CN114514082B - 分析传感器数据的设备及方法、装置、存储介质 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于分析传感器的传感器数据的设备，该传感器设置在通过使用能量束辐照原材料的层来制造三维工件的装置中。该设备包括控制单元，该控制单元被配置成接收传感器数据作为数据值的时间序列。每个数据值表示在制造三维工件期间装置内的工艺条件。控制单元还被配置成接收针对三维工件的规划数据。规划数据限定多个扫描向量和沿扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序。控制单元还被配置成将时间序列的数据值与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联，以形成针对相应扫描向量的多个数据值集合，并基于规划数据限定多个扫描向量中的至少两个扫描向量的组。该组的扫描向量满足预定的相似性准则。该控制单元还被配置成将该组中的第一扫描向量的数据值集合与该组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将该组中的第一扫描向量的数据值集合与从该组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较，并基于该比较来确定在该第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。此外，还提供了相应的方法和计算机程序产品。

Description

分析传感器数据的设备及方法、装置、存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于分析传感器的传感器数据的技术，该传感器设置在通过使用能量束辐照原材料的层来制造三维工件的装置中。该技术可以体现在设备、方法和计算机程序产品中的至少一个中。制造三维工件的装置可以是用于选择性激光熔化或选择性激光烧结的装置。
背景技术
粉末床熔融是一种增材分层工艺，通过该工艺，可以将粉状的，尤其是金属的和/或陶瓷的原材料加工成复杂形状的三维工件。为此，将原材料粉末层施加到载体上，并根据要制造工件的期望几何形状以位点可选择(site-selective)的方式对原材料粉末层进行辐射(例如，激光或粒子辐射)。辐射穿透粉末层使得对原材料粉末颗粒进行加热并因此使其熔化或烧结。然后，将原材料粉末层依次施加到载体上的已经经过辐射处理的层上，直到工件具有期望的形状和尺寸。粉末床熔融可用于，例如基于CAD数据，制造样机、工具、替换部件、高价值组件或医疗假体，例如牙科或矫形假体。粉末床熔融技术的例子包括选择性激光熔化和选择性激光烧结。
根据上述技术制造一个或多个工件的装置是众所周知的。例如，EP2961549A1和EP2878402A1描述了根据选择性激光熔化技术制造三维工件的装置。这些文献中描述的一般原理也可应用于本公开的技术。然而，本公开并不限于选择性激光熔化技术，并且可以应用于其他增材制造工艺，根据这些工艺可以通过辐射束来固化原材料层。
此外，还已知的是，通过提供至少一个传感器来监测制造过程的属性，该至少一个传感器在制造过程期间持续测量特定属性(例如物理条件)。例如，可以提供多个传感器，以测量装置的制造室内的温度、制造室内的氧含量、惰性气体压力和/或熔化池温度，即由辐射束引起的熔化池温度，其中辐射束照射到原材料上。具体地，已知提供了一种所谓的熔化池监测系统，该系统包括高温计形式的传感器，该传感器测量熔化池中产生的热辐射强度。更准确地说，高温计接收从熔化池发射的热辐射且该高温计被配置成测量热辐射的至少一个强度值。高温计(或连接到高温计的控制单元)可以基于测量出的强度值确定熔化池的温度。
可以将由相应传感器的测量得到的数据值存储在装置的控制单元的存储器中，已知的是，例如，以生成的数据值的二维图像来表示所制造的工件的层。基于该二维图像可以例如识别工件的层中传感器数据明显不同于其他区域的区域。这可能表明在所识别的区域中，工件的质量不同于其他区域的质量。
然而，通过执行这种形式的数据评估，会丢失有价值的信息而无法在数据评估中考虑这些信息。尤其是，不能将多个单独的数据点分配给所生成的工件的特定扫描向量。上述已知形式的数据评估的另一个缺陷是，当评估数据时已经进行了整个层的辐照，则不能够在对层进行辐照期间在线监测辐照，也不能够在对层进行辐照期间基于评估来调整辐照参数或停止辐照过程。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种解决上述问题和/或其他相关问题的设备和方法。具体地，本发明的目的是提供一种用于分析传感器的传感器数据的改进技术。
该目的通过根据本发明的设备、装置、方法和计算机可读存储介质来实现。
根据第一方面，提供了一种用于分析传感器的传感器数据的设备，该传感器设置在通过使用能量束辐照原材料的层来制造三维工件的装置中。该设备包括控制单元，该控制单元被配置成接收传感器数据作为数据值的时间序列。每个数据值表示在制造三维工件期间装置内的工艺条件。控制单元还被配置成接收针对三维工件的规划数据。规划数据限定多个扫描向量和沿扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序。控制单元还被配置成将时间序列的数据值与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联，以形成相应扫描向量的多个数据值集合，并基于规划数据限定多个扫描向量中的至少两个扫描向量的组。扫描向量组中的扫描向量满足预定的相似性准则。该控制单元还被配置成将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该扫描向量组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与从该扫描向量组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较，并基于该比较来确定在该第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。
该设备可以例如是独立设备，被配置成从制造三维工件的装置接收传感器数据，或者该设备可以是制造三维工件的装置的控制单元的一部分。可以例如作为数据流或以数据文件的形式来提供数据值的时间序列。可以为数据值中的一个或多个数据值分配时间戳，使得为该数据值中的每一个分配特定的时间点(例如，当传感器的采样频率已知时)。例如，时间戳可以指示工件的制造过程已经开始的时间点。数据值可以是以恒定采样率对相应的传感器进行采样的结果，如此，各个数据值之间的间隔就是已知且恒定的。工艺条件可以是物理工艺条件，且可以例如在制造三维工件的装置的工艺室内进行测量。可以测量的工艺条件的示例包括例如制造室内的温度、制造室中的氧含量、惰性气体压力和/或熔化池温度。
