ES2971211T3 - Calibración automatizada de un dispositivo para la fabricación aditiva totalmente paralelizada de un componente con áreas de trabajo combinadas - Google Patents

Abstract

Disposición (10) para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente (100), en donde la disposición (10) comprende lo siguiente: una carcasa (12), que comprende un volumen de construcción (14), en donde el volumen de construcción (14) comprende una zona de construcción (16); al menos tres dispositivos de señalización (20), que están fijados en o sobre la carcasa (12), siendo cada dispositivo de señalización (20) adecuado para proyectar una marca de referencia luminosa (22) sobre un componente (100) que se encuentra en la zona del edificio (16) y/o en la zona del edificio (16); un dispositivo láser (30) para el procesamiento por láser de un lecho de polvo para generar un componente (100) en el área de construcción (16) mediante fabricación aditiva, en el que el dispositivo láser (30) está configurado para el procesamiento por láser de un área de trabajo asociada (32a-32d), en la que el dispositivo láser (30) comprende un dispositivo de detección (34), que está configurado para detectar las marcas de referencia luminosa (22); y una unidad de control (40), que está configurada para calibrar el dispositivo láser (30) en base a las marcas de referencia de luz (22) detectadas por el dispositivo de detección (34). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Calibración automatizada de un dispositivo para la fabricación aditiva totalmente paralelizada de un componente con áreas de trabajo combinadas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una disposición y un procedimiento para la fabricación aditiva de un componente a base de lecho de polvo y, en particular, a la calibración y sincronización de múltiples dispositivos láser para la producción paralela del componente con áreas de trabajo combinadas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Los procedimientos de fabricación aditiva, en los que se añade un material capa a capa y se procesa térmicamente para generar un componente, son cada vez más importantes en la producción industrial, frente a los procedimientos tradicionales de fabricación sustractiva, tales como el fresado, el taladrado y el torneado, en los que se elimina material para producir un componente. El modo de construcción por capas que caracteriza a los procedimientos de fabricación aditiva permite producir estructuras geométricas muy complejas con un alto grado de libertad de diseño que los procedimientos sustractivos no pueden conseguir.

El aumento de la importancia industrial de los procedimientos de fabricación aditiva está impulsado por la eficacia cada vez mayor de las fuentes láser usadas para el tratamiento térmico de un material. En consecuencia, el mercado está experimentando actualmente una transición desde el uso original de los procedimientos de fabricación aditiva exclusivamente para la producción de prototipos("Rapid Prototyping"- prototipado rápido) hacia el uso industrial masivo de esta tecnología para la producción en serie("Rapid Manufacturing"- fabricación rápida). Este desarrollo puede observarse en numerosos sectores de la economía, tales como la industria aeroespacial, la automoción, la tecnología médica y las prótesis.

Un tipo especial de fabricación aditiva son los procesos a base de lecho de polvo, en los que un material de partida en forma de polvo es aplicado capa a capa sobre el componente a fabricar y es fundido con luz láser. Las capas de polvo presentan normalmente espesores del orden de micrómetros.

La posibilidad del procesamiento paralelo de un componente por varios dispositivos láser desempeña un papel clave en el aumento de la eficacia de las disposiciones para la fabricación aditiva de componentes a base de lecho de polvo, permitiendo alcanzar mayores rendimientos. La utilización combinada de varios dispositivos láser para la producción simultánea de un componente requiere una calibración precisa de los dispositivos láser individuales y la sincronización de los dispositivos láser entre sí. Sin embargo, esto plantea dificultades para las que todavía no hay solución. Los sistemas de calibración convencionales para las disposiciones de fabricación aditiva de un componente se basan en el ajuste de los escáneres galvanométricos individuales (los denominados motores galvo) de los dispositivos láser y no pueden tener en cuenta colectivamente las imprecisiones relativas a la temperatura de toda la disposición.

Por lo tanto, es necesario mejorar la fabricación aditiva de componentes en lo que respecta a la calibración y sincronización de varios dispositivos láser que trabajan en paralelo.

Se conocen varios procedimientos para calibrar un módulo óptico a partir del documento WO 2017/085470 A1, en el que módulos ópticos no calibrados son calibrados por comparación con un módulo óptico precalibrado y/o usando un patrón de calibración. Se puede generar un patrón de calibración a partir de un único módulo óptico ya calibrado. El documento EP 2 186 625 A2 describe un procedimiento de calibración en el que un patrón de calibración es generado por un primer dispositivo y/o por un segundo dispositivo. El patrón de calibración respectivo es capturado por una cámara y utilizado como base para calibrar el dispositivo asociado. Los dos dispositivos se calibran independientemente el uno del otro.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene como objetivo permitir la calibración, recalibración y sincronización de uno o más dispositivos láser que intervienen en paralelo en la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente. El término "paralelo" se refiere, en particular, a un procedimiento de fabricación totalmente paralelizado en el que varios dispositivos láser que intervienen en la fabricación trabajan conjuntamente para producir el componente procesando simultáneamente un área de construcción común. Este objetivo se consigue mediante una disposición según la reivindicación 1, un procedimiento según la reivindicación 12, un producto de programa informático según la reivindicación 18 y un medio de almacenamiento legible por ordenador según la reivindicación 19. En las reivindicaciones dependientes se definen formas de realización preferidas y otras mejoras de las realizaciones de la invención.

La presente invención se refiere a una disposición para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente. La disposición comprende una carcasa, que comprende un volumen de construcción, en donde el volumen de construcción comprende un área de construcción. El área de construcción es un plano de sección transversal bidimensional del volumen de construcción y cubre una superficie de la carcasa en la que el componente puede generarse capa a capa mediante la aplicación sucesiva del lecho de polvo y el posterior procesamiento térmico. El área de construcción corresponde normalmente a una proyección vertical del volumen tridimensional de construcción. Esto significa, por ejemplo, que con un volumen de construcción cilíndrico, el área de construcción puede corresponder a un plano de sección transversal circular, y en el caso de un volumen de construcción con forma de cubo, el área de construcción puede corresponder a un plano de sección transversal cuadrado, siendo posible cualquier forma de volumen de construcción. Por ejemplo, el volumen de construcción puede corresponder a una subsección de volumen separada del interior de la carcasa, y el área de construcción puede cubrir una sección de superficie correspondiente de una superficie inferior de la carcasa, que representa una proyección bidimensional del volumen de construcción sobre la superficie inferior de la carcasa. El área de construcción también puede cubrir una superficie móvil sobre la que descansa una capa superior de lecho de polvo del material de partida. En este caso, la superficie móvil puede desplazarse a lo largo de una dirección tras el procesamiento láser de cada capa de lecho de polvo de tal forma que la distancia entre el área de construcción o la capa de lecho de polvo superior del material de partida que se va a procesar y los dispositivos láser permanezca constante.

Cabe señalar, no obstante, que tanto el volumen de construcción como el área de construcción pueden ser construcciones geométricas virtuales que pueden cubrir un área espacial determinada de la disposición, pero que no necesariamente tienen que tener una naturaleza física. Aunque el área de construcción puede extenderse, por ejemplo, sobre una sección de superficie separada de la carcasa de la disposición, no tiene que identificarse necesariamente con esta sección de superficie separada. Lo mismo vale para el volumen de construcción.

