CN117881527A - 提高增材制造设备中的能量供应的位置精度 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于逐层增材制造物体的设备的校准方法，该设备包括：用于控制逐层增材制造过程的控制装置；层施加装置，其被设计成提供构建材料层；和能量供应装置，其被设计成通过供应电磁辐射来固化该层的各点；其中，能量供应装置被设计成在构建区上移动，并且针对该移动为能量供应装置指定预限定的目标方向(X)；并且其中，能量供应装置包括一定数量的辐射发射器，其沿着横向于预限定的目标方向(X)的布置方向(Y)布置；并且控制装置根据所述各点为辐射发射器指定在构建区上应发射辐射的发射位置；在该校准方法中，确定能量供应装置的移动是否导致移动方向(B)与预限定的目标方向(X)的偏离，以及使控制装置基于确定的偏离为辐射发射器指定其他发射位置。

Description

提高增材制造设备中的能量供应的位置精度
技术领域
本发明涉及一种用于逐层增材制造三维物体的设备的校准方法，并且涉及一种可通过这种用于逐层增材制造一定数量的三维物体的校准方法来校准的设备。
背景技术
本发明涉及的增材制造设备和相关联的方法的特征总体上在于，通过固化不成形的构建材料(例如金属或塑料粉末)在相同的层中制造物体。例如，可以通过用电磁辐射或粒子辐射(例如，激光烧结(SLS或DMLS)或激光熔化或电子束熔化)照射构建材料来为构建材料供应热能而引起固化。例如，在激光烧结或激光熔化的情况下，激光束在构建材料层的与要制造的物体在该层中的物体横截面对应的位置上移动，使得构建材料在这些位置固化。在通过供应热能使构建材料在某一位置熔化或烧结后，构建材料在冷却后不再以不成形的状态存在，而是固体。在扫描了要固化的物体横截面的所有位置之后，施加新的构建材料层，并且同样在与物体在该层中的横截面相对应的位置处对其进行固化。
所施加的粉末层的选择性照射可以例如通过偏转装置偏转激光束来实现，该偏转装置例如由检流计镜形成，使得激光束在粉末表面上的入射点在要固化的位置上移动。
替代地，WO 2015/091485 A1公开了一种包含多个激光器阵列的照射装置(有时也称为曝光装置)。这些激光器阵列中的每一个都由多个单独的VCSEL(垂直腔面发射激光器)构成，这些VCSEL一起打开或关闭。激光器阵列通过光学元件成像到粉末表面上。通过选择性地打开和关闭激光器阵列并平行于粉末表面移动曝光装置，可以选择性地曝光整个粉末层。利用这种系统(其也可以称为线曝光装置)，选择性照射过程可以更快地进行，因为粉末层的不同位置可以大致同时或至少以大的时间重叠进行照射。
然而，本申请的发明人发现，当使用线曝光装置时，关于向要固化的粉末层的位置供应辐射的位置精度也会出现新的问题。当使用检流计镜将辐射引导到粉末层上时，关于粉末表面上入射点位置的位置精度尤其取决于机械装置可将由控制装置指定的命令转换成角移动的速度。与此相反，当使用线曝光装置时，情况完全不同。这里，与检流计镜的常规使用相反，移动了明显更大的质量、即整个曝光装置。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法和一种设备，通过该方法和设备，当使用具有线曝光装置的增材制造设备时，可以实现向构建材料层供应辐射的高位置精度。
该目的通过根据权利要求1所述的校准方法和根据权利要求10所述的设备来实现。在从属权利要求中要求保护本发明的进一步发展。特别是，根据本发明的设备也可以通过下面或在从属权利要求中描述的根据本发明的方法的特征来进一步发展，且反之亦然。此外，结合根据本发明的一个设备描述的特征也可以用于根据本发明的另一个设备的进一步发展，即使这没有明确说明。
在创新性的用于逐层增材制造一定数量的物体的设备的校准方法中，所述设备包括：
用于控制逐层增材制造过程的控制装置，
层施加装置，其适于在构建区内的构建基底上或已经制造的层上提供一层未成形的构建材料，以及
能量供应装置，其适于通过供应电磁辐射来固化所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给所述一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，所述能量供应装置适于在所述构建区上移动以向所述预定位置供应电磁辐射，并且针对该移动为所述能量供应装置指定预限定的目标方向(X)，并且
其中，所述能量供应装置包括一定数量的辐射发射器，所述辐射发射器沿着横向于所述预限定的目标方向(X)的布置方向(Y)布置，并且所述控制装置根据所述预定位置为所述辐射发射器指定在所述构建区上要发射辐射的发射位置，
确定在能量供应装置的移动中是否出现能量供应装置的移动方向(B)与预限定的目标方向(X)的偏离，并且使控制装置根据所确定的偏离为辐射发射器指定其他发射位置。
本发明涉及逐层操作的增材制造设备的校准，其中能量作为电磁辐射被选择性地供应给构建材料层。工作平面(也称为构建平面)是被供应能量的层的上侧所在的平面，该层通常是在逐层制造期间形成的叠层的最上层。构建区是工作平面的区域，在该区域中可以进行对物体的逐层制造。
特别是，本发明涉及激光烧结或激光熔化，其中，通过辐射向构建材料供应热，使得构建材料至少部分熔化并且在冷却后以固体形式存在，不再是不成形的状态，即被固化。由于部分(即在粉末颗粒的情况下是表面的)熔化(烧结)和完全熔化(熔化)之间的转变是流体，因此术语烧结和熔化在本申请中同义地使用，并且在烧结和熔化之间没有区别。
此外，应该注意，本发明涉及的方法和设备与三维物体的制造有关，换句话说，其与承载体材料上的层(涂层)的形成无关。然而，通过增材制造方法补充完整零件的部分体积的车身零件的使用也应包括在内。
不成形的构建材料可以是粉末形式的材料或糊状材料。其优选是含聚合物的构建材料。
