用于制造三维构件的方法
本申请是2016年04月06日所提出的申请号为201680015949.6、发明名称为“用于制造三维构件的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于通过生成式的(generatives)建造方法制造三维构件的方法，该方法具有权利要求1的前序部分所述的其它特征。
背景技术
从文献EP 11 779 556.7中已知一种用于制造三维构件的方法，其中该构件生成式地制成，就是说通过固化能通过辐射固化的建造材料来制成。所涉及的特别是选择性激光熔化方法或选择性激光烧结方法，在这样的方法中通过激光束熔化或至少烧结粉末状的建造材料。为此提出生成式的建造设备，特别是所谓的SLM设备或SLS设备，该设备具有过程室、用于承载建造材料的建造平台和布置在建造平台上方的辐射源。该辐射源能够产生点状或线状的能量输入用以在建造材料中产生熔化区域或烧结区域。通过扫描器引导辐射源的射束，通过处理器驱控该扫描器，该扫描器负责用于使辐射源的射束、特别是激光束选择性地、即仅在如下部位上固化以薄层方式施加的建造材料，该部位之后形成构件的部段。
在上述专利申请文献中已知的是，设置一种传感器装置，该传感器装置检测由激光束选择性地产生的熔化区域或烧结区域，并由此产生用于描述该熔化区域或烧结区域的特征的传感器值。从熔化区域或烧结区域的形状中可以说明构件质量。该传感器值和为该传感器值在构件中定位的坐标值一同存储。
发明内容
因此本发明的目的是，如此改进一种具有权利要求1的前序部分所述的特征的方法，使得可以进一步说明构件强度，并能实现将已经制造的和可能情况下部分具有缺陷的构件分类成“负载能力足够的”或“负载能力不足的”。上述目的通过权利要求1的特征部分实现，有利的改进方案在从属权利要求2至10中得到。
视为本发明的核心的是，确定对于待制造的构件为决定性的力流信息和负载信息，或在已经制成的构件中通过测量方法确定该力流信息和负载信息。由此首先可以以常见的方式确定在待制造的或已经制成的构件中的关键的/危险的或受到高负荷的负载区域。然后将为了评估构件质量而确定的传感器值和给该传感器值定位的坐标值一同与高负荷或关键的负载信息和力流信息的坐标进行空间关联。这些以不同方式获取的信息仿佛电子地“彼此叠加”、就是说在空间上相关联，并在此检查，通过传感器值表征的构件缺陷是否位于对于负载信息和力流信息是决定性的坐标上或所述坐标附近。
负载信息和力流信息也称为力流线，力流能以线的形式在构件图中以图形方式示出。如果构件缺陷位于力流线的关键的或高负荷的区域中，则这意味着，该构件被在构件内部在力流线的区域中可能存在的构造缺陷显著削弱，并因此必须被视为废品，或者，虽然构件包含一个或多个或甚至大量构造缺陷，但该构件可以被分类为可承受高负载，这是因为通过传感器值确定和表征的构件缺陷距离力流线或力流区域足够远。
以有利的方式可借助于可视化装置在多维图中以传感器值在构件中的检测位置为基准显示该传感器值。同样的方式也适用于关键的负载信息和力流信息的坐标，该负载信息和力流信息能以图形的方式显示为线或区域。
为了使操作人员快速决定，在出现构件缺陷时继续建造构件是危险的还是不危险的，有利地可以视觉突显出对构件质量有负面影响的传感器值。该操作人员由此在可视化装置上看到该构件的二维或多维的显示，在该构件中能以图形方式插入并光学地显示关键的力流区域或力流线，还可以显示在建造过程中由传感器检测到的、对构件质量可能起负面作用的传感器值。于是操作人员立即视觉地看到，建造缺陷是以或大或小的范围位于力流线区域中，还是仅靠近或远离该力流线区域。
如果例如建造材料的不充足的熔化实现在构件的在构件中的关键的力流方面完全可忽略的外表面区域中，则可以继续建造，这种建造缺陷以极小的方式影响构件的负荷能力。而如果建造缺陷位于预先计算出的力流线上的关键区域中心，则应当非常小心地应用这种构件，这是因为在力流线或力流区域的区域中的不充足的熔化可能导致构件折断。操作人员或者连接在该设备上的处理器能够，在断定出在负载信息和力流信息或者说力流线或力流区域的区域中存在对构件质量起负面作用的传感器值的情况下中断建造过程。
也可行的是，引入修复过程，就是说在断定了例如由于粉末施加不足而导致的不充足的熔化的情况下，重新将粉末层施加在构件的已经固化的区域上，然后重新熔化导致了负面的传感器值的关键区域，并由此修复，就是说变为如下状态，在该状态中即使之前不能承受负荷的区域也满足最高的负载要求。
