JP2022533623A - METAL POWDER ANALYZING METHOD AND APPARATUS - Google Patents

METAL POWDER ANALYZING METHOD AND APPARATUS Download PDF

Info

Publication number
JP2022533623A
JP2022533623A JP2021568300A JP2021568300A JP2022533623A JP 2022533623 A JP2022533623 A JP 2022533623A JP 2021568300 A JP2021568300 A JP 2021568300A JP 2021568300 A JP2021568300 A JP 2021568300A JP 2022533623 A JP2022533623 A JP 2022533623A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
powder
radiation
particles
area
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021568300A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7515519B2 (en
Inventor
ロビンソン,ベン
フェラー,ベン
ポール ウィークス,ニコラス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LPW Technology Ltd
Original Assignee
LPW Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LPW Technology Ltd filed Critical LPW Technology Ltd
Publication of JP2022533623A publication Critical patent/JP2022533623A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7515519B2 publication Critical patent/JP7515519B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/37Process control of powder bed aspects, e.g. density
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/51Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid inside a container, e.g. in an ampoule
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0091Powders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70Recycling
    • B22F10/73Recycling of powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40Radiation means
    • B22F12/41Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/075Investigating concentration of particle suspensions by optical means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0096Investigating consistence of powders, dustability, dustiness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials
    • G01N2021/4764Special kinds of physical applications
    • G01N2021/4769Fluid samples, e.g. slurries, granulates; Compressible powdery of fibrous samples
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8557Special shaping of flow, e.g. using a by-pass line, jet flow, curtain flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N2021/8592Grain or other flowing solid samples
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

積層造形プロセスで用いられる金属粉末を分析するための方法および装置は、粉末を融解せずに、粉末の領域を電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む電磁放射線で照射することと、粉末の照射領域の別々の部分から戻った電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む照射放射線を別々に検出して、検出された放射線に基づいた出力を生成することと、出力を処理して、粉末の1つまたは複数の特性を特定することと、を備えている。粉末が紫外線および/または赤外線を含む光で照射され、少なくとも、戻された紫外線および/または赤外線が検出される。【選択図】図1A method and apparatus for analyzing metal powders used in additive manufacturing processes includes irradiating a region of the powder with electromagnetic radiation, including radiation in the invisible portion of the electromagnetic spectrum, without melting the powder; separately detecting illuminating radiation, including radiation in the invisible portion of the electromagnetic spectrum returned from separate portions of the powder, to produce an output based on the detected radiation; and processing the output to produce one of the powders or and identifying a plurality of characteristics. The powder is illuminated with light containing UV and/or IR and at least the returned UV and/or IR is detected. [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、金属粉末を分析するための方法及び装置に関し、限定するわけではないが、特に積層造形プロセス(additive manufacturing (AM))で使用される金属粉末を分析するための方法および装置に関する。 The present invention relates to methods and apparatus for analyzing metal powders, particularly, but not exclusively, to methods and apparatus for analyzing metal powders used in additive manufacturing (AM) processes.

既知の積層造形プロセスでは、積層造形機によって粉末金属または合金から物品が製造される。積層造形機では、造形用プラットフォーム(build platform)上に粉末の層が堆積され、粉末がレーザーまたは電子ビームにより選択的に融解されて、1つまたは複数の物品が形成される。このプロセスが繰り返されることにより、物品が一層ずつ形成されていく。 In known additive manufacturing processes, articles are manufactured from powdered metals or alloys by additive manufacturing machines. In an additive manufacturing machine, layers of powder are deposited on a build platform and the powder is selectively melted by a laser or electron beam to form one or more articles. By repeating this process, the article is formed layer by layer.

造形が完了すると、未融解の粉末を別の造形に再利用することができる。 Once the build is complete, the unmelted powder can be reused for another build.

造形プロセスで使用される金属粉末の組成および状態によって、プロセスによって形成される物品の完全性が大きく影響される可能性がある。 The composition and condition of the metal powders used in the molding process can greatly affect the integrity of the article formed by the process.

たとえば、造形工程中に、融解していない粉末が劣化することがある。金属粉末は徐々に酸化してその特性が変化することがあり、結果的に粉末から製造された物品の特性が変化してしまう。通常、粉末が酸化する傾向は温度とともに増加し、高温への暴露によって他の粉末特性も影響を受ける可能性がある。その結果、融解していない粉末が構築中の物品すなわちヒートゾーンに近いほど、劣化する可能性が高くなる。 For example, unmelted powder can degrade during the shaping process. Metal powders can gradually oxidize and change their properties, resulting in changes in the properties of articles made from the powders. Generally, the tendency of powders to oxidize increases with temperature, and exposure to high temperatures can also affect other powder properties. As a result, the closer the unmelted powder is to the article being built or the heat zone, the more likely it is to degrade.

また、粉末が融解する際に、このプロセスにより、加熱された粉末の粒子が粉末床から製造された物品の周囲に飛散し、物品の周囲の未融解粉末の品質が低下してしまうこともある。 Also, as the powder melts, this process can also cause particles of the heated powder to fly around the article produced from the powder bed, degrading the unmelted powder around the article. .

造形物の適切な品質を確保するために、使用済み粉末を分析し、ある程度まで劣化した粉末の再利用を停止すること、および/または未使用粉末を再利用粉末と混合することで、混合粉末が継続使用できるような適切なバルク特性を持つようにすることが知られている。別の手法では、粉末のバッチが再利用される回数に一定の上限を設けている。 In order to ensure proper quality of the build, mixed powders can be analyzed by analyzing the used powders and stopping the reuse of powders that have degraded to a certain extent and/or mixing the virgin powders with the recycled powders. are known to have suitable bulk properties for continued use. Another approach places a fixed upper limit on the number of times a batch of powder can be reused.

これらの手法には多くの問題がある。 There are many problems with these approaches.

粉末の状態は、通常、バルク酸素含有量の測定を行うことによって分析される。測定プロセスには、再利用できない粉末サンプルを検査することが含まれている。さらに重要なことには、再利用粉末と未使用の粉末とを混合して全体的なバルク酸素含有量が所望のしきい値を下回っている混合粉末を生成する際に、バルク酸素含有量(または他のバルク)測定では、再利用のための粉末の適合性に関して誤った結果を与える可能性があることが発明者によって認識されている。これは、バルク酸素含有量が望ましいしきい値を下回っていても、造形に重大な悪影響を与える可能性のある、高度に酸化またはその他の原因で劣化した粒子の存在に関する感度が高くないためである。 Powder condition is usually analyzed by making bulk oxygen content measurements. The measurement process involves testing non-reusable powder samples. More importantly, the bulk oxygen content ( (or other bulk) measurements may give erroneous results regarding the suitability of powders for reuse. This is because even though the bulk oxygen content is below the desired threshold, it is not sensitive to the presence of highly oxidized or otherwise degraded particles, which can have a significant negative impact on fabrication. be.

粉末を再利用する回数に概略の制限を設けることは、比較的粗雑な手法であり、特定の造形によって発生する可能性のある粉末の劣化量が考慮されていない。劣化の性質と程度は、造形によって大幅に異なる可能性がある。 Putting a rough limit on the number of times the powder is reused is a relatively crude approach and does not take into account the amount of powder degradation that can occur with a particular build. The nature and extent of degradation can vary significantly between designs.

粉末の既存の検査方法は破壊検査であるため、その結果は実際に再利用される粉末とは関係がなく、通常はその粉末の平均的な状態の近似値である。 Since existing testing methods for powders are destructive, the results are not related to the actual recycled powder and are usually an approximation of the average state of the powder.

粉末の組成と状態の他の側面も、造形の品質に影響を与える可能性がある。 Other aspects of powder composition and condition can also affect build quality.

汚染粒子の存在は、高度に酸化された粒子の存在と同様の影響を与える可能性がある。積層造形機で粉末の層が形成される際の密集度と同様に、粒子のサイズと形状も造形に影響を与える可能性がある。 The presence of contaminant particles can have a similar impact as the presence of highly oxidized particles. The size and shape of the particles can also affect the build, as can the compactness with which layers of powder are formed in an additive manufacturing machine.

本発明の実施形態の目的は、これらの問題のいくつかまたはすべてに対処することである。特に、本発明の実施形態の目的は、非破壊的な方法で粉末状態を分析するための改善された方法および装置を提供することである。 It is an aim of embodiments of the present invention to address some or all of these issues. In particular, it is an object of embodiments of the present invention to provide improved methods and apparatus for analyzing powder conditions in a non-destructive manner.

本発明の第1の態様によれば、積層造形プロセスで使用する金属粉末を分析するための方法が提供され、この方法は、前記粉末を融解せずに、前記粉末の領域を電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む電磁放射線で照射する工程と、前記粉末の照射領域の別々の部分から戻った電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む照射放射線を別々に検出して、検出された放射線に基づいた出力を生成する工程と、前記出力を処理して、前記粉末の1つまたは複数の特性を特定する工程と、を備えている。 SUMMARY OF THE INVENTION According to a first aspect of the present invention, a method is provided for analyzing a metal powder for use in an additive manufacturing process, the method comprising exposing a region of the powder to a non-visible region of the electromagnetic spectrum without melting the powder. irradiating with electromagnetic radiation comprising radiation in portions; separately detecting the irradiating radiation comprising radiation in the invisible portion of the electromagnetic spectrum returned from different portions of the irradiated region of the powder; generating an output; and processing the output to identify one or more properties of the powder.

本発明の第2の態様によれば、積層造形プロセスで使用する金属粉末を分析するための装置が提供され、この装置は、前記粉末を融解せずに、前記粉末の領域を電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む電磁放射線で照射する照射装置と、前記粉末の照射領域の別々の部分から戻った電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む照射放射線を別々に検出して、検出された放射線に基づいた出力を生成する検出器と、前記出力を処理して、前記粉末の1つまたは複数の特性を特定するプロセッサと、を備えている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for analyzing a metal powder for use in an additive manufacturing process, the apparatus quantifying a region of the powder in the invisible region of the electromagnetic spectrum without melting the powder. and separately detecting the irradiating radiation comprising radiation in the non-visible portion of the electromagnetic spectrum returned from different portions of the irradiated area of the powder and based on the detected radiation. and a processor that processes the output to determine one or more properties of the powder.

この方法は、任意の適切な環境で実行することができる。粉末は、検査容器に入れられた検査用粉末のサンプルであり得る。あるいは、積層造形機またはパイプまたは導管などの粉末搬送装置で分析を行うことができる。したがって、該装置は、検査装置、粉末搬送装置、または積層造形装置に含まれ得る。 This method can be performed in any suitable environment. The powder can be a test powder sample placed in a test container. Alternatively, the analysis can be performed on an additive manufacturing machine or a powder conveying device such as a pipe or conduit. As such, the device may be included in an inspection device, a powder conveying device, or an additive manufacturing device.

放射線は、紫外線および/または赤外光などのいくつかの不可視光を含む光であり、さらに可視光を含み得る。照射装置は、LEDを含むランプ、白熱灯および/または放電ランプなどの任意の適切な照射装置を含み得る。造形プロセスにおいて積層造形機で粉末を融解するように動作するレーザー形成部などのレーザーを使用して、(低電力モードで)、粉末を照射することも可能である。照射手段は、粉末のすべての領域を同時に、または領域の一部を別々に照射することができる。照射手段は、粉末の領域にわたって放射線のビームを走査することができる。 Radiation is light, including some invisible light such as ultraviolet and/or infrared light, and may also include visible light. The illumination device may comprise any suitable illumination device, such as lamps containing LEDs, incandescent lamps and/or discharge lamps. It is also possible to irradiate the powder (in low power mode) using a laser such as a laser former that operates to melt the powder in an additive manufacturing machine in the build process. The irradiation means can simultaneously irradiate all areas of the powder or separately irradiate parts of the areas. The irradiation means can scan the beam of radiation over the area of the powder.

1つまたは複数の照射装置が設けられる場合、それらは、金属粉末が導入される筐体内に設けられるか、あるいは、障壁を介して粉末のサンプルに照射でき、さらには戻ってきた照射放射線を受け取ることができるように構成された開口部内に設けられることが好ましい。筐体は、対象の波長での金属粉末の制御された照射を可能にするために、対象の波長での電磁放射線の侵入を防止するか、または少なくとも制限することができる。筐体は、実質的に遮光性を有するか、あるいは実質的に遮光性を有するように構成することができる。筐体は、積層造形機、または粉末搬送、製造、加工、または処理装置に含まれ得る。 Where one or more illuminators are provided, they may be provided within a housing into which the metal powder is introduced or may irradiate the powder sample through a barrier and receive returning illuminating radiation. It is preferably provided within an opening configured to allow for The enclosure can prevent or at least limit penetration of electromagnetic radiation at wavelengths of interest to allow controlled irradiation of the metal powder at wavelengths of interest. The enclosure may be substantially light-tight or configured to be substantially light-tight. The housing may be included in an additive manufacturing machine, or powder conveying, manufacturing, processing, or processing equipment.