在这一点上还应该注意，通过根据本发明的增材制造设备，不仅可以制造一个物体，而且可以同时制造多个物体。如果在本申请中提到一个物体的制造，可以理解，相应的描述也可以以相同的方式应用于同时制造多个物体的增材制造方法和设备。此外，在本申请中，术语“数量”总是以“一个或多个”的含义使用。此外，应该注意，增材制造过程中的物体也可以仅仅是代表最终产品的实际物体的部件或部段。
为了向构建材料供应电磁辐射，能量供应装置在构建区上方的平面内移动，该平面平行于构建平面。如果在实践中无意中会出现平面平行度的轻微偏离，可以独立于这里描述的方法或在这里描述的方法期间进行校正。为能量供应装置的移动指定预限定的目标方向(X)。这意味着移动在结构上限于平面内一维的线性移动。这里，术语目标方向(X)不一定意味着移动只能在平面内的一个方向上发生。相反，通常将也可能沿相反方向(准-X)移动，尽管用于固化层中全部数量的预定位置的能量供应装置通常总是沿相同方向移动(即不来回移动)。
对于在目标方向上的线性移动的每次引导，即使仔细设计引导移动的部件，也不能排除移动方向B与目标方向发生偏离。因此，根据本方法，检查是否出现这种移动方向偏离，并且相应地校正用于选择性固化构建材料的辐射供应。这里，偏离本身可以表现为在不同于目标方向的方向上的线性移动或表现为在不同方向上的线性移动。此外，替代地或附加地，偏离也可以由旋转移动引起。在提到的所有情况下，偏离可以仅仅是暂时的，即仅在目标方向上的特定位置处发生，或者从在目标方向上移动期间第一次发生偏离起在目标方向上的几乎所有位置处发生。后一种情况特别是指移动方向与目标方向的偏离的累积增加。
可以仅在能量供应装置在目标方向上的预定最大数量的位置处确定偏离，或者在尽可能多的位置处确定是否出现偏离。这完全取决于在三维物体的逐层增材制造中的精度要求。在后面提到的情况下，确定偏离的位置的数量可以与线性引导装置在目标方向上的空间分辨率耦合(例如，当使用步进马达时)。
通过在横向于目标方向(X)的布置方向(Y)上布置优选彼此相邻的多个辐射发射器，电磁辐射可以被同时或至少以时间重叠的方式供应给要固化的构建材料层的多个位置，从而与例如激光扫描仪相比，层的固化步骤可以在减少的时间内进行。尽管布置方向优选基本上垂直于、优选精确垂直于目标方向，但是目标方向和布置方向围成不同于90°的角度的实施例也是可能的。与此无关，辐射发射器可能在垂直于布置方向的方向上相对于彼此偏移。此外，还可以想到，辐射发射器不在布置方向上彼此相邻地无间隙地布置。相反，决定性的是电磁辐射可以在布置方向上无间隙地供应，其中，如果例如故意不将电磁辐射供应到构建区的在目标方向上延伸的条带，则也可以有例外。优选地，每个辐射发射器由一定数量的二极管激光器、例如VCSEL或VECSEL组成。
控制装置也可以部分或完全地布置在增材制造设备的外部，通过该控制装置以协调的方式控制用于逐层增材制造的设备的各单个部件以执行逐层增材构建过程。控制装置优选包含CPU，其操作由计算机程序(软件)控制。计算机程序可以与增材制造设备分开地存储在存储装置中，计算机程序可以从存储装置加载到控制装置中(例如通过网络)。
特别是，控制装置为各单个辐射发射器指定在辐射供应装置在构建区上移动期间各单个辐射发射器要在平行于构建平面的平面中的哪些位置发射辐射。构建材料要被固化的、所提供的层的预定位置对应于辐射发射器的这些发射位置。
在所描述的校准方法中，在沿着目标方向的、确定在能量供应装置在构建平面上移动期间发生了与目标方向的偏离的位置处，使控制装置或其软件自动为至少一些辐射发射器配设其他发射位置，而不是在不存在偏离的情况下已经配设给这些辐射发射器的发射位置。换句话说，由于辐射发射器的在平行于构建平面的平面中的位置由于偏离而改变，所以控制装置自动改变辐射发射器要发射辐射的位置，使得发射位置与要固化的构建材料层的预定位置正确关联。因此可以理解，其他发射位置不一定配设给包含在能量供应装置中的所有辐射发射器。相反，其他发射位置通常只配设给一些辐射发射器。配设其他发射位置的辐射发射器的数量通常取决于所确定的偏离的程度。
还应该注意，除了改变发射位置之外，可选地，还可以改变由辐射发射器发射的辐射功率。这指的是辐射发射器不仅可以被接通和关断、而且由辐射发射器发射的辐射功率可以被改变的情况。
优选地，在该校准方法中，检测预限定的目标方向(X)和移动方向(B)之间的角度(αj)以确定偏离，并且如果该角度(αj)超过指定的公差角度(αref)，则判定存在偏离。
根据物体增材制造的精度要求，有时可以容许辐射发射器的发射位置由于移动方向与目标方向偏离而稍微移位。通过指定公差角度，可以考虑相对于轻微偏离的公差。然后发射位置的改变或调整仅在发射位置相对于要固化的构建材料层的位置的位移不再能够容忍的情况下发生。如果偏离低于公差角度，则容许因偏离导致的发射位置的位移。原则上，可以指定任意小的公差角度(0°)。然而，由测量精度会自动产生一个下限，通过该下限可以确定公差角度。
优选地，为了确定偏离，在向预定位置供应或不供应电磁辐射的情况下，使能量供应装置在构建区上移动。
当这样进行时，可以独立于在用于逐层增材制造的设备中发生的制造过程，确定在能量供应装置在构建区上移动期间发生的移动方向与目标方向的偏离。这里，为了确定偏离，能量供应装置在构建区上、优选在整个构建区上移动，并且在目标方向上的各单个位置处检查在移动方向和目标方向之间是否存在偏离。基于该结果，然后可以改变控制装置，使得其在能量供应装置在目标方向上的相应位置处通过指定在这些位置处的其他发射位置考虑在后续制造过程中出现的偏离。特别是，偏离的确定可以在用于逐层增材制造的设备第一次启动之前进行，或者在相对长的保持时间之后进行，在修改之后或者在环境条件改变之后进行，例如在安装地点的环境温度改变或者转换到其他物体的制造之后进行。除此之外，还可以在制造过程期间连续确定偏离，例如为了抵消蠕变变化。
