CN114364473A - 用于增材制造部件的方法、装置、控制方法和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增材制造部件(2)的方法，其中将粉末状或线状的金属构建材料逐层沉积在平台(4)上，使用主加热装置(7)熔化金属构建材料，具体是使用激光束或电子束(14)熔化金属构建材料，并且使用感应加热装置(8)加热金属构建材料，该感应加热装置(8)具有带有感应发电机(16)的交流电压供应装置(9)和能够在平台(4)上方移动的至少一个感应线圈(10)。控制感应发电机(16)使得感应发电机(16)在至少一个感应线圈(10)的不同指定位置处以不同的输出功率驱动。此外，本发明还涉及一种装置、控制方法和存储介质。

Description

用于增材制造部件的方法、装置、控制方法和存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造部件的方法，其中将粉末状或线状的金属构建材料逐层沉积在平台上，使用主加热装置(特别是使用激光束或电子束)熔化金属构建材料，并且使用感应加热装置加热金属构建材料，该感应加热装置具有带有感应发电机的交流电压供应装置和可在平台上方移动的至少一个感应线圈。此外，本发明还涉及一种装置、控制方法和存储介质。
背景技术
用于增材制造部件的工艺在现有技术中是已知的，仅举几个例子，该工艺例如是选择性激光熔化(SLM，Selective Laser Melting)或等离子粉末熔覆(PTA，等离子转移弧)。
在用粉末状金属构建材料增材制造部件时，通常将粉末状金属构建材料逐层施加到平台上，并且在每一层施加之后，使用主加热装置局部熔化或烧结，例如在选择性激光熔化的情况下，通过激光束在通常也称为构建和连接区的加工区域中熔化，从而逐步构建部件。例如，CO2激光器、Nd:Yag激光器、Yb光纤激光器或二极管激光器可以用作激光源。
相反，在等离子粉末逐层熔接的情况下，例如，在将粉末状金属构建材料施加到平台之前和/或同时，将粉末状金属构建材料注入等离子射流中并由其熔化。沉积前熔化的原理通常也用于由线状金属构建材料制造部件。
还已知金属构建材料可以在其熔化之前、期间和/或之后使用感应加热装置加热。例如，通过在金属构建材料熔化之前对其进行感应加热，即预热，可以避免热裂。通过主加热装置和感应加热装置同时加热金属构建材料提供了增加热功率的优点。熔化后进行感应加热使得能够控制金属构建材料和/或部件的冷却。这可以防止部件的冶金性能由于冷却过快而劣化。总体而言，除了主加热装置之外，使用感应加热装置能够更好地控制金属材料的加热和冷却，并使得材料性能改善。
感应加热装置的基本原理是基于交流电压供应装置的感应发电机向感应线圈供给高频交流电压，从而在感应线圈中建立交变磁场，相应的高频交流电流流过该感应线圈。这继而导致在位于感应线圈附近的金属中感应出涡流，从而导致金属升温。因此，感应加热装置仅局部地在限于感应线圈导体周围的区域起作用，这需要感应线圈机械移动到要加热的特定位置。
出于这个原因，感应线圈通常布置成通过移动单元在平台上方移动。然而，感应线圈在平台上方的新位置的每次定位都会导致用于执行部件的增材制造过程的装置的物理变量发生变化，这反过来又导致感应发电机的可调用的最大输出功率也随着每个新位置而变化。
感应发电机的规则是，不得将其输出设置为超出允许频率范围运行的输出功率。特别是，不得将感应发电机的输出设置为高于所设计的固有最大输出功率，否则会损坏感应发电机。
然而，可调用的感应发电机的最大输出功率不是恒定的。如果所使用装置的移动单元包括至少一个导向件，感应线圈可以沿着该导向件在至少一个方向上往复移动，并且感应线圈通过该导向件被供给来自感应发电机的电能，在感应线圈与导向件电连接的情况下，这尤其可以通过滑动接触来实现，每次感应线圈重新定位时，感应线圈和感应发电机之间的电气线路长度都会延长或缩短。这反过来会影响总欧姆电阻，从而影响可以在相应位置调用的最大输出功率。
然而，即使感应线圈重新定位在平台上方的相同位置，与之前的定位相比，装置的物理量也可能发生变化，因此感应发电机可调用的最大输出功率也可能发生变化。例如，在滑动接触的情况下，可能是由于滑动接触在每次定位后与导向件接触的程度不同，这会影响总欧姆电阻，从而影响可调用的最大输出功率。
