DE112021003297T5

DE112021003297T5 - Bestimmung und regelung der abkühlgeschwindigkeit in einem additiven fertigungssystem

Info

Publication number: DE112021003297T5
Application number: DE112021003297.6T
Authority: DE
Inventors: Lars Jacquemetton; Martin S. Piltch; Darren Beckett
Original assignee: Sigma Additive Solutions Inc
Current assignee: Sigma Additive Solutions Inc
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2023-07-27
Also published as: WO2021257801A1; US20210394302A1; JP2023531178A

Abstract

Ein additives Fertigungssystem schließt einen Arbeitsbereich ein, der eine Lage von Metallpulver aufweist, das über mindestens einen Abschnitt des Arbeitsbereichs verteilt ist. Das System schließt ferner eine Energiequelle, ein Abtast- und Fokussiersystem und einen konfigurierten Prozessor ein. Der Prozessor ist dafür konfiguriert, die Energiequelle zu steuern, um einen Energiestrahl bei einem Leistungspegel auszustrahlen und den Energiestrahl über den Arbeitsbereich in einer Vielzahl von Aufbaubahnen zu handhaben, um aus dem verschmolzenen Metallpulver ein Teil zu formen. Der Prozessor bestimmt ferner eine Abkühlgeschwindigkeit bei einer Beendigung jeder der Vielzahl von Aufbaubahnen und regelt den Leistungspegel der Energiequelle als Reaktion auf die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit.

Description

QUERVERWEISE AUF ANDERE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht Priorität für die Vorläufige US-Patentanmeldung Reihennr. 63/041,026, für „METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINATION AND CONTROL OF COOLING RATE“, eingereicht am 18. Juni 2020, und die Vorläufige US-Patentanmeldung Reihennr. 17/349,747, für „DETERMINATION AND CONTROL OF COOLING RATE IN AN ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM“, eingereicht am 16. Juni 2021, die hiermit durch Verweis vollständig zu allen Zwecken eingeschlossen werden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Additive Fertigung oder der sequenzielle Zusammenbau oder Aufbau eines Teils durch die Kombination von Materialzugabe und angewandter Energie nimmt viele Formen an und existiert gegenwärtig in zahlreichen Umsetzungen und Ausführungsformen. Additive Fertigung kann durch die Verwendung eines beliebigen einer Anzahl verschiedener Prozesse ausgeführt werden, welche die Bildung eines dreidimensionalen Teils praktisch jeglicher Form mit sich bringen. Die verschiedenen Prozesse, die zum Herstellen von Metallteilen verwendet werden, haben das Sintern und/oder Schmelzen von pulverisiertem oder körnigem Rohmaterial, Lage auf Lage, unter Verwendung einer oder mehrerer leistungsstarker Energiequellen, wie beispielsweise eines Laser- oder Elektronenstrahls, gemeinsam. Mit Variationen des Musters, der Geschwindigkeit und der Leistung der Energiequelle einhergehend kann sich die Geschwindigkeit, mit der das gesinterte und/oder geschmolzene Material abkühlt, ändern, was die Materialeigenschaften des Teils beeinflussen kann. Um Zuverlässigkeit und Einheitlichkeit additiv gefertigter Teile zu verbessern, ist es wünschenswert, die Abkühlgeschwindigkeit des Materials zu bestimmen und zu regeln, wenn das Teil aufgebaut wird.
KURZDARSTELLUNG
In einigen Ausführungsformen umfasst ein additives Fertigungssystem eine Energiequelle, die dafür konfiguriert ist, einen Energiestrahl auszustrahlen, der auf einen Arbeitsbereich einer Aufbauebene trifft, und einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, eine Temperatur des Arbeitsbereichs abzufühlen. Ein Prozessor ist mit dem Sensor verbunden und ist dafür konfiguriert, eine Abkühlgeschwindigkeit des Arbeitsbereichs, nachdem die Energiequelle ausgeschaltet worden ist, zu bestimmen. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst der Sensor einen ersten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen ersten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, und einen zweiten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen zweiten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, wobei der erste und der zweite Bereich unterschiedliche Bereiche sind. In einigen Ausführungsformen sind der erste Bereich von Wellenlängen und der zweite Bereich von Wellenlängen so gewählt, dass sie gegenüber einer oder mehreren charakteristischen spektralen Spitzen versetzt sind, die mit Materialeigenschaften eines Metallpulvers verbunden sind, das über mindestens einen Abschnitt des Arbeitsbereichs verteilt ist.
In einigen Ausführungsformen erzeugt der Energiestrahl ein vorübergehendes Schmelzbad des Metallpulvers. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Prozessor dafür konfiguriert, eine Benachrichtigung zu erzeugen, falls die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades außerhalb eines zulässigen Bereichs von Abkühlgeschwindigkeiten liegt. In einigen Ausführungsformen ist die Energiequelle dafür konfiguriert, Metallpulver, das über mindestens einen Abschnitt der Aufbauebene verteilt ist, entlang einer Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen zu verschmelzen. In verschiedenen Ausführungsformen wird die Energiequelle an einem Beginn jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen eingeschaltet und an einem Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen ausgeschaltet.
In einigen Ausführungsformen wird die Abkühlgeschwindigkeit am Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen bestimmt. In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Leistung der Energiequelle aus einer Wärmeenergiedichte (TED) eines Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor dafür konfiguriert, die Leistung der Energiequelle in einem Abschnitt des Arbeitsbereichs zu verändern.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein additives Fertigungssystem einen Arbeitsbereich, der eine Lage von Metallpulver einschließt, eine Energiequelle, ein Abtast- und Fokussiersystem und einen konfigurierten Prozessor. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor dafür konfiguriert, die Energiequelle zu steuern, um einen Energiestrahl bei einem Leistungspegel auszustrahlen und den Energiestrahl über den Arbeitsbereich in einer Vielzahl von Aufbaubahnen zu handhaben, um ein Teil zu formen. Der Prozessor kann ebenfalls eine Abkühlgeschwindigkeit bei einer Beendigung jeder der Vielzahl von Aufbaubahnen bestimmen und den Leistungspegel der Energiequelle als Reaktion auf die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit regeln.
In einigen Ausführungsformen wird die Energiequelle an einem Beginn jeder Aufbaubahn der Vielzahl von Aufbaubahnen eingeschaltet und an einem Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl von Aufbaubahnen ausgeschaltet. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das additive Fertigungssystem ferner einen Temperatursensor, der dafür angeordnet ist, bei der Beendigung jeder der Vielzahl von Ausbaubahnen eine Temperatur des Arbeitsbereichs, nachdem die Energiequelle ausgeschaltet ist, zu erfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Temperatursensor einen ersten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen ersten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, und einen zweiten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen zweiten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, wobei der erste und der zweite Bereich unterschiedliche Bereiche sind.
In einigen Ausführungsformen sind der erste Bereich von Wellenlängen und der zweite Bereich von Wellenlängen so gewählt, dass sie gegenüber einer oder mehreren charakteristischen spektralen Spitzen versetzt sind, die mit Materialeigenschaften eines Metallpulvers verbunden sind. In verschiedenen Ausführungsformen erzeugt der Energiestrahl ein vorübergehendes Schmelzbad des Metallpulvers. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor dafür konfiguriert, eine Benachrichtigung zu erzeugen, falls die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades außerhalb eines zulässigen Bereichs von Werten liegt.