进一步优选地，关于在目标方向(X)上确定偏离的位置(XJ)的信息存储在存储装置中，并且访问存储在存储装置中的信息以指定辐射发射器的其他发射位置。
通过以这种方式进行，控制装置可以通过访问存储装置获得目标方向上的发生了偏离的位置。存储装置可以是任何类型的易失性或非易失性存储器。可以想到控制装置本身中的存储装置、例如RAM、EPROM等、或控制装置可以读取访问的存储介质、例如CD-ROM或DVD、或布置在与用于逐层增材制造的设备完全不同的位置的存储装置，其中，经由LAN、特别是因特网对存储装置进行访问。特别是，存储装置的基于云的实现也是可以想到的，这因而也覆盖了多个不同存储装置上的存储。
进一步优选地，用于逐层增材制造的设备包括用于接收控制数据的接口，所述控制数据用于控制逐层增材制造过程的流程，其中，控制数据包括要制造的一定数量的物体的至少一个数据模型，在该数据模型中为辐射发射器指定要在构建区上的哪个发射位置发射辐射，以将电磁辐射供应给所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，所述控制装置通过在接收到的数据模型中进行改变来指定用于辐射发射器的其他发射位置。
控制数据可以包含指令，以接连地施加构建材料层，并向对应于要制造的物体的横截面的各个层的区域供应辐射，以便固化那里的构建材料。
详细而言，控制数据包括数据模型，该数据模型源自一个或多个要制造的物体的基于计算机的模型、优选其CAD模型。详细而言，控制数据为每个构建材料层指定当在构建区上移动能量供应装置时辐射发射器要在哪个发射位置发射辐射以固化构建材料层的位置。这些发射位置源自一个或多个要制造的物体的基于计算机的模型、优选其CAD模型。
用于接收控制数据的接口特别是可以是现有技术中已知的用于接收数字数据的接口，例如PCI总线、AGP、SCSI、USB或FireWire接口，该列表并不详尽。
使用具有这种接口的用于逐层增材制造的设备允许设备的用户利用用于制造用户期望的物体的数据模型为设备指定控制数据。在这种情况下，通过校准方法改变的控制装置可以在能量供应装置在目标方向上确定偏离的位置处自动改变接收的数据模型。换句话说，由用户指定的要制造的一定数量的物体的数据模型在制造过程开始之前或者在层的辐射过程每次开始之前被预变形，并且制造过程基于预变形的数据模型来执行。
优选地，在增材制造过程期间，优选地在能量供应装置在构建区上移动期间，使控制装置为辐射发射器指定其他发射位置。
在校准方法的这种实施方式中，在能量供应装置在构建区上移动以向构建材料供应辐射期间，确定移动方向和目标方向之间的偏离。这里，可以在能量供应装置到达的目标方向上的每个新位置处确定偏离的存在。如果存在偏离，控制装置自动为辐射发射器指定其他发射位置，而不是在不存在偏离的情况下指定的那些发射位置。因此，增材制造设备的控制装置被设计成使得其自身引起偏离的确定或者至少能够接收关于偏离存在的信息，以便在两种情况下如果存在偏离则自动指定其他发射位置。这里，优选地，移动方向和目标方向之间的角度也被确定或传送给控制装置，使得控制装置然后可以使用该信息来改变发射位置。
优选地，仅在目标方向(X)上的预定数量的位置(XJ)处确定偏离。
可以例如在那里指定将确定偏离的在目标方向上的位置，在这里已经预先怀疑可能发生与线性移动的偏离。例如，这种怀疑可源于过去已经发生的校准过程，或者可基于在增材制造过程期间在构建区的特定区域中出现特别高的温度或特别大的温差的认知。通过这种方法，可以减少校准工作。
在指定位置之间，相关偏离基于在这些位置确定的偏离通过计算确定(内插法)。此外，还可以指定最大数量的位置，从而只要边界条件允许，也可以在目标方向上的较小数量的位置处确定偏离。
优选地，在目标方向(X)上彼此间具有预定距离(Δx)的位置(XJ)处确定偏离。
通过以这种方式进行，一方面，通过仅在特定位置确定偏离的存在来限制校准工作。另一方面，通过指定位置之间的恒定距离，实现了沿着目标方向尽可能一致地确定偏离。
可选地，还可以指定在目标方向上的位置之间的不得被超过的最大距离。
优选地，在校准方法中，另外确定在能量供应装置的移动期间辐射发射器与构建区的距离是否发生变化，并且如果是这种情况，则使控制装置改变由辐射发射器发射的辐射的焦点位置。
辐射发射器与构建区的距离的变化可由能量供应装置在构建区上的移动不完全发生在一个平面内的事实引起，这意味着能量供应装置作为整体在垂直于目标方向所在平面的方向上移位。在这种情况下，所有辐射发射器的距离都会改变。然而，另一方面，能量供应装置在构建区上移动的平面可能不完全平行于构建区所在的构建平面。在这种情况下，对于不同的辐射发射器，可导致与构建区的距离不同，从而只有一些辐射发射器的距离变化超过可容许的量。
即使与平面平行度的偏离通常小得可以忽略不计，对于高精度应用，也可以通过检查(例如通过布置在构建区上方的(IR)相机)光束焦点是否发生波动来考虑这种影响。如果是这种情况，可以通过改变能量供应装置到构建平面的距离和/或通过引入或改变能量供应装置相对于构建区的平面(工作或构建平面)的倾斜和/或通过调整聚焦来校正焦点位置。
一种创新性的可通过根据本发明的校准方法校准的用于逐层增材制造一定数量的物体的设备包括：
用于控制逐层增材制造过程的控制装置，
层施加装置，其被设计成在构建区内的构建基底上或已经制造的层上提供一层未成形的构建材料，
能量供应装置，其适于通过供应电磁辐射来固化所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，能量供应装置适于在构建区上移动以向预定位置供应电磁辐射，并且针对该移动为能量供应装置指定预限定的目标方向(X)，
其中，能量供应装置包括一定数量的辐射发射器，所述辐射发射器沿着横向于预限定的目标方向(X)的布置方向(Y)布置，并且控制装置根据所述预定位置为所述辐射发射器指定在构建区上要发射辐射的发射位置，并且