可以以数据文件的形式提供规划数据。规划数据可以是一过程的结果，根据该过程分析工件的CAD文件，并且其中，将要生成的工件细分为多个层，以及将多个层中的每个层细分为多个扫描向量。通常，可以将扫描向量限定为由装置的辐射束在辐射束开始生成熔化池的点和在辐射束停止生成熔化池的点之间进行扫描的路线。因此，根据扫描向量的该限定，扫描向量可以是弯曲的，并且扫描向量的方向是可以改变的。根据扫描向量更严格的限定，也可应用于本文所公开的教导，将扫描向量限定为由辐射束扫描的路线中形成直线的部分。在这种情况下，例如，可以使用包括多个平行扫描向量的填充图案来辐照要生成的工件的层。每个扫描向量具有特定的预定长度，可以提供具有相同长度的多个扫描向量，但也可以提供具有不同长度的多个扫描向量。例如，可以在工件的内部区域填充棋盘图案，其中，图案的每个区域填充有多个平行的扫描向量，并且不同区域的多个扫描向量指向不同的方向。
如上所述，规划数据限定了多个扫描向量和沿多个扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序。规划数据还可以限定与制造过程有关的其他信息和/或数据。例如，规划数据可以包括下述项中的一个或多个：每层所规划的多个扫描向量、一个或多个工件的定位、扫描速度(例如，各个扫描向量的扫描速度)、激光功率(例如，用于各个扫描向量)、焦点大小(例如，用于各个扫描向量)、各个扫描向量的扫描方向和各个扫描向量的扫描序列。
多个数据值集合中的每一个对应于特定的扫描向量。例如，可以以n维向量的形式来提供每个数据集合，其中，n是在辐照相应的扫描向量期间测量的传感器值的数量。当传感器的采样率已知时，可以计算对扫描向量进行扫描的时间。此外，当扫描速度已知(例如，来自规划数据)时，针对每个传感器值(即，对于数据集合的每个数据点)可以计算与工件的层有关的相应位置。
基于规划数据限定包括至少两个扫描向量的组，使得该扫描向量组中的扫描向量满足特定的相似性准则。换句话说，该组的扫描向量对于至少一个准则来说是相似的。更精确地，对于针对规划数据的多个扫描向量中的每个扫描向量，可以相对于其余扫描向量中的每个扫描向量来计算相应的相似值。例如，如果扫描向量的数量是n，则对于n个扫描向量中的每个扫描向量，可以计算n-1个相似度值。可以将相似性值低于预定阈值的扫描向量对分组到同一组中。
除了包括至少两个扫描向量的组之外，还可以限定一个或多个其他组。该一个或多个其他组中的向量分别满足与该(第一)组的向量相比不同的其他预定的相似性准则。
在比较时，可以将该组的第一扫描向量的数据值集合与同一组的一个或多个第二扫描向量的数据值集合进行比较。或者，将第一扫描向量的数据值集合与从同一组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较。该组中的第一扫描向量可以是该组中“最年轻”的扫描向量，即最近被辐照的扫描向量。可以将第一扫描向量的数据值集合仅与一个其他的扫描向量(例如，先前辐照的扫描向量)进行比较，并且可以将该比较的结果与同一组内(即，在第一扫描向量的组内)扫描向量的数据集合的先前比较结果进行比较。如果第一扫描向量的数据值集合与另一扫描向量的数据值集合的比较结果与先前的比较结果有很大的不同(即，高于预定阈值)，则可以确定在第一扫描向量的位置处的工件的质量已经改变。换句话说，在工件的相应位置上，其质量相对于工件的其他部分发生变化的可能性增加。
类似地，第一扫描向量的数据值集合不仅与一个第二扫描向量的数据值集合相比较，还与多个第二扫描向量的数据值集合相比较，例如，与该组中的其余(第二)扫描向量中的每一个相比较。可替选地，可以从至少两个第二(其余)扫描向量中推出组合的数据值集合，其中，第一扫描向量的数据值集合的比较与推出的组合的数据值集合进行比较。例如，组合的数据值集合可以是平均的数据值集合。更准确地说，可以对上述组中的至少两个第二扫描向量的数据值集合应用平均形式，以推出平均的数据值集合。进行平均可以包括推出不同向量的数据值的算术平均值。可以通过考虑子午线(meridian)、极值和分位数中的至少一个来推出组合的数据值集合。
基于上述比较，确定在第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。例如，在比较结果引起高度差异的情况下，可以确定在第一扫描向量的位置处的工件的质量低于工件其余部分的质量。
通过实施上述技术，可以将多个相似扫描向量的传感器数据进行相互比较。因此，可以通过将数据值与相似扫描向量的数据值进行比较来识别“异常的”或“有问题的”数据值，其中，可以假定同一组中的扫描向量的数据值彼此不会相差太大。在某些情况下，可以避免与参考值或数据值的参考集合进行比较。更确切地说，没有必要与所谓的“实际真值”进行比较。不过，除了本文公开的按组比较之外，还可以执行与参考值的比较，以便获得附加信息和/或验证。
数据值可以是在其中能量束照射到原材料上的熔化池中生成的热辐射的强度值或温度值。
换句话说，数据值可以是在其中能量束照射在原材料上的熔化池中生成的热辐射的强度值，或者数据值可以是在其中能量束照射在原材料上的熔化池中生成的热辐射的温度值。在这两种情况下，传感器都可以是高温计。高温计可以被配置成检测一个或多个波长带中的热辐射强度。然后，可以将该一个或多个热辐射强度输出为强度值，或者可以基于该一个或多个热辐射强度来计算相应的温度值。因此，数据值可以(直接)是强度值，或者数据值可以是从一个或多个热辐射强度值中推出的温度值。由于从熔化池发射的热辐射强度可以快速变化，传感器的采样频率可以足够高，以在一个扫描向量的过程中记录多个数据值。
设备可被配置成在工件的制造过程期间至少执行接收传感器数据、关联、比较和确定的步骤。
例如，可以在制造过程中连续测量传感器数据，从而在该过程中生成新的数据值。为了处理这些新生成的传感器数据，可以在工件的制造过程中执行前述步骤。因此，可近乎实时地分析传感器数据，即，在传感器数据生成时进行分析。因此，通过例如根据闭环控制来调整制造过程的参数可以快速地对偏差做出反应。
控制单元还可被配置成在该制造过程期间基于确定出的质量度量来调整装置的工艺参数。
工艺参数可以例如是激光功率、激光聚焦位置、扫描速度等。以这种方式，可以启动帮助应对工件质量下降的应对措施。
控制单元还可被配置成将时间数据与时间序列的数据值相关联。
时间数据可以包括与时间序列的相应数据值相关联的至少一个时间戳。在传感器的采样频率已知的情况下，仅将一个时间数据点与传感器的相应数据值相关联可能就足够了。因此，可以为数据值中的每个数据值分配相应的时间点。时间数据可以指示一天中的时间，并且可选地可以指示日期。另外地或可替选地，时间数据可以指示相对于预定义参考时间t＝0(例如制造过程的开始)的时间。针对每个数据值，可以基于时间数据识别工件内的对应位置。
相似性准则可以考虑下述项中的至少之一：扫描向量的长度相似性、扫描向量的方向相似性以及扫描向量是否是工件轮廓的一部分。
换句话说，具有相似长度的多个扫描向量可以被分为一组。因此，可以针对多个不同长度的间隔提供相应的组。类似地，具有相似方向的多个扫描向量可以被分为一组。作为工件轮廓的一部分的多个扫描向量可以被分为一组。
控制单元还可被配置成将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该组相关联的预定义的参考数据值集合进行比较。
