[发明专利]用于增材制造的涡电流传感器阵列和涡电流传感器系统

说明书

用于增材制造的涡电流传感器阵列和涡电流传感器系统。一种用于逐层制造铝零件的增材制造装置(10)，所述装置(10)包括涡电流传感器(8)，该涡电流传感器用于对制造层(18)的轮廓和缺陷进行过程中测量，缺陷分辨力至少为0.25mm。优选地，所述涡电流传感器(8)被实现为具有双重使用的传感器线圈(2、2a‑2d)的差模线传感器(8)。优选地，所述线传感器(8)的阵列(1)包括传感器线圈(2、2a‑2d)的之字形布置，该传感器线圈的截面最大为0.15mm²，并且具有初始磁导率至少为5000的芯，特别是坡莫合金芯或金属玻璃线圈芯(3)。

技术领域

本发明涉及涡电流传感器(eddy current sensor)阵列、涡电流传感器、被设计用于制造铝物体的具有涡电流传感器的增材制造装置以及用于制造铝物体的增材制造方法。

背景技术

增材制造(Additive manufacturing)(AM)涉及通过选择性地沉积或添加层上层材料(无论材料是塑料、金属、混凝土还是聚合物)来合成3D物体的技术。

传统的AM机器和工艺的一个普遍问题涉及与构造过程期间形成的每一层的完整性和坚固性有关的不确定性。另一问题涉及相邻材料层之间的结合方面的完整性和强度，即熔合不良。AM工艺中常见的其它物理缺陷包括孔隙度、在靠近AM零件表面的孔隙处起爆的疲劳裂纹以及已知会对工件的疲劳寿命产生影响的表面粗糙度。

在选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM)增材制造的情况下，存在超过50种不同的工艺参数，这些工艺参数会影响成品层的最终质量，从而在理解工艺物理学和开发有效的工艺控制策略方面提出了重大挑战。从广义上讲，这些参数可以被归类到四个类别中的一个中：(1)激光和扫描参数；(2)粉末材料特性；(3)粉末床特性和重涂参数；以及(4)构造环境参数。这些参数可以进一步分类为可以在构造过程期间进行操纵的可控参数以及在构造开始时确定并在整个过程中基本上保持不变的预定义参数。通常遇到的主要问题是存在孔隙/裂纹和粉末移动。孔隙的存在导致零件的结构薄弱，并可能引起长期疲劳问题。孔隙的直径可以基本上小于50μm。

用于确定AM零件的制造质量的已知方法包括破坏性地评估大量零件并查找常见缺陷。还存在用于在结束构造过程之后检测AM零件中的缺陷的非破坏性测试技术(NDT)。

另外，制造过程期间的非破坏性检查方法在本领域中是已知的，例如使用涡电流传感器。这样的过程中或原位的逐层检查是有益的，以便尽早检测到缺陷，以使报废材料的成本最小化和/或允许在实施更改为时已晚之前，在AM构造过程期间实时返工。还有益的是，这种方法在不降低AM生产的效率(例如，生产完整零件的时间、生产零件的成本、能源使用、废物量等)的情况下，提供了全面的缺陷分析。

文献DE 10 2016 201 290 A1公开了用于对AM物体的结构和材料特性进行评定的多种NDT技术。在热系统中，还简要讨论了涡电流传感器。

文献US 2016/0349215公开了基于具有至少一个激励线圈或接收线圈或两者的阵列的用于AM部件的NDT的涡电流系统和方法。

EP 3095539 A1公开了粉末床AM的过程中监测，其中使用可能由第三传感器阵列(粉末状况涡电流阵列)辅助的至少两个检测阵列(一个用于缺陷并且一个用于边缘)同时对轮廓和缺陷进行检测。各个阵列使用差分探头，其中差分探头由多个线圈构成。

EP 2747934 B1公开了基于至少两个涡电流扫描的分析的逐层沉积材料的缺陷表征，其中各个扫描具有多个沉积层的扫描深度。

因此，用于对增材金属印刷机的沉积层进行逐层检查的涡电流系统是众所周知的，并且在现有技术中有文献记载。