ES2930145T3 - Procedimiento para alisar una zona de superficie de un componente - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para alisar una región de la superficie de un componente (11; 21), que al menos dentro de la región de la superficie consta de un material eléctricamente conductor, donde la región de la superficie del componente (11; 21) está recubierta dentro de un cámara de vacío, por medio de al menos un haz de electrones enfocado (13; 23) con una primera energía superficial, que provoca la fusión del material componente dentro de la región superficial, donde a), antes de la fusión, la región superficial se pasa por encima de al menos dos veces por el haz de electrones (13; 23), cada vez con una distancia focal diferente (27a; 27b; 27c) del haz de electrones (13; 23), donde b) se establece una segunda energía superficial para el haz de electrones (13, 23), de modo que no se produzca una fusión del material componente en la zona de la superficie,donde c) los datos que caracterizan la corriente eléctrica causada por los electrodos retrodispersados que inciden en los sensores (14; 24) se registran por medio de una serie de sensores (14; 24) dispuestos dentro de la cámara de vacío, donde d) dentro de un dispositivo de evaluación (15; 25), se deriva un valor real para la rugosidad dentro de la región de la superficie a partir de los datos registrados por los sensores (14; 24), el valor real de la rugosidad se compara con un valor de referencia de la rugosidad y, si el el valor real de la rugosidad no ha alcanzado el valor nominal de la rugosidad, se determina un valor para la primera energía superficial en función del resultado de la comparación, después de lo cual e) el haz de electrones (13) atraviesa la región de la superficie; 23) con la primera energía superficial, después de lo cual se continúa con el método paso a).24) dispuesto dentro de la cámara de vacío, en el que d) dentro de un dispositivo de evaluación (15; 25), a partir de los datos registrados por los sensores (14; 24), se deriva un valor real para la rugosidad dentro de la región de la superficie, el valor real de la rugosidad se compara con un valor nominal de la rugosidad y, si el valor real de la rugosidad no ha alcanzado el valor nominal de la rugosidad, se determina un valor para la primera energía superficial en función del resultado de la comparación, después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) con la primera energía superficial atraviesa la región de la superficie, después de lo cual se continúa con el paso a).24) dispuesto dentro de la cámara de vacío, en el que d) dentro de un dispositivo de evaluación (15; 25), a partir de los datos registrados por los sensores (14; 24), se deriva un valor real para la rugosidad dentro de la región de la superficie, el valor real de la rugosidad se compara con un valor nominal de la rugosidad y, si el valor real de la rugosidad no ha alcanzado el valor nominal de la rugosidad, se determina un valor para la primera energía superficial en función del resultado de la comparación, después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) con la primera energía superficial atraviesa la región de la superficie, después de lo cual se continúa con el paso a).un valor real para la rugosidad dentro de la región de la superficie se deriva de los datos registrados por los sensores (14; 24), el valor real de la rugosidad se compara con un valor de referencia de la rugosidad y, si el valor real de la rugosidad ha no se alcanza el valor nominal de la rugosidad, se determina un valor para la primera energía superficial en función del resultado de la comparación, después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) atraviesa la región de la superficie con la primera superficie energía, después de lo cual se continúa el procedimiento con el paso de método a).un valor real para la rugosidad dentro de la región de la superficie se deriva de los datos registrados por los sensores (14; 24), el valor real de la rugosidad se compara con un valor de referencia de la rugosidad y, si el valor real de la rugosidad ha no se alcanza el valor nominal de la rugosidad, se determina un valor para la primera energía superficial en función del resultado de la comparación, después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) atraviesa la región de la superficie con la primera superficie energía, después de lo cual se continúa el procedimiento con el paso de método a).después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) con la primera energía superficial pasa sobre la región de la superficie, después de lo cual se continúa el procedimiento con el paso a).después de lo cual e) el haz de electrones (13; 23) con la primera energía superficial pasa sobre la región de la superficie, después de lo cual se continúa el procedimiento con el paso a). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para alisar una zona de superficie de un componente
La invención se refiere a un procedimiento para alisar superficies de un componente que están hechas de un material eléctricamente conductor.
La fabricación de componentes mediante la llamada fabricación aditiva cobra cada vez más importancia. En este sentido se realiza una construcción por capas de un componente mediante fusión local de polvos mediante un haz de láser o de electrones. Los componentes fabricados de este modo pueden tener estructuras interiores muy complejas, así como superficies de formas complejas (superficies de conformación libre), que en muchos casos no pueden fabricarse en esta forma con procedimientos tradicionales sustractivos. En particular para la construcción ligera en la navegación aérea o espacial, así como en la técnica médica se abren de esta manera posibilidades de uso y configuración completamente nuevas.