可以将数据值的参考集合存储在控制单元的存储器中，或者可以实时计算数据值的参考集合。参考集合可以是关于对应的组的属性预先计算或预定义的。例如，在已知具有特定长度(或在特定长度范围内)的扫描向量应该对测量的传感器值表现出特定的典型反应的情况下，参考集可以包括这些典型值。此外，参考集合可以从至少一个先前测量(即，在使用相同装置执行的较早制造过程期间的测量值)中推出。在这种情况下，例如，参考集合可以是满足同一相似性准则的对应的扫描向量组的平均数据值的集合。
控制单元可以被配置成将组中的第一扫描向量的数据值集合与该组中先前辐照的第二扫描向量的数据值集合进行比较，并基于比较来确定表示第一扫描向量和第二扫描向量的数据值集合之间的差异的至少一个差值。
该差值可以是所比较的数据值集合的距离度量。以上述方式，可以逐个比较这些向量的数据值。换句话说，每次辐照新的扫描向量并记录相应的数据值时，将这些数据值与同组中先前的扫描向量的数据值进行比较。然后，可以例如将比较的结果与阈值进行比较。在差值超过预定阈值的情况下，可以判断新的扫描向量(第一扫描向量)包括可能导致工件质量偏差的异常数据值。
该控制单元还可被配置成将至少一个差值与存储的差值进行比较，该存储的差值表示两个先前辐照的扫描向量的数据值集合之间的差。
因此，可以考虑各个向量之间的典型差异程度，并且可以在只有当第一扫描向量的差值超过该典型程度时，才确定第一扫描向量包括异常的数据值。
该控制单元可以被配置成通过考虑下述项中的至少一个来执行比较步骤：一系列绝对数据值(例如数据值从一个扫描向量到另一个扫描向量的减少和/或增加)、数据值的相对比较(例如差异、偏差和/或相互间的波动)、第一扫描向量的数据值集合与至少一个第二扫描向量的数据值集合的相关性或第一扫描向量的数据值集合与从至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合的相关性、第一扫描向量的数据值与至少一个第二扫描向量的数据值的绝对差或第一扫描向量的数据值从至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合之间的绝对差、以及对第一扫描向量的数据值的集合的极值与至少一个第二扫描向量的数据值的集合的极值或第一扫描向量的数据值的集合的极值与从至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合的极值的极值分析。
控制单元可以被配置成通过仅考虑第一扫描向量的数据值集合的子集和/或至少一个第二扫描向量的数据值集合的子集、或考虑从至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合的子集来执行比较步骤。
例如，第一扫描向量的数据值集合的子集可以在记录相应向量的数据值之后的预定时间t0处开始。例如，仅考虑数据值集合的子集可以具有以下优势：具有相同长度的多个子集可以相互比较。例如，当扫描向量组包括具有不同长度且因此具有不同数量的数据值的向量时，每个向量可以被裁剪为预定的均匀长度，使得向量之间可以容易地进行比较。此外，通过仅考虑子集，可以忽略相应向量中明显包括偏离的数据值的部分(例如，向量的转折点、结束于原材料边缘的向量等)。
控制单元可被配置成输出表示工件的层的至少一个二维图像的数据集合，其中时间序列的多个数据值被分配给该二维图像的对应多个像素。
这样，可以单独分析传感器的测量值。
根据第二方面，提供了一种通过使用能量束辐照原材料的层来制造三维工件的装置。该装置包括第一方面的设备、用于生成能量束并将该能量束辐照到多个原材料层上的能量束源、以及被配置成对数据值的时间序列进行测量并将数据值的时间序列发送到设备的传感器。
能量束可以例如是激光或电子束。原材料层可以是原材料粉末层(例如金属粉末或陶瓷粉末)。由于第一方面的设备是第二方面的装置的一部分，所以上述第一方面的细节也可以应用于第二方面。
根据第三方面，提供了一种用于分析传感器的传感器数据的方法，该传感器设置在通过使用能量束照射原材料层来制造三维工件的设备中。该方法包括接收传感器数据作为数据值的时间序列。每个数据值表示在制造三维工件期间装置内的工艺条件。该方法还包括接收针对三维工件的规划数据。规划数据限定多个扫描向量和沿扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序。该方法还包括将时间序列的数据值与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联，以形成相应扫描向量的多个数据值集合，并基于规划数据限定多个扫描向量中包括至少两个扫描向量的组。扫描向量组的扫描向量满足预定的相似性准则。该方法还包括将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该扫描向量组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与从该扫描向量组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较，并基于该比较来确定在该第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。
根据第三方面的方法可以使用根据第一方面的设备来执行。以上关于第一方面讨论的细节和进一步说明也可以应用于第三方面的方法。
根据第四方面，提供了一种存储在计算机可读存储介质上的计算机程序产品。该计算机程序产品包括用于使计算机执行根据第三方面的方法的计算机可读指令。
以上关于第一方面的设备的讨论细节和进一步说明也可以应用于第四方面的计算机程序产品。
附图说明
参考所附的示意图更详细地描述了本发明的优选实施例，在附图中：
图1示出了根据本公开的通过使用能量束辐照原材料的层来生产三维工件的装置的示意图，该装置包括传感器和用于分析传感器的传感器数据的设备；
图2示出了根据本公开的用于分析传感器的传感器数据的设备，该传感器设置在通过使用能量束照射原材料的层来制造三维工件的装置中；
图3示出了具有相互比较的多个扫描向量的示例性结构的俯视图；
图4示出了相互比较的两个扫描向量的图；以及
图5示出了多个层的示意图，其中，不同层的扫描向量相互比较。
具体实施方式
图1示出了用于制造三维工件4的装置2的示意图。装置2包括形式为测量热辐射的传感器的传感器6和分析由传感器6生成的传感器数据的设备。该装置包括控制单元8，在图1的实施例中为装置2的通用控制单元8。
图1所示的装置2是通过选择性激光熔化来制造三维工件4的装置。装置2包括工艺室10。工艺室10可密封于周围大气，即，工艺室10相对于周围的环境是密封的。布置在工艺室10中的粉末施加设备12用于将原材料粉末施加到载体14上。提供了垂直移动单元16，使得载体14能够在垂直方向上移动，从而随着工件4的制造高度的增加，当从载体14上的原材料粉末中成层地制造工件4时，载体14可以在垂直方向上向下移动。
由于在选择性激光熔化领域中，载体14借助于垂直移动单元16进行移动是众所周知的，因此在此不再对其进行详细解释。作为可移动载体14的替选方案，载体14可以被设置为静止(或固定)的载体(尤其是在垂直的Z方向)，其中，辐照单元18(见下文)和工艺室10被配置成在制造过程中(即，随着工件4的制造高度的增加)向上移动。