其中，控制装置适于在校准方法期间目标方向(X)上的确定了偏离的位置(XJ)处为辐射发射器指定其他发射位置。
根据本发明的设备被配置成在能量供应装置的移动方向与目标方向偏离的情况下其自动改变辐射发射器要发射辐射的位置。换句话说，该设备的控制装置被配置成使得其可以在制造过程期间考虑关于在制造过程之前确定的偏离的信息，或者在制造过程期间由自身收集信息并立即将其考虑在内。
因此，该设备被配置成使得根据本发明的校准方法可以为该设备执行。因此，对于设备的用户来说，特别是在启动之前或不时地必须校准设备的先决条件可以省去。移动方向与目标方向的偏离的确定可以特别是已经由设备的制造商完成，或者设备可以在构建材料层的固化过程期间由自身完成此。
优选地，该设备包括线性引导装置，在能量供应装置在构建区上移动期间通过该线性引导装置来引导能量供应装置。
对于线性引导装置的配置有多种选择。主要地，线性引导装置可以通过一定数量的轨道、特别是一个或两个轨道实现，其用于能量供应装置的移动的直线引导。在这种情况下，能量供应装置通过耦合装置(例如滑块或滑架)连接到轨道。
进一步优选地，线性引导装置包括两个彼此间隔开的平行轨道，在该轨道上，能量供应装置的移动通过两个滑块来引导。
线性引导装置的这种配置具有如下优点，即利用其可以确保特别是线性的移动。
进一步优选地，能量供应装置布置在位于构建区的两侧的轨道之间。
线性引导装置的这种配置具有如下优点，即利用其确保特别稳定的结构，其中，安装在两个轨道上的能量供应装置像桥一样跨越构建区。
优选地，该创新性的用于逐层增材制造一定数量的物体的设备还包括位置检测器，该位置检测器适于确定在能量供应装置的移动期间能量供应装置的移动方向(B)与预限定的目标方向(X)是否发生偏离。
这里，位置检测器确定例如能量供应单元的移动方向和目标方向之间的角度。例如，可以为此使用相机，该相机优选布置在能量供应单元和构建区的上方。此外，位置检测器可以包括线性测量系统(例如玻璃标尺、感应位移传感器、干涉仪或者线性测量系统和角度测量系统的组合(玻璃标尺和自准直仪))。
优选地，该创新性的用于逐层增材制造一定数量的物体的设备(其中，线性引导装置包括两个彼此间隔开的平行轨道)还包括位置检测器，该位置检测器适于确定在能量供应装置的移动期间能量供应装置的移动方向(B)与预限定的目标方向(X)是否发生偏离，
其中，位置检测器包括两个位置测量单元，每个位置测量单元附接到两个轨道中的一个并适于确定相应滑块在轨道上的位置。
在该配置中，简单地确定在给定时间点确定的耦合装置(例如滑块)的位置，能量供应单元通过该耦合装置耦合到轨道，并且例如通过位置测量单元的距离由此确定移动方向和目标方向之间的偏离，并且从所确定的位置计算能量供应单元的移动方向和目标方向之间的角度。这里，线性测量系统(例如感应位移传感器、干涉仪)可以被视为位置测量单元。
进一步优选地，位置检测器适于确定预限定的目标方向(X)和移动方向(B)之间的角度(αj)。
通过确定移动方向和目标方向之间的角度，当重新限定发射位置时，特别是当能量供应装置处的辐射发射器的布置遵循复杂模式时，可以以简单的方式考虑关于发生的偏离的信息。
进一步优选地，位置检测器是布置在能量供应装置上方的相机。
相机可以是光学相机，其特别是记录能量供应装置及其线性引导装置的图像，或者相机可以是红外相机，其记录被照射的构建材料层的图像，基于该图像得出关于移动方向和目标方向之间的偏离的结论。作为能量供应的结果，构建材料层的被照射位置具有比周围构建材料更高的温度，这反映在IR图像中。然后可以通过确定与在增材制造设备的输入数据中指定的相关物体横截面(或其一部分)的几何偏离来确定偏离。
进一步优选地，该创新性的用于逐层增材制造一定数量的物体的设备还包括测试单元，该测试单元适于在由位置检测器检测到的角度(αj)超过指定的公差角度(αref)时确定偏离的存在。
测试单元特别是可以借助软件来实现，特别是也可以借助由包含在控制装置中的CPU执行的程序来实现。公差角度优选是可调的，并且例如取决于要制造的物体的精度要求。这意味着，增材制造设备的制造商可以通过指定公差角度来确定增材制造设备的精度，或者设备的用户可以通过改变公差角度来使设备适应他的要求。
一种创新性的用于逐层增材制造一定数量的物体的方法包括根据本发明的校准方法。
通过这种逐层增材制造方法，可以以简单的方式提高所制造的物体的精度。
附图说明
从参考附图对示例性实施例的描述中，本发明的进一步特征和优点是显而易见的。
图1示出了根据本发明的用于增材制造三维物体的示例性设备的部分截面示意图。
图2示出了具有可以应用本发明的线曝光装置的构建区的示意性俯视图。
图3示意性地说明了本发明解决的问题。
图4用于解释根据本发明的方法。
图5a是包含在图1所示设备中的曝光装置的示意性仰视图。
图5b是包含在图5a所示曝光装置中的激光器模块的示意图。
图5c是包含在图5b所示激光器模块中的激光器阵列的示意图。
图6说明了根据第一实施例的校准方法的顺序。
图7示意性地示出了根据第一实施例的增材制造设备的控制装置的设置的细节。
图8说明了根据第二实施例的校准方法的顺序。
图9示意性地示出了根据第二实施例的增材制造设备的控制装置的设置的细节。
具体实施方式
在下文中，首先参考图1描述根据本发明的两个实施例校准的示例性设备1。图1所示的设备是激光烧结或激光熔化设备1。为了构建物体2，该激光烧结或激光熔化设备包含具有室壁4的工艺室3。
顶部开口的并具有容器壁6的容器5布置在工艺室3中。工作平面7由容器5的上部开口限定，其中，工作平面7的位于开口内并可用于构建物体2的区域被称为构建区8。
在竖直方向V上可移动的承载体10布置在容器5中，基板11附接到该承载体上，该基板在底部封闭容器5并因此形成该容器的底部。基板11可以是与承载体10分开形成并固定到承载体10的板，或者其可以与承载体10一体形成。根据所使用的粉末和工艺，构建平台12可以附接到基板11作为构建物体2的构建基底。然而，物体2也可以直接构建在基板11上，该基板则用作构建基底。图1示出了要在容器5中、在工作平面7下方、在构建平台12上形成的物体2，该物体处于中间状态，具有多个固化层，被保持未固化的构建材料13包围。
