增材制造的超声监测制造技术

一种增材制造设备包括：平台，所述平台具有顶表面以用于支撑正在构造的零件；分配器，所述分配器被配置为将多个连续进料材料层输送至所述平台上；至少一个能量源，所述至少一个能量源用于将进料材料在所述平台上选择性地熔融为层；和原位监测系统，所述原位监测系统包括多个超声传感器，所述多个超声传感器声学地耦接至所述平台并被配置为通过所述平台向在所述平台上正在构造的所述零件传输超声能量和通过所述平台从所述零件接收所述超声能量的反射。能量的反射。能量的反射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造的超声监测


[0001]本公开内容涉及增材制造，也称为3D打印。

技术介绍

[0002]增材制造(AM)，也称为实体自由成型制造或3D打印，是指其中三维物体通过连续地分配原料材料(例如，粉末、液体、悬浮液或熔化固体)堆积成二维层的制造工艺。相比之下，传统的机加工技术涉及其中从原材料(例如，木头、塑料、复合物或金属块)切割出物体的减材工艺。
[0003]可在增材制造中使用多种增材工艺。一些方法将材料熔化或软化以产生层，例如，选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)或熔融沉积建模(FDM)，而另一些方法则使用不同的技术(例如，立体光刻(SLA))固化液体材料。这些工艺在形成层以产生完成物体的方式上和在适于用在工艺中的材料上可不同。
[0004]在一些形式的增材制造中，粉末放置在平台上，并且激光束将图案勾画到粉末上以将粉末熔融在一起来形成某一形状。一旦形成该形状，就使平台降低并添加新粉末层。重复该工艺，直到零件完全形成。