En el documento US 2015/0037601 se propone hacer crecer un componente 3D por capas, fundiéndose una capa de polvo tras otra, una dispuesta encima de la otra, mediante un haz energético. Después de la fusión de una capa de polvo, se barre la estructura superficial del componente 3D realizado hasta el momento con un haz de electrones y, mediante una evaluación de los electrones retrodispersados, se deriva una constatación de si la estructura superficial conseguida ya coincide con la especificación teórica. Si esto no es el caso, se funde una siguiente capa de polvo.
Un inconveniente especial de componentes fabricados de manera aditiva es, no obstante, la superficie especialmente rugosa después del proceso de fabricación. Las superficies rugosas se forman en estos procedimientos de fabricación, porque el proceso de crecimiento por capas en lecho de polvo conlleva adicionalmente una adherencia de partículas de polvo no completamente fundidas. Las superficies rugosas de componentes fabricados de manera aditiva dificultan hasta la fecha el uso de los mismos.
También por los documentos US 2017/0355147 A1 y US 2018/0117851 A1 se conocen dispositivos y procedimientos para la fabricación aditiva de objetos tridimensionales. En estos dispositivos, la rugosidad de una superficie puede determinarse mediante la evaluación de una señal retrodispersada de una radiación electromagnética o también entre otras de una radiación electrónica y el posterior crecimiento por capas de los objetos tridimensionales puede controlarse en función de la señal retrodispersada evaluada.
Un planteamiento conocido para reducir la rugosidad de la superficie de componentes fabricados de manera aditiva comprende el uso de polvos más finos, lo que reduce, no obstante, la velocidad y por lo tanto la productividad del proceso de fabricación. El alisamiento de las superficies de componentes fabricados de manera aditiva mediante procedimientos mecánicos con remoción de materiales falla en muchos casos por la estructura superficial filigrana de conformación libre.
En procedimientos alternativos para alisar superficies, la superficie de un componente se funde o evapora por completo o en parte mediante un haz de láser o de electrones. En el documento WO 1996/31315 A1, para alisar y pulir una superficie de un componente se explora por ejemplo en primer lugar la superficie del componente con un equipo de medición de contornos y se detecta de este modo un estado real de la forma del componente, que se compara con un estado teórico formándose una señal en función del resultado de la comparación con la que se manda un haz de láser para fundir la superficie del componente. Para explorar la superficie del componente se proponen a este respecto sistemas ópticos con uso de un láser o una exploración mecánica.
En el documento DE 2654486 A1 se divulga un procedimiento en el que se funde la superficie rugosa de un ojo de aguja estampado mediante la irradiación con un haz de electrones o un láser, alisándose de este modo. El documento indica de este modo que en principio es eficaz alisar superficies mediante una fusión local. No obstante, el procedimiento no permite alisar de manera localmente adaptada cualquier cuerpo tridimensional de forma compleja. En particular, no se produce una detección del perfil de la superficie y de la rugosidad de la superficie.
Durante el procesamiento de componentes de formas complejas y/o el procesamiento localmente diferente de una superficie es necesaria la adaptación de los parámetros del haz especialmente para la zona de superficie procesada en un momento concreto con respecto al resultado previsto del procesamiento. Un ejemplo para la adaptación de la intensidad del haz de láser en el templado de cigüeñales está descrito en el documento DE 3905551 A1. El haz de láser y la pieza de trabajo se mueven a este respecto relativamente entre sí y la intensidad del láser se modula en función de la geometría superficial barrida por el haz de láser y la profundidad de penetración deseada. Además de un templado, así también es posible un alisamiento de las zonas de superficie. La velocidad del movimiento relativo se regula a este respecto mediante la medición sin contacto de la temperatura de la superficie. No obstante, el procedimiento no divulga ninguna posibilidad para detectar el contorno y la rugosidad de una superficie de conformación libre de forma compleja.
La invención se basa por lo tanto en el problema técnico de crear un procedimiento para alisar superficies de componentes mediante el que puedan superarse los inconvenientes del estado de la técnica. En particular, con el
procedimiento de acuerdo con la invención también debe ser posible detectar el estado real con respecto a la rugosidad de una superficie del componente y derivar de ello parámetros técnicos para alisar la superficie del componente.
La solución del problema técnico se consigue mediante objetos con las características de la reivindicación 1. Otras configuraciones ventajosas de la invención resultan de las reivindicaciones dependientes.
En el procedimiento de acuerdo con la invención para alisar una zona de superficie de un componente que está hecho al menos en el interior de la zona de superficie de un material eléctricamente conductor, la zona de superficie del componente se funde en el interior de una cámara de vacío mediante al menos un haz de electrones focalizado. La fusión de la zona de superficie se realiza barriéndose la zona de superficie con el haz de electrones con una primera energía de superficie que hace que se funda la zona de superficie. Por energía de superficie ha de entenderse la energía por superficie que se aplica mediante el haz de electrones al componente que ha de ser procesado con el haz de electrones. La energía de superficie depende del tiempo de permanencia del haz de electrones en el interior de la zona de superficie y de la intensidad del haz de electrones.