将载体14的载体表面限定为水平面(x-y平面)，其中，垂直于该平面的方向被限定为垂直方向(z方向)。因此，每个最上面的原材料粉末层在平行于上述限定的水平面(x-y平面)的平面中延伸。
装置2还包括辐照单元18，该辐照单元18用于选择性地将激光辐射辐照到在载体14上施加的最上层原材料粉末上。通过辐照单元18，根据要制造的工件4的期望几何形状，施加到载体14上的原材料粉末可以以位点可选择的方式经受激光辐射。
辐照单元18包括产生激光束22的至少一个激光束源20。在替选实施例中，可以使用粒子束(例如，电子束)，而不是激光束22，来熔化原材料粉末。激光束源20可以包括例如二极管泵浦掺镱光纤激光器，该激光器发射波长为大约1070nm至1080nm的激光。辐照单元18包括扫描单元24，该扫描单元24用于将激光束22引导到在载体14上施加的最上层原材料粉末上，以在期望的位置(即以位点可选择的方式)局部加热和熔化粉末。通过扫描单元24，激光束22的位置可以在最上面的原材料粉末层的x-y平面上移动。扫描单元24可包括一个或多个可移动反射镜并且可配置为电流计扫描仪的形式。
此外，除了扫描单元24之外，辐照单元18还可以包括其他光学部件，例如用于扩展激光束22的光束扩展器、用于在沿着光束路径的方向上聚焦激光束22的聚焦光学器件和/或物镜。物镜可以是设置在扫描单元24之后的光束路径中的f-θ物镜。通过控制单元8来控制辐照单元18的操作。此外，控制单元8被配置成控制装置2的其他部件，例如垂直移动单元16和粉末施加装置12。
此外，传感器6是布置在辐照单元18中的。本实施例的传感器6是高温计，被配置成检测由激光束22产生的熔化池发射的热辐射。在熔化池中，激光束22照射到原材料粉末上并使得粉末熔化。提供了将热辐射引导到传感器6的半透明反射镜28。半透明反射镜28可以是波长相关的，从而优选地将热辐射(热辐射波长区域中的光)反射到传感器6。更准确地说，半透明反射镜28被配置成使得激光束22可以通过反射镜28朝向扫描单元24，并且使得朝向相反方向的热辐射被反射到传感器6。这样，激光束22和热辐射共用相同的光路(在原材料粉末和半透明反射镜28之间)。
然而，不必将传感器6布置在与激光束源20相同的辐照设备18中。传感器6可以被设置为具有独立的光束路径和独立的光学部件(例如扫描单元)的独立设备。在本公开中，将熔化池发出的热辐射看作装置2内的工艺条件。另外地或作为检测热辐射的传感器6的替选，可以在检测设备2内提供用于检测不同工艺条件的不同传感器，例如对制造室10内的温度进行检测的温度传感器、对激光束22的激光功率进行检测的激光功率传感器和/或对惰性气体压力进行检测的惰性气体压力传感器等。
传感器6检测热辐射并输出传感器信号。根据本实施例，传感器信号是以已知的预定采样率被采样的，并转换为数字信号的模拟信号。可以由传感器6本身或由控制单元8来执行采样。在任一情况下获得的传感器数据包括可由控制单元8处理的数据值的时间序列。根据本实施例，各个数据值表示由传感器6检测到的热辐射强度。不过，传感器6或控制单元8也可以接收由传感器6生成的强度信号，并基于强度信号生成包括指示熔化池温度的数据值的温度数据。
各个数据值可以表示经校准的传感器6的绝对值。然而，由于数据值之间相互进行比较，因此不必使用校准值。
图2示出了根据本公开的用于分析传感器的传感器数据的设备30，该传感器设置在通过使用能量束照射原材料层来制造三维工件的装置中。图1中所示的控制单元8是图2所示的设备30的实施例。因此，制造三维工件的装置是用于制造图1所示的三维工件4的装置2，能量束是激光束22。
图2的设备30包括多个单元32至42，每个单元可以以硬件或软件或其组合的形式实现。例如，设备30可以包括处理器和存储器，其中，存储器包括表示相应单元32至42的指令。
设备30包括第一接收单元32，第一接收单元32被配置成接收传感器数据作为数据值的时间序列，其中，每个数据值表示在制造三维工件期间装置内的工艺条件。设备30包括第二接收单元34，第二接收单元34被配置成接收针对三维工件的规划数据，该规划数据限定多个扫描向量和沿多个扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序。设备30包括关联单元36，关联单元36被配置成将时间序列的数据值与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联，以形成相应扫描向量的多个数据值集合。设备30包括限定单元38，限定单元38被配置成基于规划数据限定多个扫描向量中的至少两个扫描向量的组，其中，扫描向量组中的扫描向量满足预定的相似性准则。设备30包括比较单元40，比较单元40被配置成将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该扫描向量组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与从该扫描向量组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较。设备30包括确定单元42，确定单元42被配置成基于比较来确定在该第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。
设备30的上述单元被配置成执行包括以下操作的方法：
-接收传感器数据作为数据值的时间序列，其中，每个数据值表示在制造三维工件期间装置内的工艺条件；
-接收针对三维工件的规划数据，该规划数据限定多个扫描向量和沿扫描向量对能量束进行扫描所依据的顺序；
-将时间序列的数据值与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联，以形成相应扫描向量的多个数据值集合；
-基于规划数据限定多个扫描向量中的至少两个扫描向量的组，其中，扫描向量组的扫描向量满足预定的相似性准则；
-将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该扫描向量组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与从该扫描向量组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较；以及
-基于比较来确定在该第一扫描向量的位置处的工件的质量度量。
下面，将在图1的实施例的上下文中详细描述图2中示出的设备30的各个单元，其中，控制单元8表示设备30。
设备30的第一接收单元32接收传感器数据作为数据值的时间序列，其中，数据值表示由熔化池发射的热辐射的强度。由于传感器6是以已知的采样频率采样的，因此，时间信息可以与每个数据值相关联。换句话说，当例如已知记录第一数据值的时间时，可以计算其他数据值的时间。因此，可以将相应的时间戳分配给多个数据值中的一个或多个数据值。还可以从数据值推出特定事件，并因此获得关于记录这些值的时间的信息(例如，打开激光、关闭激光等)。
