技术领域
[0001] 本
发明涉及一种增材制造方法及设备，并且具体地涉及一种用于监测，并且可选地控制增材
制造过程的方法及设备。
背景技术
[0002] 用于生产部件的增材制造方法或快速
原型成型方法包括对可流动材料进行逐层
固化。存在各种增材制造方法，包括粉末床系统，诸如，
选择性激光熔化(SLM)、选择性激光
烧结(SLS)、
电子束熔化(EBM)以及
立体光刻，和非粉末床系统，诸如，包括
电弧增材制造的
熔融沉积成型。
[0003] 在选择性激光熔化中，粉末层沉积在构建室中的粉末床上并且跨越粉末层的部分扫描
激光束，该粉末层对应于正在被构建的
工件的横截面(切片)。激光束熔化或烧结粉末以便形成固化层。在对层进行选择性固化之后，粉末床被降低了最新固化层的厚度，并且根据需要将另外一层粉末在表面上铺展并固化。在单个构建中，可以构建多于一个的工件，部件在粉末床中间隔开。
[0004] 已经开发了各种系统用于监测增材制造过程。例如，WO 2015/040433公开了用于监测穿过用于操纵激光束的光学模
块的熔池的设备和方法。通过引用结合在此的PCT/GB2016/051720公开了用于感测增材过程的属性的被动声
传感器的使用。
[0005] S.Clijsters、T.Craeghs、S.Buls、K.Kempen、J-P.Kruth(2014)“使用高速实时熔池监测系统对选择性激光熔化过程的原位
质量控制(In situ quality control of the selective laser melting process using a high-speed,real-time melt pool monitoring system)”，《先进制造技术国际期刊》，1089页至1101页中公开了使得操作员能够在线监测SLM作业的质量并且估计部件质量的系统。为了验证质量，预定义了熔池的预期传感器值。这种参考值是根据实验结果预测的。填充(fill)和轮廓扫描矢量的传感器值的总体可以被用于计算统计参数，诸如某个矢量类的总体分布的平均值和标准偏差。除了这些标准参数之外，可以在能够简化解释过程的参考数据上计算置信区间。置信区间是质量估计的
基础。
[0006] 期望提供改进的增材制造过程的过程控制(in-process control)。
发明内容
[0007] 根据本发明的第一方面，提供了一种监测增材制造设备的方法，该方法包括：在对工件进行构建期间从增材制造设备处接收一个或多个传感器
信号，将该一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化中的相应可接受过程变化进行比较，并且基于该比较生成日志，其中，该多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与工件的构建进展的状态相关联，并且当生成该一个或多个传感器信号时该相应可接受过程变化是与构建进展的状态相关联的可接受过程变化。
[0008] 以这种方式，考虑到随着构建进展影响可接受过程变化的因素(诸如工件的几何形状)，多个可接受过程变化可以对于工件的构建是被定制的。可接受变化可以包括传感器信号自身或源自传感器信号的值的变化。
[0009] 可接受过程变化可以随着
构建时间和/或构建容积和/或工件中的
位置而变化。工件的构建进展的状态可以包括工件上和/或构建容积中的位置或来自构建中的设置事件的时间(零时)。零时可以是构建开始(例如，执行构建的第一指令)的时间或设备开始固化一层材料的时间。可以选择设置事件使得在其期间生成一个或多个传感器信号的随后事件在设置事件后充足的预定时间发生，使得时间成为具有所需
分辨率的位置的代理。这可以简化
传感器数据的收集和相应可接受过程变化的标识，传感器数据将与该可接受过程变化进行比较，因为其仅需要记录生成传感器信号的时间而不用记录生成传感器信号时增材制造设备元件(诸如，可操纵光学器件和/或构建平台的z位置)的位置。在一个
实施例中，多个可接受过程变化在有
序列表中，并且在构建期间以已知顺序生成传感器信号，其中，多个可接受过程变化的顺序对应于生成传感器信号的顺序。
[0010] 增材制造设备可以包括用于固化材料的
能量束和/或等离子流，并且该方法可以包括：确定当生成传感器信号时由能量束和/或等离子流固化的材料的位置(在工件中或在增材制造设备的构建容积中)，以及确定相应可接受的过程变化以与来自经确