此外，由感应线圈的电感和欧姆损耗组成的阻抗以及由此可调用的最大输出功率可能会由于感应线圈在具有感应线圈的部件中感应出的涡流自激而改变。
感应发电机是已知的，其监测相关的物理量，并且例如通过在早期关断来对即将超过感应发电机的最大输出功率作出反应。以这种方式，防止了由于可能的过载而对感应发电机造成的损坏。但是，无法启用防止关机的措施。因此，难以实现包括这种感应发电机的装置的可靠操作。
此外，还有一些方法使感应发电机以远低于感应发电机实际可调用的最大输出功率的恒定输出功率运行。以这种方式，感应发电机的强制关闭得以防止，但同时热功率受到不必要的限制，这导致加热金属材料所需的时间增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供本文开头所述类型的方法，该方法至少部分地消除了现有技术中已知方法的缺点。
根据本发明，该目的通过控制感应发电机来解决，使得感应发电机在至少一个感应线圈的不同指定位置处以不同的输出功率驱动。
因此，本发明的构思基础为在平台上方或构建场地上方的感应线圈的不同位置处以不同的输出功率来运行感应发电机，而不是如在先前已知的方法中那样以恒定的输出功率运行，以便兼顾到感应发电机的随感应线圈的位置而变化的可调用最大输出功率。以这种方式，感应发电机可以在感应线圈的一位置以更高的输出功率运行，在该位置，与感应线圈的另一位置相比，可以获得更高的最大输出功率，这反过来又增加了感应线圈的热功率并减少了用于加热金属材料的所需时间。感应线圈可以仅在一个平面内移动，优选地在平行于平台平面的平面内移动。然而，感应线圈也可以在三维空间中移动。也就是说，至少一个感应线圈的指定位置也可以与平台具有不同的距离。至少一个感应线圈的指定位置可以以1mm的精度设置或设置为1mm的精度。优选地，至少一个感应线圈的指定位置设置为至多100μm的精度，特别优选地为至多10μm的精度。
根据本发明的一个实施例，对于至少一个感应线圈的每个指定位置，确定在相应指定位置处可调用的感应发电机的最大输出功率并且优选地，特别是以能够被重写的方式存储在存储设备中，并且直接跟随(directly following)可调用的最大输出功率的确定后，或者一旦在感应线圈再次接近指定位置时，控制感应发电机以低于在相应指定位置确定的可调用的最大输出功率的预定量的输出功率运行。特别地，在指定位置已经接近之后，在指定位置处执行对指定位置的可调用最大输出功率的确定。表述“直接跟随”意指即使感应线圈保持在当前的指定位置且为了加热金属材料而刚刚确定了相关的可调用最大输出功率，但感应发电机的输出功率会设置为低于刚刚确定的可调用最大输出功率的预定量。以此方式，防止感应发电机因超过适用于特定的指定位置的感应发电机的可调用最大输出功率而关闭。换言之，可以提前确定感应发电机在某个指定位置的可调用最大输出功率，并且可以在感应发电机达到临界极限之前及时启用合适的措施，例如下调感应发电机的输出功率，从而使感应发电机始终运行在非临界状态。这使得用于执行部件的增材制造工艺的装置能够可靠地运行。此外，提高了装置的可靠性。由于感应发电机的可调用最大输出功率是针对于感应线圈的每个指定位置而确定的，因此是已知的，因此感应发电机可以在每个具有尽可能高的输出功率的指定位置运行，并且感应线圈可以相应地在该指定位置实现尽可能高的热功率。
优选地，至少一个感应线圈设置成能够通过移动单元在平台上方移动，并且移动单元通过供电线电连接到交流电压供应装置，该供电线包括两个电导体，每个电导体中设置有电容器，使得感应线圈与电容器形成谐振电路。在这种情况下，在部件的增材制造方法中，对于至少一个感应线圈的任何指定位置，感应发电机的可调用最大输出功率可以通过以下项确定：
a)感应发电机的输出功率在输出功率下限和输出功率上限之间的预定输出功率范围内变化，优选为递增，并且在此过程中检测输出功率的测量值和频率的测量值，特别是通过检测电压和电流的测量值间接地检测输出功率的测量值，
b)可选地，每个输出功率的测量值与分配给它的频率的测量值一起存储，
