CN113195130A - 运行制造设备的方法及用于由粉末材料增材制造构件的制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行基于粉末床的制造设备(1)的方法,该制造设备(1)用于由粉末材料(5)增材制造构件,其中,进行至少一个对在该制造设备(1)的构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录,对该至少一个光学记录进行局部评估,借助对该至少一个光学记录的评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法,该制造设备用于由粉末材料增材制造构件,以及一种用于实施这样的方法的制造设备。
背景技术
在这样的制造设备中,从进料容器中取出粉末材料并供给到由该粉末材料增材地制造构件的构建现场,如构建平台。特别是供给到由该粉末材料构成粉末床的构建现场。在此重要的是,设置在构建现场的工作粉末层是无缺陷的,尤其是完整且尽可能均匀的。在制造过程的开始,在构建现场特别是最初施加的工作粉末层的缺陷可能是由于进料容器中顶层粉末材料的不适当的拓扑结构造成的,例如由于该顶层不平,而是具有例如倒锥形的几何形状。在制造过程中,工作粉末层中的缺陷尤其可以是由于粉末剂量不足、工作粉末层被已构成的构件部分(例如熔融金属的边缘和/或竖立的烟尘颗粒)挤压、金属飞溅造成的,或者是由于烧结的材料在新施加的工作粉末层下具有更高的密度,即特别是具有比粉末材料更高的压实度,从而使粉末向下层的方向滑动造成的。为了对此进行补偿,必须在新的工作粉末层中施加更多的粉末材料,尤其是比作为在下层中已熔融的表面需要更多的粉末材料。由于上述原因,重要的是尽可能精确地监控所提到的粉末床,即在构建现场施加的工作粉末层。
在WO 2017/085468 A1中公开了一种光学监测这样的工作粉末层的方法,其中确定已记录的接续的粉末材料层的图像之间的简要差别,或者观察图像的行和/或列,其中后者的目的在于确定将粉末材料从进料容器输送到构建现场的输送机构的错误,特别是粉末推送器(Pulverschieber)的缺陷。这种方式不能对工作粉末层进行局部评估。此外该方法非常复杂并且计算开销高。
发明内容
本发明的目的是,提出一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法,以及一种用于由粉末材料增材制造构件的制造设备,其中克服了上述缺点。
本发明的目的通过独立权利要求的主题来实现,优选的实施方式由从属权利要求给出。
本发明的目的尤其是通过一种用于运行基于粉末床的制造设备的方法来实现,该制造设备用于由粉末材料增材制造构件,其中,进行至少一个对在该制造设备的构建现场上的粉末材料的工作粉末层的光学记录,即尤其是图像。对该至少一个光学记录进行局部评估,其中,借助对该至少一个光学记录的评估检查工作粉末层的局部涂层缺陷。该过程使得能够对工作粉末层进行局部评估并给出对可能的缺陷的判断。此外,在此提出的方法(以下还将详述)能够更简单且更少计算开销地执行。
增材制造尤其是被理解为对构件的生成制造。其中特别是由粉末材料逐层地构建构件,尤其涉及从选择性激光烧结、激光金属熔合(LMF)、选择性等离子体烧结、电子束熔化(EBM)、直接金属激光熔化(DMLM)、3D打印和电子束烧结组成的组中选出的制造方法。
工作粉末层尤其是理解为这样的粉末层:在该粉末层中在构建现场产生待制造的构件的新的层。工作粉末层也称为粉末床。
构建现场尤其是指制造设备中在其上由粉末材料构成所形成的构件的场所。在此其尤其可以是制造设备的构建平台。
优选将对至少一个光学记录进行局部评估理解为,在两维对该光学记录进行逐像素地或逐像素组地评估。在此像素组应理解为光学记录的在两维记录的两个图像坐标方向上受限的区域。因此,局部评估尤其是对在两个图像坐标上受限的图像区域的评估。因此,局部评估尤其是不涉及对光学记录的整个列或整个行的评估。优选对光学记录进行局部评估,这意味着该评估是逐个位置进行的,而不是全局概括。优选像素组或局部评估区域局限在一图像区域,该图像区域在每个图像坐标上包括一位数的像素或最多两位数的像素,特别是最少5个像素至最多11个像素,或者最少9个像素至最多21个像素,其中,优选每个图像坐标中的像素数是奇数。像素组或局部评估区域也可以更大,其中局部分辨率随像素组或局部评估区域的增大而降低。