粉末の領域は、粉末の表面、特に平面であり得る。この方法は、積層造形機の適切な容器、造形用プラットフォーム、あるいは粉末用凹部に粉末を載置することを含むので、粉末が実質的に平面の上面を有し、その表面が照射される。あるいは、この方法は、粉末の製造、加工または搬送のための容器などの粉末収容構造の一部を形成する適切な透明な障壁を通して粉末を照射することを含み得る。そのような障壁は平面であり得るが、一般に円形の断面を有するパイプの壁部または窓部のように湾曲していてもよい。 A region of the powder can be a surface of the powder, in particular a plane. The method involves placing the powder in a suitable container, build platform, or powder recess of an additive manufacturing machine so that the powder has a substantially planar upper surface and the surface is illuminated. Alternatively, the method may involve illuminating the powder through a suitable transparent barrier forming part of a powder containing structure such as a container for manufacturing, processing or transporting the powder. Such barriers may be planar, but may also be curved, such as the wall or window of a pipe having a generally circular cross-section.

粉末は密集した状態であり得る。粉末が密集される程度は、測定を行う前に所定の方法または回数で粉末を軽くたたくことによって、および/または測定の前に粉末を前処理漏斗に通すことなどよって制御することができる。粉末は、粉末が検出器に対して実質的に不透明であるように、照射された表面から十分な深さを有することが好ましい。 The powder can be compact. The degree to which the powder is compacted can be controlled, such as by tapping the powder in a predetermined manner or number of times prior to making the measurement, and/or by passing the powder through a pretreatment funnel prior to the measurement. The powder preferably has sufficient depth from the illuminated surface so that the powder is substantially opaque to the detector.

装置は、照射装置および検出器から検査される粉末を分離するために、対象の放射の波長を透過するかあるいは少なくとも部分的に透過する窓部などの障壁を含み得る。装置は、使用中に、密集した形態の粉末が障壁を通して観察可能となるように、粉末が障壁によって支持されるかまたは障壁によって収容されるように配置される。したがって、照射装置は、窓部に照射するように配置され、検出器は、窓から、窓の下の位置から、または窓が実質的に垂直である場合は窓の横に並んで放射を受け取るように配置される。 The apparatus may include a barrier, such as a window, transparent or at least partially transparent to the wavelength of the radiation of interest to separate the powder under investigation from the illuminator and detector. The device is arranged such that the powder is supported by or contained by the barrier such that the powder in compact form is observable through the barrier during use. Thus, the illuminator is positioned to illuminate the window and the detector receives radiation from the window, from a position below the window, or alongside the window if the window is substantially vertical. are arranged as follows.

障壁が水平または実質的に水平である場合、粉末は密集した形態で障壁に支持される。障壁が水平または実質的に水平でない場合、例えば、容器またはパイプの側壁または窓部である場合は、粉末が窓部に対して積み重なるように収容されるような配置となる。ここで、パイプまたは導管の場合、窓から離れる下流方向に、窓部に対して粉末が積み重なるように作用するバルブまたは流量制限器を含み得る。 If the barrier is horizontal or substantially horizontal, the powder will be supported on the barrier in a compact configuration. If the barrier is horizontal or not substantially horizontal, for example a side wall or window of a container or pipe, then the arrangement will be such that the powder is received in a stack against the window. Here, in the case of a pipe or conduit, it may include a valve or flow restrictor that acts to build up powder against the window in the downstream direction away from the window.

粉末は、粉末のバッチから採取された粉末のサンプルである。粉末は、未使用の粉末または積層造形プロセスですでに使用されている再利用粉末の場合がある。粉末は、プロセスのさまざまな段階で分析でき、プロセスの複数のポイントで分析できる。したがって、粉末を分析するための装置は、積層造形機および粉末搬送および処理装置の様々なポイントに配置される。たとえば、粉末は、以下のプロセスの段階の1つ以上または任意に組み合わされた段階において分析可能である。すなわち、積層造形機への搬送中、積層造形機の粉末用容器内、積層造形機のプラットフォーム上、積層造形機内の粉末床内、積層造形機内の造形用容器内、積層造形機から搬送される際、ふるい分け工程後、および別の粉末と混合した後などに分析可能である。 A powder is a sample of powder taken from a batch of powder. The powder may be virgin powder or recycled powder that has already been used in the additive manufacturing process. Powders can be analyzed at various stages of the process and can be analyzed at multiple points in the process. Devices for analyzing powders are therefore placed at various points in the additive manufacturing machine and in the powder conveying and handling device. For example, the powder can be analyzed at one or more or any combination of the following process steps. That is, during transport to the additive manufacturing machine, in the powder container of the additive manufacturing machine, on the platform of the additive manufacturing machine, in the powder bed in the additive manufacturing machine, in the molding container in the additive manufacturing machine, and being transported out of the additive manufacturing machine It can be analyzed on-the-fly, after a sieving step, and after mixing with another powder, and so on.

検出器はさまざまな形態を取り、任意の適切なセンサーを含むことができる。検出器は、粉末を照射するための手段として、粉末の領域の同じ側、特に照射面の同じ側で放射線を検出するように配置することができる。この方法には検出することが含まれ、検出器は粉末によって反射および/または散乱された放射線を検出するように配置される。検出器は、粉末のすべての領域から同時に、または領域の一部から別々に戻ってきた照射放射線を検出するように配置することができる。検出器は、粉末の領域を走査するように配置することができる。検出器と粉末との間の相対的な移動は、静止している粉末に対して検出器を移動させるか、または粉末搬送装置の場合のように、検出器を通過して粉末を移動させることによって実行することができる。 Detectors can take a variety of forms and include any suitable sensor. The detector can be arranged to detect radiation on the same side of the area of the powder as the means for irradiating the powder, in particular on the same side of the irradiated surface. The method includes detecting, the detector positioned to detect radiation reflected and/or scattered by the powder. The detectors can be arranged to detect the illuminating radiation returned from all areas of the powder simultaneously or separately from some of the areas. A detector can be arranged to scan an area of the powder. Relative movement between the detector and the powder can be achieved by moving the detector relative to the stationary powder or by moving the powder past the detector as in the case of a powder conveyer. can be run by

検出器は、CCDまたはCMOSセンサーなどの検知要素の1次元または2次元アレイを含み得る。検出器は、1つまたは複数、あるいは一連のフォトダイオード、分光計または分光光度計を含み得る。検出器は、選択された波長の電磁放射を除外および/または許容するための1つまたは複数のフィルタを含み得る。 A detector may include a one- or two-dimensional array of sensing elements such as CCD or CMOS sensors. The detector may include one or more or a series of photodiodes, spectrometers or spectrophotometers. The detector may include one or more filters to exclude and/or allow selected wavelengths of electromagnetic radiation.

検出器は、粉末から戻ってきた放射線を1つまたは複数のセンサーに集束させるための、レンズなどの1つまたは複数の集束要素を含み得る。1つまたは複数の集束要素は、粉末の領域の少なくとも一部の画像を、1つまたは複数のセンサーが配置されている画像平面に集束させることができる。検出器は、カメラまたは顕微鏡などの画像取込装置を含むことができる。検出器は、ハイパースペクトルカメラを含み得る。 The detector may include one or more focusing elements, such as lenses, for focusing radiation returned from the powder onto one or more sensors. The one or more focusing elements can focus an image of at least a portion of the area of powder to an image plane in which the one or more sensors are located. The detector can include an image capture device such as a camera or microscope. A detector may include a hyperspectral camera.

これらの配置により、検出器が放射源を空間的に解像できるため、および/または検出器が領域の一部から反射された光を一度に検出するため、および/または領域の一部のみが一度に照射されるため、装置は、粉末の照射領域の異なる部分から戻ってきた照射放射線を別々に検出することができる。 These arrangements allow the detector to spatially resolve the source, and/or detect light reflected from part of the area at once, and/or only part of the area. Being irradiated at once, the device can separately detect the irradiation radiation returned from different parts of the irradiated area of the powder.

出力を処理することで、以下の粉末のさまざまな異なる特性を特定することができる。すなわち、粉末の個々の粒子の状態、粉末および/または粉末の個々の粒子の表面特性、電磁放射との相互作用、特に特定の波長の放射を反射および/または散乱する能力に影響を与える粉末または粉末の個々の粒子の特性、粉末の個々の粒子の形状、粉末または粉末の個々の粒子の表面テクスチャー、汚染の有無、粉末の密集度、および粉末の展延性を特定することができる。 By processing the output, various different properties of the following powders can be identified. i.e. the state of the individual particles of the powder, the surface properties of the powder and/or individual particles of the powder, the interaction with electromagnetic radiation, in particular the ability of the powder or powder to reflect and/or scatter radiation of specific wavelengths. The properties of individual particles of the powder, the shape of the individual particles of the powder, the surface texture of the powder or individual particles of the powder, the presence or absence of contamination, the compactness of the powder, and the spreadability of the powder can be determined.

出力には、粉末の領域のそれぞれの区域から受けた放射線の波長または検知された波長に応じた値が含まれる。また、出力には、粉末の領域のそれぞれの区域から受けた放射線の強度に応じた値も含まれる。出力には、異なる波長での放射線の強度に応じた値が含まれ得る。出力には、連続的な波長範囲にわたる放射線の強度に応じた値が含まれ得る。および/または、値は、1つまたは複数の離散波長での放射の強度に依存し得る。出力は、検出された波長の関数であり得る。出力には、複数の区域のそれぞれに対する値が含まれる。区域は、実質的に同じサイズである。区域は隣接している場合もあれば、空間的に分離されている場合もある。これらの区域は、合わせて、領域のすべてまたはほとんどを網羅する。各区域は、平均サイズの粉末の単一粒子が占める粉末の表面の面積よりも小さい面積を有することが好ましく、それは、その面積の4分の1、10分の1、100分の1、500分の1、あるいは1000分の1など、非常に小さいことが好ましい。そのため、積層造形用の金属粉末で一般的な粒子サイズに関しては、各区域は1000μm未満または100μm未満であり得る。このように、出力に含まれる少なくとも1つの、好ましくは複数の値は、粉末の単一粒子の影響を受ける。もちろん、平均粒子サイズは粉末の種類によって異なるため、区域の最適なサイズは粉末の種類によって異なる。このようにして、個々の粒子の状態を特定可能である。 The output includes values corresponding to the wavelength of radiation received or detected from each zone of the powder field. The output also includes values corresponding to the intensity of radiation received from each zone of the powder field. The output may include values depending on the intensity of radiation at different wavelengths. The output may include values depending on the intensity of the radiation over a continuous range of wavelengths. and/or the value may depend on the intensity of radiation at one or more discrete wavelengths. The output can be a function of detected wavelength. The output contains values for each of the multiple zones. The areas are substantially the same size. The areas may be contiguous or spatially separated. Together these areas cover all or most of the area. Each zone preferably has an area smaller than the area of the surface of the powder occupied by a single particle of powder of average size, which is 1/4, 1/10, 1/100, 500 of that area. It is preferably very small, such as 1/1000 or 1/1000. As such, each zone can be less than 1000 μm 2 or less than 100 μm 2 for typical particle sizes in metal powders for additive manufacturing. Thus, at least one, and preferably a plurality of values contained in the output are influenced by a single particle of powder. Of course, the optimum size of the zones will vary with powder type, since the average particle size will vary with powder type. In this way it is possible to identify the state of individual particles.

粉末の領域を分析して得られた値によって、データセットが形成される。 A data set is formed by the values obtained by analyzing the areas of the powder.

放射線を検出し、出力を生成し、出力を処理するステップは、異なる箇所で実行できる。 The steps of detecting radiation, generating output, and processing output can be performed at different locations.

データセットには、粉末の照射領域の全部または一部の画像が実質的に含まれるが、少なくとも部分的には不可視波長の放射線を記録することによって取得されたものである。そのため、実際には、不可視波長を調べたときにのみ明らかになる特徴を認識できるようにするための人工着色を適用せずに、すべてのデータを人間の目に認識できるようにすることはできない。ではあるが、便宜上、本明細書で画像が参照される場合、画像は、少なくとも部分的には、不可視の電磁放射、特に不可視光を検出することによって得られたものを含んでいる。 The data set substantially includes an image of all or part of the irradiated area of the powder, but at least partially obtained by recording radiation of invisible wavelengths. So in practice it is not possible to make all the data recognizable to the human eye without applying artificial coloration to make it possible to recognize features that are only revealed when examining invisible wavelengths. . For convenience, however, when images are referred to herein, the images include, at least in part, those obtained by detecting invisible electromagnetic radiation, particularly invisible light.

データセットが実質的に画像を含む場合、画像はデジタル画像であり得る。デジタル画像は、ピクセルなどの複数の要素によって形成されるか、またはそれらに分割することができる。要素はそれぞれ粉末の区域に対応し、その区域から検出器が別々に放射線を受け、出力を生成することができる。要素は、実質的に同じサイズであることが好ましい。したがって、粉末の撮像された領域または表面における粒子の数に対する画像内の要素の比は、少なくとも1:1のオーダーであることが好ましく、少なくとも4:1、10:1、100:1、500:1、または1000:1など、より高いことがさらに好ましい。そうすれば、その要素によって表される検出された放射線の波長は、粉末の単一粒子の特性によってのみ影響を受けることになる。 If the dataset substantially contains images, the images may be digital images. A digital image may be formed by or divided into multiple elements such as pixels. Each element corresponds to an area of the powder from which the detector can separately receive radiation and produce an output. The elements are preferably of substantially the same size. Therefore, the ratio of elements in the image to the number of particles in the imaged area or surface of the powder is preferably on the order of at least 1:1, at least 4:1, 10:1, 100:1, 500: 1, or higher such as 1000:1 is even more preferred. The wavelength of the detected radiation represented by the element would then be affected only by the properties of the single particles of the powder.