In verschiedenen Ausführungsformen wird der Leistungspegel der Energiequelle aus einer Wärmeenergiedichte (TED) eines Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt. In einigen Ausführungsformen wird die TED aus dem Leistungseintrag in einen definierten Abschnitt des Arbeitsbereichs, dividiert durch eine Fläche, die durch die Vielzahl von Aufbaubahnen in dem definierten Abschnitt durchquert wird, bestimmt. In verschiedenen Ausführungsformen wird der Leistungseintrag in den definierten Abschnitt des Arbeitsbereichs durch Integrieren einer Spannung einer Photodiode bestimmt, die dafür angeordnet ist, eine Sensoreingabe aus dem Arbeitsbereich zu empfangen.
Zahlreiche Vorteile werden mit Hilfe der vorliegenden Erfindung gegenüber herkömmlichen Techniken erreicht. Zum Beispiel stellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit bereit, eine Mikrostruktur des fertiggestellten Teils zu steuern, wodurch die Materialeigenschaften des fertiggestellten Teils gesteuert werden. Die Mikrostruktur kann zu Zwecken der Qualitätskontrolle (z. B., um Qualitätsprobleme zu erkennen und/oder Qualitätsprobleme zu beheben) und/oder um Teile mit bekannten Materialeigenschaften zu erzeugen. Ferner ermöglicht es die vorliegende Erfindung, dass Materialeigenschaften mit einem monolithischen Teil derart verändert werden, dass bestimmte Bereiche andere Materialeigenschaften aufweisen können als andere Bereiche.
Figurenliste

1 illustriert eine teilweise Draufsicht einer Arbeitsebene eines Teils während der Fertigung durch eine additive Fertigungsmaschine, nach Ausführungsformen der Offenbarung;
2 illustriert eine Reihe von Aufbaubahnen, die jeweils einen Energiequellen-Einschaltbereich und einen Ausschaltbereich aufweisen, nach Ausführungsformen der Offenbarung;
3 illustriert eine graphische Darstellung einer Temperatur eines Arbeitsbereichs entlang einer beispielhaften Aufbaubahn von 2 in dem Ausschaltbereich;
4 illustriert ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Abtastende-Abkühlgeschwindigkeit von der Leistung der Energiequelle, nach Ausführungsformen der Offenbarung, zeigt;
5 illustriert ein Bild, das die augenblickliche Abkühlgeschwindigkeit entlang jeder einer Reihe von Aufbaubahnen, nach Ausführungsformen der Offenbarung, zeigt; und
6 illustriert ein beispielhaftes additives Fertigungssystem, nach Ausführungsformen der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen Verfahren zum Bestimmen und/oder Regeln der Abkühlgeschwindigkeit eines Arbeitsbereichs in additiven Fertigungssystemen. Während die vorliegende Offenbarung für eine breite Vielfalt von Konfigurationen verwendbar sein kann, sind einige Ausführungsformen der Offenbarung besonders verwendbar zum Erkennen von Fehlern innerhalb von mit additiven Fertigungssystemen hergestellten Teilen und Steuern der Materialeigenschaften derselben, wie unten ausführlicher beschrieben.
1 illustriert eine teilweise Draufsicht einer Arbeitsebene 105 eines Teils 100 während der Fertigung durch eine additive Fertigungsmaschine. Wie in 1 gezeigt, verschmilzt eine Energiequelle Metallpulver über die Arbeitsebene 110 des Teils 100 unter Verwendung einer Reihe von Aufbaubahnen 115. Jede Aufbaubahn 115, wie beispielsweise eine Bahn 115a, schließt einen Anfang 120, wo die Energiequelle eingeschaltet wird, und ein Ende 125, wo die Energiequelle ausgeschaltet wird, ein. Jede Aufbaubahn verschmilzt einen Teil des Metallpulvers mit dem Werkstück. Dieser Prozess wird Lage auf Lage wiederholt, bis das Teil 100 fertiggestellt ist.
Entlang jeder Aufbaubahn 115 weist das verschmolzene Material eine Abkühlgeschwindigkeit auf, die durch die Menge an Energie, die durch die Energiequelle zugeführt wird, und die Verfahrgeschwindigkeit der Energiequelle bestimmt wird. An dem Ende 125 der Aufbaubahn 115a wird eine maximale Abkühlgeschwindigkeit erfahren, weil die Energiequelle ausgeschaltet wird, so das einem benachbarten Bereich keine Energie zugeführt wird. Bei vielen Metallmaterialien bestimmt die Abkühlgeschwindigkeit die Kristallstruktur, welche die mechanischen Eigenschaften des Teils 100 beeinflusst. Ausführungsformen hierin beschreiben Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und/oder Regeln der Abkühlgeschwindigkeit, wie hierin ausführlicher beschrieben.
2 illustriert eine Reihe von Aufbaubahnen 205, die jeweils einen Energiequellen-Einschaltbereich 210 und einen Ausschaltbereich 215 aufweisen. Wie in dem Histogramm 207 von 2 gezeigt, wird fortschreitend von rechts nach links die Leistung der Energiequelle gesteigert.
3 illustriert eine graphische Darstellung einer Temperatur 312 eines Arbeitsbereichs entlang einer beispielhaften Aufbaubahn (z. B. der Aufbaubahn 205b von 2) in dem Ausschaltbereich 215 (siehe 2). Wie in 3 gezeigt, liegt die Temperatur 312 der Aufbaubahn in dem Arbeitsbereich, worauf die Energiequelle trifft, bei ungefähr 3157 °C, bis die Energiequelle an dem Punkt 310 ausgeschaltet wird. Die Linie 315 nähert sich der Abkühlgeschwindigkeit des Arbeitsbereichs, unmittelbar nachdem die Energiequelle ausgeschaltet wird. In diesem besonderen Beispiel beträgt die Abkühlgeschwindigkeit 461 365 °C/Sekunde. Eine ähnliche Methodologie kann für jede Aufbaubahn 205 (siehe 2), die bei unterschiedlichen Leistungen ausgeführt wird, verwendet werden, um die Abhängigkeit der Abkühlgeschwindigkeit von der Leistung der Energiequelle zu charakterisieren.
4 illustriert ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Abtastende-Abkühlgeschwindigkeit von der Leistung der Energiequelle zeigt. In einigen Ausführungsformen wird die Leistung der Energiequelle unter Verwendung einer Wärmeenergiedichte (TED) bestimmt, wie unten ausführlicher beschrieben, während in anderen Ausführungsformen die in einen Laser eingespeiste Leistung verwendet werden kann. Wie in 4 gezeigt, nimmt, im Allgemeinen, für dieses bestimmte beispielhafte Material die Abkühlgeschwindigkeit mit abnehmendem Energieeintrag von der Energiequelle zu. Wie hierin definiert, ist eine hohe Abkühlgeschwindigkeit eine, die schnell fortschreitet, das heißt, eine schnelle Verringerung bei der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit erfährt. Umgekehrt erfährt eine niedrige Abkühlgeschwindigkeit eine langsamere Verringerung bei der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit. Wie ferner in 4 gezeigt, kann durch Steigern der TED von 0,5 auf 4,5 jeweils die Abkühlgeschwindigkeit von ein wenig unter 2 000 000 °C/Sekunde hinab bis zu weniger als 250 000 °C/Sekunde verändert werden.
