[发明专利]用于增材制造中Z高度测量和调整的系统和方法

说明书

在本公开的一些实施例中，提供了一种方法，所述方法包括：通过基于材料沉积的增材制造技术以增材方式制造零件；与以增材方式制造所述零件同时通过非线性数学模型测量沉积的z高度，以确定测量的z高度，其中所测量的z高度是增材制造系统能量源与熔池的顶表面之间的距离；将测量的z高度与目标z高度比较，以识别测量的z高度与目标z高度之间的差；调整运动控制器以将校正后的z高度设置为目标z高度和测量的z高度；且基于所述校正后的z高度沉积增材制造进料。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月15日提交的美国临时申请第62/395,032号的权益，该专利申请以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

广义讲，本公开涉及用于增材制造(AM)材料沉积工艺的z高度测量和控制的设备和方法的各种实施例。

更具体讲，本公开涉及这样的系统和方法：其产生非线性数学模型以测量AM沉积的z高度，并且如果所测量的z高度与目标z高度不同，则提供自动调整参数。

背景技术

需要增材制造(AM)进料的精确和准确沉积以实现具有准确几何形状和一致性质(例如，微结构)的AM零件构建。

发明内容

在本公开的一些实施例中，提供了一种方法，所述方法包括：通过基于材料沉积的增材制造技术以增材方式制造零件；与以增材方式制造所述零件同时通过非线性数学模型测量沉积的z高度，以确定测量的z高度，其中所测量的z高度是增材制造系统能量源与熔池的顶表面之间的距离；将测量的z高度与目标z高度比较，以识别测量的z高度与目标z高度之间的差；调整运动控制器以将校正后的z高度设置为目标z高度和测量的z高度；且基于所述校正后的z高度沉积增材制造进料。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，调整运动控制器还包括将信号发送到联接到所述增材制造系统能量源的所述运动控制器以设置所述校正后的z高度。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述非线性数学计算为：

其中SD是所述增材制造系统能量源与所述熔池或者与前一层中的沉积材料的表面之间的靶距，其中h是物理图像传感器单元上的图像点a和图像点b之间的距离，其中L1是从透镜中心到所述熔池或者到所述前一层中的沉积材料的表面的距离，其中α是线Aa与能量方向之间的角度，其中β是线Aa与图像传感器表面之间的角度，且其中f为焦距。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述z高度是负值。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述增材制造系统能量源在朝向所述熔池的竖直方向上被向下调整。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述z高度是正值。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述增材制造系统能量源在远离所述熔池的竖直方向上被向上调整。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述基于材料沉积的增材制造技术是送丝式沉积。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述基于材料沉积的增材制造技术是基于可注射的流体化粉末的沉积。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，所述测量的z高度是所述目标z高度。

在前述实施例中的任一个中，另外和/或替代地，测量所述z高度包括：通过成像装置拍摄所述熔池的图像；通过坐标系相对于所述增材制造系统能量源关联并计算所述熔池的位置；将所述测量的z高度与所述目标z高度进行比较；计算所述测量的z高度与所述目标z高度之间的偏差；以及通过所述z高度控制器调整所述能量源相对于所述熔池的顶表面的高度，以在所述测量的Z高度与所述目标z高度之间如果有偏差，则最小化所述偏差。