设备30的第二接收单元34接收规划数据。规划数据可以存储在控制单元8的存储器中并且可以被控制单元8使用，以获得装置2的各个部件的控制数据。换句话说，规划数据包括关于一个特定制造过程(即，要制造的相应工件的制造过程)的所有信息，使得装置2可以对原材料粉末的各个层的期望位置进行辐照。为此，规划数据包括限定多个扫描向量的数据和沿扫描向量扫描激光束22所依据的顺序。在以下参考图3所描述的示例中，扫描向量是具有预定长度且彼此平行布置的多条直线，以填充工件4的内部。此外，提供了表示工件4的轮廓的扫描向量。
由于测量出的传感器数据的时间是已知的(见上文)，时间序列的各个数据值可以(通过关联单元36)与规划数据的扫描向量的相应向量数据相关联。作为结果，生成多个数据值集合，其中，一个数据值集合对应多个扫描向量中的一个。这些数据值集合与将相应的数据值集合与相应扫描向量相链接的信息相关联地存储。
限定单元38在多个扫描向量中限定包括满足预定相似性准则的至少两个扫描向量的组。该操作是基于规划数据进行的，而不考虑相应的传感器数据。因此，该操作也可以在较早的时间点，即在接收到传感器数据之前进行。通常，方法步骤的顺序不限于上述顺序，只要技术上是可以的，也可以按照任意顺序进行方法。
相似性准则可以是适于限定扫描向量之间的相似性的任何准则。例如，具有特定长度(或具有特定长度范围内的长度)的扫描向量可由限定单元分为一组，而具有不同长度(或具有特定的、不同的长度范围内的长度)的扫描向量可分为不同的组。根据不同的示例，具有特定方向的所有扫描向量可以分为一组。因此，指向右侧(即，具有相对于任意选择的x轴为正x或零x的分量)的所有扫描向量被分为第一组，而指向左侧(即，具有负x分量)的其余扫描向量被分为第二组。用于限定相似性的其他准则可以基于例如扫描向量相对于工件4的位置(例如，扫描向量是工件的轮廓的一部分、工件的内部区域的一部分、工件的上/下/左/右侧区域的一部分)。
比较单元40将扫描向量组中的第一扫描向量的数据值集合与该组的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较。或者，将第一扫描向量的数据值集合与从该组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较。本公开在描述扫描向量的相互比较时，应当理解，上述比较步骤意味着相互比较各个向量的相应数据值集合。
根据一个实施例，将每个新测量的扫描向量与同一组中先前记录的扫描向量进行比较。如上所述，这意味着将扫描向量的相应数据值集合进行相互比较。例如，可以针对两个向量来计算各自的距离度量的类型。该距离度量可以是适合于识别数据值的任何距离度量，该数据值可以指示在相应扫描向量的位置处的工件的变化质量。
比较和确定距离度量的操作的示例如下所述。
-确定第一向量的数据值集合的最大值与第二向量的数据值集合的最大值之差；
-确定第一向量的数据值集合的最小值与第二向量的数据值集合的最小值之差；
-确定第一向量的数据值集合的平均值与第二向量的数据值集合的平均值之差；
-确定第一向量的数据值集合的中值与第二向量的数据值集合的中值之差；或者
-确定两个集合的各个数据值之间的绝对差值之和。
比较单元40随后确定距离度量是否超过阈值。该阈值可以是预定的(固定的)阈值。该阈值还可以基于同一组中先前测量的距离度量推出。例如，该阈值是先前测量的距离度量的平均值或平均值乘以预定因子。根据另一不同的示例，该阈值对应于在当前距离度量之前直接测量的距离度量，或者对应于该距离度量乘以预定因子(例如1.1、1.2、1.5或2.0)。根据该示例，将扫描向量组的当前扫描向量与该组的先前扫描向量进行比较，并将比较结果与先前的比较结果进行比较，其中，先前的比较结果是先前的扫描向量与先前扫描向量之前的扫描向量之间的比较结果。以这种方式，可以确定当前扫描向量的数据值集合是否在相应组的正常范围内。在数据值明显不同的情况下，可以判断在相应向量的位置发生了质量问题。
作为将每个新测量的扫描向量与同组中先前记录的扫描向量进行比较的替选方案，可以生成从该组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合。然后将新测量的扫描向量(第一扫描向量)的数据值集合与该组合的数据值集合进行比较。换句话说，计算组合的数据值集合和第一扫描向量的数据值集合之间的距离度量。在距离度量大于预定阈值的情况下，确定单元42确定在第一扫描向量的位置处的工件的质量度量低于在工件的其他位置处的工件的质量度量。根据一个实施例，组合的数据值集合可以是平均的数据值集合。更准确地说，可以对组中的至少两个第二扫描向量的数据值集合应用平均形式，以推出平均的数据值集合。换句话说，组合的数据值集合可以表示平均向量，即被组合向量的数据值的平均版本。进行平均可以包括推出不同向量的数据值的算术平均值。可以通过考虑子午线、极值和分位数中的至少一个来推出组合的数据值集合。
还可以如下所述进行比较单元40的操作。根据一个或多个实施例，绝对强度进程(强度从向量到向量的下降/增加)之间的比较以及相对比较(例如，向量相互之间的差异/偏差/波动)是可能的。连同规划数据一起，可以得出关于工件的质量的结论(例如，结合向量在层内的位置)。
可以根据适当的任意质量准则或数值度量(例如相关性、绝对差异、极值分析等)来确定比较结果。通过另外考虑系统参数或规划数据的信息，可以制定多维结构化的质量准则。这些关联可以通过神经网络或决策树相互联系起来。
所有的质量数据可以被收集和存储，以备后续使用。所形成的(不断增加的)数据库可用于“学习”，即针对哪个扫描向量期望哪种工件质量。这些值可用于不同类别(即，不同组)的扫描向量的参考值(或更准确地说，参考的数据值集合)，用于后续的扫描。作为示例，可以实施基于(例如，随机)样本值“学习”的算法，以减少处理和存储的数据量。作为参考，可以使用各个先前的制造过程。
确定单元42基于比较单元40的比较结果来确定在该第一扫描向量的位置处的工件4的质量度量。在比较结果显示第一扫描向量的数据值集合与所比较的数据值集合相差很大的情况下(即，超过阈值)，确定单元确定出在第一扫描向量的位置处的工件的质量度量降低。
可以存储“有问题的”第一扫描向量的位置并输出给用户。以这种方式，用户可以获得与工件的潜在问题区域(即，工件的质量可能已经改变的区域)有关的信息。
另外地或可替选地，装置2的控制单元8可以启动应对措施，以改善所辐照的扫描向量的质量。换句话说，可以基于确定出的质量度量在制造过程期间调整装置的工艺参数。例如，可以调整诸如聚焦位置或激光功率之类的辐照参数。
还可以如下所述进行确定单元42的操作。一个示例是强度信号发展过程中偏差的影响。这些偏差可以与相应外轮廓的波纹度相关，其可以被理解为表面质量的分类器。在激光功率过高的情况下，可能会发生气泡和蒸发，这会再次导致外轮廓的强烈波纹，从而相应地降低工件的质量。
此外，在多光学系统中，可以理解不同光学器件之间的时间过程以及对工件质量的影响。例如，当两个激光同时或在相近的时间辐照相邻的区域时，获得显著增加的强度过程。
向量比较的相似性度量在之后可归因于成品工件的密度测量、或工件的晶体结构、抗拉强度或不同的质量特征。