In einigen Ausführungsformen wird die TED durch den folgenden Prozess bestimmt. Es kann eine mit scan, verknüpfte Länge, L_i bestimmt werden. L_i kann unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet werden, wobei xl_i, yl_i und x2_i, y2_i jeweilige Anfangs- beziehungsweise Endpositionen für scan_i darstellen: $L_{i} = \sqrt{{(x 1_{i} - x 2_{i})}^{2} + {(y 1_{i} - y 2_{i})}^{2}}$
Als Nächstes kann die Gesamtlänge aller zum Erzeugen des Teils verwendeten Abtastungen, Lsum_p, bestimmt werden. Die Lsum_p über das Teil kann durch Summieren der Länge jeder Abtastung, L_i die mit dem Teil verknüpft ist, bestimmt werden. Die anteilsmäßige Fläche der Abtastung, A_i, kann unter Verwendung von Gleichung (2) berechnet werden: $A_{p} = \frac{(A_{i} * L_{i})}{{Lsum}_{i}}$
Schließlich kann die anteilsmäßige Wärmeenergiedichte (TED) für die i. Abtastung, TED;, bestimmt werden. TED_i ist ein Beispiel einer Menge von Prozessmerkmalen verringerter Ordnung. In einigen Ausführungsformen kann die TED unter Verwendung roher Photodiodendaten berechnet werden. Aus diesen rohen Sensordaten extrahiert die TED-Berechnung Prozessmerkmale verringerter Ordnung aus den rohen Sensordaten. In verschiedenen Ausführungsformen kann TED_i empfindlich für benutzerdefinierte Laser-Pulverbett-Fusionsprozessparameter, zum Beispiel Laserleistung, Lasergeschwindigkeit, Linienabstand, unter anderem, sein. Der Leistungseintrag kann aus der Fläche unter der Spur der rohen Photodiodendaten für scan_i, im Folgenden pdon_i, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann pdon, die integrierte Photodiodenspannung darstellen. In einigen Ausführungsformen stellt pdon, die durchschnittliche Messung der Photodiode während scan, dar. TED, kann unter Verwendung von Gleichung (3) berechnet werden: ${TED}_{i} = \frac{{pdon}_{i}}{A_{i}}$
Zusätzliche Einzelheiten bezüglich der Bestimmung von TED sind in den US-Patentschriften Nummer 10,479,020 und 10,639,745 zu finden, die hierin vollständig zu allen Zwecken eingeschlossen werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein bestimmtes Aufbaumaterial charakterisiert werden, um die Auswirkungen der Laserleistung auf die Abkühlgeschwindigkeit zu bestimmen, dann können obere und/oder untere Abkühlgeschwindigkeitsschwellenwerte entsprechend festgesetzt werden, um während des Aufbauzyklus die Abkühlgeschwindigkeit entsprechend zu regeln. In weiteren Ausführungsformen kann, weil die Laser-Aus-Abkühlgeschwindigkeit wahrscheinlich die maximale Abkühlgeschwindigkeit ist, die innerhalb des Teils erfahren wird, die Laser-Aus-Abkühlgeschwindigkeit als ein Indikator (d. h., eine Messgröße) der Eigenschaften des Teils verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können Zug- und Druckfestigkeit umgekehrt proportional zur Korngröße in dem fertiggestellten Teil sein. In weiteren Ausführungsformen können bestimmte Teilgeometrien die Abkühlgeschwindigkeit beeinflussen und folglich können Abtastlinien, die sich auf einer Kante oder einem anderen Merkmal des Teils befinden, einzeln charakterisiert und entsprechend gesteuert werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Abkühlgeschwindigkeit mit Absicht eingestellt und geregelt werden, um gewünschte mechanische Eigenschaften des fertigen Teils zu erreichen. Zum Beispiel kann ein Bauteil eine höhere Zugfestigkeit und höhere Härte benötigen, so dass die Abkühlgeschwindigkeit für dieses bestimmte Teil gesteigert werden kann. Eine Fachperson mit dem Vorteil dieser Offenbarung wird die verschiedenen Weisen erkennen, in denen ein Überwachen und/oder Einstellen der Abkühlgeschwindigkeit verwendet werden kann, um Teilequalität und/oder Materialeigenschaften zu steuern.
5 illustriert ein Bild, das die augenblickliche Abkühlgeschwindigkeit entlang jeder einer Reihe von Aufbaubahnen 505 zeigt. Wie in 5 gezeigt, wird fortschreitend von rechts nach links die Leistung der Energiequelle sequenziell gesteigert. In diesem Diagramm ist das Ende des Abtastbereichs 510 die Sohle, und der Anfang des Abtastbereichs 515 ist die Spitze. Im Allgemeinen beträgt die augenblickliche Abkühlgeschwindigkeit entlang der Aufbaubahn zwischen 1 000 °C/Sekunde und 2 500 °C/Sekunde, am Ende des Abtastpunkts 520 jeder Aufbaubahn 505 jedoch ist die Abkühlgeschwindigkeit viel höher, in dem Bereich von mindestens 8 000 bis 10 000 °C/Sekunde (wie durch die heller gefärbten Bereiche 513 belegt).
Ebenfalls in 5 gezeigt werden Abweichungen 525 (hell gefärbte Bereiche), die entlang einer Kurve 530 verteilt sind. Die Abweichungen 525 sind optische Abweichungen von dem optischen System und sind in einigen Ausführungsformen optische Interferenzbereiche von einer Interferenz der Optik innerhalb des Systems. Die scheinbare Bewegung der Abweichung 525 von einer Aufbaubahn 505 zu einer anderen kann ein Artefakt eines optischen „Rings“ sein, verursacht durch einen optischen Fehler auf der Empfangsseite des Strahlteilers, der in einer laserbasierten Energiequelle eingesetzt wird. Die Abweichung erscheint in der Abkühlgeschwindigkeitsberechnung, weil der optische Fehler bewirkt, dass Licht an dieser Position schwankt. In einigen Ausführungsformen können dieser Prozess und diese Methodologie verwendet werden, um optische Abweichungen innerhalb des Systems zu erkennen und/oder zu charakterisieren.
In einigen Ausführungsformen kann die augenblickliche Abkühlgeschwindigkeit entlang jeder Aufbaubahn als eine Messgröße verwendet werden, um entweder einen Bediener zu warnen, dass ein Fehler aufgetreten sein kann, oder um die mechanischen Eigenschaften des Teils einzustellen, wie oben beschrieben. Eine Fachperson mit dem Vorteil dieser Offenbarung wird die mehreren unterschiedlichen Wege erkennen, in denen ein Überwachen und/oder Einstellen der augenblicklichen Abkühlgeschwindigkeit verwendet werden können.