処理用のデータセットは、通常、200万から600万の区域のそれぞれの値を含み、一般に10から110μmあるいは40から50μmの範囲のサイズの約5000個の粒子を表している。しかしながら、データセットのサイズは用途によって大幅に異なる。 The data set for processing typically contains values for each of the 2 to 6 million areas, representing about 5000 particles, typically in the size range of 10 to 110 μm or 40 to 50 μm. However, the size of the data set varies greatly depending on the application.

画像が可視色で形成されているか、対象の不可視の電磁放射線を表現できる標準が用いられているか、あるいは検出された不可視波長がデータセット内において人工着色によって表されているのであれば、データセットは、確立された色標準、たとえばRGBまたはCIELABに従って、粉末の各区域または画像要素を表現するデータを含む。 A data set if the image is formed in visible colors, or if a standard capable of representing invisible electromagnetic radiation of interest is used, or if the detected invisible wavelengths are represented in the data set by artificial coloring contains data representing each area or image element of the powder according to an established color standard, eg RGB or CIELAB.

同じ体積または粉末のサンプルの複数の領域を分析することができる。領域は隣接していても離れていてもよい。実施形態では、同じ粉末の少なくとも2、3、4、5、10、50、100またはそれ以上の領域が分析されて、粉末の複数のデータセットが形成される。データセットの数は、統計的有意性に関して必要とされるデータの量によって異なる。複数の領域を分析することにより、粉末がどの程度良好に混合されているかを評価するのに役立つ。 Multiple regions of the same volume or powder sample can be analyzed. The regions may be contiguous or separate. In embodiments, at least 2, 3, 4, 5, 10, 50, 100 or more regions of the same powder are analyzed to form multiple data sets of the powder. The number of datasets depends on the amount of data required for statistical significance. Analyzing multiple areas helps assess how well the powder is mixed.

セット内のデータは、粉末の領域の1つの区域のデータ値を1つまたは複数の他の区域のデータ値および/または参照データと比較することによって処理される。 The data in the set are processed by comparing the data values of one area of the powder region with the data values of one or more other areas and/or reference data.

データセット内のデータを削除することで、画像のトリミングと同じように、残されたデータが粉末の選択されたサブ領域を表すようにすることができる。これは、歪みを排除できるようにすることで検出器に画像を生成する集束要素が検出器に含まれている場合に役立つ。また、異なるデータセット間、特に同じサンプルに関連するデータセット間の比較をより簡単で信頼性の高いものにできる。一例として、データセットのサイズを縮小することで、粉末の2000×2000の連続区域を画定し、2000×2000の画像要素で構成される画像を画定することができる。 Deleting data in the dataset allows the remaining data to represent selected sub-regions of the powder, similar to cropping an image. This is useful when the detector contains a focusing element that produces an image on the detector by allowing distortion to be eliminated. It also allows easier and more reliable comparisons between different datasets, especially those relating to the same sample. As an example, by reducing the size of the data set, 2000×2000 contiguous areas of powder can be defined, defining an image composed of 2000×2000 image elements.

データセットを処理することで、さらなる処理に用いるのに十分な品質を備えているかどうかを特定すること、および/または特定のセットにおいて個別に取得されたすべてのデータが十分に類似しているかどうかを特定することができる。所定の品質基準を満たさないデータは除外され、それ以上の処理は行われない。これには、例えば、データから統計を取得し、それらの統計が所定の範囲内にあるかどうか、またはデータセットとデータセットとが所定のしきい値以上に異なっているかどうかを特定することを含む。一例では、検出された放射線を定義するために使用される特定の検出された波長の平均強度、波長範囲、またはカラーチャネルが、放射線が検出された粉末のすべての区域について、あるいはしきい値輝度よりも大きいすべての区域について、その平均からの偏差と同様に計算される。 Identifying whether the processing of a dataset is of sufficient quality for further processing and/or whether all independently acquired data in a particular set are sufficiently similar can be specified. Data that do not meet predetermined quality criteria are filtered out and not processed further. This may involve, for example, obtaining statistics from the data and determining whether those statistics are within a given range, or whether the data sets differ by more than a given threshold. include. In one example, the average intensity of a particular detected wavelength, wavelength range, or color channel used to define the detected radiation is determined for all areas of the powder where the radiation is detected, or the threshold brightness For all areas greater than , the deviation from the mean is calculated as well.

粉末の粒子間の空間に関連するデータセット内のデータを特定することができる。これにより、そのデータを以降の処理から除外することができる。そのようなデータは、光度が所定のしきい値未満である粉末の領域の区域を定義するデータを特定することによって識別できる。粉末の粒子間の空間は、粒子よりも暗く見える傾向があるため、光度が低くなる。粉末のそのような区域は背景区域と見なすことができ、残りのより明るい領域は前景区域となる。データセットが画像を含む場合、このステップは、より暗い画像要素を識別することを含む。より暗い画像要素は背景要素と見なされ、より明るい要素は前景要素と見なされる。 Data in the data set can be identified that relate to spaces between particles of the powder. This allows the data to be excluded from subsequent processing. Such data can be identified by identifying data defining areas of the powder region where the light intensity is below a predetermined threshold. The spaces between the particles of the powder tend to appear darker than the particles and therefore are less luminous. Such areas of powder can be considered background areas and the remaining lighter areas are foreground areas. If the dataset contains images, this step includes identifying darker image elements. Darker image elements are considered background elements and lighter elements are considered foreground elements.

データセットを処理することで、それが表す粉末の粒子の数を特定するか、少なくとも推定することもできる。データセットが画像を含む場合、これは流域セグメンテーションによって実行できる。このステップは、存在する場合、画像から背景要素を除去した後に実行することが好ましい。 By processing the data set, it is also possible to identify, or at least estimate, the number of particles of the powder it represents. If the dataset contains images, this can be done by watershed segmentation. This step is preferably performed after removing background elements from the image, if any.

あるいは、もしくはそれに加えて、データセットによって表される粒子の数は、データセットに依存しない別の適切な方法によって、例えば、データセットが表す区域のサイズ、粉末粒子の平均サイズ、および/または粉末の密集度といった情報によって推定され得る。 Alternatively, or in addition, the number of particles represented by the data set may be determined by another suitable method independent of the data set, e.g., the size of the area represented by the data set, the average size of the powder particles, and/or the can be estimated by information such as the density of

粉末の前景区域を表すデータは、表面特性を含む、照射された放射線と粒子がどのように相互作用するかに影響を与える粉末の粒子の特性を表す。 The data representing the foreground area of the powder represent properties of the particles of the powder that affect how the particles interact with the applied radiation, including surface properties.

所定の範囲外にある表面特性を有するデータセットによって表される粉末の粒子の数を特定することができる。選択された範囲外にある測定された表面特性を有する粉末の割合が特定できる。 The number of particles of the powder represented by the data set that have surface properties that fall outside a predetermined range can be identified. The percentage of powder with measured surface properties that fall outside the selected range can be identified.

これは、検出された放射線の波長が選択された範囲外にあるデータによって定義された区域、好ましくは前景区域を識別することによって実行できる。 This can be done by identifying areas, preferably foreground areas, defined by the data where the wavelength of the detected radiation is outside a selected range.

区域の選択は、検出された波長の統計分析に基づいて行われる。選択された区域は、検出された波長を、すべての前景区域にわたる波長分布の外れ値として定義する区域である。例えば、要素は、それらの波長がすべての区域の平均波長からどの程度偏差しているかを特定することによって選択され得る。選択された区域は、前景区域の波長分布の外側の5%以下、1%以下、または0.1%以下を表すことが好ましい。 Zone selection is based on statistical analysis of the detected wavelengths. The selected area is the area that defines the detected wavelengths as outliers of the wavelength distribution over all foreground areas. For example, elements can be selected by specifying how much their wavelength deviates from the average wavelength of all areas. The selected area preferably represents no more than 5%, no more than 1%, or no more than 0.1% outside the wavelength distribution of the foreground area.

対象の範囲内にある特性を反映するデータを特定すると、その特性を持つ個々の粒子を特定できる。そのために、所定の数を超える接続された区域のグループが識別される。その数は、粉末の単一粒子が占めると予想される合計面積を表す数になるように選択される。したがって、識別された区域のグループは、選択された基準を満たす特性を有する少なくとも1つの、ただし通常は1つの粒子を表すと見なすことができる。 Identifying data reflecting a property within the range of interest allows identification of individual particles with that property. To that end, groups of connected areas exceeding a predetermined number are identified. The number is chosen to be a number representing the total area expected to be occupied by a single particle of powder. A group of identified areas can therefore be considered to represent at least one, but usually one, particle having properties that meet the selected criteria.

粒子に対する区域の比率が1:1に近い場合、このステップは省略でき、単一の画像要素が単一の粒子を表すと見なされる。 If the area to particle ratio is close to 1:1, this step can be skipped and a single image element is considered to represent a single particle.

次に、識別された粒子ごとにデータを保存することができ、これは、粒子が占める粉末の1つまたは複数の区域に関連するデータである。識別されたグループ内の区域の数は、そのグループが表す粒子のサイズを示している。グループ内の区域から検出された放射線の平均波長は、そのグループが表す粒子の色またはその他の特性を表している。これにより、粒子の特性と共に、識別された粒子の数を特定することができ、さらには、このデータを分析することによって、粉末に関連するさまざまな情報を特定または推測することができる。このようにして識別された粒子は、色などの表面特性によってさらに分類され、特定の範囲に入る表面特性を有する粒子が識別される。その際に、他の手法を使用して、識別された粒子から対象の粒子を選択することもできる。 Data can then be stored for each identified particle, which is data relating to one or more areas of the powder that the particle occupies. The number of zones within an identified group indicates the size of the particle that group represents. The average wavelength of radiation detected from areas within a group is indicative of the color or other characteristic of the particles represented by that group. This allows the number of particles identified, along with the properties of the particles, to be determined, and by analyzing this data, various information related to the powder can be determined or inferred. Particles identified in this manner are further sorted by surface characteristics, such as color, to identify particles having surface characteristics falling within a particular range. In doing so, other techniques may be used to select particles of interest from the identified particles.

前景区域に対する背景区域の比率は、粉末の粒子とそれらの粒子間の空間との間の比率に関する指標となり、したがって、粒子の密集度の指標となる。時間の経過とともに撮影された粉末のバッチの画像において観察された密集度の変化によって、粉末の流動特性に影響を与える変化を明らかにすることができる。 The ratio of background area to foreground area provides an indication of the ratio between the particles of the powder and the space between them, and thus the density of the particles. Changes in compactness observed in images of batches of powder taken over time can reveal changes that affect the flow properties of the powder.

金属粉末の酸化は通常それらの放射線に対する相互作用に影響を与えるため、粉末の領域または粉末のすべての前景区域から受ける波長の全体的な分布を特定することによって、粉末の化学的性質、特に粉末の酸化の程度が示される。酸化が特定種類の粉末の色にどのように影響するかについての情報を使用して、粉末のバルク酸素含有量を特定することができる。 Since oxidation of metal powders usually affects their interaction with radiation, it is possible to determine the chemical properties of the powder, especially the The degree of oxidation of is indicated. Information about how oxidation affects the color of a particular type of powder can be used to determine the bulk oxygen content of the powder.

選択された範囲外の放射線の波長を返したと識別された粒子の数によって、粉末が高度に酸化された粒子を含むか、または汚染されているかを明らかにすることができ、その結果、粉末は使用または再利用されないことが望ましい場合がある。その数は、撮像された粒子の計算または推定された総数とともに、選択された範囲外にある測定された特性を有する粒子の割合を計算するために使用され得る。 The number of particles identified as returning wavelengths of radiation outside the selected range can reveal whether the powder contains highly oxidized particles or is contaminated so that the powder is It may be desirable not to be used or reused. That number, along with the calculated or estimated total number of particles imaged, can be used to calculate the percentage of particles with measured properties that fall outside the selected range.

この情報は、分析された粉末または分析された粉末が取り出された粉末のその後の処理に関する情報を与えるため、あるいはその処理を制御するために使用され得る。 This information can be used to inform or control subsequent processing of the analyzed powder or the powder from which the analyzed powder was extracted.

