本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1的進(jìn)一步特征的、用于生成地(generativen)制造三維結(jié)構(gòu)件的設(shè)備，即激光燒結(jié)設(shè)備或激光熔化設(shè)備。

背景技術(shù)：

在這種設(shè)備中，通過(guò)建造材料的熔合或熔化通過(guò)借助輻射的作用依次固化各個(gè)由建造材料尤其是粉末材料組成的層來(lái)制造結(jié)構(gòu)件。通過(guò)點(diǎn)狀或線狀的能量輸入產(chǎn)生的熔化區(qū)在它的尺寸、形狀或溫度方面通過(guò)傳感器裝置來(lái)探測(cè)。由此得到用于評(píng)估結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的傳感器值。通過(guò)熔化區(qū)產(chǎn)生的、用于產(chǎn)生傳感器值的輻射穿過(guò)用于熔化能量輸入的掃描器。這種設(shè)備例如由de202010010771u1已知。

但是備選地，熔化束的焦點(diǎn)的改變也可以通過(guò)改變建造平面與掃描器光學(xué)系統(tǒng)之間的距離、即，通過(guò)降低和升高建造平臺(tái)來(lái)進(jìn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于的任務(wù)是，這樣地設(shè)計(jì)一種具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的設(shè)備，使得在激光焦點(diǎn)變化和與之伴隨的激光焦斑變化的情況下，可以保證優(yōu)化地實(shí)施過(guò)程監(jiān)控。這個(gè)任務(wù)通過(guò)權(quán)利要求1的特征部分的特征解決，有利的擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求中得出。

按照本發(fā)明的設(shè)備首先包括這樣一個(gè)裝置：它使得焦點(diǎn)移動(dòng)和進(jìn)而還有光斑尺寸變化成為可能。這可以一方面通過(guò)所謂的3d-掃描光學(xué)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用該3d-掃描光學(xué)系統(tǒng)在過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)調(diào)節(jié)、即激光焦斑的位于待熔化的表面上的光斑尺寸的改變。

此外規(guī)定，在設(shè)備的掃描器與過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器裝置之間布置光學(xué)的焦點(diǎn)跟蹤裝置，該焦點(diǎn)跟蹤裝置可以通過(guò)在設(shè)備中在工藝流程中所使用的電子的機(jī)器數(shù)據(jù)來(lái)控制以進(jìn)行焦點(diǎn)跟蹤。

通過(guò)這些措施使得過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的“視野”自動(dòng)地適配于在熔斑的區(qū)域中在粉末表面上在過(guò)程中實(shí)際進(jìn)行的情況。如果熔化束的焦斑擴(kuò)大，那么自動(dòng)地通過(guò)所使用的過(guò)程數(shù)據(jù)將過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的視角這樣地?cái)U(kuò)寬，即，使得擴(kuò)大的熔斑可以被過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)完全地探測(cè)到，也就是說(shuō)即使在其邊緣區(qū)域也能被探測(cè)到，由此提供足夠精確的數(shù)據(jù)用于過(guò)程監(jiān)控。這同樣適用于熔斑縮小的情況，此時(shí)通過(guò)電子機(jī)器數(shù)據(jù)控制的光學(xué)的焦點(diǎn)跟蹤裝置負(fù)責(zé)使縮小的熔池可以被精確地檢查，這同樣導(dǎo)致過(guò)程監(jiān)控結(jié)果的顯著改善。

例如通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的物鏡系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)的手動(dòng)跟蹤可以被取消，過(guò)程監(jiān)控過(guò)程自動(dòng)地分別與使粉末熔化所用的焦點(diǎn)相適配。

用于過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的焦點(diǎn)跟蹤的機(jī)器數(shù)據(jù)例如可以是設(shè)備的pc-掃描器控制卡的掃描器控制數(shù)據(jù)，在存在所謂的3d-掃描器的情況下pc-掃描器控制卡控制掃描器透鏡的焦點(diǎn)。但是機(jī)器數(shù)據(jù)也可以是由建造過(guò)程參數(shù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)或包括由建造過(guò)程參數(shù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)。

焦點(diǎn)跟蹤光學(xué)系統(tǒng)具有至少一個(gè)可機(jī)動(dòng)地移動(dòng)的光學(xué)聚焦元件，例如聚焦透鏡，但是聚焦元件也可以設(shè)計(jì)成可機(jī)動(dòng)地移動(dòng)的透鏡組。

為了在任何情況下確保改善過(guò)程監(jiān)控，可以特別有利的是，過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的焦點(diǎn)跟蹤光學(xué)系統(tǒng)在對(duì)被引導(dǎo)到粉末層上的熔化束的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)之前實(shí)施。這意味著，掃描器數(shù)據(jù)首先執(zhí)行過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié),用于熔化束的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)(其同樣是通過(guò)機(jī)器數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行控制)在時(shí)間上跟隨在過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)之后。這可以通過(guò)簡(jiǎn)單的延遲電路或延遲控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述延遲電路或延遲控制例如僅當(dāng)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)被調(diào)節(jié)到新的焦點(diǎn)上時(shí)，才對(duì)熔化束進(jìn)行焦點(diǎn)調(diào)節(jié)。

傳感器裝置可以包括多個(gè)光敏元件，所述多個(gè)光敏元件可以選擇地或也可以共同地被引入到過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的光束中或一部分光束中。這可以通過(guò)轉(zhuǎn)向鏡、分束器或類(lèi)似裝置實(shí)現(xiàn)。如果使用分束器，那么可能的是，使傳感器裝置的多個(gè)或全部光敏元件并行地運(yùn)行，并且必要時(shí)在不同的光譜范圍內(nèi)進(jìn)行并行測(cè)量，該并行測(cè)量可以引入到過(guò)程監(jiān)控中?？煽紤]的傳感器范圍例如為780-950nm的波長(zhǎng)范圍，另一個(gè)可能感興趣的波長(zhǎng)范圍可以選擇在1200nm左右。