6 zeigt ein beispielhaftes additives Fertigungssystem, das mit drei optischen Sensoren ausgestattet ist, wobei zwei der optischen Sensoren diskrete Wellenlängen von Licht überwachen, um Temperaturänderungen in Echtzeit zu charakterisieren, die auf einer Aufbauebene auftreten, und der dritte optische Sensor dafür konfiguriert ist, die Wärmeenergiedichte zu messen. Die Wärmeenergiedichte ist empfindlich für Veränderungen bei Prozessparametern wie zum Beispiel Energiequellenleistung, Energiequellengeschwindigkeit und Linienabstand. Das additive Fertigungssystem von 6 verwendet einen Laser 2000 als die Energiequelle. Der Laser 2000 strahlt einen Laserstrahl 2001 aus, der durch einen teilweise reflektierenden Spiegel 2002 hindurchgeht und in ein Abtast- und Fokussiersystem 2003 eintritt, das dann den Strahl auf einen Bereich 2004 auf der Aufbauebene 2005 projiziert. In einigen Ausführungsformen ist die Aufbauebene 2005 ein Pulverbett. Optische Energie 2006 wird von dem Bereich 2004 auf Grund der hohen Material- und Fahnentemperaturen ausgestrahlt, auf Grundlage von Emissionsvermögenseigenschaften der Materialien, die durch den Laserstrahl 2001 bestrahlt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Abtast- und Fokussiersystem 2003 dafür konfiguriert sein, etwas von der optischen Energie 2006 zu sammeln, die von dem Bereich 2004 ausgestrahlt wird. In einigen Ausführungsformen können ein Schmelzbad und eine leuchtende Fahne gemeinsam Schwarzkörperstrahlung von innerhalb des Bereichs 2004 ausstrahlen. Das Schmelzbad ist das Ergebnis dessen, dass sich pulverisiertes Metall auf Grund der Energie verflüssigt, die durch den Laserstrahl 2001 mitgeteilt wird, und ist für die Ausstrahlung eines Großteils der optischen Energie 2006 verantwortlich, die zurück hin zu dem Fokussiersystem 2003 reflektiert wird. Die leuchtende Fahne ergibt sich aus Verdampfung von Anteilen des pulverisierten Metalls. In einigen Ausführungsformen kann die leuchtende Fahne einen Großteil oder im Wesentlichen die Gesamtheit der optischen Energie 2006 ausstrahlen. Der teilweise reflektierende Spiegel 2002 kann einen Großteil der optischen Energie 2006 reflektieren, die durch das Fokussiersystem 2003 empfangen wird. Diese reflektierte Energie wird in 6 als optische Energie 2007 angezeigt. Die optische Energie 2007 kann durch axiale optische Sensoren 2009-1 und 2009-2 und/oder nicht-axiale optische Sensoren (in 6 nicht gezeigt) abgefragt werden. Jeder der axialen optischen Sensoren 2009 empfängt einen Anteil der optischen Energie 2007 durch Spiegel 2008-1 und 2008-2. In einigen Ausführungsformen können die Spiegel 2008 dafür konfiguriert sein, jeweils nur Wellenlängen λ₁ beziehungsweise λ₂ zu reflektieren.
In einigen Ausführungsformen empfangen die optischen Sensoren 2009-1 und 2009-2 eine Summe von 80 bis 90 % des durch die Optikbaugruppe reflektierten Lichts. Die optischen Sensoren 2009-1 und 2009-2 können ebenfalls Kerbfilter einschließen, die dafür konfiguriert sind, jegliches Licht außerhalb von jeweiligen Wellenlängen λ₁ beziehungsweise λ₂ zu blockieren. Ein dritter optischer Sensor 2009-3 kann dafür konfiguriert sein, Licht von dem teilweise reflektierenden Spiegel 2002 zu empfangen. Wie in 6 abgebildet, kann ein dritter optischer Sensor 2009-3 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können die optischen Sensoren 2009-1 und 2009-2 durch Kerbfilter abgedeckt sein, während der dritte optische Sensor 2009-3 dafür konfiguriert sein kann, einen verhältnismäßig größeren Bereich von Wellenlängen zu messen. In einigen Ausführungsformen kann der optische Sensor 2009-1 oder 2009-2 durch ein Spektrometer ersetzt werden, das dafür konfiguriert ist, eine anfängliche Charakterisierung einer Schwarzkörperstrahlungskurve durchzuführen, die mit einer Charge von Pulver verknüpft ist, die verwendet wird, um einen additiven Fertigungsprozess durchzuführen. Diese Charakterisierung kann dann verwendet werden, um festzustellen, wie die Wellenlängenfilter der optischen Sensoren 2009-1 und 2009-2 konfiguriert sind, um versetzt zu sein und jegliche spektralen Spitzen zu vermeiden, die mit der durch das Spektrometer charakterisierten Schwarzkörperkurve verknüpft sind. Im Einzelnen kann, in einigen Ausführungsformen, das Metallpulver charakteristische spektrale Spitzen aufweisen, die vermieden werden sollten, wenn zu überwachende Frequenzen ausgewählt werden, um Temperaturen zu bestimmen. Diese Charakterisierung kann durchgeführt werden, bevor ein voller additiver Fertigungsprozess ausgeführt wird.
Es sollte bemerkt werden, dass die gesammelte optische Energie 2007 nicht den gleichen Spektralgehalt aufweisen kann wie optische Energie 2006, die von dem Strahlwechselwirkungsbereich 2004 emittiert wird, weil die optische Energie 2007 eine gewisse Dämpfung erlitten hat, nachdem sie durch mehrere optische Elemente, wie beispielsweise den teilweise reflektierenden Spiegel 2002, das Abtast- und Fokussiersystem 2003 und einen oder mehrere der teilweise reflektierenden Spiegel 2008, hindurchgegangen ist. Diese optischen Elemente können jeweils ihre eigenen Durchlass- und Absorptionscharakteristika aufweisen, die zu sich ändernden Dämpfungsausmaßen führen, die somit gewisse Anteile des Spektrums der Energie begrenzen, die von dem Strahlwechselwirkungsbereich 2004 ausgestrahlt wird. Die durch die axialen optischen Sensoren 2009 erzeugten Daten können einer Energiemenge entsprechen, die der Arbeitsplattform mitgeteilt wird. Dies ermöglicht, dass die Kerbmerkmal-Wellenlängen ausgewählt werden, um Frequenzen zu vermeiden, die übermäßig durch Absorptionscharakteristika der optischen Elemente gedämpft werden.
Beispiele axialer optischer Sensoren 2009 schließen Photo-Elektro-Signalwandler (d. h., Photodetektoren), wie beispielsweise Pyrometer und Photodioden, ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Die optischen Sensoren können ebenfalls Spektrometer und Nieder- oder Hochgeschwindigkeitskameras einschließen, die im sichtbaren, ultravioletten oder dem infraroten Frequenzspektrum arbeiten. Die axialen optischen Sensoren 2009 befinden sich in einem Referenzrahmen, der sich mit dem Strahl bewegt, d. h., sie sehen alle Bereiche, die durch den Laserstrahl berührt werden, und sind dazu in der Lage, optische Energie 2007 von allen berührten Bereichen der Aufbauebene 2005 zu sammeln, wenn der Laserstrahl 2001 über die Aufbauebene 2005 tastet. Weil sich die durch das Abtast- und Fokussiersystem 2003 gesammelte optische Energie 2006 entlang eines Weges bewegt, der nahezu parallel zu dem Laserstrahl ist, können die Sensoren 2009 als axiale Sensoren betrachtet werden.