c)对检测到的输出功率的测量值和频率的测量值进行预定的频率相关输出模型函数的曲线拟合，其中将总欧姆电阻的至少一个值以及供电线的两个电导体之间的绝缘电阻的值，特别是附加地将至少一个感应线圈的电感值确定为输出模型函数的自由参数，从而获得具有谐振峰的谐振曲线，总欧姆电阻具体包括至少一个感应线圈、移动单元和供电线的欧姆电阻；以及
d)从谐振曲线中，确定在感应线圈的相应指定位置可以调用的感应发电机的最大输出功率值。
在根据本发明的方法中，在各个指定位置处的总欧姆电阻值和绝缘电阻值可以通过对感应发电机的不同输出端的短扫描来确定，而这些输出端之前是无法访问的。因此，例如，可以连续监测总欧姆电阻以及时检测感应线圈、移动单元和/或供电线的缓慢变化，并在必要时采取措施。例如，可以在装置发生故障之前请求装置的维护。
在步骤a)中，例如可以从感应发电机的控制器或通过单独的测量单元获得输出功率、电压、电流和/或频率的测量值。
此外，在步骤a)中，感应发电机的输出功率可以从输出功率下限到输出功率上限连续和/或逐步地变化，优选在预定的、特别优选在均匀间隔的时间点变化。在此，输出功率优选地以斜坡的形式从输出功率r的下限增加到输出功率的上限。由于感应线圈定位后电流、电压和频率的调整相对较快(<100ms)，因此只需要几秒范围内的斜坡时间。具体地，输出功率以斜坡的形式从输出功率下限增加到输出功率上限，斜坡时间在50ms到10s的范围内，优选地在1s到2s的范围内。在此，1-2秒范围内的斜坡时间代表了所花费的时间和获得的数据质量之间的最佳折衷。斜坡时间可以是50ms、1s、2s或10s。特别地，“斜坡”可以定义为输出功率在预定时间内从诸如输出功率下限的当前值到达诸如输出功率上限的目标值的连续变化。该预定时间称为斜坡时间。然而，原则上，也可以在预定范围内以任何顺序设置不同的输出功率值。
在步骤b)中，可以根据存储的频率测量值绘制存储的输出功率测量值。
优选地，在步骤c)中的曲线拟合公式为：
Figure BDA0003516106210000041
或P(ω)＝I2·Z总(ω)
其中，
Figure BDA0003516106210000042
以及ω＝2πf
该曲线拟合公式用于频率相关输出模型函数，其中U是具体在交流电压供应装置(9)的输出端测量的电压，I是具体在交流电压供应装置(9)的输出端下游、优选在供电线(18)中、优选在电容器(21、22)之一和交流电压供应装置(9)之间测量的电流，Z总(ω)是至少一个感应线圈(10)、移动单元(11)、供电线(18)和电容器(21、22)的总阻抗，R总是总欧姆电阻，RISO是绝缘电阻，L是感应线圈(10)的电感，C1和C2是电容器(21、22)的电容，并且其中U和I假定为常数。
优选地，在步骤c)中，在曲线拟合中考虑自由参数的典型值范围或类似于待确定的谐振曲线的预制曲线，以减少曲线拟合所需的时间和资源。典型值范围和/或预制曲线可以存储在查找表中。
可以假设感应线圈的电感值是恒定的，因为与重新定位感应线圈时总欧姆电阻的变化相比，电感的变化相对较小。但是，也可以将电感值作为自由参数包括在内。
原则上，在步骤c)中获得的谐振曲线具体可以用于获得谐振频率、可调用的最大输出功率和总欧姆电阻(根据谐振峰的宽度)，由此可以计算感应线圈的电感。
在步骤c)中获得的谐振曲线可以绘制在曲线图上，特别是叠加在相互绘制的输出功率和频率测量上。
优选地，在步骤d)中，可调用的最大输出功率PMAX由谐振曲线P谐振(ω)通过代数法和/或数值法确定作为谐振曲线P谐振(ω)的最大值的谐振峰的高度来确定。例如，谐振曲线P谐振(ω)可以根据ω求导出来，并且可以将导数设置为零，以便通过求解所得的关于ω的方程来确定谐振频率或相关的角频率ωRes.。通过在P谐振(ω)中插入ωRes.，可以通过PMAX＝P谐振(ωRes.)来确定PMAX。
本发明的另一个实施例的特征在于，使用在步骤d)中确定的可调用最大输出功率和/或使用确定的阻抗，特别是总阻抗Z总(优选地在谐振频率处的总阻抗)或感应线圈的阻抗，确定在感应线圈的相应指定位置占主导的有功功率和/或无功功率。
具体来说，确定的阻抗可以进行多种评估：
-通过使用确定的阻抗确定有功功率和/或无功功率，可以确定部件处可用的热功率，
-因为由感应线圈和移动单元装置组成的装置的欧姆电阻一方面取决于组件中的实际热功率，另一方面还取决于移动单元装置中的损耗，因此在已知部件的情况下，例如在滑动接触情况下的接触电阻上可以推断出移动单元装置的当前状态，其中移动单元装置至少包括移动单元并且可选地还包括供电线，移动单元通过该供电线电连接到交流电压供应装置。