根据本发明的扩展,借助对光学记录的评估来检查对工作粉末层的局部涂层缺陷,这些局部缺陷从涂覆不足区域、未涂覆区域、涂覆不均匀区域以及撕裂的边缘组成的组中选出。在此,涂覆不足区域指根据设定的涂覆量来说涂覆了过少粉末材料的区域。涂覆不均匀区域是相对于工作粉末层的设定均匀度来说涂覆不够均匀的区域。未涂覆区域是其中错误地未施加粉末材料的区域。撕裂边缘是其中粉末材料涂层错误地结束的区域。一般来说,涂层缺陷尤其是在构建现场利用粉末材料的涂覆的缺陷。
涂覆不足区域例如可以出现在当新施加的粉末材料滑入新的工作粉末层下的已熔化的区域中时,因为该已熔化的区域的体积小于未熔化的粉末材料的体积。未涂覆区域尤其可以是由于工作粉末层下的层中的突出部分(如熔融金属的边缘、烟尘颗粒或金属飞溅物)而造成的。涂覆不均匀区域例如可由将粉末材料从进料容器输送到构建现场的输送机构的故障或缺陷造成。撕裂边缘尤其是可以出现在涂覆区域和未涂覆区域彼此交界的地方。涂层缺陷还可以是由于进料容器中粉末材料的顶层的不足的形貌所引起的,尤其是在实际的构件制造开始之前在最初涂覆工作粉末层时。在此尤其是当粉末材料的顶层形成圆锥形时,通过输送机构输送到构建现场的粉末材料就会较少,从而导致出现涂覆不足区域和/或未涂覆区域。
根据本发明的扩展,以一定的分辨率来产生至少一个光学记录,该分辨率与粉末材料的平均粉末粒度的比率被选择为,使该光学记录中各个像素中的亮度变化能够根据粉末材料的粉末体的局部不同排列来确定。粉末体的局部不同排列被称为粉末微结构;从中产生的光学记录中各个像素中的亮度变化称为图像微结构。之前提到的对分辨率的选择尤其意味着,分辨率的高度要使单个颗粒的光学散射不会在一个像素上平均。通过这种方式,可以有利地对由于粉末微结构造成的局部图像微结构、即局部成像噪声进行评估,尤其是以便能够通过比较彼此接续的工作粉末层的光学记录来区分新涂覆的区域和涂覆不足或未涂覆的区域。事实上已经发现,局部图像微结构在新涂层的情况下,即在新涂覆的工作粉末层的情况下,由于各个粉末体重新排列,即尤其是新的工作粉末层相对于之前的工作粉末层改变了的粉末微结构而改变。而图像微结构在未涂覆的或涂覆不足的区域中则保持不变或几乎不变,因为在此粉末颗粒至少在相关的部分保持其定向。如果选择分辨率,使该效果不在记录的一个像素上平均,则对图像微结构的逐像素的或逐像素组的分析尤其是可以确定,在一个像素或一个像素组中成像的区域是否是新涂覆的区域,或者是否是未涂覆的区域或涂覆不足的区域。
要将图像微结构和成像噪声与记录系统造成的图像噪声相区分,图像噪声例如是传感器噪声、读取器噪声等,在此不予考虑。
在本发明方法的范围内优选这样选择亮度的信息深度,特别是量化亮度的位数,使得能够确定亮度变化。
粉末材料的平均粉末粒度在此尤其是理解为粉末材料的平均当量直径原则上可以使用不同的测量方法来确定粉末材料中的粒度分布,尤其是平均当量直径。但这并不重要,重要的是,选择光学记录的分辨率,使得最终可以确定上述亮度变化,并由此可以在新涂层的范围内评估改变了的局部图像微结构。例如铝粉的平均粉末粒度例如在10μm至53μm之间。
根据本发明的扩展,可以基于所确定的涂层缺陷推断出在进料容器中粉末材料的顶层的形貌。因此借助对工作粉末层的监视可以推断出进料容器中顶层的形貌。尤其是可以从构建现场上不完全的粉末涂层和/或不完全的粉末涂层的类型来推断进料容器中顶层的特定形貌,如孔洞或圆锥形。这种情况下不需要直接的测量系统来判断进料容器中的顶层。然后,优选基于所确定的涂层缺陷和/或所判断的顶层的形貌采取措施,以使该顶层的形貌接近预定的设定形貌。优选在开始制造构件之前、特别是开始时进行确定涂层缺陷和推断顶层形貌,以保障在实际制造开始时在进料容器中有合适的顶层形貌,由此可以无误差地显示工作粉末层。例如,可以有针对性地控制输送机构,以使进料容器中顶层的形貌接近预设设定形貌,特别是平坦的形貌。