按照本方法可以实现，根据所确定的在可能情况下负面影响构件质量的传感器值、即证明了例如构件区域中不充足的熔化的传感器值与负载信息或力流信息或力流线或力流区域之间的间距，将待制造的或已经制成的构件标记为对于不同的安全要求是足够的。对此提出，定义不同的安全要求等级，从而例如如果断定了在构件中没有或仅在不关键的构件区域中具有由于局部不充足的熔化而造成的负面的传感器值，则可以将这种构件分级为可承受高负荷的，反之，如果断定了在构件中在关键的负载区域中具有熔化缺陷和与此相联系的传感器值，则这种构件被分级为彻底的废品。在它们之间的可以是具有建造缺陷但该建造缺陷与力流线间隔开的构件，这种构件可以分级为可承受负荷的，例如作为“二级或三级品质”。
有利地可以实现，传感器值的图示和负载信息和力流信息的图示可以作为以图形方式构成的质量控制建造报告被印刷或存储。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细说明本发明。附图示出：
图1示出生成式建造设备的示意图，该建造设备用于执行本方法；
图2示出带有以图形方式示出的负载区域或力流线的长形延伸的构件的简化的示意图，以及由传感器值确定的建造缺陷相对于负载区域或力流线的位置。
具体实施方式
在图1示中示出的SLM设备形式的生成式建造设备1具有壳体2，在该壳体中布置有过程室3，其中在过程室底部4的区域中布置有建造材料储存容器5、带有高度可调的建造平台7的建造室6和溢流容器8。借助于带有覆层器刀片11的覆层器12将粉末状的建造材料9从储存容器5处运输到建造室6处，并在那里施加在已经存在的粉末层13上或部分完成的构件14的表面上。不需要的建造材料被覆层器12扔到溢流容器8中。在过程室上方布置有辐射装置15，该辐射装置包括作为辐射源的激光16和用于使激光辐射18偏转的扫描器17。该扫描器17受处理器20控制，该处理器处理来自存储器19的建造数据。
传感器装置31以例如摄像机的形式探测熔化斑40的形状和大小，并从中在处理器32中产生传感器值，该传感器值通过输出端33与来自存储器19的给该传感器值定位的坐标一同被输送给另一处理器34。要指出的是，也可以在处理器20中进行处理，但清楚起见将两个处理器20和34分开表示。
关于待制造的构件14，通过计算或测量方法确定，在构件14中在哪里存在关键的负载区域。该区域作为负载信息和力流信息存储在存储器35中并从那里被提供给处理器34。
处理器34将来自存储器32的代表可能的建造缺陷的位置的传感器值与在存储器35中存储的负载信息和力流信息关联在一起，该负载信息和力流信息当然也被分配了空间的确定其位置的坐标值。关联的结果通过可视化装置50输出，并可以图形方式示出，对此参照图2。在根据图2的图示中，负载和力流通过阴影线表示。不同的负载或不同的力流通过不同的阴影线表示。
该附图强示意性地示出长形的角状的构件14，该构件例如设计为长形杆件并例如设有两个铰接孔60。借助该铰接孔60(力通过该铰接孔导入构件14中)可以计算负载坐标和力流坐标，并以图形方式显示为力流线61或力流区域62。负载信息、例如作为“冯米塞斯等效应力”的负载信息具有不同的值、即从近似为零至最大值。通常要检查，出现在构件上的最大应力在所有区域中是否小于允许的应力、例如用于构件的材料的屈服极限。
由此可以实现，为构件的所有单元或区域确定负载信息。从这些负载信息中确定关键的或高负载的区域，并且然后根据本发明检查，能否判断出在负载信息或力流信息的这种关键的或高负载的区域中存在对构件质量起负面作用的传感器值。
力流线61或力流区域62以图形方式表示构件的“承载”部分。在这些区域61、62的关键区段中应使构件14尽可能无缺陷地建造，就是说，危险的传感器值不应在那里出现。
建造设备1的传感器装置31将传感器值与为该传感器值定位的坐标值一起确定，其示例性示出。表示为
以×表示的建造缺陷位于构件14的承载区域61、62之外，因此是不关键的。该建造缺陷与力流线61或力流区域62的间距可以以图形方式表示和测量。位于力流线61上的建造缺陷自动地被视觉突显，以便可以容易地识别。根据建造缺陷的位置可能情况下能够，利用覆层器12在关键的构件区域上再涂覆一层并通过激光束21再次熔化，以便通过“过程中修复”的方法改善构件14的强度。
附图标记列表：
1 建造设备
2 壳体
3 过程室
4 过程室底部
5 储存容器
6 建造室
7 建造平台
8 溢流容器
9 建造材料
11 覆层器刀片
12 覆层器
13 粉末层
14 构件
15 辐射装置
16 激光
17 扫描器
18 激光辐射
19 存储器
20 处理器
21 激光束
31 传感器装置
32 处理器
33 处理器32的输出端
40 熔化斑
50 可视化装置
60 铰接孔
61 力流线
62 力流区域