在每種情況下都必須保證，在過(guò)程監(jiān)控的區(qū)域中熔化束焦點(diǎn)調(diào)節(jié)通過(guò)焦點(diǎn)跟蹤裝置進(jìn)行補(bǔ)償。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明借助于附圖中的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)解釋。在該圖中示出:

包括具有光學(xué)焦點(diǎn)跟蹤的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的激光熔化設(shè)備形式的、用于生成地制造三維結(jié)構(gòu)件的設(shè)備的主要部件的示意圖。

具體實(shí)施方式

在圖1中示出的設(shè)備1用于生成地制造三維的結(jié)構(gòu)件2，所述結(jié)構(gòu)件通過(guò)建造材料5的熔化借助輻射4的作用通過(guò)依次固化可固化的建造材料的層3來(lái)制造。建造平面7中的通過(guò)點(diǎn)狀或線狀的能量輸入產(chǎn)生的熔化區(qū)6在它的尺寸形狀方面和/或在它的溫度方面通過(guò)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器裝置8進(jìn)行探測(cè)。由此得到用于評(píng)估結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的傳感器值，其中，通過(guò)熔化區(qū)6產(chǎn)生的、用于產(chǎn)生傳感器值的輻射9仿佛在向后的方向上穿過(guò)用于輸入熔化能量的掃描器10，并且由該掃描器引導(dǎo)到過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器裝置8上。在過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中，由熔化區(qū)產(chǎn)生的、反射的輻射穿過(guò)掃描器沿向后的方向被引導(dǎo)到傳感器裝置上，這種過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)稱為所謂的同軸的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，這是因?yàn)閺募す馄靼l(fā)出的用于能量輸入的輻射和用于過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)反射的輻射同軸地穿過(guò)掃描器。

傳感器裝置8可以包括攝像機(jī)15或光電二極管16，或者也可以包括多個(gè)光敏元件，其中，可以規(guī)定，用于產(chǎn)生傳感器值的輻射9穿過(guò)分束器17，所述分束器將輻射例如分布到攝像機(jī)或光電二極管或另外的光敏元件上。

按照本發(fā)明，在掃描器10和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器裝置8之間布置光學(xué)的焦點(diǎn)跟蹤裝置20，所述焦點(diǎn)跟蹤裝置可以通過(guò)電子的機(jī)器數(shù)據(jù)21、22重新調(diào)節(jié)以進(jìn)行焦點(diǎn)跟蹤。

焦點(diǎn)跟蹤裝置包括至少一個(gè)可機(jī)動(dòng)地調(diào)節(jié)的光學(xué)聚焦元件，例如可機(jī)動(dòng)地移動(dòng)的透鏡組23，用于實(shí)施對(duì)用于產(chǎn)生傳感器值的輻射9的再聚焦。

當(dāng)設(shè)備的至少包括輻射源和掃描器的光路配備有用于熔化束焦點(diǎn)調(diào)節(jié)的光學(xué)調(diào)節(jié)裝置3，或者熔化束的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)通過(guò)機(jī)械地移動(dòng)建造平面7來(lái)進(jìn)行時(shí)，實(shí)施所述再聚焦。

機(jī)器數(shù)據(jù)一方面可以是或者可以包括來(lái)自掃描器控制卡的掃描器控制數(shù)據(jù)，其中，這種掃描器控制數(shù)據(jù)主要在z-軸聚焦方面影響3d-掃描器。

但是機(jī)器數(shù)據(jù)也可以是或者可以包括由建造過(guò)程參數(shù)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)、尤其是用于對(duì)建造平面的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)榻ㄔ炱矫娴母叨日{(diào)節(jié)同樣導(dǎo)致熔化束的散焦。

通過(guò)被輸送給焦點(diǎn)跟蹤裝置20的機(jī)器數(shù)據(jù)，可以在時(shí)間上如此進(jìn)行控制：即，利用焦點(diǎn)跟蹤裝置20進(jìn)行的對(duì)用于產(chǎn)生傳感器值的輻射9的焦點(diǎn)跟蹤在3d-掃描器10的z-軸調(diào)節(jié)之前實(shí)現(xiàn)，或?qū)е陆ㄔ炱矫娴母叨日{(diào)節(jié)。由此保證，在應(yīng)用激光輻射并且由此產(chǎn)生待被監(jiān)控的熔池時(shí)，用于產(chǎn)生傳感器值的輻射9已經(jīng)在其焦點(diǎn)方面被優(yōu)化。

為了能夠評(píng)價(jià)傳感器裝置8的數(shù)據(jù)、即來(lái)自攝像機(jī)15的攝像機(jī)數(shù)據(jù)和來(lái)自光電二極管16的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)置處理器單元，在該處理器單元中數(shù)據(jù)可以被處理、存儲(chǔ)和必要時(shí)轉(zhuǎn)換成一種使3d-數(shù)據(jù)例如用于逆向工程而能夠可視化的格式。

附圖標(biāo)記列表：

1設(shè)備

2結(jié)構(gòu)件

3層

4輻射

5建造材料

6熔化區(qū)

7建造平面

8傳感器裝置

9輻射

10掃描器

15攝像機(jī)

16光電二極管

17分束器

20焦點(diǎn)跟蹤裝置

21機(jī)器數(shù)據(jù)

22機(jī)器數(shù)據(jù)

23透鏡組