この方法は、所定の範囲外の特性を有すると識別された粒子の数または割合が所定の範囲を超える場合に、粉末が再利用に適していないことを指摘するステップを含み得る。所定の範囲および割合は、分析される特定の粉末やその使用目的に応じて決定される。ただし、通常は、著しく酸化、劣化または汚染された粒子の存在を特定することを目的としているため、その範囲は、造形プロセスにおいて用いられたことによる、酸素や低温に曝されたことで発生する通常の劣化であるとみなされる粉末を示す特性の値を含むように設定することが好ましい。したがって、測定された表面特性がこの範囲外となる粒子は外れ値となる。それらの測定された表面特性は、通常、高温にさらされた結果として(ただし、融解して構築物の一部を形成することなく)、それらが異常に劣化させらされたという事実を反映するものである。そのような外れ値の個体数が粒子の全個体数における所定の割合を超えた場合は、その粉末の再利用はリスクを高めることになると考えることができる。 The method may include indicating that the powder is not suitable for reuse if the number or percentage of particles identified as having properties outside a predetermined range exceeds a predetermined range. The given ranges and percentages are determined according to the particular powder being analyzed and its intended use. However, it is usually intended to identify the presence of significantly oxidized, degraded or contaminated particles, so the range is caused by exposure to oxygen or cold temperatures from being used in the build process. It is preferably set to include values for properties that indicate powders that are considered to be in normal deterioration. Particles whose measured surface properties fall outside this range are therefore outliers. Their measured surface properties reflect the fact that they have been abnormally degraded, usually as a result of exposure to high temperatures, but without melting to form part of the construct. is. If the population of such outliers exceeds a certain percentage of the total population of particles, it can be considered that recycling the powder will increase the risk.

この方法はまた、測定された特性が所定の範囲内にある粉末の割合の平均特性を特定することを含み得る。この測定によって、著しく劣化した外れ値の粒子を除いた粉末の全体的な平均劣化が示される。したがって、この測定は、通常の劣化に起因する劣化のレベルの指標となる。 The method may also include identifying an average property of the percentage of powders for which the measured property is within a predetermined range. This measurement gives an overall average degradation of the powder, excluding outlier particles that are significantly degraded. This measurement is therefore an indication of the level of degradation due to normal degradation.

この方法はまた、測定されたある割合の粉末の平均特性、つまり測定された表面特性が所定の範囲内にある粒子のおおよその割合が所定のしきい値より大きい(または小さい)場合に、検査された粉末が再利用に適していないことを示すことを含み得る。したがって、おそらくは累積的な通常の劣化の影響の結果、粉末が再利用に適するものではなくなっているということを示すことができる。 The method also detects if the measured average property of a percentage of the powder, i.e. the approximate percentage of particles whose measured surface property is within a given range, is greater than (or less than) a given threshold. indicating that the removed powder is not suitable for reuse. It can therefore be shown that the powder is no longer suitable for reuse, possibly as a result of cumulative normal degradation effects.

この方法はまた、すべての前景区域のデータを処理することによって、すべての粉末、したがって測定されたすべての粒子の平均特性を特定することを含み得る。このような測定により、すべての粒子の全体的な平均劣化が示され、バルク酸素測定ではそれが構築されることによって粒子の表面特性に影響を及ぼす外部酸化層の酸素だけでなく、粒子の「内部」酸素、つまり内部に存在する酸素も測定できることを除いて、バルク酸素測定と同様の指標を得ることが可能である。 The method may also include identifying average properties of all powders, and thus all measured particles, by processing data for all foreground areas. Such measurements show the overall average degradation of all particles, while bulk oxygen measurements affect the surface properties of the particles by building up not only the oxygen in the outer oxide layer, but also the " It is possible to obtain similar indices as bulk oxygen measurements, except that "internal" oxygen, ie oxygen present inside, can also be measured.

この方法はまた、すべての測定された粒子の平均特性が所定のしきい値よりも大きいかまたは小さい場合に、その粉末が再利用に適していないことを示すことを含み得る。この方法は、積層造形機または粉末加工、処理または搬送装置を制御することなどの、測定された粉末の特性に基づいた装置の制御を含み得る。 The method may also include indicating that the powder is not suitable for reuse if the average property of all measured particles is greater than or less than a predetermined threshold. The method may include controlling equipment based on the measured powder properties, such as controlling an additive manufacturing machine or powder processing, handling or conveying equipment.

粉末、つまり対象の粒子の測定された平均特性が必要な場合、これは平均であり、対象の粒子が存在する粉末領域の区域によって表される平均測定表面特性を特定することによって得られる。 If a measured average property of a powder, i.e. a particle of interest, is desired, this is the average and is obtained by specifying the average measured surface property represented by the area of the powder region in which the particles of interest reside.

この方法によって分析された粉末に関する情報は、積層造形装置および/または粉末処理、搬送および加工装置を含む装置を自動的に制御するために使用され得る。装置は、例えば、粉末の検出された状態に応じて、粉末を廃棄および/または加工させることができる。 Information about powders analyzed by this method can be used to automatically control equipment including additive manufacturing equipment and/or powder handling, conveying and processing equipment. The device can, for example, cause the powder to be discarded and/or processed depending on the detected state of the powder.

プロセッサは、プログラムされたコンピュータであり、装置に上記の方法ステップのいくつかまたはすべてを実行させるように構成され得る。 The processor is a programmed computer and may be configured to cause the apparatus to perform some or all of the method steps described above.

本発明のすべての態様において、特定の範囲内にある波長を含む放射線を返す粉末の粒子を特定することができ、これを使用して、関係する粉末タイプに関連する実験データを考慮して粒子の酸化の程度を推測することができる。 In all aspects of the invention, the particles of the powder that return radiation containing wavelengths within a particular range can be identified and used to determine the particle size in view of the experimental data associated with the powder type concerned. can infer the degree of oxidation of

本発明の態様の実施形態は、粉末の状態を特定し、粉末サンプルが特定の造形工程での再利用に適しているかどうかを決定するための非破壊的な方法および装置を提供する。外れ値の粒子の割合を調べることによって特定が行われる場合、現在のバルク粉末特性の測定よりも改善された意思決定、ひいては粉末の使用を可能にする、新規で有用な粉末状態の測定が提供される。 Embodiments of aspects of the present invention provide non-destructive methods and apparatus for characterizing powder conditions and determining whether a powder sample is suitable for reuse in a particular fabrication process. If identified by looking at the proportion of outlier particles, it provides a novel and useful measurement of powder condition that allows for improved decision-making and thus use of powders over current measurements of bulk powder properties. be done.

この方法および装置は、対象の粒子の同様の特性とは異なる表面特性を有する汚染粒子の存在を特定するのにも有用である。 The method and apparatus are also useful for identifying the presence of contaminant particles that have surface properties that differ from similar properties of the particles of interest.

本発明の第3の態様によれば、積層造形プロセスで使用される金属粉末を分析するための方法が提供され、この方法は、障壁の近傍に密集状態の粉末を提供するステップと、障壁を通して粉末の領域を照射するステップと、障壁を通じて粉末の照射領域の別々の部分から戻ってきた照射放射線を別々に検出し、検出された放射線に従った出力を生成するステップと、出力を処理して、粉末の1つまたは複数の特性を特定するステップとを備えている。 According to a third aspect of the invention, there is provided a method for analyzing metal powder used in an additive manufacturing process, the method comprising the steps of: providing a dense powder proximate to a barrier; irradiating a region of the powder; separately detecting illuminating radiation returned from different portions of the irradiated region of the powder through the barrier to generate an output in accordance with the detected radiation; and determining one or more properties of the powder.

本発明の第4の態様によれば、積層造形プロセスで使用される金属粉末を分析するための装置が提供され、この装置は、使用時に分析される粉末を密集した状態で収容する障壁を有する金属粉末用の容器または導管と、障壁を介して電磁放射線で粉末の領域を照射するための照射装置と、粉末の照射領域の異なる部分から障壁を介して戻ってきた照射放射線を別々に検出し、検出された放射線にしたがって出力を生成するための検出器と、出力を処理することによって粉末の1つまたは複数の特性を特定するように構成されたプロセッサとを備えている。 According to a fourth aspect of the invention, there is provided an apparatus for analyzing metal powders used in an additive manufacturing process, the apparatus having a barrier for densely containing the powder to be analyzed in use. A container or conduit for the metal powder, an irradiation device for irradiating an area of the powder with electromagnetic radiation through a barrier, and separately detecting the irradiating radiation returned through the barrier from different parts of the irradiated area of the powder. , a detector for generating an output in accordance with the detected radiation, and a processor configured to identify one or more properties of the powder by processing the output.

障壁は、容器または導管の壁部であり得る。障壁は、容器または導管の壁部における窓部であり、窓部は、対象の電磁放射線に対して少なくとも部分的に透過性を有している。電磁放射線は、赤外線、可視光線、および紫外線を含む光であり得る。本発明の第3および第4の態様は、粉末が不可視電磁放射線で照射されることまたは不可視放射線が検出されることが必要でないこと以外は、望ましくはまたは必要に応じて、本発明の第1および第2の態様のいずれかまたはすべての特徴を含み得る。 The barrier can be the wall of a container or conduit. A barrier is a window in the wall of the container or conduit, the window being at least partially transparent to the electromagnetic radiation of interest. Electromagnetic radiation can be light, including infrared, visible, and ultraviolet. The third and fourth aspects of the present invention desirably or optionally follow the first aspect of the present invention, except that it is not necessary that the powder be irradiated with invisible electromagnetic radiation or that invisible radiation be detected. and any or all features of the second aspect.

本発明をより明確に理解するために、その実施形態を、例示のみを目的として、添付の図面を参照して説明する。
粉末の状態を分析するための装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための装置を含む粉末処理および搬送装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための装置を含む粉末処理および搬送装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための装置を含む粉末処理および搬送装置の実施形態を示す概略図である。 粉末の状態を分析するための様々な装置を含む積層造形機を示す概略側面図である。 図7の装置の概略平面図である。 粉末の画像を処理する工程に関連するステップを示すフローチャートである。 波長に対する粒子数を示すグラフである。
For a clearer understanding of the invention, embodiments thereof will be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings.
1 is a schematic diagram showing an embodiment of an apparatus for analyzing the state of powder; FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an apparatus for analyzing the state of powder; FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an apparatus for analyzing the state of powder; FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a powder processing and conveying device including a device for analyzing powder condition; FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a powder processing and conveying device including a device for analyzing powder condition; FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a powder processing and conveying device including a device for analyzing powder condition; FIG. 1 is a schematic side view showing an additive manufacturing machine including various devices for analyzing powder conditions; FIG. Figure 8 is a schematic plan view of the apparatus of Figure 7; 4 is a flow chart showing the steps associated with processing an image of powder; Fig. 3 is a graph showing the number of particles versus wavelength;

以下では、上、下、上部、底部などの用語を使用して、図に示されている向きで図示された装置を説明するが、その向きは、その向きで使用することを意図されたものであるものの、その向きに限定されるものではない。同様の参照番号は、全図において同様の構成要素を示すために使用される。それぞれの図面は同縮尺ではない。 Terms such as top, bottom, top, bottom, etc., are hereinafter used to describe the device illustrated in the orientation shown in the figures, which orientation is intended for use. However, it is not limited to that direction. Similar reference numbers are used to denote similar components in all figures. Each drawing is not to scale.

図面を参照すると、図1は、金属粉末を分析するための第1の装置を示している。装置は、開閉可能な実質的に光を通さない筐体1を含む。筐体は、皿またはスライドあるいはその他の任意の適切な形態をとることができる粉末3用の容器2を収容する。容器は上部が開いており、一辺が約10mmのほぼ正方形の開口部を有し、その断面積は約100mmである。また、その深さは少なくとも2mmである。図示されている容器は浅いが、容器が長くなるように深くすることも可能である。容器は筐体から取り外し可能である。筐体は、さらに、可視光線に加えて紫外線および赤外線を感知するデジタルカメラ5に取り付けられる(または含まれる)レンズ(または顕微鏡)4と、紫外線、赤外線および可視光線を放射するランプ6とを収容する。カメラ4は、約6メガピクセル(別の実施形態では12メガピクセル)を有するCCDセンサーなどの実質的に正方形のセンサーを含み、キーボードおよびマウスまたはその他のユーザーインターフェースを含み、ディスプレイ8および/または他の出力装置に接続されたコンピュータ7に接続されている。ランプは拡散光を提供するように配置されている。それらランプはドームまたはフラットドームランプとして示されている。別の構成(および他の実施形態)では、リングライトを使用することができる。 Referring to the drawings, Figure 1 shows a first apparatus for analyzing metal powders. The device comprises a substantially light-tight enclosure 1 that can be opened and closed. The housing contains a container 2 for powder 3 which can take the form of a dish or slide or any other suitable form. The container is open at the top and has a substantially square opening with sides of about 10 mm and a cross-sectional area of about 100 mm 2 . Also, its depth is at least 2 mm. Although the vessel shown is shallow, it could be deeper so that the vessel is longer. The container is removable from the housing. The enclosure also contains a lens (or microscope) 4 attached to (or included in) a digital camera 5 that is sensitive to UV and IR in addition to visible light, and a lamp 6 that emits UV, IR and visible light. do. Camera 4 includes a substantially square sensor, such as a CCD sensor having approximately 6 megapixels (12 megapixels in another embodiment), includes a keyboard and mouse or other user interface, display 8 and/or other is connected to a computer 7 which is connected to an output device of the The lamps are arranged to provide diffused light. These lamps are indicated as dome or flat dome lamps. In another configuration (and other embodiments), a ring light can be used.