此外，感应线圈和移动单元装置中的输出损耗可以直接从欧姆电阻，特别是从总欧姆电阻计算，从而允许计算电磁场中的可用输出功率。
有利地，感应发电机的可调用最大输出功率，特别是附加的谐振曲线，与分配给它的感应线圈的指定位置一起被存储。
根据有利的实施例：
-感应线圈接近指定位置，并且在指定位置，感应发电机的输出功率从输出功率下限增加到一般的输出功率上限，已知感应发电机可以在感应线圈的任何预定位置可靠地运行，以及可以在指定位置确定可调用的感应发电机的最大输出功率，并且优选地其与分配给感应发电机的感应线圈的指定位置一起存储，以及
-在重新接近指定位置后，感应发电机的输出功率从输出功率下限增加到之前接近指定位置时可调用的感应发电机的最大输出功率，并且为指定位置确定可调用的感应发电机的新的最大输出功率，并且优选地与分配给感应发电机的感应线圈的指定位置一起存储，特别是先前为指定位置存储的可调用的最大输出功率被新的最大输出功率重写。
根据本发明，上述目的还通过一种用于增材制造部件的装置来解决，该装置具有用于在其上逐层施加粉末状或线状金属材料的平台；主加热装置，具体为激光束源或电子束源，其设置为用于熔化优选应用于平台的粉末状或线状金属构建材料；感应加热装置，其具有带有感应发电机的交流电压供应装置和至少一个感应线圈，该感应线圈可以在平台上方移动并设置成加热优选应用于平台的粉末状或线状金属构建材料；以及控制器。控制器设计和/或设置成控制感应发电机在至少一个感应线圈的不同指定位置处以不同的输出功率运行。
根据本发明的一个实施例，该装置包括处理装置，该处理装置配置成针对感应线圈的每个指定位置确定在相应指定位置处可调用的感应发电机的最大输出功率。优选地，存储装置设置成用于存储所确定的可调用最大输出功率，尤其是以可重写的方式。控制器可以设计和/或设置成在确定可调用的最大输出功率之后直接控制感应发电机，或者在感应线圈再次接近指定位置时立即控制感应发电机，使得感应发电机以低于在相应指定位置确定的可调用最大输出功率的预定量的输出功率运行。
至少一个感应线圈可以设置成可通过移动单元在平台上方移动。移动单元可以经由供电线电连接到交流电压供应装置。供电线可以包括两个电导体，在每个电导体中设置有至少一个电容器，使得感应线圈与电容器形成谐振电路。
包括控制器和处理装置的控制和处理单元可以配置和/或设置成通过控制器确定用于至少一个感应线圈的任何指定位置的感应发电机的可调用最大输出功率，该控制器配置和/或设置成在输出功率下限和输出功率上限之间的预定输出范围内改变、优选地递增感应发电机的输出功率。该装置可以包括测量单元，该测量单元包括电流表和电压表。电流表有利地位于振荡电路的电容器和交流电压供应装置之间。电压表有利地位于振荡电路的电容器和交流电压供应装置之间的区域中的两个电导体之间。测量单元优选地设置为在感应发电机的输出功率变化期间采集输出功率的测量值和频率的测量值，特别是通过采集电压和电流的测量值间接地采集输出功率的测量值。处理装置优选地配置和/或设置成执行预定的频率相关输出模型函数与所采集的输出功率和频率的测量值的曲线拟合，并且在这过程中确定总欧姆电阻的至少一个值和供电线的两个电导体之间的绝缘电阻的值，特别是另外确定至少一个感应线圈的电感值作为输出模型函数的自由参数，从而获得具有谐振峰的谐振曲线。此外，处理装置可以配置和/或设置成从谐振曲线中确定感应发电机的最大输出功率值，该值可以在感应线圈的相应指定位置处被调用。
控制系统可以配置和/或设置成从输出功率下限到输出功率上限连续和/或逐步地，优选在预定的、特别优选在均匀间隔的时间点改变感应发电机的输出功率。
为避免重复，关于进一步的可选特征，参考根据本发明的方法的上述描述。一般的装置及其单独的装置组件，例如控制器或处理装置，具体而言，可以形成和/或设置成执行前面结合根据本发明的方法的描述提到的任何处理步骤。
此外，本发明涉及一种用于控制根据本发明的装置的控制方法，其中根据本发明的装置被控制以执行根据本发明的方法。
此外，本发明涉及一种包括程序代码的存储介质，该程序代码在由计算装置执行时配置和/或设置成控制根据本发明的装置，使得该装置执行根据本发明的方法。
