一系列标记901、908、909、910和/或911)可以再次形成为固化线，并且被读取和/或检测，以验证由于将偏移值结合到AM机器操作参数中，扫描场处于可接受的对齐状态。
在步骤205中，第一扫描区902中的AM设备固化线902、903、906、907和/或912和/或第二扫描区901中的一系列标记901、908、909、910和/或911的检测可以被周期性地或连续地存储和/或跟踪，以手动地或自动地生成与机器健康有关的趋势数据。例如，一旦将偏移值结合到特定的AM机器操作参数中，就可以以规则间隔重复上述检测和偏移值生成步骤；如果确定偏移值已经变得太大和/或偏移值随着时间逐渐增加，则可以确定需要重新校准，调整和/或更换AM设备的部件。如上所述，在步骤207和208中，可以确定，不使用多个偏移值或一个偏移值继续进行机器操作，或者AM设备的一部分是否需要或将需要更密集的维护操作。此外，例如，在步骤206中，可以连续地或周期性地监测AM设备的构建平台和/或工作台的各个部分，以确定是否需要基于工作台或构建平台的一部分(例如，区域1)的错位以及在构建平台或工作台的第二部分(例如，区域2)检测到不同的错位来调整偏移值。如上所述，构建平台或工作台的各个区域或部分可以被监测，并且可以随时间推移而被手动或自动监测为趋势数据，以确定是否可以不使用多个偏移值或一个偏移值继续机器操作，或者AM设备的一部分是否需要或将需要更密集的维护操作(例如校准，调整和/或更换)，这由步骤208表示。此外，在AM设备的正常操作期间，可以确定与工作台的第二部分(例如区域2)相比，操作参数需要工作台或构建平台的第一部分(例如区域1)中的第一偏移值，并且上述偏移值可以在后续期间或当前AM构建期间在机器操作中实现。如上所述，可以通过自动形成固化线、捕获固化线的对齐的图像来实现上述整个过程。基于捕获的图像，可以比较图像和/或可以检测对齐，并且可以由微型计算机或计算机计算偏移因子。一旦确定了偏移值，就可以基于该偏移值确定来调整振镜，电子束和/或激光源和/或照射源引导装置。偏移值确定和应用还可以应用于其他设备操作，例如，构建和/或多个构建单元(例如，如图2和3所示的构建单元400和/或302)和/或构建平台(例如，图3所示的平台310)的移动。
图7示出了从一个扫描区到另一扫描区的可能的对齐问题的各种扫描区的示例。应当注意，所示的扫描区仅是出于示例目的，并且本领域普通技术人员将理解，所示的示例不是穷举的。此外，为了说明的目的，图7中所示的对齐问题被扩大了。为了校准定位系统和/或扫描系统，如图7所示，第一扫描区701A可以在同一构建单元的两个不同位置处或者使用两个构建单元，在第二扫描区702A附近形成有一系列标记作为固化线710。第二扫描区702A可以形成有一系列标记作为固化线709。如上所述，该一系列固化线可以是刻度(例如，游标刻度)，用于视觉地(手动地)和/或使用检测器确定扫描场之间的偏移。扫描场组703示出了示例情况，其中，刻度的观察者和/或检测器/传感器和计算机可以确定不需要附加的偏移值。如图所示，部分708A和706B中的上述固化线可以对齐，这可以表示两个扫描区701A和702A在Y方向上正确对齐。此外，在部分708A和708B中的一系列固化可以具有已知的长度。因此，可以视觉地(手动地)和/或通过使用传感器/检测器来确定长度710A和720A在可接受范围内。因此，可以确定两个扫描区701A和702A在X方向上正确对齐，不需要将偏移值结合到AM设备的操作参数中。可以通过遵循图6中表示的过程来做出上述确定。
如上所述，上述一系列标记708和/或710可以形成为游标刻度的固化线。以刻度形成上述固化线允许在不需要显著放大的情况下检测每个扫描场之间的较小偏差。固化线可以如上所述以固定的主刻度的恒定分数间隔开。要注意的是，尽管上述示例公开了形成为固化线的刻度，作为游标刻度，但是每个场中的标记也可以是单个标记，其在被测量的每个场的标记之间具有偏移。此外，标记的刻度和间隔可以是任何期望的图案或方案，其将允许测量两个或更多个相邻或接近的扫描场的偏移。
此外，应注意，标记709和/或710可形成为在与AM构建分离的一部分粉末处的固化线，这可允许在构建过程之前，之后和/或期间定期和/或连续地监测校准。此外，上述标记也可以在构建本身内形成。例如，可以确定对于AM构建的层，整个扫描区701A和702A将被固化。因此，可以将第一扫描区701A中的标记710和/或第二扫描区702A中的一系列标记709形成为固化线，此后，可以读取扫描线以确定AM设备的校准状态，一旦做出了偏移确定和/或确定AM设备在校准值之内，区701A和/或702A的其余部分就可以被填充/固化，以形成AM构建的一部分。在上面的示例中，如果确定不需要偏移值，则随着AM构建的一部分固化，可以形成区701A和/或702A，而不会将任何其他偏移值结合到操作参数中。
第二示例性扫描区组713示出了第一扫描区701B和第二扫描区702B之间的可能的错位。第一扫描区701B可以在同一构建单元的两个不同位置处或者使用两个构建单元，在第二扫描区702B附近形成有一系列标记作为固化线711。第二扫描区702B可以形成有一系列标记作为固化线719。如上所述，该一系列固化线可以是刻度(例如，游标刻度)，用于视觉地(手动地)读取和/或使用检测器和/或传感器以确定扫描场之间的偏移。扫描场组713示出了示例情况，其中，刻度的观察者和/或检测器/传感器和计算机可以确定需要将偏移值结合到扫描单元(例如振镜)和/或用于移动构建单元的定位系统的操作参数中。如图所示，部分706B和708B中的上述固化线可以对齐，这可以表示两个扫描区701B和702B在Y方向上正确对齐。然而，部分706B和708B中的一系列固化可以具有已知的长度。因此，可以视觉地(手动地)和/或通过使用传感器/检测器来确定长度710B和720B在可接受范围之外。因此，可以确定两个扫描区701B和702B在X方向上未正确对齐。可以确定错位，并且可以将偏移值结合到AM设备的操作参数中以补偿错位。可以通过遵循图6中表示的过程来做出上述确定。