此外，还可以考虑采用多维方法。在每一层中，各个组(或类)强度可以显示为2D强度图像。可以针对不同的辐照层来布置这些2D图像，并且这些2D图像可以作为3D数据集合来查看和评估。这些3D数据集合可以在不同的制造过程中被分析为N维数据集合。
以这种方式，可以获得多个层的按时间顺序发展的信息以及相关性(例如，关于工件高度或制造缸中的粉末量的信息)。
图3示出了形成填充有多个扫描向量44的十边形的工件4的层的示例。在图3中、为了更清楚，仅用附图标记表示了两个示例性的扫描向量。更准确地说，该工件的层的内部填充有限定了一个图案的多个扫描向量44，根据该图案，多个扫描向量44中的大多数扫描向量具有预定的固定长度，并且扫描向量的扫描方向在每个扫描向量之后反转。
在图3所示的示例中，对多列扫描向量进行扫描，其中，扫描向量的列沿y轴延伸，且各个扫描向量平行于x轴。在一个示例的列(图3所示的中间列)中，沿着正x方向辐照第一扫描向量V1，随后沿着负x方向辐照第二扫描向量V2。之后，沿着正x方向扫描第三扫描向量V3，依此类推。以这种方式，如图3中粗箭头所指示的，沿着正y方向对列进行扫描。
上述扫描策略是由要制造的三维工件4的规划数据来限定的。对该规划数据进行分析，以限定满足特定相似性准则的不同的扫描向量组。如图3所示的示例，将沿着正x方向延伸的扫描向量关联为第一组，将沿着负x方向延伸的扫描向量关联为第二组。
此外，如上所述，在辐照扫描向量44期间，传感器6测量由熔化池发射的热辐射强度。所生成的数据值与扫描向量的相应向量数据相关联。
如图3所示，在多个扫描向量的各个数据值集合之间进行成对比较。当已经扫描了第三扫描向量V3时，将第三扫描向量相应的数据值集合与分配给第一扫描向量V1的数据值集合进行比较。类似地，将V4与V2进行比较，V5与V3进行比较，V6与V4进行比较，以此类推。
因此，特定扫描向量的数据值集合总是与同一组的扫描向量的数据值集合进行比较。相似的扫描向量的数据值可以相互比较。因此，在各个扫描向量不存在质量问题的情况下，比较的结果应当显示数据值是相似的。
图4示出了可以相互比较的不同扫描向量V1至V3的数据值的示例。由于已经为各个数据值分配了时间戳，因此可以在(水平的)时间轴上绘制数据值。纵轴表示相应的数据值，即，熔化池发出的热辐射强度的强度值(任意单位)。
基于图4的表示，清楚地，可以根据上述技术之一容易地将向量的数据值进行相互比较(例如，通过比较极值)。
此外，根据一个实施例，图4中的双向箭头表示仅每个扫描向量的数据值集合的子集(而不是所有数据值)可以相互比较。在这种情况下，限定具有固定持续时间的子集，并且仅将每个扫描向量的子集相应部分的数据值相互比较。以这种方式，可以选择其中没有人为差错的数据值的扫描向量的区域。此外，在相互比较的扫描向量具有不同长度的情况下，选择子集是必要的，这样可以使得具有相同长度的子集进行相互比较(或者将多个向量之一的子集与长度与该子集长度相同的整个另一向量进行比较)。
还应当通常注意的是，相互比较的两个或更多个扫描向量(即，它们各自的数据值集合)不一定是沿相同方向延伸的扫描向量。相似性准则也可以对通常沿相反方向或不同方向延伸的向量进行分组。在图4的示例中，可以将两个扫描向量V1和V2(或其各自的子集)相互比较，即使两个扫描向量可能已沿着相反的方向进行扫描(在曲折扫描策略的情况下)。
图5示出了不同层(L1到L4)的扫描向量也可以相互比较。该图5示出了布置在彼此顶部的多个层，其中，作为示例，每一层的横截面还是图3所示的十边形。根据图5所示的实施例，将作为工件轮廓的部分的多个扫描向量设置为一组。此外，将扫描向量的测量数据值与不同(例如，相邻)层的扫描向量的数据值进行比较。如图5所示，将L1的轮廓的扫描向量与L2的轮廓的扫描向量进行比较。类似地，将L2的轮廓的扫描向量与L3的轮廓的扫描向量进行比较，以此类推。对于不是工件轮廓部分的扫描向量(即，工件内部部分的向量)，也可以执行不同层之间的扫描向量的比较。此外，可以将扫描向量与先前的制造过程(例如，关于相同制造指令的系列生产)的扫描向量进行比较。
在以上说明中，描述了实施例，这些实施例提供了一种分析传感器的传感器数据的改进技术，该传感器设置在通过使用能量束辐照原材料层来制造三维工件的装置中。

Claims (17)

1.一种用于分析传感器(6)的传感器数据的设备，所述传感器(6)设置在通过使用能量束(22)辐照原材料的层来制造三维工件(4)的装置(2)中，所述设备包括控制单元(8)，所述控制单元(8)被配置成：
接收所述传感器数据作为数据值的时间序列，其中，每个数据值表示在制造所述三维工件(4)期间所述装置(2)内的工艺条件；
接收针对所述三维工件(4)的规划数据，所述规划数据限定多个扫描向量(44)和沿所述扫描向量(44)对所述能量束(22)进行扫描所依据的顺序；
将所述时间序列的数据值与所述规划数据的所述扫描向量(44)的相应向量数据相关联，以形成针对相应扫描向量(44)的多个数据值集合；
基于所述规划数据限定所述多个扫描向量(44)中的至少两个扫描向量的组，其中，所述组的扫描向量满足预定的相似性准则；
将所述组中的第一扫描向量的数据值集合与所述组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将所述组中的第一扫描向量的数据值集合与从所述组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较；以及
基于所述比较来确定在所述第一扫描向量的位置处的所述工件(4)的质量度量。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述数据值是热辐射的强度值或温度值，所述热辐射是在其中所述能量束(22)照射到所述原材料上的熔化池中生成的。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置成在所述工件(4)的制造过程期间至少执行接收所述传感器数据、关联、比较和确定的步骤。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制单元(8)还被配置成在所述制造过程期间基于所确定的质量度量来调整所述装置(2)的工艺参数。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元(8)还被配置成将时间数据与所述时间序列的数据值相关联。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相似性准则考虑下述项中的至少一个：所述扫描向量(44)的长度相似性、所述扫描向量(44)的方向相似性以及所述扫描向量(44)是否是所述工件(4)的轮廓的一部分。
7.根据权利要求1所述的设备，所述控制单元(8)还被配置成将所述组中的所述第一扫描向量的数据值集合和与所述组相关联的预定的参考数据值集合进行比较。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元(8)被配置成：
将所述组中的所述第一扫描向量的数据值集合与所述组中的先前辐照的第二扫描向量的数据值集合进行比较；以及