定位置的传感器信号进行比较。
[0011] 增材制造设备可以包括可移动构建
支撑件，其中，层被固化用于在构建支撑件上形成工件，该方法包括：确定在一个或多个传感器信号生成期间正在被处理的当前层数，以及确定相应的可接受的过程变化以与来自经确定的层数的传感器信号进行比较。
[0012] 该方法可以包括：确定当生成传感器信号时构建中的时间，以及确定相应的可接受过程变化以与来自经确定的时间的传感器信号进行比较。
[0013] 该方法可以包括：确定生成传感器信号的顺序，以及确定相应的可接受过程变化以与来自经确定的顺序的传感器信号进行比较。
[0014] 可接受过程变化可以包括以下各项中的一项或多项中的可接受变化：
[0016] b)将被固化的可流动材料的温度
[0017] c)熔池的温度
[0018] d)由传感器收集的光的强度
[0020] f)熔池的尺寸，诸如，熔池的面积、熔池的长度和/或宽度、长度与宽度之比、熔池的长度比宽度的变化率(其可用于确定是否已经出现熔池的球化)
[0021] g)相邻层图像的比较
[0024] j)用于将气体再循环通过构建室的
泵的泵速度
[0026] l)刮拭器(wiper)位置、刮拭器的速度和/或加速度
[0027] m)刮拭器上的负载(刮拭器上的加速度和/或负载可以被用于检测被固化区域的部件是否已经向上卷起并且投射在粉末床表面之上)
[0028] n)基于传感器信号的来自热模型的工件/构建的当前或未来部分的预测温度[0029] o)材料的配量
[0030] p)声学信号
[0031] q)粉末床的图像
[0032] r)固化材料的图像，和/或
[0033] s)(a)至(r)中任一项的变化率。
[0034] 在多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对一相关性。
[0035] 可替代地，可接受过程变化中的至少一个与工件的构建进展的多个状态相关联。
[0036] 多个可接受过程变化可以仅适用于工件的某些部分，如由工件的构建进展的相关联状态所
指定的。例如，这些部分可以是具有明显凸出部分或薄壁的工件的部分。对于工件的其他部分，可能不存在例如用于材料或正在使用的扫描策略的可接受过程变化或一般可接受过程变化。具体地，一般可接受过程变化可能适用于不可能出故障的或不关键的工件部分，而工件指定的可接受过程变化可以被用于在没有定制控制情况下更加可能出故障的或关键的部分。在这种替代性实施例中，在每个工件指定的可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对一相关性，而在每个一般可接受过程变化与工件的构建进展的状态之间可以存在一对多相关性。
[0037] 传感器信号可以包括来自增材制造设备的以下传感器中的一个或多个的信号：
[0038] a)
高温计，例如，用于测量材料床和/或熔池的温度
[0039] b)声学传感器，该声学传感器可以被用于获得过程的各种方面的属性，如在通过引用结合在此的GB 1510220.5中所描述的
[0040] c)热(红外)相机，例如，用于测量材料床的温度
[0041] d)可见光相机，例如，用于在构建期间测量工件的
变形[0042] e)光电
二极管，例如，用于测量熔池和/或材料床的温度
[0043] f)光谱仪，用于测量来自在材料熔化期间生成的
等离子体羽和/或熔池的光谱发射。
[0044] g)
力反馈，例如，刮拭器上的负载传感器
[0045] h)
压力传感器，例如，用于测量构建室中的气体压力或跨越
过滤器元件的压差，该过滤器元件用于从通过构建室再循环的气体中过滤冷凝物
[0046] i)质量流动传感器，例如，用于测量通过构建室再循环的气体的质量
[0047] j)氧气传感器，例如，用于测量构建室中的氧气浓度
[0048] k)
编码器，例如，用于测量用于铺展材料层的刮拭器和/或升降机的位置、速度和/或加速度/减速度
[0049] l)加速器，例如，用于测量刮拭器的加速度/减速度
[0050] 可接受过程变化可以是两个感测值之间的差的变化(而不是绝对值的变化)。以这种方式，可能不需要根据绝对值校准传感器。例如，在铺展每层之后可以比较材料床的图像，并且如果相邻层图像中的差在可接受过程变化之外，则可以生成合适的动作，诸如，停止构建、层的重新配量和铺展，和/或生成用于通知操作员构建中的潜在误差的警告。