El volumen de construcción puede aislarse de su entorno mediante la carcasa, lo cual puede evitar interacciones perturbadoras del entorno con el volumen de construcción, para garantizar que se mantengan las condiciones físicas necesarias para la fabricación aditiva del componente en el volumen de construcción, tales como la presión, la temperatura, la humedad, la pureza atmosférica, etc. Sin embargo, la carcasa puede permitir la interacción óptica con el volumen de construcción desde el exterior de la carcasa, por ejemplo, a través de una sección transparente de la carcasa. Una sección transparente de la carcasa puede corresponderse espacialmente con el volumen de construcción o el área de construcción para permitir la observación visual y óptica del procedimiento de fabricación en el volumen de construcción, así como una influencia óptica sobre el volumen de construcción desde el exterior de la carcasa.

La disposición comprende además al menos dos, preferiblemente al menos tres, dispositivos de marcado fijados en o sobre la carcasa, en donde cada dispositivo de marcado es apto para proyectar una marca de referencia luminosa sobre un componente que se encuentre en el área de construcción y/o sobre el área de construcción. Los dispositivos de marcado están preferiblemente fijados a la carcasa de forma que los dispositivos de marcado puedan seguir deformaciones inducidas termodinámicamente de al menos una parte de la carcasa. Los dispositivos de marcado pueden estar dispuestos dentro o fuera de la carcasa. Sin embargo, si están dispuestos fuera de la carcasa, los dispositivos de marcado están dispuestos de tal manera que pueden entrar en contacto óptico con el área de construcción y el componente, por ejemplo, a través de una parte transparente de la carcasa.

Mediante la fijación de los dispositivos de marcado en o sobre la carcasa, puede garantizarse que las deformaciones termomecánicas incontroladas de la carcasa o las dilataciones de una parte de la misma tengan el mismo efecto sobre el volumen de construcción y sobre la posición de las marcas de referencia luminosas. Estas deformaciones y dilataciones pueden producirse, por ejemplo, durante el proceso de fabricación como consecuencia de cambios de temperatura en el volumen de construcción. De este modo, se puede evitar o mitigar el problema de que el posicionamiento de las marcas de referencia luminosas en el área de construcción o en el componente se vea influido de forma incontrolable por los efectos antes mencionados. Por el contrario, si la carcasa se expande o se deforma, los dispositivos de marcado se moverán al menos parcialmente con la carcasa, de modo que las posiciones relativas de las marcas de referencia luminosas proyectadas por los dispositivos de marcado pueden mantenerse en relación con el volumen de construcción y/o el área de construcción.

Los dispositivos de marcado presentan una estabilidad de apunte muy elevada, de modo que, aparte de la "deriva" deseada antes mencionada con la carcasa como resultado de deformaciones o dilataciones inducidas termodinámicamente, ninguna otra deriva afecta a los dispositivos de marcado.

Se entiende que las marcas de referencia luminosas se proyectan directamente sobre el área de construcción si ningún componente está contenido o está siendo producido en el volumen de construcción. Si un componente se encuentra en el área de construcción, ya sea un componente acabado o un componente que esté siendo fabricado en ese momento, las marcas de referencia luminosas pueden proyectarse tanto sobre el componente, es decir, sobre una capa de polvo superior del componente, posiblemente aún por procesar, como sobre zonas del área de construcción que no estén cubiertas por el componente. Esto también ofrece la ventaja de que la posición de las marcas de referencia luminosas es independiente del estado de desarrollo del componente durante la fabricación, ya que las marcas de referencia luminosas siempre pueden proyectarse sobre una capa de polvo superior del componente.

La disposición comprende además un dispositivo láser para el procesamiento láser de un lecho de polvo para producir un componente en el área de construcción mediante fabricación aditiva. El dispositivo láser está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo asociada.

El dispositivo láser puede estar dipuesto por encima de la carcasa y puede estar configurado para interactuar ópticamente con el volumen de construcción o el área de construcción y/o con un componente situado en el volumen de construcción a través de una parte transparente de la carcasa. Esta interacción óptica puede servir tanto para el tratamiento láser de un material en polvo con fines de fabricación aditiva del componente como para la calibración de la disposición.

Por "dispositivo láser" se entiende aquí un dispositivo apto para el tratamiento láser del polvo usado para la producción del componente en el marco de la fabricación aditiva. En particular, un dispositivo láser puede comprender una unidad de deflexión, también conocida como cabezal de deflexión, que permite barrer todo el volumen de construcción y que puede controlar la fusión precisa controlada por láser del polvo usado para la producción del componente. Las unidades de deflexión objeto de la solicitud de patente DE 102016120523 son, en particular, adecuadas como parte de los dispositivos láser para la disposición aquí descrita, aunque la divulgación no se limita a ello, ya que también es posible el uso de otros dispositivos láser u otras unidades de deflexión.

Además, el dispositivo láser comprende un equipo de detección configurado para detectar las marcas de referencia luminosas. La detección de las marcas de referencia luminosas por el equipo de detección puede realizarse mediante la detección óptica de la luz de las marcas de referencia luminosas reflejada desde el área de construcción o desde el componente. Esta detección puede comprender un ajuste controlado mecánicamente de los componentes del dispositivo láser, como espejos, lentes, galvanómetros, unidades de deflexión u otros elementos ópticos y/o electrónicos. A este respecto, las marcas de referencia luminosas pueden detectarse por completo. De manera alternativa, las marcas de referencia luminosas también pueden detectarse parcialmente, de modo que sólo se detecten zonas o partes seleccionadas de una o más de las marcas de referencia luminosas. Ambas variantes quedan cubiertas por el término "detección de marcas de referencia luminosas".

La detección de las marcas de referencia luminosas por el equipo de detección y el posterior ajuste del dispositivo láser a las marcas de referencia luminosas pueden controlarse mediante un software apropiado. La estructura interna y el funcionamiento de un dispositivo láser, incluido el software mencionado, son conocidos en el estado de la técnica y no se describen en detalle en el presente documento. En su lugar, se remite a la mencionada solicitud de patente DE 102016120523 para más detalles.

La disposición también comprende una unidad de control configurada para calibrar el dispositivo láser en base a las marcas de referencia luminosas detectadas por el equipo de detección. Para ello, la unidad de control puede comprender un procesador en el que se puede ejecutar el software apropiado y una memoria en la que se almacena el software. Mediante esta calibración, que se basa en las marcas de referencia luminosas generadas por los dispositivos de marcado, la disposición de acuerdo con la invención la invención permite un funcionamiento preciso del dispositivo láser para producir el componente en el marco de la fabricación aditiva.

Las fluctuaciones de la temperatura operativa de los dispositivos láser pueden afectar a la precisión de los dispositivos láser con forma de una deriva de desplazamiento (“offset” en inglés) y/o una deriva de ganancia (“gain drift” en inglés). Esto puede causar que un punto determinado por un dispositivo láser o el procesador de un dispositivo láser se "mueva" o cambie con respecto al volumen de construcción, de modo que el punto del volumen de construcción que es realmente alcanzado por el dispositivo láser cuando se apunta a un punto en particular cambia con el tiempo. La calibración ajusta el dispositivo láser para que alcance realmente un punto deseado en el volumen de construcción con el fin del tratamiento láser. En particular, los efectos de una deriva de desplazamiento y/o una deriva de ganancia pueden ser compensados o corregidos por la calibración.