此外，本发明的特别有利的实施例和其他的实施例来自从属权利要求以及以上描述，其中，一组权利要求类别的独立权利要求也可以类似于另一组权利要求类别的从属权利要求和实施例而进一步发展，特别地，不同实施例或变体的各个特征也可以组合形成新的实施例或变体。
附图说明
结合参照附图，通过以下对根据本发明的实施例的增材制造部件的方法的实施方式的描述，本发明的进一步的特征和优点将变得清楚。其中：
图1是根据本发明的实施例的用于执行部件的增材制造工艺的装置的示意性侧视图，
图2是图1的装置的示意性俯视图，
图3是装置的谐振外部电路的电路图，其中绘制了电阻和电感，
图4是图3的电路图的简化图，以及
图5是在感应线圈位置处的谐振曲线的曲线图。
具体实施方式
在下文中，相同的附图标记指代相似的部件或部件的部分。
下面参照图1至图3所示的示例性装置1解释根据本发明的一个实施方式的方法，该装置1用于由粉末状金属构建材料增材制造部件2。
装置1包括粉末床空间3，其中设置有平台4，平台4在由X方向和Y方向跨越的平面内延伸并且可以在粉末床空间3内沿Z方向上下移动。装置1的粉末供应装置在当前情况下由粉末输送装置5和涂布刀6形成，该粉末供应装置适于将粉末供应到粉末床空间3并且将供应的粉末施加在均匀的粉末层中，粉末输送装置5和涂布刀6可以在整个平台4上沿X方向来回移动。
装置1还包括主加热设备，在本例中主加热设备是激光束源7，其可以是CO2激光器、Nd:Yag激光器、Yb光纤激光器或二极管激光器。此外，提供了感应加热装置8，其在本例中包括交流电压供应装置9和感应线圈10。感应线圈10和激光束源7设置成可在平台4上方一起移动。为此目的，设有具有第一导向件12和第二导向件13的移动单元11，其中，感应线圈10和激光束源7可一起沿第一导向件12在X方向上和沿第二导向件13在Y方向上来回移动。感应线圈10和激光束源7相对于彼此布置，使得在装置1的操作期间，从激光束源7射出的激光束14可以穿过感应线圈10的中心开口15。
交流电压供应装置9包括感应发电机16和变压器17。在本例中，变压器17与感应线圈10之间的距离小于感应发电机16与变压器17之间的距离。由于空间的原因，不能从附图中得出这种关系。因此，变压器17用于以尽可能小的损耗将感应发电机16的输出带到感应线圈10。交流电压供应装置9通过供电线18与移动单元11电连接。移动单元11设置成将经由供电线18供应的电能传输到感应线圈10。为此目的，移动单元11的导向件12、13本身用作电导体或在导向件12、13上设置电导体。不同导向件12、13的类似电导体在这里通过滑动接触彼此电连接。为了清楚起见，图中既没有示出导向件12、13的电导体也没有示出滑动接触。供电线18包括两个电导体19、20。电容器21设置在电导体19中并且电容器22设置在电导体20中。用于测量电流的电流表23位于电容器21和交流电压供应装置9之间。此外，用于分接电压的电压表24设置在两个电导体19、20之间并设置在电容器21、22和此处未示出的交流电压供应装置之间的区域中，电压表24和电流表23可替代地位于变压器17和感应发电机16之间。
感应线圈10、移动单元11的电导体、具有电容器21、22的供电线18和交流电压供应装置9形成所谓的谐振外部电路。更具体地，电容器21、22和感应线圈10形成串联谐振电路。
此外，装置1设置有包括控制器27和处理装置28的控制和处理单元26，以及存储装置29。测量单元25连接到处理装置28和存储装置29。存储装置29连接到控制器27和处理装置28。此外，处理装置28与控制器27连接。此外，控制器27用于控制平台4、粉末输送装置5、涂布刀6和移动单元11的运动。为了清楚起见，图中省略了相应的连接线。
图3示出了装置1的谐振外部电路的等效电路图。与图1和图2相比，控制和处理单元26以及存储装置29没有被特别示出。感应线圈10由其欧姆电阻30和其电感31表示。部件2用虚线框表示并具有欧姆电阻32。基于考虑由感应线圈10在部件2中感应并引起部件2的期望加热的涡流随感应线圈10的电感31产生自激这一事实，元件33与部件2的欧姆电阻32并联。在供电线18的电导体19、20之间引出的绝缘电阻器34与变压器17并联，漏电流IL流过该绝缘电阻器34。此外，在感应线圈10和绝缘电阻器34之间是阴影框35，其用于指示当感应线圈10重新定位时和/或当移动单元11的滑动接触以不同强度接触时的可变欧姆电阻。