类似地，对于上述示例，标记711和/或719可以在与AM构建分离的一部分粉末处形成为固化线，这可以允许在构建过程之前，之后和/或期间定期和/或连续地监测校准。此外，上述标记也可以在构建本身内形成。例如，可以确定对于AM构建的层，整个扫描区701B和702B将被固化。因此，第一扫描区701B中的标记711和/或第二扫描区702B中的一系列标记719可以形成为固化线，此后，可以读取扫描线以确定AM设备的校准状态，一旦做出了偏移确定和/或确定AM设备在校准值之内，区域701A和/或702A的其余部分就可以被填充/固化以形成AM构建的一部分；此外，如果确定了偏移，则可以使用新的偏移值来形成区域701A和/或702A，以确定校正构建单元的任何错位情况。
第三示例性扫描区组723示出了第一扫描区722和第二扫描区721之间可能的错位。第一扫描区722可以在同一构建单元的两个不同位置处或者使用两个构建单元，在第二扫描区721附近形成有一系列标记作为固化线750。第二扫描区721可以形成有一系列标记作为固化线760。如上所述，该一系列固化线可以是刻度(例如，游标刻度)，以用于视觉地(手动地)读取和/或使用检测器和/或传感器以确定扫描场之间的偏移。扫描场组723示出了示例情况，其中，刻度的观察者和/或检测器/传感器和计算机可以确定需要将偏移值结合到扫描单元(例如振镜)和/或用于移动构建单元的定位系统的操作参数中。如图所示，部分750和760中的上述固化线可以在部分716和718处对齐，这可以表示两个扫描区721和723在X方向上没有适当地对齐。然而，部分716和718中的一系列固化线可以具有已知的长度。因此，可以视觉地(手动地)和/或通过使用传感器/检测器来确定长度716和718在可接受的范围内。因此，可以确定两个扫描区723和721在X方向上未正确对齐，而在Y方向上适当地对齐。可以确定错位，并且可以将偏移值结合到AM设备的操作参数中以补偿错位。可以通过遵循图6中表示的过程来做出上述确定。
类似地，对于上述示例，标记750和/或760可以在与AM构建分离的一部分粉末处形成为固化线，这可以允许在构建过程之前，之后和/或期间定期和/或连续地监测校准。此外，上述标记也可以在构建本身内形成。例如，可以确定对于AM构建的层，整个扫描区723和721将被固化。因此，可以将第一扫描区723中的标记750和/或第二扫描区721中的一系列标记760形成为固化线，此后，可以读取扫描线以确定AM设备的校准状态，一旦做出了偏移确定和/或确定AM设备在校准值之内，区域723和/或721的其余部分就可被填充/固化以形成AM构建的一部分；此外，如果确定了偏移，则可以使用新的偏移值来形成区域723和/或721，以确定校正构建单元的任何错位。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则它们意图在权利要求的范围内。本领域普通技术人员可以混合和匹配来自所描述的各种实施例的各方面以及每个此类方面的其他已知等效物，以根据本申请的原理构造其他实施例和技术。

Claims (20)

1.一种用于校准增材制造设备的方法，其特征在于，包括：
在第一扫描区内形成第一固化部分，其中，所述第一扫描区内的所述固化部分是通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料而形成的；
在第二扫描区内形成第二固化部分，其中，所述第二扫描区内的所述第二固化部分是通过在所述构建单元处于不同于所述第一位置的第二位置时照射构建材料而形成的，其中，基于以下中的至少一个来校准所述设备：所述第一固化部分和所述第二固化部分的偏移程度，以及所述第一固化部分和所述第二固化部分的重叠程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建单元还包括至少第一构建单元和第二构建单元，其中，所述第一构建单元在所述第一扫描区内形成所述第一固化部分，其中，所述第二构建单元在所述第二扫描区内形成所述第二固化部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一固化部分包括第一系列的固化线，并且所述第二固化部分包括第二系列的固化线，其中，所述第一系列的固化线和所述第二系列的固化线形成为游标刻度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过检测以下中的至少之一来确定偏移值：所述第一固化部分和所述第二固化部分的偏移程度，以及所述第一固化部分和所述第二固化部分的重叠程度；和
使用所述偏移值来校准所述增材制造。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述偏移值应用于振镜和定位装置中的至少一个的操作。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述偏移和所述重叠中的至少一个关于时间的存储来确定趋势数据；