[0051] 用于完成构建、完成层和/或固化区域的时间可以自身是存在可接受过程变化的变量。例如，如果用于完成层的时间落在可接受过程变化之外，则这可能造成由于构建冷却引起的随后层的处理中的故障并且构建可能停止。
[0052] 传感器信号关于平均值的形状测量，诸如偏度或峰度的测量，可以是存在可接受过程变化的变量。可接受过程变化可以包括针对进展的连续状态的传感器信号的可接受模式。例如，可接受过程变化可以与针对进展的多个状态的传感器信号的模式相关，该模式指示传感器信号正在开始与可接受过程变化偏离。具体地，与相应可接受过程变化的模式明显不同的增加或减少的传感器信号的模式可以指示过程与可接受限制的偏离的开始。
[0053] 该方法可以包括基于传感器信号与相应可接受过程变化的比较在构建期间控制增材制造设备。
[0054] 该方法可以包括在增材制造设备上控制构建的参数，以便将感测信号维持在相应可接受过程变化内。参数可以包括被用于固化材料的能量束的一个或多个功率、在材料上的能量束的光斑尺寸、能量束跨越材料的扫描速度、(针对能量束脉冲扫描的)点曝光时间和点距离、阴影(hatch)距离、阴影长度以及扫描策略(诸如，曲折、棋盘、条纹和/或壳以及核心扫描策略)。
[0055] 该方法可以包括如果感测信号落在可接受过程变化之外，则停止工件的构建。停止工件的构建可以包括停止整个构建，或者在工件与其他工件一起构建的情况下，抑制该工件的构建，同时继续其他工件的构建。
[0056] 该方法可以包括如果感测信号落在可接受过程变化之外，则对增材制造设备的构建/重新校准进行重新基准化。
[0057] 该方法可以包括如果传感器信号落在可接受过程变化之外，则对该工件进行加工。
[0058] 该增材制造设备可以包括机器链的一部分，并且该方法可以包括如果感测信号落在可接受过程变化之外，则生成用于机器链的另外的机器的指令。
[0059] 该方法可以包括基于落在相应可接受过程变化之外的传感器信号而仅存储源自该传感器信号的传感器数据的子集。例如，可以在意外情况下存储传感器数据，仅有落在相应可接受过程变化之外的传感器数据和关于该数据的窗内的传感器信号被存储。
[0060] 该日志可以包括位置数据，诸如，坐标数据或工件的构建状态或进展，根据该位置数据可以确定工件可疑区域的位置，在形成期间，其生成落在该相应可接受过程变化之外的传感器信号。该方法可以包括使用位置数据来显示工件的可疑区域，优选地以工件或构建的2维或3维表示。以这种方式，用户可以从显示器中标识工件的可疑区域用于进一步调查和/或动作以校正
缺陷，这可以在制造过程的后期阶段进行。
[0061] 该方法可以包括基于落在相应可接受过程变化之外的工件的区域的传感器信号而控制增材制造设备以修复此区域。例如，该修复可以包括使用能量束/等离子流来重新固化区域。
[0062] 该方法可以包括基于落在相应可接受过程变化之外的工件的区域的传感器信号而控制增材制造设备以执行对此区域的进一步检查。该检查可以包括例如使用能量束来探测区域，诸如用于固化材料或的能量束或其他能量束。用于检查的能量束的能量
密度可以低于固化材料所需要的密度。该检查可以包括：使用热源对区域进行加热，该热源可以选择性地加热工件的区；以及使用传感器(诸如，高温计或热相机)监测区域的热特性。
[0063] 根据本发明的第二方面，提供了用于监测增材制造设备的
控制器，该控制器包括被布置用于进行以下操作的处理器：在对工件进行构建期间从增材制造设备处接收一个或多个传感器信号，将该一个或多个传感器信号与多个可接受过程变化的相应可接受过程变化进行比较，并且基于该比较生成日志，其中，该多个可接受过程变化中的每个可接受过程变化与工件的构建进展的状态相关联，并且当生成该一个或多个传感器信号时该相应可接受过程变化是与构建进展的状态相关联的可接受过程变化。
[0064] 控制器可以被布置用于接收该多个可接受过程变化、以及可选地接收用于构建工件的构建指令。控制器可以包括