El barrido de una zona de superficie del componente con un haz de electrones con una segunda energía de superficie se denomina en lo sucesivo también de forma abreviada escaneado de la zona de superficie.
No obstante, antes de fundirse la zona de superficie del componente mediante el haz de electrones, se determina en el procedimiento de acuerdo con la invención en primer lugar un estado real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie y se compara con un estado teórico de la rugosidad en el interior de la zona de superficie.
Para ello, la zona de superficie es barrida antes de la fusión al menos dos veces con un haz de electrones, aunque con una segunda energía de superficie que no hace que se funda el material del componente en la zona de superficie. Qué energía de superficie hace que se funda una zona de superficie de un componente y qué no, depende del material y de la forma del componente, aunque también puede determinarse de manera sencilla mediante ensayos de laboratorio. Lo esencial de la invención es que el barrido que se realiza al menos dos veces de la zona de superficie mediante el haz de electrones con la segunda energía de superficie se realice respectivamente con otra longitud focal del haz de electrones.
En el interior de la cámara de vacío, en la que el componente se procesa mediante el haz de electrones, está dispuesto un número de sensores. Estos sensores se distribuyen en el interior de la cámara de vació y se disponen por encima de la zona de superficie a procesar mediante el haz de electrones de tal modo que los electrones retrodispersados del haz de electrones y electrones secundarios extraídos del material del componente pueden incidir en los sensores. Mediante los sensores se recopilan por lo tanto datos durante el barrido de la zona de superficie mediante el haz de electrones con la segunda energía de superficie, caracterizando estos datos la corriente eléctrica provocada por los electrones retrodispersados y electrones secundarios que inciden en los sensores. Se recopilan datos que caracterizan la intensidad de corriente en un respectivo sensor, provocada por los electrones retrodispersados y electrones secundarios que inciden en los sensores.
Los datos detectados por los sensores se transmiten a un equipo de evaluación mediante el que se determina un valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie. Puesto que las trayectorias de los electrones del haz de electrones y las trayectorias de los electrones retrodispersados reflejados por la superficie se comportan principalmente según la ley óptica "ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión", se reflejan los electrones retrodispersados durante el barrido de la zona de superficie con la segunda energía de superficie en diferentes direcciones cuando la superficie es rugosa, por lo que también son detectados por varios sensores en diferentes posiciones. Cuanto mayor sea el número de sensores dispuestos en el interior de la cámara de vacío que detectan durante el barrido de la zona de superficie mediante el haz de electrones con la segunda energía de superficie la incidencia de electrones retrodispersados tanto más rugosa es la superficie en el interior de la zona de superficie. No obstante, cuando solo indican pocos sensores o incluso un único sensor la incidencia de electrones retrodispersados o la intensidad de corriente detectada por los sensores presenta un pico en un sensor o en muy pocos sensores, la rugosidad en el interior de la zona de superficie es reducida. De esta manera puede derivarse una constatación acerca de la rugosidad actual mediante los datos detectados por los sensores, es decir, puede determinarse un valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie. Cuanto mayor sea el número de sensores dispuestos en la cámara de vacío con tanta más precisión pueden derivarse afirmaciones con respecto a la rugosidad en el interior de la zona de superficie. Los sensores también pueden disponerse en forma de un conjunto de sensores. No obstante, ya con al menos dos sensores también es posible llegar a afirmaciones cualitativas con respecto a la rugosidad en el interior de la zona de superficie.
Para que puedan detectarse electrones retrodispersados y electrones secundarios con una buena resolución en función de la rugosidad de la superficie mediante los sensores, que deben encontrarse en el exterior de la zona del haz del haz de electrones, es ventajoso elegir un ángulo de incidencia del haz de electrones en la superficie del componente a procesar que es inferior a 90°. Preferentemente se elige un ángulo de incidencia del haz de electrones en la superficie del componente a procesar en un intervalo de 45° a 90°.
Como se ha descrito anteriormente, en el procedimiento de acuerdo con la invención se barre una zona de superficie
al menos dos veces mediante un haz de electrones con la segunda energía de superficie, ajustándose cada vez otra longitud focal del haz de electrones. Se ha mostrado que puede llegarse a una constatación más precisa con respecto a la rugosidad en el interior de la zona de superficie si la zona de superficie se escanea varias veces con una longitud focal diferente y se vinculan mediante una operación matemática en el equipo de evaluación los datos detectados por los sensores de un ciclo con los datos del ciclo posterior o con los datos de ciclos posteriores, derivándose del resultado de vinculación un valor real de la rugosidad. Por ejemplo, pueden sumarse los datos de los ciclos sucesivos.