基于所述比较来确定至少一个差值，所述至少一个差值表示所述第一扫描向量的数据值集合与所述第二扫描向量的数据值集合之间的差。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述控制单元(8)还被配置成：
将所述至少一个差值与存储的差值进行比较，所述存储的差值表示两个先前辐照的扫描向量的数据值集合之间的差。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元(8)被配置成通过考虑下述项中的至少一个来执行比较的步骤：
一系列绝对数据值；
数据值的相对比较；
所述第一扫描向量的数据值集合与所述至少一个第二扫描向量的数据值集合之间的相关性，或所述第一扫描向量的数据值集合与从所述至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合之间的相关性；
所述第一扫描向量的数据值与所述至少一个第二扫描向量的数据值集合之间的绝对差，或所述第一扫描向量的数据值与从所述至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合之间的绝对差；以及
所述第一扫描向量的数据值集合的极值与所述至少一个第二扫描向量的数据值集合的极值的极值分析，或所述第一扫描向量的数据值集合的极值与从所述至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合的极值的极值分析。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元(8)被配置成：通过仅考虑所述第一扫描向量的数据值集合的子集和/或所述至少一个第二扫描向量的数据值集合的子集、或考虑从所述至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合的子集来执行比较的步骤。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制单元(8)被配置成输出表示所述工件(4)的层的至少一个二维图像的数据集合，其中，所述时间序列的数据值被分配给所述二维图像的对应像素。
13.根据权利要求10所述的设备，其中，所述一系列绝对数据值包括数据值从所述第一扫描向量到所述第二扫描向量的减少和/或增加。
14.根据权利要求10所述的设备，其中，所述数据值的相对比较包括所述数据值之间的差、偏差和/或波动。
15.一种用于通过使用能量束辐照原材料的层来制造三维工件的装置(2)，所述装置(2)包括：
根据权利要求1所述的设备；
能量束源(20)，用于生成所述能量束(22)并将所述能量束(22)辐照到所述原材料的层上；以及
传感器(6)，被配置成对数据值的时间序列进行测量并将所述数据值的时间序列发送到所述设备。
16.一种用于分析传感器(6)的传感器数据的方法，所述传感器设置在通过使用能量束(22)辐照原材料的层来制造三维工件(4)的装置(2)中，所述方法由权利要求1所述的设备执行，包括：
接收所述传感器(6)测量的所述传感器数据作为数据值的时间序列，其中，每个数据值表示在制造所述三维工件(4)期间所述装置(2)内的工艺条件；
接收针对所述三维工件(4)的规划数据，所述规划数据限定多个扫描向量(44)和沿所述扫描向量(44)对所述能量束(22)进行扫描所依据的顺序；
将所述时间序列的数据值与所述规划数据的所述扫描向量(44)的相应向量数据相关联，以形成针对相应扫描向量(44)的多个数据值集合；
基于所述规划数据限定所述多个扫描向量(44)中的至少两个扫描向量的组，其中，所述组的扫描向量满足预定的相似性准则；
将所述组中的第一扫描向量的数据值集合与所述组中的至少一个第二扫描向量的数据值集合进行比较，或将所述组中的第一扫描向量的数据值集合与从所述组的至少两个第二扫描向量推出的组合的数据值集合进行比较；以及
基于所述比较来确定在所述第一扫描向量的位置处的所述工件(4)的质量度量。
17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序包括使计算机执行根据权利要求16所述的方法的计算机可读指令。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103025507A (zh) * 2010-07-28 2013-04-03 Cl产权管理有限公司 用于制造三维构件的方法
DE102012221218A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Vorrichtung zur Qualitätssicherung von mittels Laserstrahlbearbeitung hergestellten Produkten
DE102015226722A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN107877855A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 Eos有限公司电镀光纤系统 用于校准制造三维物体的装置的方法和实施该方法的装置
CN108290219A (zh) * 2015-11-16 2018-07-17 瑞尼斯豪公司 增材制造方法及设备
DE102017207264A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Eos Gmbh Electro Optical Systems Homogenisierung des Energieeintrags
CN109070222A (zh) * 2016-05-13 2018-12-21 Slm方案集团股份公司 用于将建造数据集中的位置与设备的构造部段中的位置相关联的设备和方法
CN109203479A (zh) * 2017-06-30 2019-01-15 通用电气公司 用于先进增材制造的系统和方法
CN110023057A (zh) * 2016-09-27 2019-07-16 物化股份有限公司 增材制造环境中的能量密度映射

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004314646A (ja) * 2003-02-26 2004-11-11 Takata Corp 乗員脚部保護装置
CN109937387B (zh) * 2012-11-08 2022-08-23 Ddm系统有限责任公司 金属部件的增材制造及维修
WO2014131444A1 (en) 2013-02-27 2014-09-04 Slm Solutions Gmbh Apparatus and method for producing work pieces having a tailored microstructure
US9634982B2 (en) * 2013-07-18 2017-04-25 Cisco Technology, Inc. Utilizing multiple interfaces when sending data and acknowledgement packets