图4以简化形式示出了图3的等效电路。使用元件36代替代表线圈的欧姆电阻的元件30，元件36代表总欧姆电阻R总(包括部件中的涡流)。以下关系适用于由感应线圈10、移动单元11、供电线18和电容器21、22组成的布置的总阻抗Z总(ω)：
Figure BDA0003516106210000091
其中ω＝2πf，并且其中C1表示电容器21的电容，C2表示电容器22的电容，RISO表示绝缘电阻34，L表示线圈的电感，R总表示由元件36表示的总欧姆电阻，其包括电感器10、移动单元11和供电线18的欧姆电阻，ω表示角频率，f代表频率。
对于频率相关输出模型函数，公式为：
Figure BDA0003516106210000092
或P(ω)＝I2·Z总(ω)
其中U表示通过电压表24测量的电压，I表示通过电流表23测量的电流。在本例中，假设U和I为常数。
为了生成部件2，在第一步中，使用粉末输送装置5和涂布刀6将均匀厚度的第一粉末床，即粉末状金属材料的第一粉末层施加到平台4。在下一步中，由激光束源7和感应线圈10组成的装置通过移动单元11移动到第一指定位置并由控制器27控制。由激光束源7产生的激光束14现通过感应线圈10的开口15引导到待处理的粉末床表面的一点上并且将其熔化。随后，熔化的粉末材料通过感应加热装置8加热，由此未处理的粉末材料不发生或至少基本上不发生加热。为了这个目的，感应发电机16的输出功率首先以斜坡的形式从本例的约0.5kW的输出功率下限增加到本例的约6.25kW的一般输出功率上限，为此已知感应发电机16可以可靠地工作在感应线圈10的任何预定位置。随着输出功率的增加，感应发电机16不断地将频率f移向谐振频率fRes.(ωRes.＝2πfRes.)。这里，输出功率P的测量值和频率f的测量值通过测量单元25确定。每个输出功率的测量值与相关的频率的测量值一起存储在存储装置29中。通过处理装置28将所得的输出功率的测量值与频率的测量值的关系绘制成曲线图，参见图5。
在下一步中，通过处理装置28执行上述频率相关输出模型函数P(ω)与所获取的输出功率和频率的测量值的曲线拟合。这里，为了简单起见，电感31的值L假定为恒定。总欧姆电阻36的值R总和绝缘电阻34的值RISO在曲线拟合时确定为输出模型函数P(ω)的自由参数。通过将确定的自由参数插入输出模型函数P(ω)，获得谐振曲线P谐振(ω)的函数。谐振曲线P谐振(ω)叠加在曲线图的测量点上，参见图5。所谓的谐振峰清晰可见。根据谐振曲线P谐振(ω)，现在将在感应线圈10的第一指定位置处可调用的感应发电机16的最大输出功率PMax的值确定为谐振峰的高度。更精确地，通过求解关于ω的P谐振(ω)，将谐振峰的高度确定为谐振曲线P谐振(ω)的最大值，将导数设置为零并求解所得的关于ω的方程，得到ωRes.，其在本例中约为260000Hz，将ωRes.插入P谐振(ω)得出可在第一指定位置调用的最大输出功率PMax的值，其在本例大约为7.75kW。PMax与第一指定位置一起存储在存储装置中。
在下一步中，由激光束源7和感应线圈10组成的装置通过移动单元11移动到第二指定位置并由控制器27控制。在此，通过激光束源7的激光束14熔化待处理的粉末床表面的另一区域。随后，通过感应加热装置8加热熔化的粉末材料。此处再次进行测量值的确定和测量值的处理，如之前已经结合第一位置详细描述的那样。以这种方式，由激光束源7和感应线圈10组成的装置通过移动单元11从一个位置移动到另一个位置，以便根据期望的部件结构选择性地熔化第一粉末层的粉末。
随后，平台4在Z方向上减少粉末层厚度的量。使用粉末输送装置5和涂布刀6，现将均匀厚度的第二粉末床，即粉末状金属构建材料的第二粉末层施加到平台4上。
由激光束源7和感应线圈10组成的装置通过移动单元11第二次移动到第一指定位置并由控制器27控制。首先，利用激光束源7的激光束14将第二待加工粉末层表面的一个点熔化。随后，通过感应加热装置8加热熔化的粉末材料。为此，感应发电机16的输出功率以斜坡的形式从输出功率下限增加到感应发电机16在最后接近第一位置时确定的可调用的最大输出功率PMax。再次，如之前详细描述的那样进行测量值的确定和测量值的处理。特别地，确定针对第一位置的感应发电机16的新的可调用的最大输出功率PMax并与感应线圈10的第一位置一起存储在存储装置29中。先前存储的可调用最大输出功率由重新确定的可调用最大输出功率重写。这个过程一直持续到部件2完全生成为止。