La disposición de acuerdo con la invención permite una calibración del dispositivo láser en la que se pueden tener en cuenta los efectos negativos de las fuentes operativas de inexactitud sobre la precisión de la disposición. Esto permite una mayor precisión de posicionamiento del tratamiento láser del componente por el dispositivo láser en la disposición, lo que en última instancia se refleja en una mayor calidad del componente fabricado.

De acuerdo con una forma de realización preferida, al menos tres de los dispositivos de marcado son aptos para proyectar, cada uno, una marca de referencia luminosa con forma de linea, en donde las marcas de referencia luminosas con forma de linea se cruzan por pares en al menos tres puntos de intersección asociados. El equipo de detección está configurado para detectar los al menos tres puntos de intersección, y la unidad de control está configurada además para calibrar el dispositivo láser (30) en base a los al menos tres puntos de intersección detectados por el equipo de detección. El uso de puntos de intersección para la calibración, en los que se cruzan las marcas de referencia luminosas con forma de linea, permite un mejor comportamiento de deriva (de “drift”) y una mayor nitidez de imagen.

En una forma de realización preferida, la disposición comprende una pluralidad de dispositivos láser. Cada dispositivo láser está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo asociada. Las áreas de trabajo de los respectivos dispositivos láser cubren una superficie de solapamiento común. Esta superficie de solapamiento común puede corresponder al área de construcción, es decir, puede ser congruente con el área de construcción. Este puede ser el caso, por ejemplo, si las áreas de trabajo de los dispositivos láser individuales cubren una superficie de solapamiento cuadrada común y el área de construcción es un área de construcción cuadrada. Sin embargo, la superficie de solapamiento común puede comprender el área de construcción sin ser congruente con ella. Este puede ser el caso, por ejemplo, si las áreas de trabajo de los dispositivos láser individuales cubren una superficie de solapamiento cuadrada común, pero el área de construcción es un área de construcción circular.

Cada uno de los dispositivos láser puede cubrir o procesar su propia área de trabajo, que se solapa, al menos parcialmente, con las áreas de trabajo de los demás dispositivos láser. La pluralidad de dispositivos láser está configurada para el tratamiento láser paralelo simultáneo de esta superficie de solapamiento común, que corresponde al área de construcción o comprende el área de construcción. Los dispositivos láser pueden estar dispuestos por encima de la carcasa y estar configurados para interactuar ópticamente con el volumen de construcción o el área de construcción y/o con un componente situado en el volumen de construcción a través de una parte transparente de la carcasa. Esta interacción óptica puede servir tanto para el tratamiento láser de un material en polvo con fines de fabricación aditiva del componente como para calibrar y sincronizar la disposición.

La unidad de control también está configurada para calibrar la pluralidad de dispositivos láser y/o sincronizar diferentes dispositivos láser entre sí en base a las marcas de referencia luminosas y/o los puntos de intersección detectados por los equipos de detección. Mediante esta sincronización que se basa en las marcas de referencia luminosas y/o en los puntos de intersección generados por los dispositivos de marcado, la disposición de acuerdo con la invención permite un funcionamiento paralelo simultáneo y preciso de la pluralidad de dispositivos láser para la producción paralela al mismo tiempo del componente en el marco de la fabricación aditiva. El resultado es una mejor sincronización de los dispositivos láser entre sí.

En una forma de realización preferida, la disposición comprende además un elemento de cubierta apto para cubrir la carcasa, en donde los al menos tres dispositivos de marcado están fijados preferiblemente en o sobre el elemento de cubierta. "Cubrir" puede referirse a la producción de una conexión estanca a los fluidos entre el elemento de cubierta y la carcasa, con la que pueden evitarse interacciones mecánicas o químicas perturbadoras del entorno con el volumen de construcción, a fin de garantizar el mantenimiento de las condiciones físicas o químicas necesarias para la fabricación aditiva del componente en el volumen de construcción. No obstante, el elemento de cubierta permite la interacción visual con el volumen de construcción desde el exterior de la carcasa. En particular, el elemento de cubierta puede ser total o parcialmente transparente para permitir la observación visual y el control óptico del procedimiento de fabricación, así como una influencia óptica sobre el volumen de construcción desde el exterior de la carcasa. El elemento de cubierta puede comprender, por ejemplo, una ventana de vidrio que se corresponda espacialmente con el área de construcción y, por tanto, cubra todo el volumen de construcción.

De acuerdo con una forma de realización preferida, los al menos tres dispositivos de marcado están dispuestos fuera de la carcasa. A continuación, los dispositivos de marcado se separan del interior de la carcasa o del volumen de construcción por medio de la carcasa o del elemento de cubierta. Esto permite estabilizar el funcionamiento de los dispositivos de marcado. Al mismo tiempo, los dispositivos de marcado, que sin embargo están unidos al elemento de cubierta, siguen las deformaciones inducidas por la temperatura del elemento de cubierta que, como era de esperar, son similares a las deformaciones resultantes para el volumen de construcción.

En una forma de realización preferida, la pluralidad de dispositivos láser comprende al menos cuatro dispositivos láser que son aptos para procesar toda el área de construcción en paralelo para producir el componente. En consecuencia, el número de dispositivos de marcado también puede ser de al menos cuatro, en donde el número de dispositivos de marcado no tiene por qué corresponderse necesariamente con el número de dispositivos láser. El número de dispositivos de marcado es de dos o más, preferiblemente tres o más. Obsérvese que también son posibles otras configuraciones con cualquier primer número de dispositivos láser y cualquier segundo número de dispositivos de marcado.

De acuerdo con una forma de realización preferida, el área de construcción presenta una o más marcas de referencia, y el equipo de detección de al menos uno de los dispositivos láser está configurado además para detectar la una o más marcas de referencia. Las marcas de referencia pueden ser marcas de cualquier tipo, por ejemplo, estructuras grabadas o cromatizadas, pero también marcas generadas ópticamente. Las marcas de referencia pueden ser, por ejemplo, marcas formadas mediante grabado, cromado o similar en una superficie de la carcasa que coincida con el área de construcción.

La detección de las marcas de referencia por los equipos de detección de al menos uno de los dispositivos láser puede realizarse mediante el mismo mecanismo usado para la detección de las marcas de referencia luminosas, tal como se ha explicado anteriormente. En particular, pueden usarse los mismos componentes del equipo de detección para detectar las marcas de referencia que para detectar las marcas de referencia luminosas.

Las marcas de referencia permiten ajustar los dispositivos de marcado al área de construcción. Por ejemplo, los dispositivos de marcado pueden ajustarse de forma que la marca de referencia luminosa asociada adopte una relación espacial predeterminada con una o más de las marcas de referencia. En particular, los dispositivos de marcado pueden ajustarse de modo que una o más de las marcas de referencia luminosas queden superpuestas con una o más de las marcas de referencia. Este ajuste puede tener lugar, por ejemplo, como parte de un ajuste básico antes de producir el componente. Por consiguiente, los dispositivos de marcado se ajustan al área de construcción mediante los dispositivos de referencia antes de aplicar la primera capa de polvo. Una vez aplicadas las capas sucesivas de polvo al componente en el volumen de construcción, se puede trazar la posición exacta de las marcas de referencia y, por tanto, el área de construcción, mediante las marcas de referencia luminosas proyectadas. La configuración básica descrita puede repetirse posteriormente para reajustar la disposición.