In einigen Ausführungsformen kann das additive Fertigungssystem nicht-axiale Sensoren einschließen, die sich in einem unbeweglichen Referenzrahmen in Bezug auf den Laserstrahl 2001 befinden. Außerdem könnte es Kontaktsensoren an einem Nachbeschichterarm geben, der dafür konfiguriert ist, metallische Pulver über die Aufbauebene 2005 zu sprühen. Diese Sensoren könnten Beschleunigungsmesser, Vibrationssensoren usw. sein. Schließlich könnte es andere Arten von Sensoren, wie beispielsweise Thermoelemente, geben, um Makro-Wärmefelder zu messen, oder sie könnte akustische Emissionssensoren einschließen, die Rissbildung und andere metallurgische Erscheinungen erfassen könnten, die in der Ablagerung auftreten, wenn sie aufgebaut wird.
In einigen Ausführungsformen wird ein Rechner 2016, der einen Prozessor 2018, ein rechnerlesbares Medium 2020 und eine E/A-Schnittstelle 2022 einschließt, bereitgestellt und mit geeigneten Systembestandteilen des additiven Fertigungssystems verbunden werden, um Daten von den verschiedenen Sensoren zu sammeln. Durch den Rechner 2016 empfangene Daten können prozessinterne Sensorrohdaten und/oder Sensordaten verringerter Ordnung einschließen. Der Prozessor 2018 kann prozessinterne Sensorrohdaten und/oder Sensordaten verringerter Ordnung verwenden, um Leistungs- und Steuerungsinformationen des Lasers 2000, einschließlich von Koordinaten in Bezug auf die Aufbauebene 2005, zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen kann der Rechner 2016, der den Prozessor 2018, ein rechnerlesbares Medium 2020 und eine E/A-Schnittstelle 2022 einschließt, für eine Steuerung der verschiedenen Systembestandteile sorgen. Der Rechner 2016 kann Steuerungsinformationen senden, empfangen und überwachen, die mit dem Laser 2000, der Aufbauebene 2005 und anderen zugeordneten Bestandteilen und Sensoren verknüpft sind.
Der Prozessor 2018 kann verwendet werden, um unter Verwendung der durch die verschiedenen Sensoren gesammelten Daten Berechnungen durchzuführen, um Prozessqualitätsmessgrößen zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen können durch die axialen optischen Sensoren 2009 erzeugte Daten verwendet werden, um die Wärmeenergiedichte (TED) während des Aufbauprozesses zu bestimmen. Steuerungsinformationen, die mit der Bewegung der Energiequelle über die Aufbauebene verknüpft sind, können durch den Prozessor empfangen werden. Der Prozessor kann die Steuerungsinformationen dann verwenden, um Daten von (einem) axialen Sensor(en) 109 und/oder (einem) nicht-axialen Sensor(en) 110 mit einer entsprechenden Position zu korrelieren. Diese korrelierten Daten können dann kombiniert werden, um die Wärmeenergiedichte zu berechnen. In einigen Ausführungsformen können die Wärmeenergiedichte und/oder andere Messgrößen durch den Prozessor 2018 verwendet werden, um als Reaktion darauf, dass die Wärmeenergiedichte oder andere Messgrößen außerhalb gewünschter Bereiche fallen, Steuersignale für Prozessparameter, zum Beispiel Laserleistung, Lasergeschwindigkeit, Linienabstand und andere Prozessparameter, zu erzeugen. Auf diese Weise kann ein Problem, das ansonsten einen Produktionsteil ruinieren könnte, gelindert werden. In Ausführungsformen, in denen mit einem Mal mehrere Teile erzeugt werden, können unverzügliche Korrekturen an den Prozessparametern als Reaktion darauf, dass Messgrößen außerhalb gewünschter Bereiche fallen, verhindern, dass benachbarte Teile zu wenig oder zu viel Energie von der Energiequelle empfangen.
In einigen Ausführungsformen kann die E/A-Schnittstelle 2022 dafür konfiguriert sein, gesammelte Daten an einen entfernten Standort zu übermitteln. Die E/A-Schnittstelle 2022 kann dafür konfiguriert sein, Daten von einem entfernten Standort zu empfangen. Die empfangenen Daten können Grundlagen-Datensätze, historische Daten, Nachprozess-Prüfdaten und Klassifikatordaten einschließen. Das entfernte Datenverarbeitungssystem kann unter Verwendung der durch das additive Fertigungssystem übermittelten Daten Prozessqualitätsmessgrößen berechnen. Das entfernte Datenverarbeitungssystem kann als Reaktion auf besondere Prozessqualitätsmessgrößen Informationen an die E/A-Schnittstelle 2022 übermitteln. Es sollte bemerkt werden, dass die in Verbindung mit 6 beschriebenen Sensoren auf die beschriebenen Weisen verwendet werden können, um die Leistung eines beliebigen additiven Fertigungsprozesses zu charakterisieren, der sequenziellen Materialaufbau mit sich bringt.
Während die hierin beschriebenen Ausführungsformen durch optische Sensoren erzeugte Daten verwendet haben, um die Wärmeenergiedichte zu bestimmen, können die hierin beschriebenen Ausführungsformen unter Verwendung von Daten umgesetzt werden, die durch Sensoren erzeugt werden, die andere Manifestationen von physikalischen Prozessvariablen messen. Sensoren, die Manifestationen von physikalischen Prozessvariablen messen, schließen zum Beispiel Kraft- und Vibrationssensoren, Berührungswärmesensoren, berührungsfreie Wärmesensoren, Ultraschallsensoren und Wirbelstromsensoren ein. Es wird für eine Durchschnittsfachperson offensichtlich sein, dass angesichts der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen möglich sind.
In einigen Ausführungsformen kann das System dafür konfiguriert sein, die Abkühlgeschwindigkeiten zu überwachen und einen Benutzer zu warnen, falls eine Abkühlgeschwindigkeit schneller oder langsamer ist als ein gegebener Schwellenwert, und wird folglich als eine Qualitätskontrollmessgröße verwendet. In weiteren Ausführungsformen kann das System dafür konfiguriert sein, die Abkühlgeschwindigkeit derart zu ändern, dass die Materialeigenschaften auf die besonderen Bedürfnisse der Anwendung abgestimmt werden. In noch weiteren Ausführungsformen kann die Abkühlgeschwindigkeit innerhalb eines Teils derart verändert werden, dass ein Bereich des Teils eine hohe Härte und/oder hohe Streckgrenze aufweist, während ein anderer Bereich des Teils eine niedrige Härte und/oder eine verringerte Streckgrenze aufweist. Zum Beispiel kann eine Zange einen hochfesten Bereich an den Backen und einen verformbareren Bereich niedrigerer Festigkeit an dem Griff benötigen. In einer anderen Ausführungsform, zum Beispiel einem Lager, kann eine hohe Härte an der Lageroberfläche gebildet werden, und eine niedrigere Härte kann innerhalb des Großteils der Struktur gebildet werden. Eine Fachperson mit dem Nutzen dieser Offenbarung wird die Unzahl von Weisen erkennen, wie ein Ändern der Materialeigenschaften innerhalb eines bestimmten Teils nützlich sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann eine Kalibrierungsroutine durchgeführt werden, um die Eingangsleistung und die entsprechende Abkühlgeschwindigkeit zu verändern und die Wirkungen auf die Mikrostruktur zu bestimmen. In weiteren Ausführungsformen kann eine Bauartmarke neben dem Teil aufgebaut werden, und die Marke kann verwendet werden, um die mechanischen Eigenschaften des aufgebauten Teils zu überprüfen.