Cuando se han procesado los datos de los ciclos sucesivos transmitidos por los sensores mediante el equipo de evaluación para obtener un valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie, este valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie se compara con un valor teórico de la rugosidad en el interior de la zona de superficie. En función del resultado de la comparación se determina a continuación mediante el equipo de evaluación un valor de la primera energía de superficie con la que el haz de electrones barre a continuación la zona de superficie del componente para fundir la zona de superficie con el fin de alisarla. A este respecto se tiene en cuenta la siguiente relación. Cuanto menos difiera el valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie del valor teórico de la rugosidad en el interior de la zona de superficie tanto más reducido se ajusta el valor de la primera energía de superficie. A la inversa, esto significa que cuanto mayor sea la rugosidad de la zona de superficie tanto más elevado se ajusta el valor de la primera energía de superficie y tanto más profundo se funde la zona de superficie mediante el haz de electrones con la primera energía de superficie.
Después de la fusión de la zona de superficie mediante el haz de electrones con la primera energía de superficie, se vuelve a barrer la zona de superficie nuevamente al menos dos veces mediante el haz de electrones con la segunda energía de superficie, realizándose el barrido realizado al menos dos veces también cada vez nuevamente con otra longitud focal del haz de electrones. Se realiza la recopilación de datos anteriormente descrita mediante los sensores, la transmisión de los datos al equipo de evaluación, la determinación de un valor real actual de la rugosidad en la zona de superficie, la comparación del valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie con el valor teórico de la rugosidad en el interior de la zona de superficie y el ajuste del valor de la primera energía de superficie en función del resultado de la comparación. El ciclo descrito del escaneado de la zona de superficie con la posterior fusión de la zona de superficie se sigue hasta que el valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie haya alcanzado el valor teórico de la rugosidad en el interior de la zona de superficie.
Con cada fusión de la zona de superficie disminuye la rugosidad en el interior de la zona de superficie de modo que puede ajustarse para un proceso posterior de fusión un valor más bajo de la primera energía de superficie, por lo que la zona de superficie ya solo se funde con una menor profundidad en el proceso posterior de fusión. La fusión cíclica de la zona de superficie con una profundidad de fusión cada vez menor hace finalmente que se alise la superficie en el interior de la zona de superficie.
En una forma de realización se genera a partir de los datos detectados por los sensores mediante el equipo de evaluación una imagen tridimensional de la zona de superficie.
Cuando la zona de superficie del componente escaneado con el haz de electrones no es una superficie plana, sino que presenta irregularidades debido a la forma del componente, esto tiene como consecuencia que la imagen tridimensional, que se genera por los datos detectados por los sensores en el equipo de evaluación al escanear una vez con una longitud focal, presente zonas parciales de la superficie en las que la imagen tridimensional presenta una nitidez de detalles elevada y zonas parciales de la superficie en las que la imagen tridimensional solo presenta una nitidez de detalles reducida. Por lo tanto, de acuerdo con la invención se escanea una zona de superficie también al menos dos veces con una longitud focal respectivamente diferente del haz de electrones. Concretamente se ha mostrado que al escanearse una zona de superficie con otras longitudes focales del haz de electrones se representan también cada vez otras zonas parciales de la superficie en la imagen tridimensional generada con una nitidez de detalles elevada.
Por lo tanto, en otra forma de realización de la invención se transmiten en cada escaneado de una zona de superficie de un componente con un haz de electrones los datos detectados por los sensores a un equipo de evaluación, se genera mediante el equipo de evaluación una imagen tridimensional de la zona de superficie y se recorta mediante un software de gráficos conocido las zonas parciales de la superficie representadas con una nitidez de detalles elevada de la imagen tridimensional y se vuelven a unir las diferentes zonas parciales de la superficie con una nitidez de detalles elevada obtenidas de esta manera en cada escaneado con una longitud focal diferente del haz de electrones para formar nuevamente una imagen completa de la superficie. De esta manera puede crearse una imagen completa tridimensional de la zona de superficie con una nitidez de detalles elevada. Cuantas más veces se escanee una zona de superficie con una longitud focal diferente del haz de electrones con tanta más precisión en cuanto a los detalles puede calcularse una imagen tridimensional de la zona de superficie mediante el equipo de evaluación.
A partir de los datos detectados por los sensores o a partir de la imagen completa tridimensional de la zona de superficie con una nitidez de detalles elevada pueden derivarse a continuación indicaciones acerca de la forma de superficie en el interior de la zona de superficie, para la orientación de la zona de superficie con respecto a la dirección de incidencia del haz de electrones, así como acerca de un valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie.
Opcionalmente, el componente que ha de procesarse con un haz de electrones puede disponerse en el interior de la cámara de vacío mediante un equipo de sujeción, que puede cambiar tridimensionalmente la posición del componente en el interior de la cámara de vacío. Una zona de superficie del componente se escanea después de la disposición mediante el equipo de sujeción en el interior de la cámara de vacío mediante el haz de electrones al menos dos veces con una longitud focal diferente; mediante los datos detectados a este respecto por los sensores se genera en el equipo de evaluación una imagen tridimensional de la zona de superficie, a partir de la imagen tridimensional se deriva una constatación acerca de la orientación real tridimensional del componente en el interior de la cámara de vacío y se compara con una orientación teórica del componente.