激光烧结设备1还包含用于构建材料15的存储容器14和层施加装置16，所述构建材料为粉末形式或糊状并且可通过电磁辐射固化，所述层施加装置可在水平方向H上移动以便在构建区8内施加构建材料15。优选地，层施加装置16横向于其移动方向在要涂覆的整个区域上延伸。
可选地，辐射加热器17布置在工艺室3中并用于加热施加的构建材料15。例如，可以提供红外辐射器作为辐射加热器17。
作为用于向构建材料供应电磁辐射的能量供应装置，激光烧结设备1还包括曝光装置18，该曝光装置也可在水平方向上移动并产生聚焦到工作平面7上的激光辐射19。曝光装置18被配置为线曝光装置，该线曝光装置能够曝光横向于(特别是垂直于)其移动方向延伸的区域，该区域也被称为线并且在整个要曝光的区域上延伸。
图2示出了构建区8的示意性俯视图，其说明要在目标方向x上移动的线曝光装置18。该线曝光装置具有曝光臂31，该曝光臂具有垂直于目标方向X延伸的纵向轴线。为了引导线曝光装置18的移动，曝光臂31刚性连接到耦合装置30，该耦合装置布置在曝光臂的纵向轴线的延伸部上。两个滑块30a和30b附接到耦合装置30，每个滑块可以沿着两个相互平行的轨道28a和28b中的一个以滑动方式移动。为了记录每个滑块沿着其轨道的延伸方向(轨迹)的位置，位置测量单元32a或32b附接到两个滑块中的每一个。为了清楚起见，图中未示出用于移动曝光装置18的马达(例如步进马达)。
在该示例中，线曝光装置18具有多个曝光单元(即辐射发射器)80，这些曝光单元可以彼此独立地控制，垂直于线曝光装置的移动方向(在图2中表示为Y方向)彼此相邻地布置，并且每个曝光单元能够彼此独立地将激光辐射引导到位于线曝光装置18下方的工作平面7上。在该示例中，假设存在n个曝光单元801、802、……80n，其中n是自然数，例如其值为184。在进一步的描述过程中，假设曝光单元801与轨道28a的距离最小，曝光单元80n与该轨道的距离最大。
再次参考图1，激光烧结设备1包括控制装置20，通过该控制装置以协调的方式控制设备1的各单个部件(例如用于移动曝光装置18的马达)以执行构建过程。替代地，控制装置也可以部分或完全地布置在设备外部。控制装置可以包含CPU，其操作由计算机程序(软件)控制。计算机程序可以存储在存储介质上，计算机程序可以从存储介质加载到设备中，特别是加载到控制装置中。在本申请中，术语“控制装置”包括任何基于计算机的控制装置，其能够对增材制造设备或其至少一个部件的操作进行开环或闭环控制。这里，控制装置和受控部件之间的连接不一定必须是基于电缆的，而是也可以通过无线电通信来实现，因为控制装置包括相应的无线电接收器和发射器。
在刚刚举例描述的增材制造设备中，制造过程发生为使得控制装置20处理由控制装置读取的控制数据集。对于由层施加装置16施加的每一层构建材料15，控制数据集指定激光辐射要在构建区8内的哪些位置被引导到工作平面7上(并因此引导到构建材料15上)。这意味着，控制数据集指定曝光臂31上的曝光单元801、802、……80n要在曝光装置18在目标方向X上的哪些位置Xj处发射激光辐射。在控制数据集中指定的相应曝光单元80i对应于在垂直于目标方向X的方向上要照射的位置的位置。换句话说，通过指定数据三元组(Xj，80i，Pij)，在控制数据集中指定要以功率P被发射辐射的、构建区上方的位置。为了简单起见，这里假设要么发射辐射要么不发射辐射，换句话说要么供应功率P要么根本不供应功率，即Pij是二元参数。如果不供应功率，则P的值为零。
在逐层制造物体期间，对于每一层，控制装置20使层施加装置16施加一层构建材料15，以便随后通过线性引导装置在构建区8上沿目标方向X移动线曝光装置18并根据在控制数据集中对构建材料的选择性曝光的指定来控制该线曝光装置。
根据本发明，确定线性引导装置在构建区8上移动曝光装置18的方向与目标方向X的偏离，并且校准增材制造设备，使得其在物体的增材制造期间自动考虑这种偏离。
图3示意性地说明了本发明解决的问题。与图2类似，图3也示出了具有要在目标方向X上移动的线曝光装置18的构建区8的示意性俯视图。这里，图3中与图2中相同的特征具有相同的附图标记。曝光装置18移动的直线度取决于用于线性引导的轨道28a和28b的直线度。特别是在轨道长度/构建区长度在大约50cm的范围内的情况下，不能排除制造公差导致与直线度偏离。这里，为了说明的原因，在图3中放大示出了轨道的直线度的偏离。可以看出，在曝光装置18沿目标方向X移动期间，轨道的弯曲导致角度β的附加旋转移动。结果，曝光单元不会在目标方向上呈现在控制数据集中指定的位置Xj。特别是，曝光单元在X方向上的偏移也取决于曝光单元与轨道的距离，这在图3中通过曝光单元80j和80m示出。对于曝光单元80j和80m，曝光单元80j和80m对于曝光装置18在目标方向上的精确线性移动假定的位置Xj处的位置由虚线示出。曝光单元偏移的影响是曝光单元在除了为其指定的位置以外的位置处发射激光辐射，从而导致构建缺陷。应该注意，在供应给材料的功率P不是二元指定而是多于两个级别的情况下，由于在工作平面7中的各单个位置处供应给构建材料的功率不正确，同样会导致构建缺陷。
还应该注意，刚刚描述的控制装置20的配置和功能不仅应用于下面的第一实施例，而且还应用于下面进一步描述的第二实施例的控制装置200。
第一实施例
在第一实施例中，在制造过程开始之前确定线性引导装置在构建区8上移动曝光装置18的方向与目标方向X的偏离，并且校准增材制造设备，使得其在物体的增材制造过程期间自动考虑这种偏离。
为了执行校准方法，需要以特殊方式配置增材制造设备的控制装置20。在下文中，参考图6描述校准方法的流程，图7说明了控制装置20的设置的相关细节。