使用に際して、分析される粉末のバッチから取得された粉末3のサンプルが、筐体1の内あるいは外のいずれかにおいて容器2に導入される。粉末は、上から見たときに容器2の底部が完全に覆い隠されるだけの、密集した状態の粉末の深さが得られるのに十分な量で導入される。したがって、粉末の深さは、通常、少なくとも2つ、好ましくは2つ以上の粒子の層を含む。粉末は、容器を軽くたたくことなどによって容器内で平らにされ、その結果、実質的に平坦な上面を有している。筐体の外側で粉末が容器に導入された場合は、容器は筐体内において顕微鏡の下に配置され、筐体が閉じられる。 In use, a sample of powder 3 taken from a batch of powder to be analyzed is introduced into container 2 either inside or outside housing 1 . The powder is introduced in an amount sufficient to obtain a dense powder depth that completely covers the bottom of the container 2 when viewed from above. Thus, the powder depth usually comprises at least two, preferably two or more layers of particles. The powder is flattened within the container, such as by tapping the container, so that it has a substantially flat top surface. If the powder was introduced into the container outside the housing, the container is placed under the microscope in the housing and the housing is closed.

次に、ランプ6が作動する。ランプは、コンピュータ7によって制御することができる。ランプは、容器2内の粉末3の上面を照射するように配置される。実質的に遮光性を有している筐体内においてランプで粉末を照射することにより、制御可能で再現性のある光の条件で粉末を分析することができる。なお、本実施形態および他の説明される実施形態では、ランプは異なる配置で設けられ、カメラおよび/またはレンズの前に配置され得る。 The lamp 6 is then activated. The lamp can be controlled by computer 7 . The lamp is arranged to illuminate the upper surface of powder 3 in container 2 . By illuminating the powder with a lamp in a substantially lighttight enclosure, the powder can be analyzed under controllable and reproducible light conditions. It should be noted that in this and other described embodiments, the lamps may be provided in different arrangements and placed in front of the camera and/or lens.

次に、カメラ5は、容器内の照射された粉末の表面のデジタル画像を撮影し、それをコンピュータ7に送信する。デジタル画像は、カメラによって検出された光のすべての波長に関連する情報を含んでいる。カメラと顕微鏡は、容器内の粉末の表面の約12mmの画像を撮影するように配置されている。粉末の表面の実質的にすべてが撮像されるまで、粉末の表面の複数の画像が撮影される。別の実施形態では、カメラとレンズは、異なる視野を有している。したがって、粉末の表面を単一の画像で取り込むことができる。 Camera 5 then takes a digital image of the illuminated powder surface in the container and sends it to computer 7 . A digital image contains information relating to all wavelengths of light detected by the camera. The camera and microscope are positioned to take an image of approximately 12 mm 2 of the surface of the powder within the container. Multiple images of the surface of the powder are taken until substantially all of the surface of the powder is imaged. In another embodiment, the camera and lens have different fields of view. Therefore, the surface of the powder can be captured in a single image.

積層造形プロセスで使用される金属粉末は、通常、平均直径が数十ミクロンのオーダーである。そして、カメラによって撮像される粉末の表面に見える粒子の数は数千のオーダーであり、よってセンサーのピクセル数よりも約3桁少なくなる。したがって、カメラは、画像に示されている粉末の粒子の数の約1000倍のピクセルが存在する、粉末表面のデジタル画像を生成することができる。 Metal powders used in additive manufacturing processes are typically on the order of tens of microns in average diameter. And the number of particles visible on the surface of the powder imaged by the camera is on the order of thousands, thus about three orders of magnitude less than the number of pixels of the sensor. Thus, the camera can produce a digital image of the powder surface in which there are approximately 1000 times as many pixels as there are particles of the powder shown in the image.

次に、カメラによって撮影された画像は、コンピュータ7に送信され、処理される。 The images taken by the camera are then sent to the computer 7 and processed.

図2は、金属粉末を分析するための第2の装置を示している。この場合、粉末3を収容するための容器2の下側に、遮光性の筐体1が設けられている。筐体は、図1の実施形態のものと同様のカメラ5およびレンズ4ならびにランプ6を上向きに収容している。容器の基部は、ランプによって生成され、カメラが感知できる光の波長に対して透過性を有するかまたは少なくとも部分的に透過性を有している。したがって、カメラは、容器2内の粉末3の表面の画像を、容器の基部を通して撮影することができる。粉末が支持されている容器の基部の上面は実質的に平面であるため、カメラには撮像される粉末の平坦な表面が向けられている。容器の基部の底面は、その上面と実質的に平行である。 FIG. 2 shows a second device for analyzing metal powders. In this case, a light-tight housing 1 is provided below a container 2 for containing powder 3 . The housing upwardly houses a camera 5 and a lens 4 and a lamp 6 similar to those of the embodiment of FIG. The base of the container is transparent or at least partially transparent to the wavelengths of light produced by the lamp and sensitive to the camera. The camera can thus take an image of the surface of the powder 3 in the container 2 through the base of the container. Since the top surface of the base of the container in which the powder is supported is substantially planar, the camera is directed at the flat surface of the powder to be imaged. The bottom surface of the base of the container is substantially parallel to its top surface.

図3は、粉末3を分析するための別の装置を示している。この装置は、粉末を収容するための一端が閉じた細長い管2を含んでいる。管2は、1つの平らな側壁2aを有する。便宜上、管は正方形または長方形の断面を有するが、D字型の断面など、他の断面も可能である。カメラ5およびレンズ4の組立体が、図1および2の装置と同様に、ランプ6とともに実質的に遮光性を有する筐体1内に設けられている。カメラは容器の平坦な側壁に向けられている。この側壁は、ランプによって生成され、カメラが感知できる光の波長に対して少なくとも部分的に透過性を有しており、図2の容器2の基部と同様に、実質的に互いに平行で対向した平坦な側面を有している。カメラは、容器に含まれる密集した状態の粉末を、側壁を通して撮像するように配置されている。容器は、筐体とカメラとに対して移動するように取り付けられており、カメラが容器に含まれる粉末のサンプルの表面のさまざまな部分を撮像できるようになっている。 FIG. 3 shows another device for analyzing powder 3 . The device comprises an elongated tube 2 closed at one end for containing the powder. Tube 2 has one flat side wall 2a. For convenience, the tube has a square or rectangular cross-section, but other cross-sections are possible, such as a D-shaped cross-section. A camera 5 and lens 4 assembly is provided in a substantially lighttight enclosure 1 with a lamp 6, similar to the apparatus of FIGS. The camera is aimed at the flat sidewall of the container. The sidewalls, which are at least partially transparent to the wavelengths of light produced by the lamp and which are detectable by the camera, are substantially parallel and opposed to each other, similar to the base of container 2 of FIG. It has flat sides. A camera is positioned to image the compacted powder contained in the container through the side wall. The container is mounted for movement relative to the housing and the camera so that the camera can image different portions of the surface of the powder sample contained in the container.

図4は、粉末ふるいに導入及び導出され、さらには粉末混合装置につながるパイプ10を含む粉末搬送装置を示している。各パイプ10は、平坦または実質的に平坦な透明な窓部11を含み、窓部11上に、パイプ10内の粉末の画像を窓部11を通して撮影するための適切なレンズ4が取り付けられたデジタルカメラ5を収容する遮光性を有する筐体1が取り付けられている。ランプ6は、窓部11を通して粉末を照射するために、筐体内におけるレンズ4の周囲に設けられている。カメラは、カメラによって検出された光のすべての波長に関連する情報を含むその画像を、出力装置8を備えたコンピュータ7に出力する。あるいは、またはそれに加えて、出力は、粉末搬送装置またはその関連機器を制御するコンピュータまたはプロセッサに送られ得る。混合装置の下流のパイプ10には、パイプを通る粉末を流したり停止したりするためのバルブ12(バタフライバルブなど)が設けられている。これにより、パイプに粉末を満たすことができ、ランプによって生成され、カメラが感知できる光の波長に対して透過性を有するパイプの窓部11に密集した状態の粉末が向けられる。 FIG. 4 shows a powder conveying device comprising a pipe 10 leading into and out of the powder screen and further into the powder mixing device. Each pipe 10 includes a flat or substantially flat transparent window 11 on which is mounted a suitable lens 4 for taking an image of the powder in the pipe 10 through the window 11. A light-shielding housing 1 for housing a digital camera 5 is attached. A lamp 6 is provided around the lens 4 within the housing to irradiate the powder through the window 11 . The camera outputs its image containing information relating to all wavelengths of light detected by the camera to a computer 7 with an output device 8 . Alternatively, or in addition, the output may be sent to a computer or processor that controls the powder conveying device or its associated equipment. A pipe 10 downstream of the mixing device is provided with a valve 12 (such as a butterfly valve) to allow and stop the flow of powder through the pipe. This allows the pipe to be filled with powder and directs the densely packed powder to the window 11 of the pipe which is transparent to the wavelengths of light produced by the lamp that can be sensed by the camera.

図1に示される装置と同様に、デジタルカメラ5は、パイプが分析対象の密集状態の粉末で満たされているときにカメラによって撮像されるウィンドウ11の区域に見える粉末粒子の予想数の約1000倍のピクセル数を有するセンサーを備えている。同様に、ランプ6が発光し、カメラ4が、紫外線、可視光線、および赤外線を含む広域スペクトルの光を感知する。ウィンドウ11は、この広域スペクトルの光に対して実質的に透過性を有している。 Similar to the apparatus shown in FIG. 1, the digital camera 5 estimates the expected number of powder particles visible in the area of the window 11 imaged by the camera when the pipe is filled with compact powder to be analyzed, approximately 1000. It has a sensor with twice the number of pixels. Similarly, lamp 6 emits light and camera 4 senses broad spectrum light, including ultraviolet, visible and infrared light. Window 11 is substantially transparent to this broad spectrum light.

ふるいに導入及び導出するパイプ10の両方に、窓部11とカメラ5を備えた関連する筐体1とが設けられ、ふるいの前後での粉末の状態を分析することができる。カメラはまた、粉末混合装置への両方の入口に入る粉末の状態を分析することができる。 Both the pipes 10 leading into and out of the sieve are provided with windows 11 and associated housings 1 with cameras 5 to allow analysis of the state of the powder before and after the sieve. The camera can also analyze the condition of the powder entering both inlets to the powder mixing device.

窓部は、例えば積層造形機などの他の種類の装置の粉末搬送導管または粉末貯蔵容器に設けることができる。 The windows can be provided in powder transport conduits or powder storage containers of other types of equipment, such as, for example, additive manufacturing machines.

図5は、下部円錐台壁部と円筒形側壁とを有するホッパーを備えた粉末貯蔵装置を示している。直立パイプ10は、パイプ10を通りホッパーに送られる粉末を流したり停止したりするためのバルブ12を介して、ホッパー上部の入口に接続されている。ホッパーの底部には出口が設けられており、粉末をホッパーから流出させたりそれを停止したりするためのバルブ12も取り付けられている。ホッパーは金属粉末を保管するためのものであり、金属粉末を製造するために使用される噴霧器と共に使用するか、あるいはその一部を形成することができる。ホッパーの円錐台形の基部には2つの窓部11が設けられ、それぞれの窓部には、窓部に対して密集状態にされたホッパー内の粉末を撮像するためのランプ6と(図4に示すタイプの)レンズ4を有するカメラ5とを収容する筐体が取り付けられている。図4の装置と同様に、窓部は、ランプによって生成され、カメラが感知できる光の波長に対して透過性を有し、実質的に平行で互いに対向した平面を有している。 FIG. 5 shows a powder storage device with a hopper having a lower frusto-conical wall and a cylindrical side wall. An upright pipe 10 is connected to an inlet at the top of the hopper via a valve 12 for turning on and off powder feeding through the pipe 10 to the hopper. The bottom of the hopper is provided with an outlet and is also fitted with a valve 12 to allow and stop powder from flowing out of the hopper. The hopper is for storing the metal powder and can be used with or form part of the atomizer used to produce the metal powder. The frusto-conical base of the hopper is provided with two windows 11, each with a lamp 6 for imaging the powder in the hopper packed against the window (see FIG. 4). A housing containing a camera 5 with a lens 4 (of the type shown) is attached. As in the apparatus of FIG. 4, the windows have substantially parallel, opposed planes that are transparent to the wavelengths of light produced by the lamps that can be sensed by the camera.

ホッパー12aに通じるパイプ10は、ホッパーへの入口におけるバルブの上方のパイプの部分に沿って等間隔に配置された5対の窓部を備えている。各窓部には、ホッパー12aの下部における筐体1と同じように、レンズ4を有するカメラ5およびランプ6を収容するそれぞれの筐体1が取り付けられている。これらのカメラによって、パイプ内において密集された状態の金属粉末をパイプの長さ方向に沿ったさまざまな位置で撮像できる。これは、例えば、パイプ10に送られた粉末が、例えば製造工程中に、経時的に変化したかどうかを特定可能とする場合に有用である。 The pipe 10 leading to the hopper 12a has five pairs of windows equally spaced along the portion of the pipe above the valve at the entrance to the hopper. Attached to each window is a respective enclosure 1 containing a camera 5 with a lens 4 and a lamp 6, similar to the enclosure 1 at the bottom of the hopper 12a. These cameras can image the densely packed metal powder in the pipe at various locations along the length of the pipe. This is useful, for example, when it is possible to identify whether the powder fed into the pipe 10 has changed over time, for example during the manufacturing process.