存储器和被布置用于在接收到构建指令时将多个可接受过程变化存储在存储器中的处理器。在完成工件的构建之后或者当用于不同工件的构建指令被上传至控制器时可以从存储器中擦除多个可接受过程变化。由于多个可接受过程变化特定于工件的构建，所以多个可接受过程变化可以包含在与用于执行构建和一起上传至控制器的指令相同的文件中。由于多个可接受过程变化是构建/工件特定的，一旦控制器用于不同的构建/工件，则多个可接受过程变化是冗余的并且可以被擦除。
[0065] 控制器可以被布置用于基于落在相应可接受过程变化之外的传感器信号而仅存储源自该传感器信号的传感器数据的子集。
[0066] 根据本发明的第三方面，提供了一种包括根据本发明的第二方面的控制器的增材制造设备。
[0067] 根据本发明的第四方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行如本发明的第一方面所述的方法。
[0068] 根据本发明的第五个方面，提供了一种在增材制造设备中生成用于工件的构建的指令的方法，该方法包括：使用该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备构建与该工件的至少一部分标称相同的一个或多个初始工件，在该初始工件或每个初始工件的构建期间从该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备处接收一组传感器信号，评估该一个或多个初始工件以确定该初始工件或每个初始工件是否满足指定要求，以及将该组或每组传感信号与一个或多个质量标识符相关联，该质量标识符标识该组的全部或部分传感器信号是否表示满足该指定要求的构建的传感器信号，并且根据该一组或多组传感器信号以及相关联的质量标识符，来确定用于使用该增材制造设备在该工件的随后构建期间生成的相应一组传感器信号的多个可接受过程变化。
[0069] 可接受过程变化可以由在一个或多个初始工件的构建期间的传感器信号中的自然过程变化的统计分析以及传感器信号是否与被评估为满足该指定要求的工件的一部分相关来确定(所谓的“黄金感测数据”，用作判断未来的构建所依据的基准或指纹)。可能在与工件的构建相同的一个或多个初始构建期间已经从由该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备生成的传感器信号中得出可接受过程变化。
[0070] 统计分析可以包括贝叶斯建模和/或群集分析。由于传感器信息是从(多个)相同工件的构建以及可选地(多个)相同构建中生成的，所以传感器数据受控于可能由不同几何形状以及可选的不同构建引起的变化。例如，正在被固化的区域(例如，熔池)的温度可以取决于工件的几何形状/构建的设置而变化，即使跨越将被固化的区域使用相同的扫描策略。此外，连续层的固化之间的时间可以影响发生在层形成之间的冷却，并且因此影响构建的热特性。连续层的固化之间的时间将取决于每层中将被固化的区域的大小，即所谓的层的“负载”。除了其他事项以外，层的负载将取决于正在构建的工件的几何形状、将在单个构建中构建的工件数量以及构建工件的方向。相应地，初始工件的一个或多个构建期间从由该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备生成的传感器信号中得出针对工件的构建的可接受过程变化确保了将工件的几何形状以及可选地构建设置对于传感器数据的影响考虑在内。这种方法可以尤其适合于使用该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备的一系列相同工件和/或构建的制造。
[0071] 在一系列标称相同工件的制造中，随着更多工件被构建，可接受过程变化可以使用来自每个构建的传感器数据而改进/演变。
[0072] 可以在构建容积内的位置中构建初始工件，该位置与随后构建工件的位置相同。构建容积中工件位置的变化可能影响实现满足指定要求的工件所需要的参数，使得针对构建容积中工件的一个位置而确定的可接受过程变化可能不适用于构建容积中的工件的另一个位置。例如，跨构建表面的不同位置处气流的差异可能需要不同的参数用于在构建容积中不同位置处构建工件。
[0073] 在替代性实施例中，可以在构建容积内的位置中构建初始工件，该位置与随后构建工件的位置不同。例如，映射可以被用于将针对构建容积中工件的一个位置而确定的可接受过程变化转变为针对构建容积中工件的另一个位置的可接受过程变化。可以根据合适的映射例程来确定映射，诸如，通过在贯穿构建容积不同位置处的测试块/元件的构建，以及比较构建容积内不同位置处的测试块/元件的传感器信号的差异。