Además, los dispositivos láser pueden ajustarse al área de construcción mediante las marcas de referencia, lo que permite a los dispositivos láser detectar el posicionamiento y la extensión exactos del área de construcción y, en caso necesario, ajustar en consecuencia la configuración de sus componentes ópticos, mecánicos y/o electromagnéticos. El ajuste de los dispositivos láser al área de construcción puede comprender, por ejemplo, ajustes relacionados con el enfoque, el ángulo del haz o la intensidad del haz.

En una forma de realización preferida, la disposición comprende además una placa de marcado de referencia extraíble que puede disponerse en o sobre el área de construcción y que comprende una o más marcas de referencia. La placa de marcado de referencia puede ser adecuada para ser aplicada en el interior de la carcasa, por ejemplo, en una superficie inferior de la misma. La placa de marcado de referencia es preferiblemente congruente con el área de construcción. En el caso de un área de construcción circular, la placa de marcado de referencia puede ser, por ejemplo, una placa con forma de disco. Las marcas de referencia pueden ser marcas de cualquier tipo, por ejemplo, estructuras grabadas o cromatizadas en la placa de marcado de referencia, pero también marcas generadas ópticamente.

De acuerdo con un aspecto de la invención, al menos tres de los dispositivos de marcado comprenden una fuente de luz láser configurada para generar una marca de referencia luminosa asociada como una marca de referencia luminosa con forma de punto o con forma de cruz.

De acuerdo con un aspecto de la invención, al menos tres de los dispositivos de marcado comprenden una fuente de luz láser configurada para generar una marca de referencia luminosa asociada con forma de línea láser, en donde las al menos tres líneas láser se cruzan por pares en un total de al menos tres puntos de intersección asociados. Por ejemplo, tres dispositivos de marcado pueden generar tres líneas láser que se crucen por pares en tres puntos de intersección asociados y proyectar un triángulo de marcado láser sobre un componente situado en el área de construcción y/o sobre el área de construcción. Cada vértice del triángulo de marcado láser corresponde a un punto de intersección de dos de las líneas láser. Del mismo modo, cuatro dispositivos de marcado pueden generar, por ejemplo, cuatro líneas láser que se crucen por pares en cuatro puntos de intersección asociados para formar un cuadrilátero de marcado láser, en donde cada vértice del cuadrilátero de marcado láser corresponde a un punto de intersección de dos de las líneas láser. En particular, las cuatro líneas láser proyectadas por los dispositivos de marcado pueden ser perpendiculares o paralelas entre sí por pares, de modo que el cuadrilátero de marcado láser proyectado sea un rectángulo o un cuadrado. El equipo de detección y la unidad de control pueden estar configurados de tal manera que los puntos de intersección de las marcas de referencia luminosas puedan utilizarse como base para la calibración y/o la sincronización.

Alternativamente o adicionalmente, al menos un dispositivo de marcado está configurado para generar luz con una o más longitudes de onda entre 405 nm y 850 nm, preferiblemente entre 490 nm y 640 nm, de manera especialmente preferible entre 490 nm y 540 nm, para generar la marca de referencia luminosa.

De acuerdo con otra forma de realización preferida, uno o más de los dispositivos de marcado están configurados para proyectar la marca de referencia luminosa asociada sobre una línea de borde exterior del área de construcción, o a una distancia de la línea de borde exterior que no supere el 10 % del diámetro del área de construcción. Esto resulta especialmente ventajoso si el área de construcción presenta una forma rectangular, ya que las marcas de referencia luminosas no sólo permiten determinar la posición del área de construcción, sino también sus dimensiones exactas y sus bordes exteriores. En el caso de un área de construcción circular, las marcas de referencia luminosas se sitúan preferiblemente dentro del área de construcción.

En una forma de realización preferida, al menos uno de los dispositivos láser comprende una fuente de luz láser configurada para generar luz láser para el procesamiento láser de un componente y una unidad de deflexión adaptada para desviar y barrer la luz. Además, el al menos un dispositivo láser comprende un elemento óptico selectivo de longitud de onda que está dispuesto entre la unidad de deflexión y la fuente de luz láser y que es al menos parcialmente reflectante para una o más longitudes de onda de la luz láser y al menos parcialmente transmisivo para una o más longitudes de onda de las marcas de referencia luminosas. También es posible una configuración inversa, en la que el elemento óptico selectivo de longitud de onda sea al menos parcialmente transmisivo para una o más longitudes de onda de la luz láser y al menos parcialmente reflectante para una o más longitudes de onda de las marcas de referencia luminosas, en función de la posición de la fuente de luz láser y del equipo de detección. El elemento óptico selectivo de longitud de onda también está configurado para captar la luz de las marcas de referencia luminosas y dirigirla hacia el equipo de detección.

Por ejemplo, la unidad de deflexión puede comprender un primer espejo de barrido y un segundo espejo de barrido, en donde el primer espejo de barrido está dispuesto para desviar y barrer la luz en una primera dirección y el segundo espejo de barrido está configurado para desviar y barrer la luz en una segunda dirección, en donde la primera dirección es perpendicular a la segunda dirección. El equipo de detección del dispositivo láser se dispone entonces en una trayectoria de luz, que es seguida por la luz que entra en el dispositivo láser, detrás del primer espejo de barrido, el segundo espejo de barrido, es decir, detrás de la unidad de deflexión, y el elemento óptico. Obsérvese que esta parte de la trayectoria de luz puede coincidir, al menos parcialmente, con la trayectoria de luz usada para el procesamiento láser, en dirección opuesta.

En algunas formas de realización, la luz que entra en el dispositivo láser es desviada por la unidad de deflexión en la dirección del elemento óptico. La luz que incide en el elemento óptico selectivo de longitud de onda es transmitida o reflejada por éste total o parcialmente en la dirección del equipo de detección para su detección. La luz generada por la fuente de luz láser para el procesamiento láser del componente es reflejada por el elemento óptico selectivo de longitud de onda y dirigida hacia el volumen de construcción, de modo que la trayectoria de luz para la luz láser y la trayectoria de luz para detectar las marcas de referencia luminosas y/o las marcas de referencia luminosas se separan en este punto.

Por supuesto, también es posible usar un elemento óptico selectivo de onda que transmita la luz láser y refleje la luz que deba detectar el equipo de detección. Además, el elemento óptico selectivo de longitud de onda puede desviar una parte de la luz que incide en el elemento óptico en una dirección distinta de la dirección del equipo de detección, de modo que esta parte de la luz pueda detectarse en el dispositivo láser para otros fines. El equipo de detección puede comprender, por ejemplo, una cámara monocromática con un objetivo especialmente configurado para detectar las marcas de referencia luminosas y/o las marcas de referencia. El equipo de detección también puede comprender una lente de autoenfoque para permitir una detección más nítida de las marcas de referencia luminosas y/o de las marcas de referencia por parte de la cámara.