In einigen Ausführungsformen wird die Temperatur mit einer Rate zwischen 100 und 300 kHz aufgezeichnet, während in anderen Ausführungsformen die Temperatur mit einer Rate zwischen 300 und 800 kHz aufgezeichnet wird und in einigen Ausführungsformen mit einer Rate von 800 kHz bis 2 MHz aufgezeichnet wird.
Einige hierin beschriebene Ausführungsformen verwenden eine unverzügliche Geschwindigkeitsberechnung, die auf Grundlage des erfassten vorhergehenden Datenpunkts berechnet wird, es können jedoch andere Verfahren verwendet werden, einschließlich von Mittelung über die Zeit, Identifizierung des relativen Maximums, Identifizierung relativer Minima usw. In einigen Ausführungsformen beträgt ein Radius des Sichtfeldes des optischen Sensors grob 10 Millimeter, und die Geschwindigkeit, mit der sich der Laser entlang der Bahn bewegt, beträgt 1 Meter/Sekunde. In einigen Ausführungsformen kann der Übergang des Schmelzbades von flüssig zu fest aus den Phasenübergangsdaten bestimmt werden.
In einigen Ausführungsformen kann ein neues Phasendiagramm über das Verschmelzen/Schmelzen von Additivfertigungspulver bei unterschiedlichen Leistungsniveaus erzeugt werden. Folglich ist bei einer gewissen Zusammensetzung und einer bestimmten Abkühlgeschwindigkeit eine charakteristische Mikrostruktur zu erwarten.
In weiteren Ausführungsformen kann die Abkühlgeschwindigkeit in einer Abfolge von Lage zu Lage aufgezeichnet und analysiert werden. In einigen Ausführungsformen kann, falls festgestellt wird, dass eine Abkühlgeschwindigkeit für einen Abschnitt einer Lage außerhalb einer Spezifikation liegt, das Material durch den Laser erneut erhitzt werden, und/oder die Kompensationen bei Energie und/oder Abtastgeschwindigkeit können in der nächsten Lage vorgenommen werden, um den Fehler zu korrigieren.
In einigen Ausführungsformen können die axialen optischen Sensoren, nicht-axialen optischen Sensoren, Kontaktsensoren und anderen Sensoren (siehe z. B. 6) dafür konfiguriert sein, prozessinterne Sensorrohdaten zu erzeugen. In anderen Ausführungsformen können die axialen optischen Sensoren, nicht-axialen optischen Sensoren, Kontaktsensoren und anderen Sensoren dafür konfiguriert sein, die Daten zu verarbeiten und Sensordaten verringerter Ordnung zu erzeugen.
Es wird für die Fachleute offensichtlich sein, dass in Übereinstimmung mit spezifischen Umsetzungen wesentliche Veränderungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel könnte ebenfalls maßgefertigte Hardware verwendet werden, und/oder bestimmte Elemente könnten in Hardware, Software (einschließlich portierbarer Software, wie beispielsweise Applets, usw.) oder beidem umgesetzt werden. Ferner kann eine Verbindung zu anderen Datenverarbeitungsgeräten, wie beispielsweise Eingabe-/Ausgabegeräten, eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf die angefügten Figuren können Bestandteile, die Speicher einschließen, nicht-flüchtige maschinenlesbare Medien einschließen. Die Begriffe „maschinenlesbare Medien“ und „rechnerlesbare Medien“, wie hierin verwendet, beziehen sich auf ein beliebiges Speichermedium, das am Bereitstellen von Daten beteiligt ist, die bewirken, dass eine Maschine auf eine spezifische Weise arbeitet. In hierin oben bereitgestellten Ausführungsformen könnten verschiedene maschinenlesbare Medien beim Bereitstellen von Anweisungen/Code für Prozessoren und/oder (ein) andere(s) Gerät(e) zur Ausführung beteiligt sein. Zusätzlich oder alternativ könnten die maschinenlesbaren Medien verwendet werden, um solche(n) Anweisungen/Code zu speichern und/oder zu befördern. In vielen Umsetzungen ist ein rechnerlesbares Medium ein physisches und/oder materielles Speichermedium. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich von nicht-flüchtigen Medien, flüchtigen Medien und Übertragungsmedien, aber nicht darauf beschränkt. Verbreitete Formen von rechnerlesbaren Medien schließen zum Beispiel magnetische und/oder optische Medien, Lochkarten, Papierband, jegliches andere physische Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen FLASH-EPROM, eine(n) beliebige(n) andere(n) Speicherchip oder -kassette, eine Trägerwelle, wie im Folgenden beschrieben oder ein beliebiges anderes Medium, von dem ein Rechner Anweisungen und/oder Code lesen kann, ein.
Die hierin erörterten Verfahren, Systeme und Einrichtungen sind Beispiele. Verschiedene Ausführungsformen können verschiedene Prozeduren oder Komponenten weglassen, ersetzen oder hinzufügen. Zum Beispiel können in Bezug auf gewisse Ausführungsformen beschriebene Merkmale in verschiedenen anderen Ausführungsformen kombiniert werden. Unterschiedliche Aspekte und Elemente der Ausführungsformen können auf eine ähnliche Weise kombiniert werden. Die verschiedenen Komponenten der hierin bereitgestellten Figuren können in Hardware und/oder Software umgesetzt werden. Außerdem entwickelt sich die Technologie, und folglich sind viele der Elemente Beispiele, die den Rahmen der Offenbarung nicht auf diese spezifischen Beispiele beschränken.
Es hat sich gelegentlich als zweckmäßig erwiesen, hauptsächlich aus Gründen des verbreiteten Gebrauchs, sich auf solche Signale als Bits, Informationen, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Variablen, Terme, Zahlen, Ziffern oder dergleichen zu beziehen. Es sollte sich jedoch verstehen, dass alle diese oder ähnliche Begriffe mit zugehörigen physikalischen Größen zu verknüpfen sind und nur zweckmäßige Bezeichnungen sind. Sofern nicht eigens anders angegeben, ist, wie aus der Erörterung oben offensichtlich ist, zu erkennen, dass sich in dieser gesamten Beschreibung Erörterungen, die Begriffe wie beispielsweise „verarbeitend“, „rechnend“, „berechnend“, „bestimmend“, „ermittelnd“, „identifizierend“, „verknüpfend“, „messend“, „durchführend“ oder dergleichen benutzen, auf Aktionen oder Prozesse einer spezifischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Spezialrechners oder einer ähnlichen elektronischen Spezialdatenverarbeitungseinrichtung, beziehen. Im Kontext dieser Beschreibung ist daher ein Spezialrechner oder eine ähnliche elektronische Spezialdatenverarbeitungseinrichtung dazu in der Lage, Signale, die typischerweise als physikalische elektronische, elektrische oder magnetische Größen verkörpert werden, innerhalb von Speichern, Registern oder anderen Informationsspeichereinrichtungen, Übertragungseinrichtungen oder Anzeigeeinrichtungen des Spezialrechners oder der ähnlichen elektronischen Spezialdatenverarbeitungseinrichtung zu handhaben oder umzuformen.
