[发明专利]用于增材制造的系统和增材制造过程的测量方法

说明书

用于增材制造的系统和增材制造过程的测量方法。一种用于有监测地进行物体的增材制造的系统(1)，包括：制造单元(20)，其用于在制造体(21)中基于含金属的制造材料进行物体的增材制造，借助于以下处理建造物体：以规定的量重复逐层提供制造材料，并且至少部分地、精确定位地对所提供的制造材料进行成形。系统还包括具有投影器和摄像头的光学检查单元(10)以及控制及处理单元。制造体(21)包括透光区域，投影器和摄像头设置在制造体(21)外部，被对准以使各光轴(12a、12b)穿过各透光区域；投影器在制造区(23)上生成投影，摄像头至少拍摄制造区(23)中可以覆盖投影的公共部分。至少摄像头(15a、15b)与制造体(21)热分离。

技术领域

本发明涉及用于检查借助于增材制造来生产物体的方法和相应装置。

背景技术

在许多应用技术领域中，存在以高精度或关于成分来测量物体的要求。这尤其适用于制造工业，对于制造工业，工件表面的测量和检查具有很重要，尤其是还为了质量控制。

例如，能够精确测量物体表面的几何形状的坐标测量机(通常在微米精度)被用于这种应用。例如，待测量的物体可以是发动机机体、变速器和工具。已知的坐标测量机通过建立机械接触并扫描表面来测量表面。其示例是例如在DE 43 25 337或DE 43 25 347中描述的龙门式测量机。另一种系统是基于铰接臂的使用，该系统的测量传感器被设置在多部件臂的末端，该测量传感器可以沿着表面移动。例如，在US 5,402,582或EP 1 474 650中描述的通用铰接臂。

坐标表面测量使得能够建立工件上相对于相应的目标值的几何偏差。因此，可以关于此制定针对制造精度的高精度规范。因此可以确定生产的零件的形状和尺寸是否位于指定的公差范围内，并且确定该部件是废弃的或良好的零件。

尤其是，物体表面的几何考虑自然地并且通常不考虑物体主体内部的状况。仍然无法获取关于可能的材料缺陷或材料破裂的信息。

然而，物体属性不再仅仅涉及工件的几何形状，由于特定制造方法的改进，其正在获得进一步的重要性。除了诸如铣削，研磨，抛光，焊接或钎焊的传统制造方法，尤其是在此将要提及的增材制造或3D打印。到目前为止，关于材料去除的公差作为切削材料加工所考虑的变量一直处于重要地位，但是在增材制造的情况下的相关参数通常是不同的。

增材制造(经常也称为3D打印)与已知的传统切削技术的不同之处在于，主要不是连续地去除制造材料，而是逐层建造待成形的物体。例如，将材料层涂布在材料层上，并且例如通过局部熔融或烧结使各个层部分地固化，并转化成最终材料状态。为此目的，可以以松散粉末或粘性形式提供起始材料。

为了监测这种生产过程，Bin Zhang等人在“In situ surface topography oflaser powder bed fusion using fringe projection”，Additive Manufacturing，12(2016)，第100-107页中提出，将投影器和摄像头一起以以下方式与制造腔室联接起来：可以生成关于生产区域的三角测量数据，并且因此可以计量地拍摄各个烧结的金属层。

William S.Land II等人在“In-Situ Metrology System for Laser Powder BedFusion Additive Process”Procedia Manufacturing，卷1，2015，第393-403页中采用了类似的方案。

由于在增材制造中逐层建造工件，除了传统的几何制造公差保持之外，还会产生其它关键的制造属性。为此目的，内部的物体属性逐渐地进入重要地位。换句话说，这意味着对于增材制造，必须确保尤其是主体内部的材料条件与目标规范对应，即，根据相应的制造方法，还根据期望在内部进行固化。此外，在成品中要避免不期望的材料张力、裂缝或空气夹杂。

另外，利用上述制造方法，已经经常期望制造过程的实时监测(在过程中)以在制造期间已经建立可能的偏差。