La presente invención también se refiere a un procedimiento para calibrar y/o sincronizar el dispositivo láser o la pluralidad de dispositivos láser de una disposición para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente de acuerdo con una de las formas de realización expuestas anteriormente. El procedimiento comprende la detección de al menos tres marcas de referencia luminosas con el dispositivo láser o con cada uno de los dispositivos láser. Además, el procedimiento comprende calibrar el dispositivo láser o los dispositivos láser individuales y/o sincronizar la pluralidad de dispositivos láser entre sí en base a las marcas de referencia luminosas detectadas. De este modo, el procedimiento puede comprender la calibración de al menos un dispositivo láser, la sincronización de una pluralidad de dispositivos láser entre sí, o ambas cosas, en donde la calibración o sincronización se basa en las marcas de referencia luminosas detectadas.

De acuerdo con una forma de realización preferida, al menos tres de las marcas de referencia luminosas son con forma de linea, en donde las marcas de referencia luminosas con forma de linea se cruzan por pares en al menos tres puntos de intersección asociados. En tales formas de realización, la detección de las marcas luminosas de referencia comprende la detección de al menos tres puntos de intersección. Sin embargo, en tales formas de realización, la detección de las marcas de referencia luminosas también puede consistir en detectar los al menos tres puntos de intersección. La calibración del dispositivo láser o de los dispositivos láser individuales y/o la sincronización de la pluralidad de dispositivos láser entre sí se basa en los al menos tres puntos de intersección detectados.

En una forma de realización preferida, al menos uno de los dispositivos láser comprende una unidad de deflexión con la que se puede desviar un haz láser generado por el dispositivo láser asociado para barrer el volumen de construcción, y la calibración comprende la corrección de un desplazamiento y/o la compensación de una deriva de ganancia de la unidad de deflexión. El experto entiende que el "desplazamiento” (“offset” en inglés) de la unidad de deflexión es una diferencia constante entre el ángulo de deflexión real y un ángulo de deflexión previsto de una o más unidades de deflexión, en donde el ángulo de deflexión de una unidad de deflexión determina la dirección de su haz. El desplazamiento se debe a una desviación del punto cero de referencia del galvanómetro con respecto al centro real del rango de ángulos de deflexión de una unidad de deflexión. El término "deriva de ganancia" (“gain drift” en inglés) se refiere a una desviación entre un cambio previsto en el ángulo de deflexión y el cambio real en el ángulo de deflexión. Esta desviación también puede entenderse como un cambio en el tamaño del área de construcción debido a un aumento o disminución del rango del ángulo de deflexión de una o más unidades de deflexión.

De acuerdo con una forma de realización preferida, el procedimiento comprende además una etapa en la que cada uno de los dispositivos de marcado se ajusta de tal manera que la marca de referencia luminosa asociada adopta una relación espacial predeterminada con una o más de las marcas de referencia, en particular se solapa con una de las marcas de referencia.

En una forma de realización preferida, la calibración de al menos uno de los dispositivos láser se basa en una selección entre las marcas de referencia luminosas y/o los puntos de intersección en la que se seleccionan las marcas de referencia luminosas y/o los puntos de intersección. Se prefieren los puntos de intersección que están más alejados de un punto central del área de trabajo del dispositivo láser asociado. En consecuencia, la calibración se basa preferiblemente en marcas de referencia luminosas o puntos de intersección que presentan una distancia mayor al centro del área de trabajo del dispositivo láser asociado que una marca de referencia luminosa o punto de intersección que está más cerca de este centro.

En otra forma de realización preferida, la calibración de los dispositivos láser individuales y/o la sincronización de la pluralidad de dispositivos láser se repiten durante el transcurso de la fabricación aditiva. La repetición se realiza preferiblemente a intervalos regulares. De este modo se puede realizar un ajuste continuo de los dispositivos láser, que tenga en cuenta las condiciones cambiantes durante el funcionamiento de la disposición para la producción del componente. La calibración o sincronización puede repetirse cada vez que se aplique una nueva capa de polvo al componente. Esto permite ajustar u optimizar continuamente la configuración de trabajo de los dispositivos láser a la distancia actual entre el componente y los respectivos dispositivos láser.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un procesador asociado con una disposición según cualquiera de las formas de realización descritas en el presente documento, hacen que el procesador ejecute un procedimiento de acuerdo con la invención según cualquiera de las formas de realización explicadas anteriormente. Otro aspecto de la presente invención se refiere a un medio de almacenamiento legible por ordenador que almacena dicho producto de programa informático.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una disposición para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de acuerdo con una forma de realización de la invención.

La figura 2 muestra una disposición de acuerdo con otra forma de realización de la invención.

La figura 3 muestra una estructura esquemática de los componentes de un dispositivo láser de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención.

La figura 4 muestra una representación esquemática de las áreas de trabajo de cuatro dispositivos láser de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención.

La figura 5 ilustra una distribución espacial a modo de ejemplo de las marcas de referencia luminosas con forma de cruz o de las marcas de referencia en el área de construcción de acuerdo con una forma de realización de la invención.

La figura 6 ilustra una distribución espacial a modo de ejemplo de marcas de referencia luminosas con forma de linea de acuerdo con una forma de realización de la invención.

La figura 7 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento para calibrar y sincronizar la pluralidad de dispositivos láser de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN PREFERIDAS

Otras ventajas y características de la invención son evidentes a partir de la siguiente descripción, en la que la invención se describe mediante diversos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra una disposición 10 para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente (véase la figura 2) de acuerdo con una forma de realización de la invención. La disposición 10 comprende una carcasa 12, un volumen de construcción 14, un área de construcción 16, cuatro dispositivos de marcado 20, cuatro dispositivos láser 30, una unidad de control 40 y una placa de marcado de referencia 50 extraíble.

El área de construcción 16 es un plano de sección transversal bidimensional del volumen de construcción 14, que cubre una sección de una superficie base interior de la carcasa 12. Como se muestra en la figura 1, el área de construcción 16 corresponde a una proyección vertical del volumen de construcción 14 sobre la mencionada superficie base de la carcasa 12. El volumen de construcción 14 corresponde a una subsección de volumen del interior de la carcasa 12, que está marcada con líneas discontinuas en la figura.

Los cuatro dispositivos de marcado 20 están fijados a la carcasa 12 de modo que puedan seguir las deformaciones inducidas termodinámicamente de la carcasa 12. Cada uno de los dispositivos de marcado 20 es apto para proyectar una marca de referencia luminosa sobre el área de construcción 16 o sobre un componente que se encuentre sobre el área de construcción 16. Los dispositivos de marcado 20 están dispuestos en un lado superior de la carcasa 12, fuera de la carcasa.

Los cuatro dispositivos láser 30 están dispuestos por encima de la carcasa 12 y son aptos para procesar toda el área de construcción 16 en paralelo para producir un componente mediante fabricación aditiva. La carcasa 12 presenta una sección transparente 19, que se corresponde espacialmente con el volumen de construcción 14 y se encuentra por encima del área de construcción 16. Tanto los dispositivos láser 30 como los dispositivos de marcado 20 están en contacto óptico con el volumen de construcción 14 o el área de construcción 16 a través de la sección transparente 19 de la carcasa 12.