基于所述趋势数据来确定所述增材制造设备的至少一个部件的操作状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一固化部分和所述第二固化部分是通过照射粉末层而形成的，其中，所述第一固化部分和第二固化部分是在所述粉末层中的所述第一扫描区和所述第二扫描区中形成的唯一固化部分。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，通过照射粉末层来形成所述第一固化部分和所述第二固化部分，其中，在所述第一扫描区或所述第二扫描区中形成第三固化部分之前，在所述第一扫描区和所述第二扫描区中形成所述第一固化部分和所述第二固化部分。
9.一种用于校准增材制造设备的方法，其特征在于，包括：
在第一扫描区内形成第一固化部分，其中，所述第一扫描区内的所述固化部分是通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料而形成的；
在第二扫描区内形成第二固化部分，其中，所述第二扫描区内的所述第二固化部分是通过在构建单元处于不同于所述第一位置的第二位置时照射构建材料而形成的；
检测所述第一固化部分和所述第二固化部分；和
基于检测到的所述第一固化部分和所述第二固化部分的对齐来确定所述增材制造设备的对齐。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，其中，所述第一固化部分包括第一多条固化线，并且所述第二固化部分包括第二多条固化线，其中，确定增材制造设备的对齐还包括：
确定所述第一多条固化线中的哪一条与所述第二组固化线对齐，其中，基于所述第一多条固化线中的至少一条和所述第二多条固化线中的至少一条的对齐来确定所述构建单元沿第一轴线的对齐。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，其中，确定所述构建单元的对齐还包括：
确定所述第一多条固化线中的至少一条与所述第二多条固化线中的至少一条之间的间距，其中，基于所述间距来确定所述构建单元沿第二轴线的对齐。
12.一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，所述程序被配置为使计算机执行用于增材制造设备的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：
在第一扫描区内形成第一固化部分，其中，所述第一扫描区内的所述固化部分是通过在构建单元处于第一位置时照射构建材料而形成的；
在第二扫描区内形成第二固化部分，其中，所述第二扫描区内的所述第二固化部分是通过在所述构建单元处于不同于所述第一位置的第二位置时照射构建材料而形成的，其中，基于以下中的至少一个来校准所述设备：所述第一固化部分和所述第二固化部分的偏移程度，以及所述第一固化部分和所述第二固化部分的重叠程度。
13.根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于，其中，所述构建单元还包括至少第一构建单元和第二构建单元，其中，所述第一构建单元在所述第一扫描区内形成所述第一固化部分，其中，所述第二构建单元在所述第二扫描区内形成所述第二固化部分。
14.根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于，其中，所述第一固化部分包括第一系列的固化线，并且所述第二固化部分包括第二系列的固化线，其中，所述第一系列的固化线和所述第二系列的固化线形成为游标刻度。
15.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，其中，所述方法还包括：
通过检测以下中的至少一个来确定偏移值：所述第一固化部分和所述第二固化部分的偏移程度，以及所述第一固化部分和所述第二固化部分的重叠程度；和
使用所述偏移值来校准所述增材制造。
16.根据权利要求15所述的校准方法，其特征在于，其中，所述方法还包括：
将所述偏移值应用于振镜和定位装置中的至少一个的操作。
17.根据权利要求15所述的校准方法，其特征在于，其中，所述方法还包括：
基于所述偏移和所述重叠中的至少一个关于时间的存储来确定趋势数据；
基于所述趋势数据来确定所述增材制造设备的至少一个部件的操作状态。
18.根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于，其中，所述第一固化部分和所述第二固化部分是通过照射粉末层而形成的，其中，所述第一固化部分和第二固化部分是在所述粉末层中的所述第一扫描区和所述第二扫描区中形成的唯一固化部分。
19.根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于，其中，通过照射粉末层来形成所述第一固化部分和所述第二固化部分，其中，在所述第一扫描区或所述第二扫描区中形成第三固化部分之前，在所述第一扫描区和所述第二扫描区中形成所述第一固化部分和所述第二固化部分。
20.根据权利要求12所述的校准方法，其特征在于，其中，将所述第一固化部分和所述第二固化部分烧结至粉末层。
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