En función del resultado de la comparación se forma a continuación una señal, con la que el equipo de sujeción guía el componente a la orientación teórica en el interior de la cámara de vacío.
De esta manera, por ejemplo es posible hacer pasar el componente en el interior de la cámara de vacío a una posición inicial deseada para el procesamiento con el haz de electrones o también realizar un cambio de la posición del componente y comprobar después de haber realizado el cambio de la posición la disposición espacial actual del componente, si el componente debe hacerse pasar después del procesamiento de una zona de superficie a otra posición para procesar otra zona de superficie.
La presente invención se explica a continuación con más detalle con ayuda de unos ejemplos de realización. Las figuras muestran:
La figura 1 una representación esquemática de un dispositivo para realizar el procedimiento de acuerdo con la invención.
Las figuras 2a, 2b, 2c una representación esquemática de un dispositivo para realizar una forma de realización alternativa del procedimiento de acuerdo con la invención.
En la figura 1 está representado esquemáticamente un dispositivo mediante el que puede realizarse el procedimiento de acuerdo con la invención. Un componente 11 hecho de un material eléctricamente conductor y fabricado por ejemplo mediante fabricación aditiva, que presenta una sección transversal constante según la figura 1 y que se extiende con respecto a su extensión longitudinal hacia la profundidad del plano de dibujo de la figura 1, presenta en un lado una superficie de una forma convexa. Puesto que la superficie de forma convexa presenta una rugosidad demasiado elevada, esta superficie debe ser alisada. Para ello, el componente 11 se transporta de acuerdo con la invención al interior de una cámara de vacío. En la cámara de vacío está dispuesto o en la cámara de vacío está fijado al menos un generador de haces de electrones 12 para generar un haz de electrones 13 focalizado, desviable, con el que puede barrerse la superficie de forma convexa del componente 11. En el interior de la cámara de vacío está dispuesto un número de sensores 14 por encima de la superficie de forma convexa del componente 11 de tal modo que los electrones, que al incidir el haz de electrones 13 en la superficie convexa del componente 11 son reflejados en el componente 11 o son extraídos adicionalmente como electrones secundarios del componente 11, pueden incidir en los sensores 14. En el ejemplo de realización según la figura 1 están representados solo a modo de ejemplo cuatro sensores 14.
De acuerdo con la invención, la zona de superficie a alisar del componente 11 se escanea en primer lugar. Esto significa que la zona de superficie a alisar se barre con el haz de electrones 13, estando ajustada la energía de superficie que se aplica mediante el haz de electrones 13 al componente 11 de tal manera que el barrido del componente 11 con el haz de electrones 13 no conduzca a la fusión del material del componente. La energía de superficie ajustada en el escaneado se denomina también segunda energía de superficie. El barrido de una zona de superficie a alisar del componente mediante un haz de electrones focalizado se realiza preferentemente de forma lineal. No obstante, alternativamente también pueden realizarse otras formas y dibujos geométricos con el haz de electrones al barrerse una zona de superficie a alisar. En el ejemplo de realización según la figura 1, el barrido de la zona de superficie a alisar, de forma convexa, se realiza de forma lineal, extendiéndose las líneas dibujadas con el haz de electrones 13 a lo largo de la extensión longitudinal del componente 11, por ejemplo hacia la profundidad del plano de dibujo.
El barrido lineal de la zona de superficie a alisar del componente 11 se realiza cambiándose el ángulo de desviación del haz de electrones 13 de línea a línea. En función del ángulo de desviación del haz de electrones y de la rugosidad de la zona de superficie a alisar, unos electrones retrodispersados y secundarios inciden en diferentes sensores 14 o en un número diferente de sensores 14 y provocan allí un flujo de corriente. Los datos que caracterizan la corriente eléctrica provocada por los electrones retrodispersados y secundarios en los sensores 14, son transmitidos por los sensores 14 a un equipo de evaluación 15. El equipo de evaluación 15 se encuentra preferentemente en el exterior de la cámara de vacío. Cuanto mayor sea el número de sensores 14 que registren un flujo de corriente eléctrica al dibujarse una línea con el haz de electrones 13 tanto más rugosa es la superficie barrida con el haz de electrones del componente 13. A la inversa puede derivarse la conclusión de que, cuanto menor sea el número de sensores que registren un flujo de corriente eléctrica o cuanto mayor sea el flujo de corriente eléctrica en un sensor 14 individual en comparación con otros sensores 14 tanto más lisa es la superficie barrida con el haz de electrones 13 del componente 11. Al escanearse la superficie del componente 11 con el haz de electrones 13 puede derivarse así con ayuda de los
datos transmitidos por los sensores 14 mediante el equipo de evaluación 15 una constatación con respecto al valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar y este puede compararse con un valor teórico de la rugosidad en la zona de superficie a alisar.