总之，由控制器27控制感应发电机16，使得在产生部件2的期间，感应发电机16在感应线圈10的不同指定位置处以不同的输出功率运行。更具体地，在感应线圈10接近的每个指定位置处，确定在该位置可调用的感应发电机16的最大输出功率并将其存储在存储装置29中。当感应线圈10再次接近该指定位置，感应发电机16通过控制器27进行控制，以使得感应发电机以低于在相应指定位置确定的可调用最大输出功率的预定量的输出功率运行。
尽管通过优选示例实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的保护范围的情况下从中得出其他变化。

Claims (13)

1.用于增材制造部件(2)的方法，其中将粉末状或线状的金属构建材料逐层沉积在平台(4)上，使用主加热装置(7)熔化金属构建材料，具体是使用激光束或电子束(14)熔化金属构建材料，并且使用感应加热装置(8)加热金属构建材料，所述感应加热装置(8)具有带有感应发电机(16)的交流电压供应装置(9)和能够在平台(4)上方移动的至少一个感应线圈(10)，其特征在于，控制感应发电机(16)使得感应发电机(16)在至少一个感应线圈(10)的不同指定位置处以不同的输出功率驱动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于至少一个感应线圈(10)的每个指定位置，确定感应发电机(16)的最大输出功率，所述最大输出功率在相应指定位置处是可调用的，并且优选地将所述最大输出功率存储在存储设备(29)中，特别是以能够被重写的方式存储，并且直接在确定可调用的最大输出功率之后，或者一旦在感应线圈(10)再次接近指定位置时，控制感应发电机(16)以低于在相应指定位置确定的可调用的最大输出功率的预定量的输出功率运行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个感应线圈(10)设置成能够通过移动单元(11)在平台(4)的上方移动，并且移动单元(11)通过供电线(18)电连接到交流电压供应装置(9)，所述供电线(18)包括两个电导体(19、20)，每个电导体(19、20)中设置有至少一个电容器(21、22)，使得感应线圈(10)与电容器(19、20)形成谐振电路，并且对于至少一个感应线圈(10)的任何指定位置，感应发电机(16)的可调用的最大输出功率可以通过以下项确定：
a)感应发电机(16)的输出功率在输出功率下限和输出功率上限之间的预定输出功率范围内变化，优选为递增，并且在此过程中检测输出功率的测量值和频率的测量值，特别是通过检测电压和电流的测量值间接地检测输出功率的测量值，
b)可选地，每个输出功率的测量值与分配给它的频率的测量值一起存储，
c)对检测到的输出功率的测量值和频率的测量值进行预定的频率相关输出模型函数的曲线拟合，其中将总欧姆电阻的至少一个值以及供电线(18)的两个电导体(19、20)之间的绝缘电阻(34)的值，特别是附加地将至少一个感应线圈(10)的电感值确定为输出模型函数的自由参数，从而获得具有谐振峰的谐振曲线，总欧姆电阻具体包括至少一个感应线圈(10)、移动单元(11)和供电线(18)的欧姆电阻；以及
d)从谐振曲线中，确定在感应线圈(10)的相应指定位置可调用的感应发电机(16)的最大输出功率值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将感应发电机(16)的可调用的最大输出功率，特别是附加的谐振曲线，与分配给感应发电机(16)的感应线圈(10)的指定位置一起存储。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，感应发电机(16)的输出功率从输出功率下限到输出功率上限连续和/或逐步地变化，优选在预定的、特别优选在均匀间隔的时间点变化，输出功率以斜坡的形式从输出功率下限增加到输出功率上限，斜坡时间在50ms到10s的范围内，优选地在1s到2s的范围内。