各カメラは、コンピュータまたはプロセッサ7に出力を提供し、コンピュータまたはプロセッサ7は、適切なユーザーインターフェース8を介してユーザーに、あるいはこの出力によって制御される機器に出力を提供する。パイプ10の長さ方向に沿って複数の筐体1およびカメラ4を設ける代わりに、単一のカメラ(あるいはより少数のカメラ)をパイプに対して移動可能に取り付け、パイプの長さ方向に沿った異なる位置で粉末を撮像するように配置することもできる。 Each camera provides output to a computer or processor 7, which provides output to a user via a suitable user interface 8 or to equipment controlled by this output. Instead of having multiple housings 1 and cameras 4 along the length of the pipe 10, a single camera (or fewer cameras) is movably mounted relative to the pipe, along the length of the pipe. It can also be arranged to image the powder at different locations.

ホッパーへの入口にあるバルブ12を閉じることで、撮像対象の粉末を密集させた状態でパイプに充填させることができる。 By closing the valve 12 at the entrance to the hopper, the powder to be imaged can be packed densely into the pipe.

図6は、粉末を搬送するためのパイプの一部を示している。パイプには、バイパス導管10aが取り付けられ、バイパス導管10aには、バイパスに出入りする粉末の流れを制御できるバルブ12が設けられている。バイパス導管との接続部の間におけるパイプ内に、さらなるバルブ12が設けられている。バイパス導管は、図4および5の筐体と同じように、レンズを有するカメラおよびランプが収容されている筐体1が取り付けられた実質的に平面の窓部11を備えている。カメラの出力は、コンピュータまたはプロセッサ7、ディスプレイまたはその他の出力装置8、あるいは、カメラの出力に応じて制御される装置に接続される。バイパス導管は、 パイプ10よりも断面が小さいパイプによって形成される。バルブが制御されることで、パイプ10内を流れる粉末が導管に流入して導管を満たし、筐体1内のカメラ4によって密集された状態の粉末を撮像することが可能になる。バイパスにより、導管内を流れる粉末から分析のためのサンプルを効率的に採取できるため、粉末が密集した状態でパイプ内を移動していない場合でも、密集した状態の粉末を撮像することができる。 FIG. 6 shows part of a pipe for conveying powder. The pipe is fitted with a bypass conduit 10a which is provided with a valve 12 which allows control of powder flow into and out of the bypass. A further valve 12 is provided in the pipe between the connections with the bypass conduit. The bypass conduit comprises a substantially planar window 11 fitted with a housing 1 containing a camera with a lens and a lamp, similar to the housing of FIGS. The output of the camera is connected to a computer or processor 7, a display or other output device 8, or other device controlled in response to the output of the camera. The bypass conduit is formed by a pipe with a smaller cross-section than pipe 10 . The valve is controlled to allow the powder flowing in the pipe 10 to flow into and fill the conduit, allowing the powder to be imaged by the camera 4 in the housing 1 in a compacted state. The bypass allows the powder flowing in the conduit to be efficiently sampled for analysis, allowing powder to be imaged in dense conditions even when the powder is not moving through the pipe in a dense state.

図7と図8は、積層造形機13を示している。積層造形機は、実質的に遮光性を有するか、有するように構成された筐体1を備えている。筐体は、粉末送出ピストン15を備えた粉末送出容器14、造形用プラットフォーム16を備えた造形容器14a、および粉末送出容器から造形容器に粉末を搬送するための、可動支持体に取り付けられたワイパーブレード17を収容している。筐体はまた、造形用プラットフォーム16上で粉末を選択的に融解するためのレーザーの出力光学系18を収容している。 これらの機能はすべて、既知の選択的層融解積層造形機に共通している。 7 and 8 show the laminate molding machine 13. FIG. The additive manufacturing machine includes a housing 1 that is or is configured to be substantially light-shielding. The housing comprises a powder delivery container 14 with a powder delivery piston 15, a building container 14a with a building platform 16, and a wiper mounted on a movable support for transporting powder from the powder delivery container to the building container. The blade 17 is accommodated. The housing also houses laser output optics 18 for selectively fusing the powder on the build platform 16 . All of these features are common to known selective layer fused additive manufacturing machines.

筐体1はさらに、粉末送出容器および造形容器内の粉末の上面の区域の画像を撮影するための適切なレンズ4を備えた2台のカメラ5、および各カメラの周りに配置されたランプ6を収容している。また、画像センサー19およびランプ20が、ワイパーブレード17の可動支持体に取り付けられ、ワイパーブレードが容器を行き来する際に、粉末送出容器または造形容器内の粉末の表面の画像をスキャンするように配置されている。他の実施形態と同様に、ランプ6、20は発光し、カメラ5およびセンサー19は、紫外線、可視光線、および赤外線を含む広域スペクトルの光を感知する。 The housing 1 further comprises two cameras 5 with suitable lenses 4 for taking images of the area of the upper surface of the powder in the powder delivery container and the build container, and a lamp 6 arranged around each camera. accommodates An image sensor 19 and a lamp 20 are also mounted on the moveable support of the wiper blade 17 and arranged to scan an image of the surface of the powder in the powder delivery or build container as the wiper blade traverses the container. It is As with the other embodiments, the lamps 6, 20 emit light and the camera 5 and sensor 19 sense broad spectrum light, including ultraviolet, visible and infrared.

レンズ4を備えたカメラ5および関連するランプ6もまた、粉末容器および造形容器の側壁を介して窓部の裏側に配置された筐体1に取り付けられ、それら窓部を通して容器内において密集した状態の粉末を撮像することができる。 A camera 5 with a lens 4 and an associated lamp 6 are also mounted in the housing 1 located behind the windows through the sidewalls of the powder and build containers, through which they are closely spaced within the container. powder can be imaged.

さらに、レンズ4を備えたカメラ5および関連するランプ6が、粉末容器と造形容器との間に延在するプラットフォームに形成された窓の下側に配置された筐体1にも取り付けられており、そのプラットフォーム上の粉末を撮像することができる。 A camera 5 with a lens 4 and an associated lamp 6 are also mounted on the housing 1 located below a window formed in a platform extending between the powder container and the build container. , the powder on its platform can be imaged.

3つの窓部はすべて、ランプによって生成され、カメラが感知できる光の波長に対して透過性を有している。プラットフォームの窓部は、実質的に平行で互いに対向した平面を有している。粉末容器および造形容器への窓部もそのような表面を有するか、これが平坦でない場合には、容器の内壁の形状に一致するように成形され得る。 All three windows are transparent to the wavelengths of light produced by the lamps that can be sensed by the camera. The platform windows have substantially parallel, opposed planes. The window into the powder container and the shaped container may also have such a surface, or if it is not flat it may be molded to match the shape of the inner wall of the container.

カメラ5およびセンサー19は、出力装置8を備えた接続されたコンピュータまたはプロセッサ7に画像を出力するように配置されるか、または出力に応じて積層造形機を制御するように配置される。図1および2に示される装置と同様に、デジタルカメラ5およびセンサー19は、粉末の撮像される区域に示される粒子の数の約1000倍のピクセル数を有する粉末の画像を生成するように配置される。 The camera 5 and sensor 19 are arranged to output images to a connected computer or processor 7 with an output device 8 or arranged to control an additive manufacturing machine in response to the output. Similar to the apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the digital camera 5 and sensor 19 are arranged to produce an image of the powder having approximately 1000 times the number of pixels shown in the imaged area of the powder. be done.

図7および8に示される積層造形機は、図示された撮像装置のすべてを備えている必要はないことは当然である。ただし、複数のデバイスを使用して、その使用のさまざまな段階で粉末を撮像することができる。 Of course, the additive manufacturing machine shown in FIGS. 7 and 8 need not be equipped with all of the imaging devices shown. However, multiple devices can be used to image the powder at various stages of its use.

使用時、装置の各実施形態では、装置内の粉末の表面のデジタル画像を生成する。デジタル画像は、カメラによって検出された光のすべての波長、すなわち、画像の要素に相当する粉末の表面の各区域からカメラによって受け取られる光の波長、に関連する情報を含む画像要素の特性を定義するデータのセットを含んでいる。画像に示されている粉末の粒子数に対する画像要素の比率は約1000である。画像データはコンピュータに送信され、変数L、aおよびbを用いたCIELAB色空間内などのように、光の波長または波長の組み合わせ、あるいは画像の各要素の光度によって表される検知された波長が定義される方法で、コンピュータに保存される。 In use, each embodiment of the device produces a digital image of the surface of the powder within the device. The digital image defines the characteristics of the image elements containing information relating to all wavelengths of light detected by the camera, i.e. wavelengths of light received by the camera from each area of the surface of the powder corresponding to an element of the image. contains a set of data to The ratio of image elements to the number of particles of the powder shown in the image is about 1000. The image data is sent to a computer where the detected wavelength is represented by the wavelength or combination of wavelengths of light, or the luminosity of each element of the image, such as in the CIELAB color space with variables L, a and b. Stored in a computer in a defined way.

コンピュータは、図9に示されるステップの少なくともいくつかを実行することによって、画像に示される粉末の状態に関する情報を特定するために、画像データを処理するように構成されている。 The computer is configured to process the image data to identify information about the state of the powder shown in the image by performing at least some of the steps shown in FIG.

任意の第1のステップ21として、画像は、元の画像の境界(または他の選択された領域)の外側の要素を取り除いて、所定のサイズにトリミングされる。この任意のステップにより、画像の歪んだ領域を除外したり、異なるカメラやセンサーで撮影した画像をまとめて同じ領域を表したり、同じピクセル数にしたりすることができる。 As an optional first step 21, the image is cropped to a predetermined size, removing elements outside the borders (or other selected area) of the original image. This optional step allows you to filter out distorted areas of the image, or to combine images taken with different cameras or sensors to represent the same area or have the same number of pixels.

次に、残りの画像データを22において検査し、それがさらなる処理のために十分な品質であることを確認する。そうでない場合は、23で不適格とされ、新しい画像が取得される。 The remaining image data is then inspected at 22 to ensure that it is of sufficient quality for further processing. If not, it is disqualified at 23 and a new image is acquired.

画像データが十分な品質であることを示している場合、コンピュータは次に、輝度が所定のしきい値未満である要素を識別し、画像内の粉末の粒子間の空間(または他の背景材料)を表す要素を削除する目的で、24において画像データからこれらを削除する。実際のしきい値は、使用されている特定の装置の特性と検査されている粉末の種類によって異なる。しきい値の外側にある画像の要素が削除されると、残りの画像要素は、画像の前景にある粉末の粒子を表していることになる。 If the image data indicates sufficient quality, the computer then identifies elements whose brightness is below a predetermined threshold and replaces the spaces between particles of powder (or other background material) in the image. ) are removed from the image data at 24 . The actual threshold will depend on the characteristics of the particular equipment being used and the type of powder being inspected. Once the image elements outside the threshold are removed, the remaining image elements represent the powder particles in the foreground of the image.

次に、残りの画像要素のデータを25において処理することで、流域セグメンテーションなどの適切な手法を使用して、それらが表す粒子の数を推定することができる。表わされた粒子の総数は、別の方法で推定することも可能である。所与の粉末および装置について、画像データによって表される数に対応する粉末の表面の区域に見えると予想される粒子の数は、予想される粉末の粒子サイズおよび予想される粉末の密集度の情報を用いて計算することができる。 The data for the remaining image elements can then be processed at 25 to estimate the number of particles they represent using a suitable technique such as watershed segmentation. The total number of particles represented can also be estimated in other ways. For a given powder and device, the number of particles expected to be visible in the area of the surface of the powder corresponding to the number represented by the image data is a measure of the expected powder particle size and expected powder compaction. Information can be used for calculations.

次に、残りの画像要素のデータを26において統計的に分析して、各画像要素によって表される波長または検知された波長が残りのすべての要素の対応する平均値を中心にどのように分布しているか特定し、要素の全個体数のうちのしきい値の割合を外れている波長または検知された波長を表す外れ値要素を検出する。これは、外れ値検出のカイ二乗検定を用いて実行することができる。機械学習の使用などを含め、他の手法を使用することも可能である。分析対象の粉末の種類に応じて全個体数に対する適切な割合を選択できるが、その一般的な割合は対象の要素の0.1%であり、つまり、外れ値の個体数が占めるのは、要素の全個体数の0.1%である。 The data for the remaining image elements are then statistically analyzed at 26 to determine how the wavelengths represented or detected by each image element are distributed around the corresponding mean value of all remaining elements. and detect outlier elements representing wavelengths or detected wavelengths outside a threshold percentage of the total population of elements. This can be done using the chi-square test for outlier detection. Other techniques can also be used, including using machine learning. An appropriate proportion of the total population can be selected depending on the type of powder to be analyzed, but a typical proportion is 0.1% of the element of interest, i.e. the outlier population accounts for 0.1% of the total population of elements.

このステップを可視化すると図10に示すようになり、横軸の検知された波長(または色)の測定値に対して、縦軸に画像要素の数が表されている。ここでは、27で示す平均値を中心にした概してベル型の分布曲線と、低しきい値28および高しきい値29とが示されており、両しきい値の外側であって曲線の下側に相当する領域によって、外れ値となる全個体数の0.1%が示されている。 A visualization of this step is shown in FIG. 10, where the number of image elements is represented on the vertical axis against the detected wavelength (or color) measurements on the horizontal axis. Shown here is a generally bell-shaped distribution curve centered on the mean value indicated at 27, and a low threshold 28 and a high threshold 29, outside both thresholds and below the curve. The area corresponding to the side indicates 0.1% of the total outlier population.