根据本发明的扩展,在制造设备的持续运行中在逐层构建构件的过程中检查工作粉末层的涂层缺陷。由此可以避免在构建构件中的错误。尤其优选对每个新的工作粉末层检查涂层缺陷。优选在检测出涂层缺陷时采取措施,以消除涂层缺陷。在此特别是可以补充涂覆或重新涂覆工作粉末层,特别是直到工作粉末层不再有涂层缺陷。
根据本发明的扩展,将第一工作粉末层的第一光学记录与尤其是直接在前的第二工作粉末层的第二光学记录进行比较,其中,通过比较第一光学记录和第二光学记录来检查第一工作粉末层中的局部涂层缺陷。通过比较优选获得比较图像,其中,优选对比较图像局部地检查涂层缺陷的特征。以这种方式可以增量地或不同地确定前后接续的工作粉末层是否存在涂层缺陷,其中尤其是可以确定,在先拍摄的第二光学记录和后拍摄的第一光学记录之间局部图像微结构是否已改变。如上所述,完全的新涂层改变局部图像微结构,在此,可以通过局部图像微结构较小的改变或根本不改变来识别涂覆不足区域或未涂覆区域。优选第二工作粉末层是在制造构件的直接前一步骤中的工作粉末层,在本发明方法的范围内优选对每个新的工作粉末层连续地进行光学记录,并与直接在前的工作粉末层的直接在前的光学记录进行比较。
优选将第一光学记录与第二光学记录相关联。尤其是将第一光学记录与第二光学记录优选局部地,特别是逐像素地彼此相乘、相除、相减,和/或根据更复杂的函数进行计算。
根据本发明的扩展,在第一光学记录和第二光学记录之间的差别小于预定边界差或不存在的地方进行局部检测涂层缺陷。如上所述,工作粉末层的成功的新涂层或者新施加可以导致之前的工作粉末层和信工作粉末层的光学记录之间的局部差异,特别是在局部图像微结构中,其中,可以推断出相应的差异很小或不存在的地方存在局部涂层缺陷。
根据本发明的扩展,将第一光学记录尤其是局部地与第二光学记录相关联,产生相关图像,对该相关图像检查局部涂层缺陷。通过这种方式,可以对两个光学记录中的局部相关进行评估并就涂层缺陷进行检查。在此相关图像中较低程度的相关表示无错误地施加了新的工作粉末层,而相关图像中较高程度的相关则表示涂覆不足区域或未涂覆区域。
根据本发明的扩展,将第一光学记录尤其是局部地与第二光学记录相关联,其中,a)将第一光学记录与第二光学记录逐像素地彼此相乘,得到乘法图像;b)将第一光学记录逐像素地取平方,由此获得第一乘方图像;c)将第二光学记录逐像素地取平方,由此获得第二乘方图像;d)对该乘法图像、第一乘方图像和第二乘方图像分别进行局部平均,从而获得平均乘法图像、第一平均乘方图像,以及第二平均乘方图像,其中,e)通过将平均乘法图像除以第一平均乘方图像和第二平均乘方图像的积的平方根获得相关图像。
在此,以A表示第一光学记录,B表示第二光学记录,尖括号<>表示平均值,根据下式得到相关图像C:
优选逐像素地实施各项运算,即尤其是光学记录的乘法/平方、局部平均,以及除法、形成乘积和步骤e)中的提取平方根。
根据公式(1)的相关函数的优点在于,仅在光学记录之间的全局亮度差别没有影响。例如设第一光学记录A与第二光学记录B的区别仅在于全局亮度系数h不同,则B=h·A,由此通过提取系数h得到:
通过提取系数h得到:
因此,在这种情况下相关图像C表现得好像光学记录A、B是相同的。
但是局部差异、尤其是亮度变化在相关图像中具有影响,其中,由柯西-施瓦茨不等式(Cauchy-Schwarzschen Ungleichung)得出,相关图像C的值对于除了全局亮度差以外的相同像素=1,其中,所观察的像素之间之间的相关性越小,该值也越小。因此可以有利地借助相关图像C来识别,在构建现场的哪些区域中没有无缺陷的新涂层,其中,通过相关图像的接近于1的值可以识别涂覆不足区域和未涂覆区域,而无缺陷的新涂层则具有很小的值。