[0074] 在工件是将被一起构建在单个构建中的一组(相同或不相同)工件中的一个的情况下，初始工件还可以与当构建工件时所用的构建容积中的布局相同的布局中的一组相同工件构建在一起。以这种方式，在(多个)初始工件的(多个)构建中实现了与随后构建的工件相同的负载。
[0075] 在替代性实施例中，在工件是将被一起构建在第一构建布局中的单一构建中的一组(相同或不相同)工件中的一个的情况下，(多个)初始工件可以被构建在构建容积中的第二不同构建布局中，并且映射被用于将根据第二构建布局中的初始工件的传感器数据确定的可接受过程变化转变为针对第一构建布局中工件的构建的可接受过程变化。例如，映射可以被用于将根据第二构建布局中初始工件的传感器数据确定的可接受过程变化转变为针对第一构建布局中工件的构建的可接受过程变化。可以根据合适的映射例程来确定映射，诸如，通过具有不同负载的一系列构建的(例如，测试块/元件的)构建，以及比较具有不同负载的构建的传感器信号的差异。
[0076] 该方法可以包括生成用于将针对第一增材制造设备确定的可接受过程变化转变为用于相应第二增材制造设备的一组可接受过程变化的映射。具体地，第一增材制造设备中的传感器的响应可以不同于第二增材制造设备中的传感器的响应。相应地，映射可以转变可接受过程变化，以考虑这两个设备中的传感器响应的差异。可以通过在每个增材制造设备中构建相同的测试块以及标识传感器的性能差异来确定映射。
[0077] 相应增材制造设备具有与增材制造设备标称相同的功能。例如，相应增材制造设备可以具有与增材制造设备相同的品牌和型号，或与可以被配置用于在与增材制造设备通用的功能设置中运行的增材制造设备相同的品牌和型号，诸如具有标称相同的扫描参数、光斑尺寸、点距离、曝光时间、激光功率等，以及与用于生成传感器信号的可比较传感器标称相同的气体流量、刮拭器速度和z平台速度，使得可以在不同的增材制造设备上的构建之间进行同比比较。标称相同的增材制造设备可以具有或可以被配置用于具有标称相同的信号定时和/或处理延迟。当然，增材制造设备可以以不明显影响构建的方式而不同，诸如，
颜色、
外壳的形状以及可能提供仍导致标称相同的功能性能的不同元件(诸如，不同的过滤器元件和/或泵)。相应增材制造设备可以包括已经被配置用于模仿增材制造设备功能的增材制造设备。
[0078] 初始工件的构建的指定要求可以是：工件的构建的完成、固化材料的密度、缺少或最大数量或尺寸的裂缝、工件中的空隙或夹杂物、表面光洁度、孔隙度、工件的
水晶结构(包括晶粒大小和形态)和/或化学组成。该指定要求可以是：指定抗压强度、拉伸强度、剪切强度、硬度、微硬度、体积模量、
剪切模量、
弹性模量、
刚度、断裂伸长率、泊松比、耐
腐蚀性、耗散因数、工件的
导电性和/或磁特性。该指定要求可以是当执行功能测试时的指定性能。在只有初始工件的区域被认为满足该指定要求的情况下，用户可以标识针对该初始工件的构建的所有传感器信号是否被标识为与未满足该指定要求的构建相关，或仅与被认为未满足该指定要求的区域相关联的传感器信号是否应该被标识为如此，其中，其他传感器数据与可接受构建相关。例如，在前一种情况下，用户可以认为故障是影响大部分区域/所有构建的系统误差。在后一种情况下，用户可以标识故障是不明显影响针对工件的远程区域收集的传感器信号的局部故障。
[0079] 用于确定工件是否满足指定要求的工件分析可以包括
无损检测(DT)(诸如，维度测试)，例如使用
接触感测(诸如接触触发式探针或扫描探针)或使用无接触感测(诸如光学探测)和/或CT或超声扫描，例如用于确定工件是否包括裂缝或夹杂物。
[0080] 用于确定工件是否满足指定要求的工件分析可以包括损坏检测，诸如，物理分段和检查，例如使用
显微镜和/或证明检测。用于确定工件是否满足指定要求的工件分析可以包括密度测量，诸如，阿基米德测试。工件分析可以包括对由过程检测/检查获得的值的分析。例如，增材制造设备可以包括逐层检查，诸如，空间分辨声学
光谱学(SRAS)。