次に、外れ値要素は30において連結成分フィルタにかけられ、それらが定義する画像で空間的に接続されているかどうかが判断される。所定の数の要素を超える接続された画像要素の任意のグループが、単一の粒子を表すと見なされる。そのような識別された各グループを表すデータは、一意の粒子識別子に関連付けられ、最初の識別子は最大の接続された要素のグループを識別し、2番目の識別子は次に大きい接続された要素のグループを識別し、3番目以降も同様である。 The outlier elements are then subjected to a connected component filter at 30 to determine if they are spatially connected in the image they define. Any group of connected image elements exceeding a predetermined number of elements is considered to represent a single particle. The data representing each such identified group is associated with a unique particle identifier, the first identifier identifying the largest group of connected elements and the second identifier identifying the next largest connected element group. Identify the group, and so on.

この段階で、コンピュータは、粒子に照射される様々な光の波長との相互作用に影響を及ぼし、粉末内の統計的外れ値を明らかにさせる個々の粒子のサイズと表面特性とを定義する一連の画像データを生成している。その表面特性には、可視光に関する限り色が含まれるが、紫外光および赤外光との相互作用を変化させる特性が含まれるという点でより広い特性である。これらの不可視波長を含めることにより、特に粒子組成に関連して、装置で検出できる粒子特性の範囲が広がる。 At this stage, the computer creates a series of definitions for the size and surface properties of individual particles that affect their interaction with various wavelengths of light that impinge on them, revealing statistical outliers within the powder. Generating image data. Its surface properties include color as far as visible light is concerned, but are broader properties in that they include properties that alter the interaction with ultraviolet and infrared light. The inclusion of these non-visible wavelengths broadens the range of particle properties that can be detected by the instrument, particularly in relation to particle composition.

次に、このデータは31において分析され、分析された粉末の状態に関連する有用なデータが抽出される。 This data is then analyzed at 31 to extract useful data relating to the state of the analyzed powder.

そのデータには、
所定の範囲外にある表面特性を有する粒子の数および割合と、
所定の範囲内にある粒子から受けた光の平均波長と、
すべての画像要素から受けた平均波長と、が含まれる。
That data includes
the number and proportion of particles with surface properties that fall outside of a given range; and
an average wavelength of light received from particles within a predetermined range;
and the average wavelength received from all image elements.

金属粒子が光に対してどのように作用するかは、粒子が劣化するにつれて変化することが分かっている。特に、粒子が酸化したり、熱にさらされたりすると変化する。粒子が酸化されるほど、または粒子がさらされる温度が高くなるほど、作用が大きく変化する。したがって、変化の量は、粒子が受けた劣化の程度に関連し、したがって、再利用への適合性にも関連している。一部の種類の粒子に関しては、このような特性の変化は粒子の色の変化として観察者が視認することができるが、さらに不可視波長を使用して粒子を調べることによって、より広い範囲の種類の粒子における変化を検出できる可能性が高くなる。 It has been found that how metal particles interact with light changes as the particles age. In particular, it changes when the particles oxidize or are exposed to heat. The more the particles are oxidized, or the higher the temperature to which they are exposed, the greater the change in effect. Therefore, the amount of change is related to the degree of deterioration that the particles have undergone and thus also to their suitability for reuse. For some types of particles, such property changes can be seen by an observer as a change in the color of the particles, but further examination of the particles using non-visible wavelengths reveals a broader range of types. is more likely to be able to detect changes in the particles of

さらに、粉末のバッチの状態が通常であるにもかかわらず、高度に劣化した粒子が存在することによって、そのバッチを再利用に不適切であると特定できることが分かっている。これは、高度に劣化した粒子が造形物に1つでも含まれていると、造形物の特性に大きな影響を与える可能性があるためである。高度に劣化した粒子が物品に組み込まれた場合、特に粒子が使用に際して応力集中が発生する物品の箇所に組み込まれた場合に、物品が安全でなくなる可能性がある。 Moreover, it has been found that the presence of highly degraded particles in spite of the normal condition of a batch of powder can identify the batch as unsuitable for reuse. This is because if even one highly degraded particle is contained in a modeled object, the characteristics of the modeled object may be significantly affected. If highly degraded particles are incorporated into the article, the article can become unsafe, especially if the particles are incorporated into the article where stress concentrations occur during use.

上述の第1の測定値は、サンプルが採取される粉末のバッチが十分に混合され、または粉末の撮像された区域が粉末の全体としての典型的な構成を表していると仮定すると、サンプル全体および検査された粉末のバッチ全体における著しく劣化した粒子の割合を表している。特定のバッチから複数のサンプルを取り出し別々に分析するか、粉末のバッチに対して複数の検査を行うことで、粉末の表面の画像を複数枚撮影するなどして精度を向上させることができる。および/または特定のサンプルを分析し、混合してから、再分析してもよい。特定の粉末と造形物について、適切な波長範囲とそのしきい値の範囲外の最小割合を決めることができ、しきい値外の粒子の割合が選択した限度を超える場合、その粉末のバッチは、少なくとも対象の造形物については再利用に適さないと見なすことができる。 The first measurement above is the total sample size, assuming that the batch of powder from which the sample is taken is well mixed, or that the imaged area of the powder represents a typical composition of the powder as a whole. and the percentage of significantly degraded particles in the entire batch of powder tested. Accuracy can be improved by taking multiple samples from a particular batch and analyzing them separately or performing multiple tests on a batch of powder, such as taking multiple images of the surface of the powder. and/or a particular sample may be analyzed, mixed and then re-analyzed. For a particular powder and build, an appropriate wavelength range and a minimum percentage outside its threshold can be determined, and if the percentage of particles outside the threshold exceeds the selected limit, the batch of powder is , at least for the object modeled object, can be regarded as unsuitable for reuse.

したがって、この測定値により、バルク量に関係なく粉末の状態を特定することができる。 Therefore, this measurement allows determination of the state of the powder regardless of bulk quantity.

第2の測定値は、しきい値の外側にある粒子を考慮に入れない場合の、残りの粉末の平均劣化の指標を示す。このような測定値は、従来のバルク酸素測定の結果に似ているが、大幅に劣化した粒子(または内部酸素)の影響を排除することを除けば、より便利で非破壊的な方法で取得される。所定の範囲外にある粒子を考慮に入れない場合に、残りの粒子から受けた平均波長が別の所定の範囲外にあるとき、粉末は再利用に不適切であると見なされる。 The second measurement gives an indication of the average deterioration of the remaining powder when particles outside the threshold are not taken into account. Such measurements are similar to the results of conventional bulk oxygen measurements, but are obtained in a more convenient and non-destructive manner, except that they eliminate the effects of significantly degraded particles (or internal oxygen). be done. A powder is considered unsuitable for reuse when the average wavelength received from the remaining particles is outside another predetermined range, not taking into account the particles that are outside the predetermined range.

第3の測定値は第2の測定値と似ているが、著しく劣化した粒子を考慮に入れている。粒子から受けた光の平均波長が別の所定の範囲外にある場合、粉末は再利用には不適切であると見なされる。 A third measurement is similar to the second, but takes into account significantly degraded particles. If the average wavelength of light received from the particles is outside another predetermined range, the powder is considered unsuitable for reuse.

粉末を再利用するかどうかの決定は、上記の3つの測定値の1つ以上に基づいて行うことができる。通常、いずれかの測定値に基づいて、粉末を再利用すべきではないと判断された場合、粉末は再利用されない。一実施形態では、第1および第2の測定値が計算され、いずれかの測定値が再利用に適さないと示している場合、粉末は再利用に不適切であると見なされる。 The decision to recycle the powder can be made based on one or more of the three measurements described above. Typically, if it is determined that the powder should not be reused based on any measurements, the powder is not reused. In one embodiment, the first and second measurements are calculated and the powder is considered unsuitable for reuse if either measurement indicates that it is unsuitable for reuse.

新しい粉末を使用する前に分析し、その後、造形プロセスおよびそれ以降の造形プロセスで使用した後に分析することが有用である。新しい粉末の分析により、その後の分析のデータと比較するための有用な制御データを得ることができる。 It is useful to analyze the new powder before it is used and then after it has been used in the building process and subsequent building processes. Analysis of fresh powders can provide useful control data for comparison with data from subsequent analyses.

粉末に関するその他の情報は、粉末によって戻される光を検出することによって特定することができる。粉末以外の人工物が粉末中に検出されることもあり得る。異常な粉末粒子、例えば、意図されたものとは異なる材料で作られた粒子も検出される可能性があり、異常な粒子は、観察可能な特性によって識別され得る。粉末が受ける総入射エネルギーの推定を行うこともできる。粉末のサンプルまたは粉末のバッチの複数の画像が作成および分析される場合、画像間の結果を比較することにより、粉末がどれだけよく混合されているかを特定することができる。積層造形機などの別々の機械で処理された粉末の画像を使用して、機械の性能を比較したり機械の状態を判断したりすることができる。装置内の別々の期間および/または別々の位置で撮影された画像は、装置を通過する粉末を追跡するのに有用である。 Other information about the powder can be determined by detecting light returned by the powder. Artifacts other than the powder may also be detected in the powder. Unusual powder particles, such as particles made of a different material than intended, may also be detected, and the abnormal particles may be identified by observable characteristics. An estimate of the total incident energy experienced by the powder can also be made. If multiple images of a sample of powder or a batch of powder are made and analyzed, comparing the results between the images can determine how well the powder is mixed. Images of powders processed by different machines, such as additive manufacturing machines, can be used to compare machine performance and determine machine condition. Images taken at different time periods and/or different locations within the device are useful for tracking powder through the device.

装置が粉末処理装置または積層造形機に組み込まれている場合、検査結果の出力に基づいて、装置に特定の機能を自動的に実行させることができる。例えば、粉末を継続使用には不適格とみなすことができ、あるいは他の粉末と組み合わせることでリフレッシュし、継続使用に供することもできる。積層造形機を停止するか、ワイパーブレードを使用して粉末の層を除去し、粉末が融解する前に交換することもできる。 If the device is incorporated into a powder processing machine or an additive manufacturing machine, the device can automatically perform certain functions based on the output of the inspection results. For example, a powder can be disqualified for continued use, or it can be refreshed by combining it with other powders for continued use. It is also possible to stop the additive manufacturing machine or use a wiper blade to remove the layer of powder and replace it before the powder melts.

粉末を使用した造形物を検証するために、粉末の分析に関連するデータを保存することができる。特に、造形プロセス中に堆積された粉末の層の表面の少なくとも一部の分析を保存することで、造形プロセス全体で使用される粉末の一貫性またはその他の事実を提供することができる。また、タイムスタンプ付きのデータを、粉末搬送システム全体のさまざまな箇所で撮影された粉末の複数の画像から比較して、たとえば、酸化または汚染された粉末がシステム内をどの程度効率的に移動するかなど、そのシステムの性能を審査できる。 Data associated with powder analysis can be stored to validate builds using the powder. In particular, storing an analysis of at least a portion of the surface of a layer of powder deposited during the build process can provide consistency or other facts about the powder used throughout the build process. Time-stamped data can also be compared from multiple images of powder taken at various points throughout the powder conveying system to determine, for example, how efficiently oxidized or contaminated powder moves through the system. It is possible to examine the performance of the system, such as whether

各例において、コンピュータは適切なソフトウェアを備えており、そのソフトウェアによって、カメラに画像を撮影させ、画像を処理して画像要素間の色分布を特定し、ユーザーが範囲、割合またはその他の値を入力することができ、3つの測定値の1つまたは複数を計算し、ユーザーが指定した範囲と割合を考慮して特定のサンプルが再利用可能かどうかを判断し、この結果をディスプレイ8などを介してユーザーに出力することができる。 In each example, the computer is equipped with appropriate software that causes the camera to take an image, processes the image to identify the color distribution between image elements, and allows the user to specify ranges, percentages or other values. It can be entered, calculates one or more of three measurements, takes into account user-specified ranges and percentages to determine if a particular sample is reusable, and displays this result on a display such as 8. can be output to the user via

上記の実施形態は、単なる例として説明されている。添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱しない範囲において、多くの変形例が可能である。 The above embodiments are described as examples only. Many variations are possible without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims.