6.根据权利要求4和5所述的方法，其特征在于，
-感应线圈(10)接近指定位置，并且在指定位置，感应发电机(16)的输出功率从输出功率下限增加到一般的输出功率上限，已知感应发电机(16)能够在感应线圈(10)的任何预定位置可靠地运行，以及能够在指定位置确定可调用的感应发电机(16)的最大输出功率，并且优选地最大输出功率和与其关联的感应发电机的感应线圈(10)的指定位置一起存储，以及
-在重新接近指定位置后，感应发电机(16)的输出功率从输出功率下限增加到之前接近指定位置时确定的感应发电机(16)的可调用的最大输出功率，并且为指定位置确定感应发电机(16)的新的可调用的最大输出功率，并且优选地其与分配给感应发电机(16)的感应线圈(10)的指定位置一起存储，特别是先前为指定位置存储的可调用的最大输出功率被新的可调用的最大输出功率重写。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中的曲线拟合公式为：
Figure FDA0003516106200000021
或P(ω)＝I2·Z总(ω)
其中，
Figure FDA0003516106200000022
以及ω＝2πf
所述曲线拟合公式用于频率相关输出模型函数，其中U是具体在交流电压供应装置(9)的输出端测量的电压，I是具体在交流电压供应装置(9)的输出端下游、优选在供电线(18)中、优选在电容器(21、22)之一和交流电压供应装置(9)之间测量的电流，Z总(ω)是至少包括感应线圈(10)、移动单元(11)、供电线(18)和电容器(21、22)的总阻抗，R总是总欧姆电阻，RISO是绝缘电阻，L是感应线圈(10)的电感，C1和C2是电容器(21、22)的电容，并且其中U和I假定为常数。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，在曲线拟合中考虑自由参数的典型值范围或类似于待确定的谐振曲线的预制曲线，以减少曲线拟合所需的时间和资源，典型值范围和/或预制曲线存储在查找表中。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤d)中，可调用的最大输出功率PMAX由谐振曲线P谐振(ω)通过代数法和/或数值法确定作为谐振曲线P谐振(ω)的最大值的谐振峰的高度来确定。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其特征在于，使用在步骤d)中确定的可调用的最大输出功率，确定在感应线圈(10)的相应指定位置占主导的有功功率和/或无功功率，和/或根据权利要求7或权利要求8至9中任一项所述的方法，如果返回到权利要求7，其中，在步骤d)中，使用在谐振频率处确定的总阻抗Z总，确定在感应线圈(10)的相应指定位置处占主导的有功功率和/或无功功率。
11.用于增材制造部件(2)的装置(1)，其具有：
用于在其上逐层施加粉末状或线状金属构建材料的平台(4)，
主加热装置(7)，具体为激光束源(7)或电子束源，其设置为用于熔化优选应用于平台(4)的粉末状或线状金属构建材料，
感应加热装置(8)，其具有带有感应发电机(16)的交流电压供应装置(9)和至少一个感应线圈(10)，所述感应线圈(10)能够在平台(4)的上方移动并设置成加热优选应用于平台(4)的粉末状或线状金属构建材料，以及
控制器(27)，其特征在于，控制器(27)设计和/或设置成控制感应发电机(16)在至少一个感应线圈(10)的不同指定位置处以不同的输出功率运行。
12.用于控制根据权利要求11所述的装置(1)的控制方法，其中，控制所述装置(1)以执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
13.包括程序代码的存储介质，当由计算装置执行时，所述程序代码设计和/或设置成控制根据权利要求11所述的设备以执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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