在图6所示的步骤S1中，在物体的制造过程开始之前，曝光装置18沿着轨道28a和28b移动穿过整个构建区8。这里，在目标方向X上的选定位置Xj处，由位置测量单元32a或32b给出的值被相互比较。如果在位置Xj处，由位置测量单元32a或32b给出的值的差δj超过公差值，则该差δj被转换成角度αj。这里，角度αj的结果是反正切(δj/L1)，其中，L1是垂直于轨道的延伸方向的轨道距离。随后，将角度αj与相关位置Xj一起存储在偏离表中。
优选地选择选定位置Xj，使得它们尽可能覆盖构建区8在目标方向X上的整个长度。位置Xj彼此越靠近，换句话说，选定位置的数量越大，可以检测到的与线性路线的偏离就越精确。这里，对于高公差值，与低公差值相比，较少数量的位置Xj就足够了。应该注意，公差角度对应于根据如下关系式预先指定的公差值：公差角度＝反正切(公差值/L1)。
在图6所示的步骤S2中，由存储在偏离表中的成对值计算校正数据，并将其存储在校正数据表中。这种校正数据表包含校正数据三元组(Xj，80i，Δij)，其中，对于每个位置Xj，每个曝光单元80i(1≤i≤n)配设有位置误差Δij，该位置误差指示曝光单元80i的实际位置和位置Xj之间在X方向上的差。
参考图4，下面解释如何为示例性曝光单元80i确定位置误差Δij。这里，在图4中，与图3相比，省略了对于解释不必要的那些特征。否则，与图3中的特征相同的特征具有相同的附图标记。图4示出了曝光单元80i沿着曝光臂31的纵向轴线的方向的位置，其中，Li表示曝光单元80i与轨道28b的距离。这里，假设曝光臂的纵向轴线垂直于轨道28b延伸。可以看出，位置误差Δij可以计算为Δij＝Li·sinαj。
如图7所示，控制装置20尤其包含控制数据存取单元101、校正数据存储单元102、控制数据校正单元103和曝光装置控制单元104。在图6所示的步骤S3中，先前在步骤S2中生成的校正数据表被存储在控制装置20的校正数据存储单元102中。如在图7中可以看出，控制数据校正单元103连接在控制数据存取单元101和曝光装置控制单元104之间。结果，在由控制数据存取单元101读取具有用于制造物体的一定数量的横截面(可选地用于整个物体)的控制数据的控制数据集之后，控制数据校正单元103可以执行以下步骤(i)至(ii)，使得曝光装置控制单元104不会基于读入的控制数据三元组自动执行照射。
在步骤i)中，针对在控制数据集中指定的每个控制数据三元组(Xj，80i，Pij)中的每一个检查是否在校正数据存储单元102中针对控制数据三元组中的位置Xj存储了校正数据三元组(Xj，80i，Δij)。对于是这种情况的控制数据三元组，执行步骤ii)。
在步骤ii)中将相应的控制数据三元组变为(Xj，80i，Pi(Xj+Δij))。换句话说，将最初指定用于布置在位置Xj处的曝光单元80i的值Pij设置为最初指定用于布置在位置Xj+Δij处的曝光单元80i的值。
曝光装置控制单元104现在可以将以这种方式改变的控制数据集作为用于控制曝光装置18的基础(可能在中间存储之后)。在这种情况下，在增材制造设备的制造过程中，在开始构造之前，首先生成改变的控制数据集。替代地，也可以在照射层之前(例如在层施加期间)首先改变与该层有关的控制数据。
第二实施例
在第二实施例中，在制造过程期间确定线性引导装置在构建区8上移动曝光装置18的方向与目标方向X的偏离。因此，在物体的增材制造过程期间，增材制造设备通过在增材制造过程期间确定这种偏离并在照射构建材料层时自动将其考虑在内来校准自身。为此，增材制造设备具有控制装置200。
在下文中，参考图8描述校准方法的流程，其中，图9说明了被配置用于相应校准的控制装置200的设置的相关细节。
在图8所示的步骤S1中，图9所示的控制数据存取单元201首先读取控制数据集，该控制数据集包含用于制造物体的一定数量的横截面的、控制数据，其可选地用于整个物体。然后在步骤S2中使层施加装置16施加一层构建材料15，以便随后在构建区8上沿目标方向X移动线曝光装置18，并根据用于在控制数据集中对构建材料的选择性曝光的指定来控制该线曝光装置。为此所需的控制装置200的部件在现有技术中是已知的，因此没有在图9中明确示出。
然而，步骤S2还包含一个如此在现有技术中未知的子步骤。在曝光装置18移动期间，由位置测量单元32a或32b给出的值被读出并由图9所示的偏离确定单元202相互比较。如果在位置Xj处，由位置测量单元32a或32b给出的值的差δj超过公差值，则由图9所示的控制数据校正单元203改变在对于该位置Xj的控制数据中指定用于曝光单元80i的值。该方法参考图4针对示例性曝光单元80i进行了解释。
如在第一实施例中，对于线曝光装置18在其沿目标方向X移动期间的每个位置Xj，确定位置误差Δij，其指示曝光单元80i的实际位置与位置Xj之间在X方向上的差。为此，如在第一实施例中那样，差δj可以转换成角度αj，并且Δij可以由此确定为Δij＝Li·sinαj。然而，替代地，Δij也可以直接确定为Δij＝L/L1·δj，这在第一实施例中也是可能的。这里利用了与直线度的偏离非常小的事实，使得为了良好近似，由位置测量单元32a或32b给出的差δj(其涉及沿着轨道28a和28b的轨迹的不同位置)等于这些位置在目标方向X上的差。
如果在位置Xj处确定由位置测量单元32a或32b给出的值的差δj超过公差值，则限定曝光装置80i在位置Xj处的控制的控制数据三元组被改变，因为控制数据三元组(Xj，80i，Pij)(1≤i≤n)被数据三元组(Xj，80i，Pi(Xj+Δij))替换。经修改的数据三元组(Xj，80i，Pi(Xj+Δij)(1≤i≤n)现在可供曝光装置控制单元204用于在曝光位置Xj处选择性照射构建材料。