技术实现思路

[0005]在一方面，一种增材制造设备包括：平台，所述平台具有顶表面以用于支撑正在构造的零件；分配器，所述分配器被配置为将多个连续进料材料层输送至所述平台上；至少一个能量源，所述至少一个能量源用于将进料材料在所述平台上选择性地熔融为层；和原位监测系统，所述原位监测系统包括多个超声传感器，所述多个超声传感器声学地耦接至所述平台并被配置为通过所述平台向在所述平台上正在构造的所述零件传输超声能量和通过所述平台从所述零件接收所述超声能量的反射。
[0006]实现方式可包括以下特征中的一者或多者。
[0007]计算机可具有非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有用于从所述原位监测系统接收信号并基于所述信号来执行对正在构造的所述零件的超声成像的指令。所述计算机可读介质可具有用于将所述零件的超声图像与指示所述零件的期望形状的数据比较的指令。
[0008]所述多个超声传感器可声学地耦接至所述平台的底表面。所述多个超声传感器可接触所述平台的所述底表面，或者耦合凝胶层可设置在所述多个超声传感器与所述平台的所述底表面之间。所述多个超声传感器可相对于所述平台固定在适当位置。所述多个超声传感器可平行于所述平台的所述顶表面移动。支撑件可保持所述多个超声传感器，并且线性致动器可将所述支撑件相对于所述平台移动。
[0009]多个换能器中的至少一些可被定向为以相对于所述平台的所述顶表面的斜角将声波传输至所述平台中。所述多个换能器可包括多个换能器组，并且换能器组中的每个换能器可被定向为朝向在所述组的所述换能器之间的点传输声波。所述换能器组可为换能器
对或元组。所述多个换能器中的至少一些可被定向为以相对于所述平台的所述顶表面的法角将声波传输至所述平台中。所述多个换能器中的至少一些可被定位成从在所述平台的所述顶表面上的重叠区域接收所述超声能量的所述反射。
[0010]在另一方面，一种零件的增材制造的方法，所述方法包括：对于多个层中的每个层，在平台上分配粉末层；选择性地熔融所述粉末层的一部分以形成所述层的熔融部分；通过所述平台朝向所述层的所述熔融部分传输超声能量；和通过测量所述超声能量通过所述平台从所述熔融部分的反射来生成信号。基于所述信号来检测所述零件中的缺陷。
[0011]实现方式可包括以下特征中的一者或多者。可基于所述信号来执行对正在构造的所述零件的超声成像。可将所述零件的超声图像与指示所述零件的期望形状的数据比较。如果缺陷的数量或密度超过阈值，则可中止所述零件的制造或将所述零件指示为有缺陷的。可针对后续层或后续零件修改执行所述分配和所述熔融的增材制造设备的操作参数以减少缺陷。
[0012]可实现本公开内容中描述的主题的特定实现方式，以便实现以下优点中的一者或多者。
[0013]附图和说明书中阐述了一个或多个实现方式的细节。本主题的其他特征、方面和优点从说明书、附图和权利要求书将变得显而易见。
附图说明
[0014]图1是示例增材制造设备的示意性侧视图。
[0015]图2A和图2B是来自增材制造设备的打印头的示意性侧视图和顶视图。
[0016]图3是具有超声监测系统的增材制造设备的示意性横截面侧视图。
[0017]图4是换能器的示意性横截面侧视图。
[0018]图5是增材制造设备的部分。
[0019]在各图中，相同的附图标记和名称指示相同的元件。
具体实施方式
[0020]通过增材制造构造的零件可能包括内部缺陷。例如，零件的内部的体素中的粉末可能不会完全熔融，或者零件的内部的熔融体素可能形成有夹杂物、孔或类似的缺陷。检测增材地构建的零件中的内部缺陷是一项挑战。常规地，用于缺陷检测的测试是在增材制造构建工艺之后执行的。另外，大多数测试技术都是破坏性的，并且因此需要制造牺牲和对照零件(control part)才能获得有关缺陷的信息。
[0021]然而，内部缺陷的原位检测和监测可使用超声监测例如超声成像来执行。通过超声监测收集的数据可用于识别不符合制造标准或尺寸规格的零件、中止零件的制造工艺、改善针对后续零件的增材制造工艺以及触发在零件的制造期间对缺陷的校正。这可显著改善制造成本、时间和收率。
[0022]增材制造设备
[0023]图1示出了示例增材制造(AM)设备100的示意性侧视图，该设备包括打印头102和构建平台104(例如，构建台)。打印头102在平台104的顶表面105上分配一种或多种粉末的层。通过重复地分配和选择性地熔融粉末层，设备100可在平台上形成零件。
[0024]打印头102和构建平台104都可包封在壳体130中，该壳体形成密封腔室136，例如真空腔室，该密封腔室提供受控制的操作环境。腔室130可包括耦接至气体源的入口132和耦接至排气系统(例如，泵)的出口134。气体源可提供惰性气体(例如，Ar)或在粉末达到熔化或烧结所需的温度下不反应的气体(例如，N2)。这允许控制壳体130的内部的压力和氧气含量。例如，可将氧气维持在低于0.01大气压的分压下。
[0025]腔室136可维持在大气压下(但在小于1％氧气下)，以避免建立全真空兼容系统的成本和复杂性。当压力在1大气压下时，例如，当处理Ti粉末颗粒时，氧气含量可低于50ppm。阀138可用于将腔室136与外部环境分开，同时允许从腔室移除零件，例如，具有制造物体的构建平台。例如，构建平台104可放置在辊上，和/或可接合至轨道139(例如，导轨)并在其上移动。
[0026]参考图1和图2B，打印头102被配置为横穿平台104(由箭头A示出)。例如，设备100可包括支撑件，例如，线性导轨或一对线性导轨119，打印头可通过线性致动器和/或马达沿着该导轨移动。这允许打印头102沿着第一水平轴线在平台104上移动。在一些实现方式中，打印头102也可沿着垂直于第一轴线的第二水平轴线移动。
[0027]打印头102也可沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增材制造设备，包括：平台，所述平台具有顶表面以用于支撑正在构造的零件；分配器，所述分配器被配置为将多个连续进料材料层输送至所述平台上；至少一个能量源，所述至少一个能量源将进料材料在所述平台上选择性地熔融为层；和原位监测系统，所述原位监测系统包括多个超声传感器，所述多个超声传感器声学地耦接至所述平台并被配置为通过所述平台向在所述平台上正在构造的所述零件传输超声能量和通过所述平台从所述零件接收所述超声能量的反射。2.如权利要求1所述的设备，包括计算机，所述计算机具有非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质具有用于从所述原位监测系统接收信号并基于所述信号来执行对正在构造的所述零件的超声成像的指令。3.如权利要求2所述的设备，其中所述计算机可读介质具有用于将所述零件的超声图像与指示所述零件的期望形状的数据比较的指令。4.如权利要求1所述的设备，其中所述多个超声传感器声学地耦接至所述平台的底表面。5.如权利要求1所述的设备，其中所述多个超声传感器可平行于所述平台的所述顶表面移动。6.如权利要求5所述的设备，包括保持所述多个超声传感器的支撑件和将所述支撑件相对于所述平台移动的线性致动器。7.如权利要求1所述的设备，其中多个换能器中的至少一些被定向为以相对于所述平台的所述顶表面的斜角将声波传输至所述平台中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿耶，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：