对各个图像的局部平均尤其是对于每个像素逐像素地实施,其中优选在各所观察的像素的作为在受限的像素区域上进行平均。该像素区域优选对每个像素以及对所以图像都是相同的。该平均尤其是可以在图像坐标上包括一位数的像素或较小的两位数的像素,特别是最少5个像素至最多11个像素,或者最少7个像素至最多21个像素,优选9个像素的区域中进行,其中,像素区域要求优选是正方形的,特别是具有9像素的边长。尤其优选在其周围进行平均的所观察的像素是该像素区域的中心像素。但所观察的像素也可以是像素区域的边缘像素或角像素。像素区域也可以更大或更小。
可以对在光学记录的边缘的像素选择其他像素区域(但优选具有相同的像素数),因为边缘像素在一侧、角像素在两侧不具有相邻像素。
特别是可以利用在此提出的方法对第一光学记录和第二光学记录之间图像微结构的改变进行评估。尤其是利用该方法可以在像素周围的局部区域中检查光学记录是否彼此相似。
在此提出的方法甚至对于非常薄的工作粉末层(最大层厚100μm,优选为60μm,更优选为40μm,或甚至更小)也能得到非常好的结果。因此借助该方法尤其是还可以自动地检测涂覆不足区域或未涂覆区域,一般肉眼无法看到的缺陷或涂层缺陷。
本发明的目的还通过一种用于由粉末材料增材制造构件的制造设备来实现,该制造设备具有构建现场,特别是构建平台,其设置用于在该构建现场上由粉末材料增材制造构件,特别是逐层地制造。以及光学记录装置,其设置用于对构建现场、尤其是其上的粉末材料的工作粉末层进行光学记录。该制造设备还具有控制装置,其设置用于对由光学记录装置记录的至少一个构建现场上的粉末材料的工作粉末层的光学记录进行局部评估,并借助该对光学记录的局部评估检查工作粉末层的局部涂层缺陷。粉末材料在构建现场上尤其以粉末床的形式出现。该制造设备同样具有结合本发明的方法所述的优点。
该制造设备尤其设置用于实施根据本发明的方法或以上所述的本发明方法的实施方式。
优选该制造设备具有局部可定向的能源,尤其是辐射源,其设置用于在构建现场、特别是构建平台上局部地将粉末材料连接到(尤其是熔融)待形成的构件的层。在此该制造设备尤其可以是激光射束装置、电子束装置、等离子装置等。
附图说明
以下借助附图详细描述本发明。其中示出:
图1示出制造设备的实施例的示意图;以及
图2示出了用于运行根据图1的制造设备的方法的示意图。
具体实施方式
在图1a)中以俯视图示出基于粉末床的制造设备1的实施例,在图1b)中示出制造设备1的侧视图。制造设备1设置用于由粉末材料5增材地、特别是生成地制造构件。制造设备1具有构建现场3,构建现场3设置用于在该构建现场3上逐层地由以粉末床形式存在的粉末材料5来制造构件,在此尤其是可以在该构建现场3上产生工作粉末层7。制造设备1还具有光学拍摄装置9,优选为照相机,其设置用于对构建现场3以及尤其是工作粉末层7进行光学记录。此外,制造设备1还具有控制装置11,控制装置11与光学记录装置9操作连接或集成在光学记录装置9中,其设置用于,对由光学记录装置9记录的至少一个工作粉末层7的光学记录进行局部评估,并借助该对光学记录的局部评估检查工作粉末层7的局部涂层缺陷。由此可以快速地、优选自动地且可靠地识别出工作粉末层7中或其上的局部涂层缺陷。
制造设备1具有至少一个进料容器,在此为第一进料容器13和第二进料容器15,在此借助输送机构17将粉末材料15从至少一个进料容器13,15中传送到构建现场3。输送机构17在进料容器13,15中分别包括一个可升降运动位移的往复活塞19,借助该往复活塞19可将相应的进料容器13,15中的粉末材料5向上输送到制造设备1的工作平台21的高度。输送机构17还包括粉末推送器23,利用该粉末推送器23可将粉末材料5在工作平台21上从至少一个进料容器13,15中输送到构建现场3,特别是构建平台25上。粉末材料5以工作粉末层7的形式被逐层地施加到构建现场3上,并通过未示出的能源、特别是辐射源局部固化,由此逐层地构建出构件。为了实现这一点,使工作活塞(Arbeitskolben)27在构建现场3上逐步地、特别是逐平面地降低,从而使得在粉末材料5在工作粉末层7内固化之后,在工作活塞27下降一个构建平面的距离之后,能够在构建现场3上施加一个新的工作粉末层7。
所示出的还有溢流容器29,过量的粉末材料5可以通过输送机构17、特别是粉末推送器23输送到溢流容器29中。