如果由偏离确定单元202执行的、由位置测量单元32a或32b给出的值的上述比较没有导致超过公差值，则偏离确定单元202将读入的与目标方向上的曝光位置Xj有关的控制数据三元组(Xj，80i，Pij)(1≤i≤n)直接传递给曝光装置控制单元204，而不涉及控制数据校正单元203。
以这种方式，在线曝光装置18在构建材料层上移动期间，在线曝光装置18向位置Xj处的构建材料供应辐射之前，首先在每个位置Xj处检查位置测量单元32a或32b。
实施例的修改
结果表明，当使用线曝光装置时，在两个实施例中描述的方法是特别有利的，在该线曝光装置中曝光单元80不仅横向于目标方向X而且在目标方向X上彼此相邻地布置。下面将描述这种曝光装置的示例：
图5a至5c示意性地示出了曝光装置18的仰视图。曝光装置在构建区上的移动方向由箭头X表示。图5a示出了多个激光器模块30如何在曝光装置18的下侧相对于彼此偏移地成行布置。图5b示出了每个激光器模块30如何由构成曝光单元或辐射发射器80的多个激光器阵列31形成。图5c示出了每个激光器阵列31如何由多个单独的激光器32形成。
各单个激光器32被构造为VCSEL(垂直腔面发射激光器)或VECSEL(垂直外腔面发射激光器)类型的半导体二极管激光器。这些激光源具有垂直于主延伸(晶片平面)的发射方向，并且具有圆形对称的光束发散度，并且特别良好地适合于布置成二维阵列。在图5c所示的激光器阵列31中，各单个激光器32以六边形布置，然而，任何其他布置都是可能的。激光器阵列31的所有激光器32优选被同时驱动。然后曝光装置18的最小单独可控的曝光单元80是激光器阵列31。这样做的优点是，在单个激光器出现故障的情况下，不会由此导致整个曝光单元故障，而是可以通过激光器阵列的其他激光器来补偿功率下降。
多个激光器阵列31被组合以形成一个激光器模块30。此外，为每个激光器模块30提供光学元件(图中未示出)，通过该光学元件将激光器阵列31成像到工作平面7上。这里，每个激光器阵列31被成像到工作平面7中的图像点(像素)上。每个激光器模块30被引导到工作平面7中的特定区域上。当曝光装置18在目标方向X上移动时，接通的激光器阵列31的图像点形成迹点。
在图5b所示的激光器模块30中，各单个激光器阵列31被布置成两个交错的行，使得在激光器模块30沿目标方向X移动期间，它们的图像点的迹点在工作平面中彼此邻接。例如，如果激光器阵列31横向于目标方向X(即横向于曝光装置的预期移动方向)具有0.1mm的宽度，并且光学元件具有1:5的缩小成像比例，则激光器阵列31的邻接迹点将具有0.02mm的宽度。换句话说，在横向于其预期移动方向的方向上，曝光装置18具有0.02mm的分辨率
为了利用曝光装置18的整个宽度，多个激光器模块30沿着横向于目标方向X的方向布置成一行。由于激光器模块30被光学元件光学缩小，在激光器模块30在目标方向上移动期间由激光器模块30的所有激光器阵列31的图像点形成的迹点的总宽度以缩小比例窄于激光器模块30本身。然而，一行中所有激光器模块的迹点的间距，即迹点的中心到中心的距离，对应于激光器模块30的(未缩小的)间距。因此，在可以由单行激光器模块30曝光的迹点之间，仍存在不可曝光的区域。
因此，为了能够在横向于目标方向X的方向上连续曝光工作平面，多行激光器模块30相对于彼此交错。换句话说，形成激光器模块30的单独级联，其在目标方向X上接连地放置，但是在横向于目标方向X的方向上相对于彼此偏移。例如，在图5a中，位于最左侧的五行激光器模块30形成一个级联。多个这样的级联然后沿着横向于目标方向X的方向彼此相邻地布置。在每个级联内，激光器模块30移位一定量，使得它们的激光器阵列31的图像点的迹点彼此邻接。
例如，刚刚描述的线曝光装置可以包含108个激光器模块，每个激光器模块可以包含32个激光器阵列(曝光单元)，并且每个激光器阵列可以包含282个VCSEL。在这种情况下，曝光装置包括3456个单独可控的曝光单元(激光阵列)。
还应该提到的是，能量供应单元的移动方向和目标方向之间的角度也可以通过自动准直器来确定，该自动准直器平行于构建平面发射测量光束。
最后，还应该提到的是，能量供应单元的移动方向与目标方向的偏离不仅导致曝光单元在X方向上的偏移，而且还导致在Y方向上的偏移(即，在平行于垂直于X方向的构建平面的平面中)，然而，该偏移比X方向上的偏移小至少10倍，因此通常可以忽略不计。然而，在例外情况下，如果在Y方向上的偏移应与在Y方向上曝光单元的距离的数量级相同，那么为了进行校正，Pij的值可以在Y方向上偏移，即最初配设给曝光单元的值Pij可以配设给在Y方向上相邻的曝光单元。
最后，还应该提到的是，除了所述的软件偏离补偿之外，通过硬件进行补偿也是可能的。为此目的，例如(特别是在校正Y方向上的偏移的情况下)，可以改变光学元件的位置。将光学元件配置为空间光调制器阵列也是可以想象的，该空间光调制器的特性可以相应地改变。

Claims (19)

1.一种用于逐层增材制造一定数量的物体的设备的校准方法，所述设备包括：
用于控制逐层增材制造过程的控制装置，
层施加装置，其适于在构建区内的构建基底上或已经制造的层上提供一层未成形的构建材料，以及
能量供应装置，其适于通过供应电磁辐射来固化所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给所述一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，所述能量供应装置适于在所述构建区上移动以向所述预定位置供应电磁辐射，并且针对该移动为所述能量供应装置指定预限定的目标方向(X)，并且
其中，所述能量供应装置包括一定数量的辐射发射器，所述辐射发射器沿着横向于所述预限定的目标方向(X)的布置方向(Y)布置，并且所述控制装置根据所述预定位置为所述辐射发射器指定在所述构建区上要发射辐射的发射位置，