Claims (25)

積層造形プロセスにおいて用いられる金属粉末を分析する方法であって、
前記粉末を融解せずに、前記粉末の領域を電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む電磁放射線で照射する工程と、
前記粉末の照射領域の別々の部分から戻った電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む照射放射線を別々に検出して、検出された放射線に基づいた出力を生成する工程と、
前記出力を処理して、前記粉末の1つまたは複数の特性を特定する工程と、
を備える方法。
A method of analyzing a metal powder used in an additive manufacturing process, comprising:
irradiating a region of the powder with electromagnetic radiation, including radiation in the non-visible portion of the electromagnetic spectrum, without melting the powder;
separately detecting irradiating radiation, including radiation in the non-visible portion of the electromagnetic spectrum returned from different portions of the irradiated area of the powder, to produce an output based on the detected radiation;
processing the output to identify one or more properties of the powder;
How to prepare.
前記粉末の領域が紫外線および/または赤外線を含む光で照射され、少なくとも、戻された紫外線および/または赤外線が検出されることを特徴とする、
請求項1に記載の方法。
characterized in that a region of said powder is illuminated with light containing ultraviolet and/or infrared radiation and at least the returned ultraviolet and/or infrared radiation is detected.
The method of claim 1.
前記粉末が密集された状態であり、前記粉末の表面が照射されることを特徴とする、
請求項1または2のいずれかに記載の方法。
The powder is in a dense state, and the surface of the powder is irradiated,
3. A method according to any of claims 1 or 2.
前記粉末によって反射および/または散乱された照射放射線を検出する工程をさらに含む、
請求項3に記載の方法。
further comprising detecting irradiating radiation reflected and/or scattered by said powder;
4. The method of claim 3.
前記出力が処理されることで、前記粉末の個々の粒子の特性が特定されることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
wherein the output is processed to identify properties of individual particles of the powder;
5. A method according to any one of claims 1-4.
前記特性が、特定の波長の放射線を反射および/または散乱する粒子の能力、および/または粉末の個々の粒子の形状であることを特徴とする、
請求項5に記載の方法。
characterized in that said property is the ability of the particles to reflect and/or scatter radiation of a particular wavelength and/or the shape of the individual particles of the powder,
6. The method of claim 5.
前記出力が処理されることで、前記粉末の密集度が特定されることを特徴とする、
請求項1から6のいずれか1項に記載の方法。
The output is processed to identify the density of the powder,
7. A method according to any one of claims 1-6.
前記出力が、前記粉末の領域のそれぞれの区域から受けた放射線の1つまたは複数の波長あるいは検知された波長に基づいた値を含んでいることを特徴とする、
請求項1から7のいずれか1項に記載の方法。
wherein the output includes values based on one or more wavelengths of radiation received or detected from respective zones of the powder field;
8. A method according to any one of claims 1-7.
前記区域が実質的に同じサイズであることを特徴とする、
請求項8に記載の方法。
characterized in that the zones are of substantially the same size,
9. The method of claim 8.
各区域が、平均サイズの粉末の単一粒子によって占められる粉末の表面の面積よりも小さい面積を有していることを特徴とする、
請求項8または9のいずれかに記載の方法。
characterized in that each zone has an area smaller than the area of the surface of the powder occupied by a single particle of the powder of average size,
10. A method according to any of claims 8 or 9.
各区域の面積が、平均サイズの粉末の単一粒子によって占められる粉末の表面の面積の10分の1、500分の1、あるいは1000分の1以下であることを特徴とする、
請求項10に記載の方法。
characterized in that the area of each zone is no more than 10 times, 500 times, or 1000 times less than the area of the surface of the powder occupied by a single particle of average size powder,
11. The method of claim 10.
前記値をデータセットとして格納する工程をさらに含む、
請求項8から11のいずれか1項に記載の方法。
further comprising storing the values as a dataset;
12. A method according to any one of claims 8-11.
前記データセットを処理することで、所定のしきい値未満の光度を有する粉末の領域の区域に関連する値を識別することによって、粒子間の空間に関連する値が識別されることを特徴とする、請求項12に記載の方法。 processing the data set to identify values associated with spaces between particles by identifying values associated with areas of regions of the powder having luminous intensities below a predetermined threshold; 13. The method of claim 12, wherein 前記識別された値以外の値を処理することで、所定の範囲外にある特性を有する粒子を表す値が識別されることを特徴とする、
請求項13に記載の方法。
processing values other than the identified values to identify values representing particles having properties that are outside of a predetermined range;
14. The method of claim 13.
処理を行うことで、検出された波長をすべての処理された値の波長分布における外れ値として定義する区域を表す値が識別されることを特徴とする、
請求項14に記載の方法。
wherein the processing identifies a value representing an area that defines the detected wavelength as an outlier in the wavelength distribution of all processed values;
15. The method of claim 14.
所定数より多くの識別された区域が接続されているグループを識別することで、対象の粒子または粒子のグループが識別されることを特徴とする、
請求項15に記載の方法。
wherein a particle or group of particles of interest is identified by identifying groups in which more than a predetermined number of identified areas are connected;
16. The method of claim 15.
積層造形プロセスにおいて用いられる金属粉末を分析するための装置であって、
前記粉末を融解せずに、前記粉末の領域を電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む電磁放射線で照射する手段と、
前記粉末の照射領域の別々の部分から戻った電磁スペクトルの不可視部分における放射線を含む照射放射線を別々に検出して、検出された放射線に基づいた出力を生成する検出器と、
前記出力を処理して、前記粉末の1つまたは複数の特性を特定するプロセッサと、
を備える装置。
An apparatus for analyzing metal powders used in an additive manufacturing process, comprising:
means for irradiating regions of said powder with electromagnetic radiation, including radiation in the non-visible portion of the electromagnetic spectrum, without melting said powder;
a detector for separately detecting irradiating radiation, including radiation in the non-visible portion of the electromagnetic spectrum returned from different portions of the irradiated region of the powder, and producing an output based on the detected radiation;
a processor that processes the output to identify one or more properties of the powder;
A device comprising
粉末搬送装置または積層造形装置に設けられた請求項17に記載の装置。 18. Apparatus according to claim 17, provided in a powder conveying apparatus or an additive manufacturing apparatus. 前記粉末の領域の表面を紫外線および/または赤外線を含む光で照射するように構成された照射装置をさらに備え、
前記検出器が、前記照射装置の照射面と同じ側への放射線を検出できるように配置されていることを特徴とする、
請求項17または18のいずれかに記載の装置。
further comprising an irradiation device configured to irradiate the surface of the region of the powder with light containing ultraviolet and/or infrared light;
The detector is arranged so as to detect radiation to the same side as the irradiation surface of the irradiation device,
19. Apparatus according to any of claims 17 or 18.
前記照射装置および検出器が、前記金属粉末が導入され得る筐体内に収容され、前記筐体が、対象の波長での前記金属粉末の制御された照射を可能にするために、その波長での電磁放射線の侵入を防止するか、または少なくとも制限することができることを特徴とする、
請求項19に記載の装置。
The irradiator and detector are housed in a housing into which the metal powder can be introduced, and the housing allows controlled irradiation of the metal powder at a wavelength of interest to enable controlled irradiation of the metal powder at that wavelength. characterized in that the penetration of electromagnetic radiation can be prevented or at least limited,
20. Apparatus according to claim 19.
前記検出器が、粉末の領域の少なくとも一部の画像を1つまたは複数のセンサーが配置されている画像平面に集束させる集束要素を備えていることを特徴とする、
請求項17から20のいずれか1項に記載の装置。
characterized in that said detector comprises a focusing element for focusing an image of at least part of the area of the powder onto an image plane in which the one or more sensors are arranged;
21. Apparatus according to any one of claims 17-20.
前記検出器が、前記粉末の領域から戻った放射線の位置を空間的に解像できることを特徴とする、
請求項17から20のいずれか1項に記載の装置。
wherein said detector is capable of spatially resolving the position of radiation returned from said powder region,
21. Apparatus according to any one of claims 17-20.
前記検出器が、前記粉末の領域の一部から戻った放射線を一度に検出することを特徴とする、
請求項17から20のいずれか1項に記載の装置。
wherein the detector detects radiation returned from a portion of the powder area at a time;
21. Apparatus according to any one of claims 17-20.
前記粉末の領域のそれぞれの区域から受けた放射線の波長または検知された波長に応じた値を含むデータセットとして、前記出力を格納するように構成されていることを特徴とする、
請求項17から20のいずれか1項に記載の装置。
configured to store the output as a data set containing values corresponding to wavelengths of radiation received or detected from respective zones of the powder field,
21. Apparatus according to any one of claims 17-20.
前記プロセッサが、請求項1から16のいずれか1項に記載の方法を装置に実行させるように構成されていることを特徴とする、
請求項17から24のいずれか1項に記載の装置。
characterized in that the processor is configured to cause a device to perform the method according to any one of claims 1 to 16,
25. Apparatus according to any one of claims 17-24.
JP2021568300A 2019-05-15 2020-05-15 Metal powder analysis method and device Active JP7515519B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1906874.1A GB2584820B (en) 2019-05-15 2019-05-15 Method and apparatus for analysing metal powder
GB1906874.1 2019-05-15
PCT/GB2020/051193 WO2020229838A1 (en) 2019-05-15 2020-05-15 Method and apparatus for analysing metal powder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022533623A true JP2022533623A (en) 2022-07-25
JP7515519B2 JP7515519B2 (en) 2024-07-12

Family

ID=67384724

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021568300A Active JP7515519B2 (en) 2019-05-15 2020-05-15 Metal powder analysis method and device

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3969211A1 (en)
JP (1) JP7515519B2 (en)
CA (1) CA3140502A1 (en)
GB (1) GB2584820B (en)
WO (1) WO2020229838A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210268740A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 The Boeing Company Methods and Systems for Detection of Impurities in Additive Manufacturing Material
US11867638B2 (en) * 2020-10-28 2024-01-09 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for in situ inspection of defects in additively manufactured parts using high speed melt pool pyrometry
WO2024149879A1 (en) 2023-01-12 2024-07-18 Universität Stuttgart Apparatus and method for classifying a metal powder

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9313036D0 (en) * 1993-06-24 1993-08-11 Pfizer Ltd Spectrophotometric analysis
JP2868076B2 (en) * 1996-04-12 1999-03-10 日機装株式会社 Method for inspecting foreign matter in particulate matter and apparatus for inspecting foreign matter in particulate matter
SE512098C2 (en) * 1998-05-19 2000-01-24 Agrovision Ab Concentration determination of one component in a mixture of at least two components
SE0000522D0 (en) * 2000-02-17 2000-02-17 Astrazeneca Ab Mixing apparatus
GB201315036D0 (en) * 2013-08-22 2013-10-02 Renishaw Plc Apparatus and method for building objects by selective solidification of powder material
US20180022028A1 (en) * 2015-04-14 2018-01-25 Hewlett-Packard Development Company, L.P. An apparatus and a method for determining a quantity of material
DE102015212837A1 (en) * 2015-07-09 2017-01-12 Siemens Aktiengesellschaft A method of monitoring a process for powder bed additive manufacturing of a component and equipment suitable for such process
GB201609856D0 (en) * 2016-06-06 2016-07-20 Renishaw Plc A particle size sensor for metallic powders
DE102016210542A1 (en) * 2016-06-14 2017-12-14 Testia Gmbh 3D printing process and 3D printing device
JP6725690B2 (en) * 2016-07-27 2020-07-22 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. Supply of powder in 3D additive manufacturing
US20180111194A1 (en) * 2016-10-21 2018-04-26 Velo3D, Inc. Operation of three-dimensional printer components
JP6938986B2 (en) 2017-03-15 2021-09-22 住友金属鉱山株式会社 Particle shape evaluation method
GB2568313B (en) * 2017-11-14 2023-03-08 Lpw Technology Ltd Method and apparatus for determining powder condition

Also Published As

Publication number Publication date
GB2584820A (en) 2020-12-23
JP7515519B2 (en) 2024-07-12
CA3140502A1 (en) 2020-11-19
GB2584820B (en) 2024-01-24
WO2020229838A1 (en) 2020-11-19
EP3969211A1 (en) 2022-03-23
GB201906874D0 (en) 2019-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7244529B2 (en) METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE CONDITION OF METAL POWDER
JP7515519B2 (en) Metal powder analysis method and device
WO2010140460A1 (en) Flow type particle image analysis method and device
WO2015053712A1 (en) System and method for inspection of wet ophthalmic lens
US10922810B2 (en) Automated visual inspection for visible particulate matter in empty flexible containers
JP2007292704A (en) Method for automatic measurement of foreign substance in injection liquid drug by raman spectrometry, and device therefor
JP6408354B2 (en) Inspection device and production management method
US12067701B2 (en) Management and control system for an inspection apparatus
JP7531525B2 (en) Metal powder analysis method and device
JP6813316B2 (en) Deterioration information acquisition device, deterioration information acquisition system, deterioration information acquisition method and deterioration information acquisition program
JP2021006810A (en) Method and device for inspecting production quality of cable with protective sheath, especially electric cable
JP6844976B2 (en) Deterioration information acquisition device, deterioration information acquisition system, deterioration information acquisition method and deterioration information acquisition program
JP4123469B2 (en) Feature extraction method
JP4247362B2 (en) Feature extraction device
JP2006300615A (en) Visual examination device and visual examination method
JP4936074B2 (en) Feature extraction method
KR101914777B1 (en) Method and system for inspecting freshness of raw fish
Ma et al. Non-destructive inspection of insects in chocolate using near infrared multispectral imaging
JPH06229957A (en) Material discrimination method
WO2024052440A1 (en) Inspection system and method for a closed medical container
EP1190372A1 (en) Method for in-situ focus-fusion multi-layer spectral imaging and analysis of particulate samples
WO2022157763A1 (en) Automated grains inspection
CN117136299A (en) Method and device for inspecting containers by determining the rotational position of a container closure
JP2005345339A (en) Measuring bead, color bead discrimination apparatus and color bead discrimination method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230510

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231227

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20240326

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240524

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240702

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7515519

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150