De acuerdo con la invención, la zona de superficie convexa a alisar del componente se escanea al menos dos veces con una longitud focal diferente del haz de electrones 13, vinculándose los datos transmitidos por los sensores 14 de los diferentes ciclos de escaneado en el equipo de evaluación mediante una operación matemática. Se ha mostrado que el escaneado repetido varias veces de una zona de superficie con longitudes focales diferentes del haz de electrones y la vinculación de los datos obtenidos a este respecto conduce a afirmaciones más exactas con respecto al valor real de la rugosidad en la zona de superficie escaneada que cuando la zona de superficie se escanea solo una única vez.
Después de haberse escaneado la zona de superficie a alisar del componente 11 varias veces con una longitud focal diferente del haz de electrones 13, haberse determinado mediante el equipo de evaluación 15 un valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar y compararse con un valor teórico de la rugosidad en la zona de superficie a alisar, se produce el alisamiento de la zona de superficie, siempre que el valor real aún no haya alcanzado el valor teórico.
Para ello, el equipo de evaluación calcula en función del resultado de la comparación una primera energía de superficie, que se aplica mediante el haz de electrones 13 a la zona de superficie a alisar del componente 11, debiendo fundirse la zona de superficie de esta manera. A este respecto, la primera energía de superficie se elige tanto mayor cuanto más difiere el valor real de la rugosidad en la zona de superficie del valor teórico. Es conocido que puede aumentarse la energía de superficie aplicada con un haz de electrones a un componente, aumentándose por ejemplo la corriente de haz del haz de electrones y/o reduciéndose la velocidad de desviación del haz de electrones.
Después de haberse ajustado los parámetros del generador de haces de electrones 12 de tal modo que la primera energía de superficie calculada puede aplicarse mediante el haz de electrones 13 al componente 11, se produce nuevamente un barrido lineal de la zona de superficie a alisar con el haz de electrones 13, en consecuencia de lo que se funde y, por lo tanto, se alisa la zona de superficie.
A continuación se realiza nuevamente un escaneado anteriormente escrito, al menos dos veces de la zona de superficie a alisar; se calcula el valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar; se compara el valor real calculado de la rugosidad con el valor teórico de la rugosidad; se calcula la primera energía de superficie para el haz de electrones en función del resultado de la comparación y se funde la zona de superficie a alisar. Este ciclo se sigue hasta que el valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar haya alcanzado el valor teórico de la rugosidad en la zona de superficie a alisar.
Las figuras 2a, 2b y 2c muestran una representación esquemática de un dispositivo mediante el que puede realizarse una forma de realización alternativa del procedimiento de acuerdo con la invención. Un componente 21 fabricado por ejemplo mediante fabricación aditiva y hecho de un material eléctricamente conductor, que presenta una sección transversal constante según las figuras 2a, 2b 2c y que se extiende con respecto a su extensión longitudinal hacia la profundidad del plano de dibujo de las figuras 2a, 2b 2c, presenta en un lado una superficie de una forma convexa. Puesto que la superficie de forma convexa presenta una rugosidad demasiado elevada, esta superficie debe ser alisada en una zona de superficie con la extensión A. Para ello, el componente 21 se transporta de acuerdo con la invención al interior de una cámara de vacío. En la cámara de vacío está dispuesto o en la cámara de vacío está fijado al menos un generador de haces de electrones 22 para generar un haz de electrones 23 focalizado, desviable, con el que puede barrerse la superficie de forma convexa en la zona de superficie con la extensión A. En el interior de la cámara de vacío está dispuesto un número de sensores 24 por encima de la superficie de forma convexa del componente 21 de tal modo que los electrones, que al incidir el haz de electrones 23 en la superficie convexa del componente 21 son reflejados en el componente 21 o son extraídos adicionalmente como electrones secundarios del componente 21, pueden incidir en los sensores 24. En el ejemplo de realización según las figuras 2a, 2b y 2c están representados a modo de ejemplo, y también para mayor claridad, solo dos sensores 24.
De acuerdo con la invención, la zona de superficie a alisar del componente 21 se escanea en primer lugar. Esto significa que la zona de superficie a alisar con la extensión A es barrida con el haz de electrones 23, estando ajustada la energía de superficie aplicada mediante el haz de electrones 23 al componente 21 de tal modo que el barrido del componente 21 con el haz de electrones 23 no conduzca a una fusión del material del componente. Como ya se ha explicado anteriormente, la energía de superficie ajustada en el escaneado se denomina también segunda energía de superficie. También en el ejemplo de realización según las figuras 2a, 2b 2c, el barrido de la zona de superficie a alisar, de forma convexa, se realiza de forma lineal, extendiéndose las líneas dibujadas con el haz de electrones 23 a lo largo de la extensión longitudinal del componente 21, por ejemplo hacia la profundidad del plano de dibujo.