EP2878402A1 (en) 2013-12-02 2015-06-03 SLM Solutions Group AG Apparatus and method for producing three-dimensional work pieces with a radiation detection device
DE102014216567A1 (de) 2014-08-21 2016-02-25 MTU Aero Engines AG Verfahren zur Gütebestimmung eines additiv gefertigten Bauteils
US9999924B2 (en) * 2014-08-22 2018-06-19 Sigma Labs, Inc. Method and system for monitoring additive manufacturing processes
DE102015207254A1 (de) * 2015-04-21 2016-12-01 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zur generativen Herstellung eines dreidimensionalen Objektes
DE102015113700A1 (de) 2015-04-22 2016-10-27 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils
US10500675B2 (en) * 2015-11-02 2019-12-10 General Electric Company Additive manufacturing systems including an imaging device and methods of operating such systems
US11072043B2 (en) * 2016-03-21 2021-07-27 Sigma Labs, Inc. Layer-based defect detection using normalized sensor data
US10520919B2 (en) * 2017-05-01 2019-12-31 General Electric Company Systems and methods for receiving sensor data for an operating additive manufacturing machine and mapping the sensor data with process data which controls the operation of the machine
DE112018001597B4 (de) * 2017-08-01 2021-06-02 Sigma Labs, Inc. Systeme und Verfahren zum Messen abgestrahlter thermischer Energie während der Ausführung einer additiven Fertigung
DE102017217761A1 (de) 2017-10-06 2019-04-11 Thyssenkrupp Ag Verfahren zur selbstoptimierenden additiven Fertigung von Bauteilen sowie derart gefertigte Bauteile
EP3517276B1 (en) * 2018-01-24 2021-10-13 CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH Method for additively manufacturing a three-dimensional object
CN112041148B (zh) * 2018-02-21 2022-03-04 西格马实验室公司 用于在增材制造操作期间测量辐射热能的系统和方法
EP3702158A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-02 Renishaw PLC Improvements in or relating to on-axis melt pool sensors in an additive manufacturing apparatus
US11957936B2 (en) * 2019-05-14 2024-04-16 Vanderbilt University Passive wire reflectors for improved image quality in MR-guided focused ultrasound

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103025507A (zh) * 2010-07-28 2013-04-03 Cl产权管理有限公司 用于制造三维构件的方法
DE102012221218A1 (de) * 2011-11-22 2013-05-23 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Vorrichtung zur Qualitätssicherung von mittels Laserstrahlbearbeitung hergestellten Produkten
CN108290219A (zh) * 2015-11-16 2018-07-17 瑞尼斯豪公司 增材制造方法及设备
CN109937101A (zh) * 2015-11-16 2019-06-25 瑞尼斯豪公司 定位在增材制造期间收集的传感器数据
DE102015226722A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
CN109070222A (zh) * 2016-05-13 2018-12-21 Slm方案集团股份公司 用于将建造数据集中的位置与设备的构造部段中的位置相关联的设备和方法
CN110023057A (zh) * 2016-09-27 2019-07-16 物化股份有限公司 增材制造环境中的能量密度映射
CN107877855A (zh) * 2016-09-30 2018-04-06 Eos有限公司电镀光纤系统 用于校准制造三维物体的装置的方法和实施该方法的装置
DE102017207264A1 (de) * 2017-04-28 2018-10-31 Eos Gmbh Electro Optical Systems Homogenisierung des Energieeintrags
CN109203479A (zh) * 2017-06-30 2019-01-15 通用电气公司 用于先进增材制造的系统和方法

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