其中，在校准方法中，确定在所述能量供应装置的移动中是否出现所述能量供应装置的移动方向(B)与所述预限定的目标方向(X)的偏离，以及
其中，使所述控制装置根据所确定的偏离为所述辐射发射器指定其他发射位置。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，检测所述预限定的目标方向(X)和所述移动方向(B)之间的角度(αj)以确定偏离，并且如果该角度(αj)超过指定的公差角度(αref)，则判定存在偏离。
3.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，为了确定偏离，在向所述预定位置供应或不供应电磁辐射的情况下，使所述能量供应装置在所述构建区上移动。
4.根据权利要求3所述的校准方法，其中，将关于在所述目标方向(X)上确定偏离的位置(XJ)的信息存储在存储装置中，并且访问存储在所述存储装置中的信息以指定所述辐射发射器的其他发射位置。
5.根据权利要求4所述的校准方法，其中，用于逐层增材制造的设备包括用于接收控制数据的接口，所述控制数据用于控制逐层增材制造过程的流程，其中，所述控制数据包括要制造的所述一定数量的物体的至少一个数据模型，在所述数据模型中为所述辐射发射器指定要在构建区上的哪个发射位置发射辐射，以将电磁辐射供应给所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给所述一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，所述控制装置通过在接收到的数据模型中进行改变来为辐射发射器指定其他发射位置。
6.根据权利要求1或2所述的校准方法，其中，在增材制造过程期间，优选地在所述能量供应装置在构建区上移动期间，使所述控制装置为辐射发射器指定其他发射位置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，仅在所述目标方向(X)上的预定数量的位置(XJ)处确定偏离。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的校准方法，其中，在所述目标方向(X)上彼此具有预定距离(Δx)的位置(XJ)处确定偏离。
9.根据前述权利要求中任一项所述的校准方法，其中，附加地确定在所述能量供应装置的移动期间辐射发射器与构建区的距离是否发生变化，如果是这种情况，则使控制装置改变由辐射发射器发射的辐射的焦点位置。
10.一种用于逐层增材制造一定数量的物体的设备，所述设备能够根据权利要求1至9中任一项所述的校准方法进行校准，所述设备包括：
用于控制逐层增材制造过程的控制装置，
层施加装置，其被设计成在构建区内的构建基底上或已经制造的层上提供一层未成形的构建材料，
能量供应装置，其适于通过供应电磁辐射来固化所提供的层的预定位置，所述预定位置配设给所述一定数量的物体在该层中的横截面，
其中，所述能量供应装置适于在构建区上移动以向所述预定位置供应电磁辐射，并且针对该移动为所述能量供应装置指定预限定的目标方向(X)，
其中，所述能量供应装置包括一定数量的辐射发射器，所述辐射发射器沿着横向于所述预限定的目标方向(X)的布置方向(Y)布置，并且所述控制装置根据所述预定位置为所述辐射发射器指定在所述构建区上要发射辐射的发射位置，并且
其中，所述控制装置适于在目标方向(X)上的、在校准方法期间确定了偏离的位置(XJ)处为辐射发射器指定其他发射位置。
11.根据权利要求10所述的设备，包括线性引导装置，所述能量供应装置在其在构建区上移动期间被所述线性引导装置引导。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述线性引导装置包括两个彼此间隔开的平行轨道，在所述轨道上，所述能量供应装置的移动通过两个滑块来引导。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述能量供应装置布置在位于构建区的两侧的轨道之间。
14.根据权利要求10或11所述的设备，进一步包括：
位置检测器，其适于确定在所述能量供应装置的移动期间能量供应装置的移动方向(B)是否与预限定的目标方向(X)偏离。
15.根据权利要求12或13所述的设备，进一步包括：
位置检测器，其适于确定在所述能量供应装置的移动期间能量供应装置的移动方向(B)是否与预限定的目标方向(X)偏离，
其中，位置检测器包括两个位置测量单元，每个位置测量单元附接到所述两个轨道中的一个并适于确定相应滑块在轨道上的位置。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中，所述位置检测器适于确定预限定的目标方向(X)和移动方向(B)之间的角度(αj)。
17.根据权利要求14或16所述的设备，其中，所述位置检测器是布置在所述能量供应装置上方的相机。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的设备，进一步包括：
测试单元，其适于在由位置检测器检测到的角度(αj)超过指定的公差角度(αref)的情况下确定存在偏离。
19.一种用于逐层增材制造一定数量的物体的方法，包括根据权利要求1至9中任一项所述的校准方法。
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DE102017210994A1 (de) * 2017-06-28 2019-01-03 Eos Gmbh Electro Optical Systems Messsystem für eine Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts

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