Die Fachleute werden erkennen, dass Informationen und Signale, die verwendet werden, um die hierin beschriebenen Mitteilungen zu kommunizieren, unter Verwendung einer beliebigen einer Vielzahl von unterschiedlichen Technologien und Techniken dargeboten werden können. Zum Beispiel können Daten, Anweisungen, Befehle, Informationen, Signale, Bits, Symbole und Chips, auf die in der gesamten obigen Beschreibung Bezug genommen wird, durch Spannungen, Ströme, elektromagnetische Wellen, magnetische Felder oder Teilchen, optische Felder oder Teilchen oder eine beliebige Kombination derselben verkörpert werden.
Die Begriffe „und“, „oder“ und „und/oder“, wie hierin verwendet, können eine Vielzahl von Bedeutungen einschließen, die auch mindestens zum Teil von dem Kontext abhängen soll, in dem solche Begriffe verwendet werden. Typischerweise soll „oder“, falls es verwendet wird, um eine Liste, wie beispielsweise A, B oder C, zu verknüpfen, A, B und C, hier im einschließenden Sinn verwendet, ebenso wie A, B oder C, hier im ausschließenden Sinn verwendet, bedeuten. Außerdem kann der Begriff „ein(e) oder mehrere“, wie hierin verwendet, verwendet werden, um ein(e) beliebige(s) Merkmal, Struktur oder Kennzeichen in der Einzahl zu beschreiben, oder kann verwendet werden, um eine Kombination von Merkmalen, Strukturen oder Kennzeichen zu beschreiben. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass dies nur ein erläuterndes Beispiel ist und der beanspruchte Gegenstand nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Darüber hinaus kann der Begriff „mindestens eine(r/s) von“, falls er verwendet wird, um eine Liste, wie beispielsweise A, B oder C, zu verknüpfen, so ausgelegt werden, dass er eine beliebige Kombination von A, B und/oder C, wie beispielsweise A, B, C, AB, AC, BC, AA, AAB, ABC, AABBCCC usw., bedeutet.
Bezugnahmen in dieser gesamten Beschreibung auf „ein Beispiel“, „ein Beispiel“, „gewisse Beispiele“ oder „beispielhafte Umsetzung“ bedeuten, dass ein(e) bestimmte(s) Merkmal, Struktur oder Kennzeichen, die in Verbindung mit dem Merkmal und/oder Beispiel beschrieben werden, in mindestens einem Merkmal und/oder Beispiel des beanspruchten Gegenstandes eingeschlossen sein kann. Folglich beziehen sich die Vorkommen der Wendung „in einem Beispiel“, „ein Beispiel“, „in gewissen Beispielen“, „in gewissen Umsetzung“ oder ähnliche Wendungen an verschiedenen Stellen in dieser gesamten Beschreibung nicht notwendigerweise alle auf das/die gleiche(n) Merkmal(e), Beispiel und/oder Beschränkung. Darüber hinaus können die bestimmten Merkmale, Strukturen oder Kennzeichen in einem oder mehreren Beispielen und/oder Merkmalen kombiniert werden.
In einigen Umsetzungen können Vorgänge oder Verarbeitung die physikalische Handhabung physikalischer Größen mit sich bringen. Typischerweise, obgleich nicht notwendigerweise, können solche Größen die Form elektrischer oder magnetischer Signale annehmen, die dazu in der Lage sind, gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen oder auf andere Weise gehandhabt zu werden. Es hat sich gelegentlich als zweckmäßig erwiesen, hauptsächlich aus Gründen des verbreiteten Gebrauchs, sich auf solche Signale als Bits, Daten, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Zahlen, Ziffern oder dergleichen zu beziehen. Es sollte sich jedoch verstehen, dass alle diese oder ähnliche Begriffe mit zugehörigen physikalischen Größen zu verknüpfen sind und nur zweckmäßige Bezeichnungen sind. Sofern nicht eigens anders angegeben, ist, wie aus der Erörterung oben offensichtlich ist, zu erkennen, dass sich in dieser gesamten Beschreibung Erörterungen, die Begriffe wie beispielsweise „verarbeitend“, „rechnend“, „berechnend“, „bestimmend“, oder dergleichen benutzen, auf Aktionen oder Prozesse einer spezifischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Spezialrechners oder einer ähnlichen elektronischen Spezialdatenverarbeitungseinrichtung, beziehen. Im Kontext dieser Beschreibung ist daher ein Spezialrechner oder eine ähnliche elektronische Spezialdatenverarbeitungseinrichtung dazu in der Lage, Signale, die typischerweise als physikalische elektronische, elektrische oder magnetische Größen verkörpert werden, innerhalb von Speichern, Registern oder anderen Informationsspeichereinrichtungen, Übertragungseinrichtungen oder Anzeigeeinrichtungen des Spezialrechners oder der ähnlichen elektronischen Spezialdatenverarbeitungseinrichtung zu handhaben oder umzuformen.
In der vorstehenden ausführlichen Beschreibung sind zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt worden, um ein gründliches Verständnis des beanspruchten Gegenstandes zu gewährleisten. Es wird jedoch für die Fachleute zu verstehen sein, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind Verfahren und Vorrichtungen, die einer Durchschnittsfachperson bekannt wären, nicht ausführlich beschrieben worden, um so den beanspruchten Gegenstand nicht zu verunklaren. Daher ist beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht auf die offenbarten besonderen Beispiele beschränkt wird, sondern dass ein solcher beanspruchter Gegenstand ebenfalls alle Aspekte einschließen kann, die in den Rahmen der angefügten Ansprüche und Äquivalente derselben fallen.
Für eine Umsetzung, die Firmware und/oder Software einbezieht, können die Methodologien mit Modulen (z. B. Prozeduren, Funktionen und so weiter) umgesetzt werden, welche die hierin beschriebenen Funktionen umsetzen. Ein beliebiges maschinenlesbares Medium, das Anweisungen materiell verkörpert, kann beim Umsetzen der hierin beschriebenen Methodologien verwendet werden. Zum Beispiel können Softwarecodes in einem Speicher gespeichert und durch eine Prozessoreinheit ausgeführt werden. Speicher kann innerhalb der Prozessoreinheit oder außerhalb der Prozessoreinheit umgesetzt sein. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Speicher“ auf eine beliebige Art von langfristigem, kurzfristigem, flüchtigem, nicht-flüchtigem oder anderem Speicher und ist nicht auf eine bestimmte Art von Speicher oder Anzahl von Speicher, oder Art von Medien, auf denen der Speicher gespeichert wird, beschränkt.