[0081] 该方法可以包括：根据一组或多组传感器信号和相关联的质量标识符确定一组主要可接受过程变化，每个主要可接受过程变化与工件的构建进展的状态相关联；根据该组主要可接受变化生成一组简化次要可接受过程变化，该次要可接受过程变化中的至少一个与该工件的构建进展的多个状态相关联。可以通过将主要可接受过程变化中的类似变化分组在一起并且针对每组生成该次要可接受过程变化中的一个来生成一组简化次要可接受过程变化，每个次要可接受过程变化与多个进展状态相关联，该多个进展状态对应于与相应组的主要可接受过程变化相关联的进展的状态，针对相应组生成次要可接受过程变化。
[0082] 在某些情况下，针对构建进展每个状态(诸如，每个曝光点)的一组完整的可接受过程变化可以导致非常大的文件。相应地，将一组主要可接受过程变化简化到更小的、易管理的一组次要可接受过程变化是存在优势的，该次要可接受过程变化仍具有该一组主要可接受过程变化的关键特性。具体地，针对构建进展相邻状态的可接受过程变化可能足够相似，而不保证为两种状态保持单独的主要可接受过程变化。
[0083] 相应地，每个次要可接受过程变化可以是根据相应组的主要可接受过程变化的特性生成的，针对该相应组生成该次要可接受过程变化。
[0084] 可以使用源自相似性函数的值来对主要可接受过程变化进行分组。
[0085] 该方法可以包括接收标识工件的不同区域的用户输入，针对该不同区域，不同的相似性标准被用于将主要可接受过程变化分组在一起。具体地，构建的一些区域可以被标识为有问题，并且因此用户可以认为以下操作是有用的，将具有较高分辨率的差分的可接受过程变化用于这些有问题的区域而不是没那么多问题的构建的区域。通过允许用户标识应用不同相似性标准的区域，该方法允许用户基于构建的先验知识和工件要求来调整提供至可接受过程变化的概括水平。
[0086] 根据本发明的第六方面，提供了一种用于生成用于控制增材制造设备的指令的系统，该系统包括处理器，该处理器被布置用于：使用该相应增材制造设备和/或一个或多个相应增材制造设备接收用于一个或多个初始工件的每个构建的一组传感器信号，该一个或多个初始工件与该工件的至少一部分标称相同，接收该初始工件或每个初始工件是否满足指定要求的指示，以及将该组或每组传感信号与一个或多个质量标识符相关联，该质量标识符标识该组的全部或部分传感器信号是否表示满足该指定要求的构建的传感器信号，并且根据该一组或多组传感器信号以及相关联的质量标识符，确定针对在该工件的随后构建期间使用该增材制造设备生成的相应一组传感器信号的多个可接受过程变化。
[0087] 该处理器可以被布置用于将每个可接受过程变化与构建进展的状态相关联。进展的状态可以是构建容积内的位置，构建期间的时间和/或构建期间收集传感器信号的顺序。
[0088] 该处理器可以被布置用于生成构建文件，该构建文件包括当以逐层方式在工件的形成中固化材料时用于能量束或等离子流遵循的扫描路径和扫描参数，以及多个可接受过程变化。
[0089] 该处理器可以被布置用于：根据一组或多组传感器信号和相关联的质量标识符确定一组主要可接受过程变化，每个主要可接受过程变化与工件的构建进展的状态相关联；以及根据该组主要可接受变化生成一组简化次要可接受过程变化，该次要可接受过程变化中的至少一个与该工件的构建进展的多个状态相关联。
[0090] 可以通过将主要可接受过程变化中的类似变化分组在一起并且针对每组生成该次要可接受过程变化中的一个来生成一组简化次要可接受过程变化，每个次要可接受过程变化与多个进展状态相关联，该多个进展状态对应于与相应组的该主要可接受过程变化相关联的进展的状态，针对该相应组生成该次要可接受过程变化。
[0091] 每个次要可接受过程变化可以是根据该相应组的该主要可接受过程变化的特性生成的，针对该相应组生成该次要可接受过程变化。
[0092] 可以使用源自相似性函数的值来对主要可接受过程变化进行分组。
[0093] 该处理器可以被布置用于接收标识工件的区域的用户输入，并且使用不同的相似性标准来对与已标识区域相关联的主要可接受过程变化进行分组，该相似性标准不同于被用于对与该工件的其他区域相关联的主要可接受过程变化进行分组的相似性标准。
[0094] 根据本发明的第七方面，提供了一种其上具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器根据本发明的第六方面来执行。
[0095] 根据本发明的第八方面，提供了一种控制增材制造设备的方法，该方法包括：提供用于通过使用增材制造设备以逐层的方式固化材料来构建工件的指令，以及确定用于该增材制造设备的传感器信号的多个可接受工艺变化，以及生成包括该指令和该多个可接受过程变化的构建文件。