El barrido lineal de la zona de superficie a alisar del componente 21 se realiza cambiándose el ángulo de desviación del haz de electrones 23 de línea a línea. En función del ángulo de desviación del haz de electrones y de la rugosidad de la zona de superficie a alisar, unos electrones retrodispersados y secundarios inciden en diferentes sensores 24 o en un número diferente de sensores 24 y provocan allí un flujo de corriente. Los datos que caracterizan la corriente
eléctrica provocada por los electrones retrodispersados y secundarios en los sensores 24, son transmitidos por los sensores 24 a un equipo de evaluación 25. El equipo de evaluación 25 se encuentra en el exterior de la cámara de vacío.
El equipo de evaluación 25 comprende un software de gráficos conocido, mediante el que puede generarse a partir de los datos transmitidos por los sensores 24 una imagen tridimensional 26 de la zona de superficie escaneada mediante el haz de electrones 23 con la extensión A. En las figuras 2a, 2b y 2c, la imagen tridimensional 26 generada mediante el equipo de evaluación 25 de la zona de superficie con la extensión A está representada solo esquemáticamente como vista superior.
De acuerdo con la invención, la zona de superficie con la extensión A se escanea varias veces mediante el haz de electrones 23, eligiéndose cada vez otra longitud focal del haz de electrones.
En la figura 2a está representado esquemáticamente un escaneado del componente 21, estando ajustada la longitud focal del haz de electrones 23 en una longitud 27a. Un foco del haz de electrones 23 presenta en este sentido una longitud que es inferior a la distancia del generador de haces de electrones 22 del componente 21. En este ciclo de escaneado se genera mediante el equipo de evaluación 25 una imagen tridimensional 26 de la zona de superficie escaneada con la extensión A, que solo en la zona parcial 26a representada con rayado presenta una nitidez de detalles elevada.
En la figura 2b está representado esquemáticamente un segundo ciclo de escaneado, en el que la longitud focal del haz de electrones 23 está ajustada en una longitud 27b. El foco del haz de electrones 23 presenta en este sentido una longitud que es exactamente igual a la distancia del generador de haces de electrones 22 del componente 21. En este ciclo de escaneado se genera mediante el equipo de evaluación 25 una imagen tridimensional 26 de la zona de superficie escaneada con la extensión A, que solo en la zona parcial 26b representada con rayado presenta una nitidez de detalles elevada.
En un tercer ciclo de escaneado, que está representado esquemáticamente en la figura 2c, el foco del haz de electrones 23 se ha ajustado finalmente en una longitud 27 c. El foco del haz de electrones 23 presenta en este sentido una longitud que es superior a la distancia del generador de haces de electrones 22 del componente 21. En este ciclo de escaneado se genera mediante el equipo de evaluación 25 una imagen tridimensional 26 de la zona de superficie escaneada con la extensión A, que solo en la zona parcial 26c representada con rayado presenta una nitidez de detalles elevada.
Mediante el software de gráficos del equipo de evaluación 25 se unen las zonas parciales 26a, 26b, 26c representadas con rayado con una nitidez de detalles elevada de los tres ciclos de escaneado para formar una imagen completa de la zona de superficie con la extensión A, generándose por lo tanto una imagen completa tridimensional con una nitidez de detalles elevada en toda la imagen de la zona de superficie escaneada. A partir de una imagen completa tridimensional de este tipo pueden derivarse indicaciones con respecto a la forma de la superficie y por lo tanto también con respecto al estado real de la rugosidad en la zona de superficie escaneada, así como indicaciones con respecto a la orientación de la zona de superficie escaneada en relación con la dirección de incidencia del haz de electrones.
Si se ha determinado a partir de la imagen completa tridimensional mediante el equipo de evaluación 25 un valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar y si se ha comparado con un valor teórico de la rugosidad en la zona de superficie a alisar, se produce el alisamiento de la zona de superficie, siempre que el valor real aún no haya alcanzado el valor teórico.
Para ello, el equipo de evaluación calcula en función del resultado de la comparación del valor real y del valor teórico una primera energía de superficie, que se aplica mediante el haz de electrones 23 a la zona de superficie a alisar del componente 21, debiendo fundirse la zona de superficie de esta manera.
Después de haberse ajustado los parámetros del generador de haces de electrones 22 de tal modo que la primera energía de superficie calculada puede aplicarse mediante el haz de electrones 23 al componente 21, se produce nuevamente un barrido lineal de la zona de superficie a alisar con el haz de electrones 23, en consecuencia de lo que se funde y, por lo tanto, se alisa la zona de superficie.