En la forma de realización mostrada, la placa de marcado de referencia 50 es una placa de vidrio que se encuentra en la superficie base interior de la carcasa 12 y es congruente con el área de construcción 16. La placa de marcado de referencia 50 presenta cuatro marcas de referencia 52 grabadas en una superficie superior de la placa de marcado de referencia 50. Las marcas de referencia 52 están situadas en el área de construcción 16 y pueden considerarse marcas de referencia del área de construcción 16.

La unidad de control 40 está conectada funcionalmente a los dispositivos láser 30 y a los dispositivos de marcado 20 y está configurada para calibrar los dispositivos láser 30 y sincronizarlos entre sí.

La figura 2 muestra una disposición 10 para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente 100 de acuerdo con otra forma de realización de la invención. Los elementos de la disposición 10, que también están presentes en la forma de realización mostrada en la figura 1, están marcados con los mismos números de referencia que en la figura 1. No se repite la explicación de los elementos que cumplen la misma función en esta forma de realización que en la forma de realización ya descrita con referencia a la figura 1. En la forma de realización mostrada, el componente 100 está formado sobre un elemento de sujeción móvil 102 que puede moverse a lo largo de una dirección vertical y que puede moverse hacia abajo después de cada aplicación de una capa de material en polvo, de modo que la distancia entre la capa superior de material en polvo y los dispositivos láser permanece constante.

La disposición 10 de la figura 2 también difiere de la de la figura 1 en que comprende un elemento de cubierta 18 que cubre la carcasa 12 y forma un lado superior o pared exterior superior de la carcasa 12. El elemento de cubierta 18 presenta una sección transparente 19 que corresponde a la sección transparente 19 de la carcasa de la figura 1. Los dispositivos láser 30 están en contacto óptico con el volumen de construcción 16 o el componente 100 a través de la sección transparente 19 del elemento de cubierta 18.

Además, en esta forma de realización, los dispositivos de marcado 20 están fijados al elemento de cubierta 18 dentro de la carcasa 12. La figura también muestra un componente 100 que se produce en el volumen de construcción 14. Cada uno de los dispositivos de marcado 20 proyecta una marca de referencia luminosa 22 sobre el componente 100. En la forma de realización mostrada, los dispositivos de marcado 20 están configurados para generar luz con longitudes de onda comprendidas entre 490 nm y 540 nm para generar las marcas de referencia luminosas 22. El área de construcción 16 presenta marcas de referencia 17, que están cromatizadas en una superficie base de la carcasa 12 y están cubiertas por el componente 100 en la situación mostrada.

La figura 3 muestra una representación esquemática de algunos de los componentes de uno de los dispositivos láser 30 de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención. El dispositivo láser 30 comprende una unidad de deflexión con un primer espejo de barrido 35 y un segundo espejo de barrido 36, así como un elemento óptico selectivo de longitud de onda 38 y un equipo de detección 34. El dispositivo láser 30 comprende además una fuente de luz láser 33 para generar la luz láser usada para el procesamiento láser del componente. El elemento óptico selectivo de longitud de onda 38 está dispuesto en la trayectoria de luz, seguida por la luz láser generada por la fuente de luz láser 33 y/o la luz que debe detectar el equipo de detección 34, entre la unidad de deflexión, es decir, los espejos de barrido 35 y 36, y la fuente de luz láser 33.

La luz, en particular la luz reflejada desde el área de construcción 16 de una disposición o desde un componente 100 que se está creando en una disposición, puede entrar en el dispositivo láser 30. La unidad de deflexión está configurada para desviar y barrer la luz. Para ello, el primer espejo de barrido 35 está configurado para desviar y barrer la luz en una primera dirección, y el segundo espejo de barrido 36 está dispuesto para desviar y barrer la luz en una segunda dirección, en donde la primera dirección y la segunda dirección son perpendiculares entre sí. Los espejos de barrido 35 y 36 de la unidad de deflexión están configurados para reflejar la luz que entra en el dispositivo láser 30 en la dirección del equipo de detección 34 a través del elemento óptico 38. El elemento óptico selectivo de longitud de onda 38 está configurado para ser transparente a una gama de longitudes de onda de la luz reflejada por los espejos de barrido 35 y 36 desde las marcas de referencia luminosas 22 que entran en el dispositivo láser 30 desde el volumen de construcción, de modo que esta luz se transmite hacia el equipo de detección 34 y es detectada por éste. Esta gama de longitudes de onda de la luz dirigida hacia el equipo de detección 34 está optimizada para los ajustes de detección del equipo de detección 34. Como se muestra en la figura 3, el equipo de detección 34 está dispuesto a lo largo de la trayectoria de luz seguida por la luz que entra en el dispositivo láser 30 después del primer espejo de barrido 35, el segundo espejo de barrido 36 y el elemento óptico 38.

El elemento óptico selectivo de longitud de onda 38 refleja además la luz láser generada por la fuente de luz láser 33 del dispositivo láser 30 para el procesamiento láser de un componente, de modo que la luz láser generada por la fuente de luz láser 33 es reflejada por el primer espejo de barrido 35 y el segundo espejo de barrido 36 hacia el volumen de construcción.

Los posicionamientos y/o ajustes angulares del primer espejo de barrido 35 y del segundo espejo de barrido 36 pueden ajustarse, por ejemplo, mediante galvanómetros respectivos para desviar la luz láser hacia un punto objetivo del volumen de construcción, y para desviar la luz de las marcas de referencia luminosas 22 que entran en el dispositivo láser hacia el equipo de detección mediante el elemento óptico selectivo de longitud de onda 38.

La luz láser se indica en la figura mediante una flecha que apunta hacia abajo desde la fuente de luz láser 33. Como se muestra en la figura, la trayectoria de luz de la luz láser y la trayectoria de luz de la luz detectada por el equipo de detección 34 se solapan a la izquierda del elemento óptico 38. En la forma de realización mostrada, el equipo de detección 34 comprende una cámara 39 y un objetivo 37 que está particularmente configurado para detectar las marcas de referencia luminosas y las marcas de referencia y puede comprender una lente de autoenfoque que puede estar configurada para enfocar la detección luminosa por el equipo de detección 34. La cámara 39 puede ser una cámara monocromática.

La figura 4 muestra una representación esquemática de las áreas de trabajo de cuatro dispositivos láser 30 de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención. Cada uno de los dispositivos láser 30 de la disposición de la forma de realización mostrada en la figura 1 o 2 está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo cuadrada asociada. Cada uno de los dispositivos láser 30 primero a cuarto está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo 32a-32d primera a cuarta. En la forma de realización mostrada, cada una de las áreas de trabajo 32a-32d cubre un área de 608 mm x 608 mm. Los centros de las áreas de trabajo vecinas están desplazados 202,63 mm en la forma de realización mostrada.