工作粉末层7的涂层缺陷可能在构件的制造过程中出现,尤其是由于在先前熔化的工作粉末层7中的体积收缩、由于在要新构建的工作粉末层7的平面中熔融的粉末材料突起的边缘、通过烟尘颗粒或通过金属飞溅而产生。但是涂层缺陷还可以最初在开始制造构件时在首次涂覆工作粉末层7时出现,尤其是由于粉末材料5在进料容器13,15中不适当的几何分布而产生。图1b)示意性示出在此第一粉末容器13用于构件的增材制造。而第二进料容器15则未使用。更确切地说,第二进料容器15新装了粉末材料5。在此,粉末材料5的顶层31具有不同于平坦的形貌的形貌,尤其是圆锥形的形貌。如果现在开始从第二进料容器15向构建现场3输送粉末材料5,则首先不能完全形成工作粉末层7,或者由于顶层31的圆锥形形貌而使粉末材料5形成构建现场3的不完全的涂层。因此必须在开始制造构件之前,使顶层接近预定形貌,特别是平坦的形貌,如对第一进料容器13所示出的那样,这样才能构建出无缺陷的构件。
由此,利用制造设备1以及在此提出的方法可以借助所确定的工作粉末层5中的涂层缺陷推断出顶层31的形貌,以及在制造设备1的持续运行中在逐层构建构件的过程中检查涂层缺陷。
在此,在对工作粉末层7检查局部涂层缺陷时,优选从涂覆不足区域、未涂覆区域、涂覆不均匀区域以及撕裂的边缘组成的组中进行选择。
优选以一定的分辨率通过光学记录装置9来进行光学记录,这样选择该分辨率与粉末材料5的平均粉末粒度的比率:使光学记录中各个像素中的亮度变化可以根据粉末体的局部不同排列来确定。
在通过制造设备1执行的方法的范围内,至少完成一个在构建现场3上的工作粉末层7的光学记录,其中,对该至少一个光学记录进行局部评估,其中,借助对该光学记录的评估检查工作粉末层7是否存在局部涂层缺陷。
优选将至少一个第一工作粉末层7的第一光学记录与先前构建步骤中的先前的第二工作粉末层7的第二光学记录进行比较,在此,通过比较第一光学记录和第二光学记录来检查第一工作粉末层7中的局部涂层缺陷。
在此优选在第一光学记录和第二光学记录之间的差别小于预定边界差或不存在的地方局部检测涂层缺陷。
优选将第一光学记录(特别是局部地)与第二光学记录相关联,在此,产生相关图像,对该相关图像检查局部涂层缺陷。
图2示出本发明方法的实施方式的示意图。在该实施方式中,将第一工作粉末层7的第一光学记录A与第二工作粉末层7、优选为紧接前一步的工作粉末层7的第二光学记录B相关联,其中,将第一光学记录A和第二光学记录B逐像素地彼此相乘,获得乘法图像AB。对第一光学记录A逐像素地取平方,由此获得第一乘方图像A2。对第二光学记录B同样逐像素地取平方,由此获得第二乘方图像B2。对乘法图像AB、第一乘方图像A2和第二乘方图像B2进行局部平均,由此首先得到第一平均乘方图像<A2>,其次得到第二平均乘方图像<B2>,第三得到平均乘法图像<AB>。
然后,特别是根据公式(1),通过将平均乘法图像<AB>除以第一平均乘方图像<A2>和第二平均乘方图像<B2>的积的平方根获得相关图像C。
在相关图像C中,无缺陷的新涂覆的新的工作粉末层7的区域相较于涂覆不足区域或未涂覆区域具有较低的相关值,而涂覆不足区域或未涂覆区域则具有较高的、特别是接近于1的相关值。在在此示出的相关图像C的例子中可以清楚看到撕裂边缘33,其将无缺陷的新涂覆的区域35与未涂覆区域37分开。
如果检测到涂层缺陷,则在本发明方法的范围内优选采取措施补偿该涂层缺陷,或消除造成涂层缺陷的原因。特别是可以采取措施使顶层31的形貌接近预定的设定形貌,尤其是通过适当地操纵输送机构17。在制造构件的过程中也可以采取措施在运行中消除工作粉末层7中的涂层缺陷,例如通过补充涂覆或重新涂覆。
Claims (10)
1.一种用于运行基于粉末床的制造设备(1)的方法,该制造设备(1)用于由粉末材料(5)增材制造构件,其中,
-进行至少一个对在该制造设备(1)的构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录,
-对该至少一个光学记录进行局部评估,