Falls in Firmware und/oder Software umgesetzt, können die Funktionen als eine oder mehrere Anweisungen oder Code auf einem rechnerlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Beispiele schließen rechnerlesbare Medien, die mit einer Datenstruktur codiert sind, und rechnerlesbare Medien, die mit einem Rechnerprogramm codiert sind, ein. Rechnerlesbare Medien schließen physische Rechnerspeichermedien ein. Ein Speichermedium kann ein beliebiges verfügbares Medium sein, auf das durch einen Rechner zugegriffen werden kann. Als Beispiel und nicht Beschränkung können solche rechnerlesbaren Medien RAM, ROM, EEPROM, Compact-Disc-Nur-Lese-Speicher (CD-ROM) oder andere optische Plattenspeicher, magnetische Plattenspeicher, Halbleiterspeicher oder andere Speichereinrichtungen oder ein beliebiges anderes Medium umfassen, das verwendet werden kann, um gewünschten Programmcode in der Form von Anweisungen oder Datenstrukturen zu speichern und auf das durch einen Rechner zugegriffen werden kann; Platte und Disc, wie hierin verwendet, schließen Compact Disc (CD), Laserdisc, optische Disc, Digital Versatile Disc (DVD), Floppy-Disk und Blu-ray-Disc ein, wobei Platten üblicherweise Daten magnetisch reproduzieren, während Discs Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen der obigen sollten ebenfalls innerhalb des Rahmens rechnerlesbarer Medien eingeschlossen werden.
Zusätzlich zu einer Speicherung auf einem rechnerlesbaren Speichermedium können Anweisungen und/oder Daten als Signale auf Übertragungsmedien bereitgestellt werden, die in einer Kommunikationsvorrichtung eingeschlossen sind. Zum Beispiel kann eine Kommunikationsvorrichtung einen Sender-Empfänger einschließen, der Signale aufweist, die Anweisungen und Daten angeben. Die Anweisungen und Daten sind dafür konfiguriert, zu bewirken, dass ein oder mehrere Prozessoren die in den Ansprüchen umrissenen Funktionen umsetzen. Das heißt, die Kommunikationsvorrichtung schließt Übertragungsmedien mit Signalen ein, die Informationen angeben, um offenbarte Funktionen auszuführen. Zu einem ersten Zeitpunkt können die Übertragungsmedien, die in der Kommunikationsvorrichtung eingeschlossen sind, einen ersten Teil der Informationen, um die offenbarten Funktionen auszuführen, einschließen, während zu einem zweiten Zeitpunkt die Übertragungsmedien, die in der Kommunikationsvorrichtung eingeschlossen sind, einen zweiten Teil der Informationen, um die offenbarten Funktionen auszuführen, einschließen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10479020 [0020]
US 10639745 [0020]

Claims

Additives Fertigungssystem, das Folgendes umfasst: eine Energiequelle, die dafür konfiguriert ist, einen Energiestrahl auszustrahlen, der auf einen Arbeitsbereich einer Aufbauebene trifft, einen Sensor, der dafür konfiguriert ist, eine Temperatur des Arbeitsbereichs abzufühlen; und einen Prozessor, der mit dem Sensor verbunden und dafür konfiguriert ist, eine Abkühlgeschwindigkeit des Arbeitsbereichs, nachdem die Energiequelle ausgeschaltet worden ist, zu bestimmen.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor einen ersten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen ersten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, und einen zweiten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen zweiten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, umfasst, wobei der erste und der zweite Bereich unterschiedliche Bereiche sind.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 2, wobei der erste Bereich von Wellenlängen und der zweite Bereich von Wellenlängen so gewählt sind, dass sie gegenüber einer oder mehreren charakteristischen spektralen Spitzen versetzt sind, die mit Materialeigenschaften eines Metallpulvers verbunden sind, das über mindestens einen Abschnitt des Arbeitsbereichs verteilt ist.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 3, wobei der Energiestrahl ein vorübergehendes Schmelzbad des Metallpulvers erzeugt.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 4, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Benachrichtigung zu erzeugen, falls die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades außerhalb eines zulässigen Bereichs von Abkühlgeschwindigkeiten liegt.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 1, wobei die Energiequelle dafür konfiguriert ist, Metallpulver, das über mindestens einen Abschnitt der Aufbauebene verteilt ist, entlang einer Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen zu verschmelzen.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 6, wobei die Energiequelle an einem Beginn jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen eingeschaltet und an einem Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen ausgeschaltet wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 7, wobei die Abkühlgeschwindigkeit am Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl aufeinanderfolgender Aufbaubahnen bestimmt wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 1, wobei eine Leistung der Energiequelle aus einer Wärmeenergiedichte (TED) eines Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 9, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, die Leistung der Energiequelle in einem Abschnitt des Arbeitsbereichs zu verändern.
Additives Fertigungssystem, das Folgendes umfasst: einen Arbeitsbereich, der eine Lage von Metallpulver einschließt; eine Energiequelle; ein Abtast- und Fokussiersystem; und einen Prozessor, der zu Folgendem konfiguriert ist: die Energiequelle zu steuern, um einen Energiestrahl bei einem Leistungspegel auszustrahlen; den Energiestrahl über den Arbeitsbereich in einer Vielzahl von Aufbaubahnen zu handhaben, um ein Teil zu formen; eine Abkühlgeschwindigkeit bei einer Beendigung jeder der Vielzahl von Aufbaubahnen zu bestimmen; und den Leistungspegel der Energiequelle als Reaktion auf die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit zu regeln.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 11, wobei die Energiequelle an einem Beginn jeder Aufbaubahn der Vielzahl von Aufbaubahnen eingeschaltet und an einem Ende jeder Aufbaubahn der Vielzahl von Aufbaubahnen ausgeschaltet wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 11, das ferner einen Temperatursensor umfasst, der dafür angeordnet ist, bei der Beendigung jeder der Vielzahl von Ausbaubahnen eine Temperatur des Arbeitsbereichs, nachdem die Energiequelle ausgeschaltet ist, zu erfassen.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 13, wobei der Temperatursensor einen ersten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen ersten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, und einen zweiten Emissionsgradsensor, der dafür konfiguriert ist, einen zweiten Bereich von Wellenlängen zu erfassen, umfasst, wobei der erste und der zweite Bereich unterschiedliche Bereiche sind.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 14, wobei der erste Bereich von Wellenlängen und der zweite Bereich von Wellenlängen so gewählt sind, dass sie gegenüber einer oder mehreren charakteristischen spektralen Spitzen versetzt sind, die mit Materialeigenschaften eines Metallpulvers verbunden sind.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 11, wobei der Energiestrahl ein vorübergehendes Schmelzbad des Metallpulvers erzeugt.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 11, wobei der Prozessor dafür konfiguriert ist, eine Benachrichtigung zu erzeugen, falls die bestimmte Abkühlgeschwindigkeit des Schmelzbades außerhalb eines zulässigen Bereichs von Abkühlgeschwindigkeiten liegt.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 11, wobei der Leistungspegel der Energiequelle aus einer Wärmeenergiedichte (TED) eines Abschnitts des Arbeitsbereichs bestimmt wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 18, wobei die TED aus dem Leistungseintrag in einen definierten Abschnitt des Arbeitsbereichs, dividiert durch eine Fläche, die durch die Vielzahl von Aufbaubahnen in dem definierten Abschnitt durchquert wird, bestimmt wird.
Additives Fertigungssystem nach Anspruch 19, wobei der Leistungseintrag in den definierten Abschnitt des Arbeitsbereichs durch Integrieren einer Spannung einer Photodiode bestimmt wird, die dafür angeordnet ist, eine Sensoreingabe aus dem Arbeitsbereich zu empfangen.