Las cuatro áreas de trabajo 32a-32d presentan una superficie de solapamiento 32 común, que en la forma de realización mostrada es congruente con el área de construcción 16. En otras palabras, la superficie de solapamiento 32 cuadrada forma el área de construcción 16 cuadrada. En la forma de realización mostrada, el área de construcción 16 cubre un área de aproximadamente 402 mm x 402 mm. Los cuatro dispositivos láser 30 están configurados para el tratamiento láser paralelo simultáneo del área de construcción 16. En la forma de realización mostrada, los dispositivos de marcado 20 podrían configurarse para proyectar sus marcas de referencia luminosas 22 asociadas en cada caso sobre una línea de borde exterior del área de construcción 16. Cada uno de los cuatro dispositivos de marcado 20 de las formas de realización mostradas en las figuras 1 y 2 puede configurarse, por ejemplo, para proyectar una de las marcas de referencia luminosas 22 sobre una de las esquinas del área de construcción 16 cuadrada.

La figura 5 muestra una distribución a modo de ejemplo de las marcas de referencia luminosas 22 sobre un área de construcción 16 circular de acuerdo con otra forma de realización de la invención. En la forma de realización mostrada, puede verse una superficie de solapamiento 32 cuadrada de cuatro dispositivos láser 30, que comprende el área de construcción 16 circular, pero no es completamente congruente con ella.

La figura 6 muestra una forma de realización alternativa en la que, en lugar de cuatro marcas de referencia luminosas con forma de cruz, como en la figura 5, se proyectan cuatro líneas láser 22, que se cruzan por pares en cuatro puntos de intersección 22'. Cada una de las líneas láser 22 puede ser generada por una fuente de luz láser lineal. Las cuatro líneas láser 22 proyectadas por los dispositivos de marcado son perpendiculares o paralelas entre sí por pares y, como se muestra, forman un cuadrilátero de marcado láser cuyos vértices corresponden a los puntos de intersección 22'. Los puntos de intersección 22' pueden detectarse para la calibración y/o la sincronización. La detección de los puntos de intersección 22' de las líneas láser 22 representa un caso especial de la detección de las marcas de referencia luminosas mencionadas al principio. Se entiende que no es necesario detectar las líneas láser 22 en toda su longitud, sino sólo en la zona de los puntos de intersección 22'.

Será evidente para el experto en la materia que las formas de realización de las figuras 5 y 6 pueden combinarse de modo que, por ejemplo, tres o cuatro puntos de intersección, en los que se cruzan tres o cuatro líneas láser correspondientes, y también una o más marcas de referencia luminosas individuales adicionales, por ejemplo, puntuales o con forma, se utilicen como base para la calibración y/o sincronización. Cualquier combinación de puntos con forma de punto o con forma de cruz y puntos de intersección es posible, siempre que haya al menos tres de los primeros o al menos tres de los segundos.

La figura 7 muestra un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento 200 para calibrar y sincronizar los dispositivos láser de una disposición de acuerdo con una forma de realización de la invención. El procedimiento 200 puede aplicarse a una disposición de acuerdo con cualquier forma de realización de la invención. El procedimiento se describe en el presente documento a modo de ejemplo con referencia a las formas de realización mostradas en las figuras 1 y 2.

El procedimiento 200 comprende una etapa 202 en la que los dispositivos de marcado 20 se ajustan de manera que la marca de referencia luminosa 22 asociada se alinee respectivamente con una de las marcas de referencia 17 y 52.

El procedimiento 200 comprende una etapa 204 en la que cada uno de los dispositivos láser 30 detecta al menos tres de las marcas luminosas de referencia 22 proyectadas por los dispositivos de marcado 20.

El procedimiento 200 comprende además una etapa 206 en el que cada uno de los dispositivos láser 30 es calibrado en base a las marcas de referencia luminosas 22 detectadas. El calibrado comprende, en particular, la corrección de un desplazamiento y la compensación de una deriva de ganancia, con la que puede verse afectada una unidad de deflexión (que no se muestra en las figuras) del dispositivo láser 30 asociado. En la forma de realización mostrada, la calibración se lleva a cabo mediante una selección de entre las marcas de referencia luminosas 22. En esta selección, se prefieren las marcas de referencia luminosas 22 que están más alejadas de un punto central del área de trabajo del dispositivo láser asociado.

Esto puede entenderse mejor observando la figura 4. Un primer dispositivo láser 30, que está configurado para el tratamiento láser del área de trabajo 32a, puede calibrarse, por ejemplo, mediante las tres marcas de referencia luminosas 22, que están más alejadas del centro del área de trabajo 32a que la marca de referencia luminosa más cercana a este centro. Por ejemplo, si los cuatro dispositivos de marcado 20 de las formas de realización mostradas en las figuras 1 y 2 proyectan, cada uno, una de las marcas de referencia luminosas 22 sobre una de las esquinas del área de construcción 16 cuadrada, la mencionada marca de referencia luminosa más cercana se encuentra en la esquina superior izquierda del área de construcción 16 cuadrada. A continuación, el primer dispositivo láser puede ser calibrado en la etapa del procedimiento 206 mediante las otras tres marcas de referencia luminosas 22, a saber, las marcas de referencia luminosas superior derecha, inferior izquierda e inferior derecha.

El procedimiento 200 comprende además una etapa 208 en la que los cuatro dispositivos láser 30 de la disposición se sincronizan entre sí en base a las marcas de referencia luminosas detectadas. Esta etapa 208 puede omitirse para disposiciones que comprenden sólo un dispositivo láser 30 de acuerdo con algunas de las formas de realización de la invención descritas anteriormente.

Las etapas del procedimiento 206 a 208 pueden llevarse a cabo en cualquier orden, que no tiene por qué corresponderse necesariamente con el orden mostrado en la figura 7. Además, el procedimiento 200 puede comprender una repetición de todas las etapas del procedimiento a intervalos regulares.

LISTA DE REFERENCIAS

10 disposición

12 carcasa

14 volumen de construcción

16 área de construcción

18 elemento de cubierta

19 sección transparente del elemento de cubierta

20 dispositivos de marcado

22 marcas de referencia luminosas

22' puntos de intersección de las marcas de referencia luminosas

30 dispositivo láser

32 superficie de solapamiento de las áreas de trabajo

32a-32d áreas de trabajo

33 fuente de luz láser

34 equipo de detección

35 primer espejo de barrido

36 segundo espejo de barrido

37 objetivo

38 elemento óptico selectivo de longitud de onda

39 cámara

40 unidad de control

50 placa de marcado de referencia

52 marcas de referencia

100 componente

102 elemento de sujeción móvil

200 procedimiento

202-208 etapas del procedimiento

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Disposición (10) para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente (100), en donde la disposición (10) comprende lo siguiente:

una carcasa (12) que comprende un volumen de construcción (14), en donde el volumen de construcción (14) comprende un área de construcción (16);

al menos tres dispositivos de marcado (20) fijados en o sobre la carcasa (12); en donde cada dispositivo de marcado (20) comprende una fuente de luz láser (33) configurada para proyectar una marca de referencia luminosa (22) con forma de punto o de cruz sobre un componente (100) situado en el área de construcción (16) y/o sobre el área de construcción (16);

un dispositivo láser (30) para el tratamiento láser de un lecho de polvo para generar un componente (100) en el área de construcción (16) mediante fabricación aditiva, en donde el dispositivo láser (30) está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo (32a-32d) asociada, en donde el dispositivo láser (30) comprende un equipo de detección (34) configurado para detectar las al menos tres marcas de referencia luminosas (22); y una unidad de control (40) configurada para calibrar el dispositivo láser (30) en base a las al menos tres marcas de referencia luminosas (22) con forma de punto o de cruz detectadas por el equipo de detección (34).