-借助对该至少一个光学记录的评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述工作粉末层(7)检查的局部涂层缺陷从涂覆不足区域、未涂覆区域、涂覆不均匀区域以及撕裂的边缘组成的组中进行选择。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,以一定的分辨率来产生所述至少一个光学记录,这样选择该分辨率与所述粉末材料(5)的平均粉末粒度的比率:使该光学记录中各个像素中的亮度变化能够根据所述粉末材料(5)的粉末体的局部不同排列来确定。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,基于所确定的涂层缺陷推断出在所述进料容器(13,15)中所述工作粉末层(5)的顶层(31)的形貌。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述制造设备(1)的持续运行中在逐层构建构件的过程中检查所述工作粉末层(7)的涂层缺陷。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,将第一工作粉末层(7)的第一光学记录(A)与先前的第二工作粉末层(7)的第二光学记录(B)进行比较,其中,通过比较所述第一光学记录(A)和所述第二光学记录(B)来检查所述第一工作粉末层(7)中的局部涂层缺陷。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,在所述第一光学记录(A)和所述第二光学记录(B)之间的差别小于预定边界差或不存在的地方局部检测涂层缺陷。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,将所述第一光学记录(A)与所述第二光学记录(B)相关联,产生相关图像(C),其中,检查所述相关图像(C)的局部涂层缺陷。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,其特征在于,将所述第一光学记录(A)与所述第二光学记录(B)相关联,其中,
a)将所述第一光学记录(A)与所述第二光学记录(B)逐像素地彼此相乘,得到乘法图像(AB);
b)将所述第一光学记录(A)逐像素地取平方,由此获得第一乘方图像(A2);
c)将所述第二光学记录(B)逐像素地取平方,由此获得第二乘方图像(B2);
d)对所述乘法图像(AB)、第一乘方图像(A2)和第二乘方图像(B2)进行局部平均,从而获得平均乘法图像(<AB>)、第一平均乘方图像(<A2>),以及第二平均乘方图像(<B2>),其中,
e)通过将所述平均乘法图像(<AB>)除以所述第一平均乘方图像(<A2>)和所述第二平均乘方图像(<B2>)的积的平方根获得相关图像(C)。
10.一种用于由粉末材料(5)增材制造构件的制造设备(1),具有
-构建现场(3),设置用于在该构建现场(3)上由粉末材料(5)增材制造构件,
-光学记录装置(9),设置用于对所述构建现场(3)进行光学记录,以及
-控制装置(11),设置用于对由所述光学记录装置(9)记录的至少一个所述构建现场(3)上的所述粉末材料(5)的工作粉末层(7)的光学记录进行局部评估,并借助该对光学记录的局部评估检查所述工作粉末层(7)的局部涂层缺陷。
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Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101678613A (zh) * | 2007-11-27 | 2010-03-24 | Eos有限公司电镀光纤系统 | 借助激光烧结制造三维物体的方法 |
DE102011009624A1 (de) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung |
DE102013214320A1 (de) * | 2013-07-22 | 2015-01-22 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts |
US20150177158A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-25 | General Electric Company | Operational performance assessment of additive manufacturing |
DE102015212837A1 (de) * | 2015-07-09 | 2017-01-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Überwachung eines Prozesses zur pulverbettbasierten additiven Herstellung eines Bauteils und Anlage, die für ein solches Verfahren geeignet ist |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101678613A (zh) * | 2007-11-27 | 2010-03-24 | Eos有限公司电镀光纤系统 | 借助激光烧结制造三维物体的方法 |
DE102011009624A1 (de) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Mtu Aero Engines Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Prozessüberwachung |
DE102013214320A1 (de) * | 2013-07-22 | 2015-01-22 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | Vorrichtung und Verfahren zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts |
US20150177158A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-25 | General Electric Company | Operational performance assessment of additive manufacturing |
DE102015212837A1 (de) * | 2015-07-09 | 2017-01-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Überwachung eines Prozesses zur pulverbettbasierten additiven Herstellung eines Bauteils und Anlage, die für ein solches Verfahren geeignet ist |
WO2017085468A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-26 | Renishaw Plc | An additive manufacturing method and apparatus |
DE102016207059A1 (de) * | 2016-04-26 | 2017-10-26 | MTU Aero Engines AG | Verfahren und Vorrichtung zum additiven Herstellen zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils |
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