A continuación, se realiza nuevamente un escaneado anteriormente escrito, al menos dos veces de la zona de superficie a alisar; se genera una imagen completa tridimensional de la zona de superficie escaneada; se calcula un valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar; se compara el valor real calculado de la rugosidad con el valor teórico de la rugosidad; se calcula la primera energía de superficie para el haz de electrones en función del resultado de la comparación y se funde la zona de superficie a alisar. Este ciclo se sigue hasta que el valor real de la rugosidad en la zona de superficie a alisar haya alcanzado el valor teórico de la rugosidad en la zona de superficie a alisar.
Como ya se ha explicado anteriormente, a partir de una imagen completa tridimensional generada mediante el equipo de evaluación 25 de una zona de superficie escaneada, también puede derivarse la orientación de la zona de superficie
escaneada con respecto a la dirección de incidencia del haz de electrones.
En una forma de realización, el componente 21 se dispone mediante un equipo de sujeción en el interior de la cámara de vacío, que puede cambiar tridimensionalmente la posición del componente 21 en el interior de la cámara de vacío. Después de escanearse varias veces una zona de superficie de componente del componente 21, generarse una imagen tridimensional de la zona de superficie y determinarse la orientación de la zona de superficie con respecto a la dirección de incidencia del haz de electrones 23, también puede derivarse una constatación con respecto a la orientación real tridimensional del componente 21 en el interior de la cámara de vacío y puede compararse con una orientación teórica del componente. En función del resultado de la comparación se forma a continuación mediante el equipo de evaluación una señal, con la que el equipo de sujeción guía el componente 21 a la orientación teórica en el interior de la cámara de vacío.
De esta manera es posible, por ejemplo, hacer pasar el componente 21 en el interior de la cámara de vacío a una posición inicial deseada para el procesamiento con el haz de electrones 23 o también realizar un cambio de la posición del componente 21 y comprobar después de haber realizado el cambio de la posición la disposición espacial actual del componente 21, si el componente 21 debe hacerse pasar después del procesamiento de una zona de superficie a otra posición para procesar otra zona de superficie.
Alternativa o adicionalmente también es posible disponer el generador de haces de electrones 22 con un dispositivo de sujeción que puede cambiarse tridimensionalmente en el interior de la cámara de vacío y controlar o ajustar la posición del mismo con respecto al componente 21 mediante el procedimiento de acuerdo con la invención.
Claims (5)
1. Procedimiento para alisar una zona de superficie de un componente (11; 21) que está hecho al menos en el interior de una zona de superficie de un material eléctricamente conductor, barriéndose la zona de superficie del componente (11; 21) en el interior de una cámara de vacío mediante al menos un haz de electrones (13; 23) focalizado con una primera energía de superficie que hace que se funda el material del componente en el interior de la zona de superficie,
a) barriéndose la zona de superficie antes de la fusión al menos dos veces con el haz de electrones (13; 23) con una longitud focal (27a; 27b; 27c) cada una de ellas diferente del haz de electrones (13; 23),
b) ajustándose una segunda energía de superficie para el haz de electrones (13; 23), que no hace que se funda el material del componente en la zona de superficie,
c) recopilándose datos mediante un número de sensores (14; 24) dispuestos en el interior de la cámara de vacío que caracterizan la corriente eléctrica provocada por los electrones retrodispersados que inciden en los sensores (14; 24),
d) derivándose en un equipo de evaluación (15; 25) a partir de los datos detectados por los sensores (14; 24) un valor real de la rugosidad en el interior de la zona de superficie, comparándose el valor real de la rugosidad con un valor teórico de la rugosidad y, si el valor real de la rugosidad no ha alcanzado el valor teórico de la rugosidad, determinándose en función del resultado de la comparación un valor de la primera energía de superficie, e) barriéndose la zona de superficie con el haz de electrones (13; 23) con la primera energía de superficie, siguiéndose después de esto con la etapa de procedimiento a).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el haz de electrones está orientado con un ángulo inferior a 90° con respecto a la zona de superficie del componente.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que el haz de electrones está orientado con un ángulo en el intervalo de 45° a 90° con respecto a la zona de superficie del componente.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que el componente (21) se dispone en el interior de la cámara de vacío mediante un equipo de sujeción, que puede cambiar tridimensionalmente la posición del componente en el interior de la cámara de vacío.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que después de la disposición mediante el equipo de sujeción en el interior de la cámara de vacío, el componente
f) es barrido con el haz de electrones (23);
g) se deriva, mediante los datos detectados con ello por los sensores (24), en el equipo de evaluación (25) una constatación acerca de la orientación real tridimensional del componente (21) en el interior de la cámara de vacío y se compara con una orientación teórica del componente (21);
h) en función del resultado de la comparación se forma una señal, con la que el equipo de retención guía el componente (21) a la orientación teórica en el interior de la cámara de vacío.
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