2. Disposición (10) para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de un componente (100), en donde la disposición (10) comprende lo siguiente:

una carcasa (12) que comprende un volumen de construcción (14), en donde el volumen de construcción (14) comprende un área de construcción (16);

al menos tres dispositivos de marcado (20) que están fijados en o sobre la carcasa (12), en donde cada dispositivo de marcado (20) es apto para proyectar una marca de referencia luminosa (22) con forma de línea sobre un componente (100) que se encuentra en el área de construcción (16) y/o sobre el área de construcción (16), en donde las marcas de referencia luminosas (22) con forma de línea se cruzan por pares en al menos tres puntos de intersección (22') correspondientes;

un dispositivo láser (30) para el tratamiento láser de un lecho de polvo para generar un componente (100) en el área de construcción (16) mediante fabricación aditiva, en donde el dispositivo láser (30) está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo (32a-32d) asociada, en donde el dispositivo láser (30) comprende un equipo de detección (34) configurado para detectar los al menos tres puntos de intersección (22'); y una unidad de control (40) configurada para calibrar el dispositivo láser (30) en base a los al menos tres puntos de intersección (22') detectados por el equipo de detección (34).

3. Disposición (10) según la reivindicación 1 o 2, en donde la disposición comprende una pluralidad de dispositivos láser (30), en donde cada dispositivo láser (30) está configurado para el tratamiento láser de un área de trabajo (32a-32d) asociada, en donde las áreas de trabajo cubren una superficie de solapamiento (32) común que corresponde al área de construcción (16) o la comprende, en donde la pluralidad de dispositivos láser (30) están configurados para el tratamiento láser paralelo simultáneo del área de construcción (16), en donde cada dispositivo láser (30) comprende un equipo de detección (34) configurado para detectar las marcas de referencia luminosas (22) y/o los puntos de intersección (22'); y

en donde la unidad de control (40) está configurada para calibrar la pluralidad de dispositivos láser (30) y/o sincronizar diferentes dispositivos láser (30) entre sí en base a las marcas de referencia luminosas (22) y/o a los puntos de intersección (22') detectados por los equipos de detección (34).

4. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento de cubierta (18) apto para cubrir la carcasa (12), en donde los al menos tres dispositivos de marcado (20) están preferiblemente fijados en o sobre el elemento de cubierta (18); y/o

en donde los al menos tres dispositivos de marcado (20) están dispuestos fuera de la carcasa (12).

5. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de dispositivos láser (30) comprende al menos cuatro dispositivos láser (30), cada uno de los cuales es apto para procesar toda el área de construcción (16) en paralelo para producir el componente (100).

6. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el área de construcción (16) presenta una o más marcas de referencia (17), y en donde el equipo de detección (34) de al menos uno de los dispositivos láser (30) está configurado además para detectar la una o más marcas de referencia (17);

en donde la disposición (10) comprende además preferiblemente una placa de marcado de referencia (50) extraíble que puede disponerse en o sobre el área de construcción (16) y que comprende una o más marcas de referencia (52).

7. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de los dispositivos de marcado (20) está configurado para generar luz láser cpm una o más longitudes de onda entre 405 nm y 850 nm, preferiblemente entre 490 nm y 640 nm, de manera especialmente preferible entre 490 nm y 540 nm, para generar la marca de referencia luminosa (22).

8. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde uno o más de los dispositivos de marcado (20) están configurados para proyectar la marca de referencia luminosa (22) asociada sobre una línea de<borde exterior del área de construcción (>16<), o a una distancia de la línea de borde exterior que no supere el 10 %>del diámetro del área de construcción.

9. Disposición (10) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo láser (30) o al menos uno de los dispositivos láser (30) comprende lo siguiente:

una fuente de luz láser (33) configurada para generar luz láser para el procesamiento láser de un componente (100);

una unidad de deflexión configurada para desviar y barrer la luz; y

un elemento óptico selectivo de longitud de onda (38) que está dispuesto entre la unidad de deflexión y la fuente de luz láser (33) y que es al menos parcialmente reflectante para una o más longitudes de onda de la luz láser y al menos parcialmente transmisivo para una o más longitudes de onda de las marcas de referencia luminosas (22) o viceversa;

en donde el elemento óptico selectivo de longitud de onda (38) también está configurado para captar la luz de las marcas de referencia luminosas (22) y dirigirla hacia el equipo de detección (34).

10. Procedimiento para calibrar y/o sincronizar el dispositivo láser (30) o la pluralidad de dispositivos láser (30) de una disposición (10) para la fabricación aditiva a base de lecho de polvo de acuerdo con alguna de las reivindicaciones anteriores, en donde el procedimiento comprende lo siguiente:

detectar al menos tres marcas de referencia luminosas (22) con el dispositivo láser (30) o cada uno de los dispositivos láser (30); y

calibrar el dispositivo láser (30) o cada uno de los dispositivos láser (30) y/o sincronizar la pluralidad de dispositivos láser (30) entre sí en base a las marcas de referencia luminosas (22) detectadas.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en donde al menos tres de las marcas de referencia luminosas (22) tienen forma de linea, en donde las marcas de referencia luminosa (22) con forma de linea se cruzan por pares en al menos tres puntos de intersección (22') correspondientes, y en donde detectar las marcas de referencia luminosas (22) comprende detectar los al menos tres puntos de intersección (22'); y

en donde la calibración del dispositivo láser (30) o de los dispositivos láser (30) individuales y/o la sincronización de la pluralidad de dispositivos láser (30) entre sí se basa en los al menos tres puntos de intersección (22') detectados.

12. Procedimiento según la reivindicación 10 u 11, en donde cada uno de los dispositivos láser (30) comprende una unidad de deflexión con la que se puede desviar un haz láser generado por el dispositivo láser (30) asociado para barrer el área de construcción (16), y en donde la calibración comprende la corrección de un desplazamiento y/o la compensación de una deriva de ganancia de la unidad de deflexión.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además una etapa en la que cada uno de los dispositivos de marcado (20) se ajusta de tal manera que la marca de referencia luminosa (22) asociada adopta una relación espacial predeterminada con una o más de las marcas de referencia (17; 52), en particular solapa con una de las marcas de referencia (17; 52); y/o

en donde la calibración de al menos uno de los dispositivos láser (30) se basa en una selección de entre las marcas de referencia luminosas (22) y/o los puntos de intersección (22'), en la que son preferidas marcas de referencia luminosas (22) y/o puntos de intersección (22') que estén más alejados del centro del área de trabajo del dispositivo láser (30) asociado; y/o

en donde la calibración de cada uno de los dispositivos láser (30) y/o la sincronización de la pluralidad de dispositivos láser (30) se repite durante el transcurso de la fabricación aditiva, preferiblemente a intervalos regulares.

14. Producto de programa informático que comprende instrucciones que, al ser ejecutadas por un procesador asociado con una disposición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, hacen que el procesador ejecute un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13.

15. Medio de almacenamiento legible por ordenador que almacena un producto de programa informático según la reivindicación 14.