[发明专利]加性制造中的激光功率监测

说明书

背景技术

本发明一般涉及加性制造，并且更具体而言，涉及用于加性制造中的激光功率监测和过程控制的设备和方法。

加性制造是其中材料逐层建立(build up)以形成组件的过程。加性制造还通过诸如“分层制造”、“反向加工”、“直接金属激光熔融”(DMLM)和“3-D打印”的术语来参考。出于本发明的目的,这类术语被视为同义词。

关于现有技术的加性制造机器的一个问题是实际的激光功率未被测量。另一个问题是，当激光功率被测量时，该测量过程要求机器“停机”（即，不制造部件）。这导致机器利用率降低。

发明内容

这些问题的至少一个通过在加性制造过程中监测激光功率的方法来解决。

根据本文描述的技术的一个方面，提供了在加性制造过程中监测激光功率的方法，其中由激光源生成的构建光束用来选择性地熔合或固化材料以形成工件。该方法包含：分裂预定百分比的构建光束以限定样品光束，并将样品光束引导到传感器；使用传感器以生成与样品光束的功率成比例的信号; 以及缩放来自传感器的信号以生成表示构建光束的功率水平的激光功率测量。

根据本文描述的技术的另一方面，提供了制作工件的方法。该方法包含：在构建室中沉积材料；引导由激光源生成的构建光束按照对应于工件的截面层的图案选择性地熔合或固化材料；分裂预定百分比的构建光束以限定样品光束，并将样品光束引导到传感器；使用传感器以生成与样品光束的功率成比例的信号；缩放来自传感器的信号以生成表示构建光束的功率水平的激光功率测量；以及响应于激光功率测量而控制制作工件的至少一个方面。

根据本文描述的技术的另一方面，用于制作工件的设备包含：构建室；激光源，可操作以生成构建光束；光束导引设备，可操作以引导构建光束以便按照对应于工件的截面层的图案选择性地熔合或固化构建室中的材料；分束器，设置在激光源和光束导引设备之间，分束器可操作以分裂预定百分比的构建光束来限定样品光束；以及传感器，定位成接收样品光束，传感器可操作以生成与样品光束的功率成比例的信号。

本发明提供一组技术方案,如下:

1. 一种在加性制造过程中监测激光功率的方法，其中，由激光源生成的构建光束用来选择性地熔合或固化材料以形成工件，所述方法包括：

分裂预定百分比的所述构建光束以限定样品光束，并将所述样品光束引导到传感器；

使用所述传感器以生成与所述样品光束的功率成比例的信号；以及

缩放来自所述传感器的所述信号以生成表示所述构建光束的功率水平的激光功率测量。

2. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述构建光束经由通过反射的光学器件的透射来分离。

3. 根据技术方案1所述的方法，还包括将所述激光功率测量与所述激光源的额定功率进行比较。

4. 根据技术方案1所述的方法，还包括响应于所述激光功率测量来控制所述加性制造过程的至少一个方面。

5. 根据技术方案4所述的方法，其中，控制步骤包含响应于所述激光功率测量超过一个或更多个预定激光功率限制而采取离散动作。

6. 根据技术方案5所述的方法，其中，所述一个或更多个预定激光功率限制包含所述激光功率测量和预期激光功率之间的最大差。

7. 根据技术方案3所述的方法，其中，控制步骤包含改变所述加性制造过程的至少一个过程参数。

8. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述传感器包括固态半导体检测器。

9. 根据技术方案1所述的方法，其中所述传感器包括光电倍增管。

10. 一种制作工件的方法，包括：

在构建室中沉积材料；

引导由激光源生成的构建光束按照对应于工件的截面层的图案选择性地熔合或固化材料；

分裂预定百分比的所述构建光束以限定样品光束，并将所述样品光束引导到传感器；

使用所述传感器以生成与所述样品光束的功率成比例的信号;

缩放来自所述传感器的所述信号以生成表示所述构建光束的功率水平的激光功率测量；以及

响应于所述激光功率测量而控制制作所述工件的至少一个方面。

11. 根据技术方案10所述的方法，还包括以循环重复沉积和熔合的步骤以逐层的方式构建所述工件。

12. 根据技术方案10所述的方法，其中，控制步骤包含响应于所述激光功率测量超过一个或更多个预定激光功率限制而采取离散动作。

13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述一个或更多个预定激光功率限制包含实际激光功率和预期激光功率之间的最大差。