[0096] 该可接受过程变化的每一个可以与工件的构建进展的至少一个状态相关联。
[0097] 根据本发明的第九方面，提供了一种包括处理器的设备，该处理器被布置用于执行本发明的第八方面的方法。
[0098] 根据本发明的第十方面，提供了一种其上存储有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第八方面的方法。
[0099] 根据本发明的第十一方面，提供了一种其上具有构建文件的数据载体，该构建文件用于以逐层的方式指示工件的构建中的增材制造设备，该构建文件包括：关于该增材制造设备如何构建该工件的指令以及用于在该工件构建期间由该增材制造设备的传感器生成的传感器信号的可接受过程变化。
[0100] 因为可接受过程变化对于将被构建的工件是特定的，所以将可接受过程变化以及用于构建工件的指令存储在构建文件中确保了当上传构建文件时两者都被传送至增材制造设备。
[0101] 根据本发明的第十二方面，提供了一种监测增材制造设备的方法，该方法包括：当材料被固化时捕获材料层的多个热图像，以及根据对该多个热图像的比较确定被固化区域的温度的变化率，以及存储该被固化区域的温度的变化率的记录。
[0102] 可以记录材料层的多个区域的温度变化率。可以针对每层存储温度变化率的二维图。该方法可以包括向用户显示二维图。
[0103] 对用于确定温度变化率的热相机进行校准可以比对用于确定绝对温度的热相机进行校准容易。然而，人们认为，了解温度变化率而不了解绝对温度在增材制造设备中提供了有用的反馈。例如，在构建期间出现在工件中的热
应力可以与跨固化材料的热梯度而不是绝对温度相关。可以根据对应于层上的公共位置的多个图像中的
像素强度的差异来确定温度的变化率。
[0104] 根据本发明的第十三方面，提供了一种增材制造设备，包括支撑件，用于向该支撑件提供材料的材料源，以及用于固化材料层以便以逐层方式形成工件的
辐射源，用于当材料被固化时对该材料进行成像的热相机，以及处理器，该处理器被布置用于：从该热相机处接收图像，比较被固化材料的多个图像以便确定该被固化材料的温度变化率。
[0105] 根据本发明的第十四方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第九方面的方法。
[0106] 根据本发明的第十五方面，提供了一种监测增材制造设备的方法，该方法包括：捕获连续的材料层的图像，针对多个相应区域确定连续层的相应区域之间的图像中的差异，根据该差异确定量化该多个相应区域的图像的整体差异的不相似值，以及基于该不相似值是否在
阈值之上或之下来控制该增材制造设备。
[0107] 以这种方式，整体测量被提供用于标识：落在预期过程变化之外的构建事件是否已经发生，并且因此控制了增材制造设备。例如，增材制造设备可以初始地尝试自动解决问题，诸如，粉末层的重新配量。在自动解决未能使连续层的图像中的差异低于(例如，预期过程变化内的)阈值的情况下，增材制造设备可以向用户/操作员标记已经发生了差异。
[0108] 在使用能量束/等离子流进行固化之前图像可以是连续的材料层。可以基于预期的不相似值来设置阈值，该不相似值被标识用于已经(例如，使用充足的材料
覆盖)被正确形成并且不具有通过其突出的固化部件的两个连续的材料层。可以根据对不相似值的统计分析(自然变化)来确定阈值，该不相似值生成用于这种正确形成的连续层，该阈值设置在统计确定的自然变化之上。
[0109] 相应区域可以是图像的相应单独像素或像素组。可以根据相应区域之间的差异来确定不相似值，其中，相较于差异的大小，更大的差异被加权从而不成比例地贡献不相似值。以这种方式，相较于许多相应区域之间较小的差异，不相似值将显著受到较少的相应区域之间的巨大差异的影响。
[0110] 根据本发明的第十六方面，提供了一种增材制造设备，包括：支撑件，用于向该支撑件提供材料的材料源，以及用于固化该材料层以便以逐层方式形成工件的辐射源，用于对连续的材料层进行成像的相机，以及处理器，该处理器被布置用于：针对多个相应区域确定该连续层的相应区域之间的图像中的差异，根据该差异确定量化该多个相应区域的图像的整体差异的不相似值，以及基于不相似值是在阈值之上或之下来控制该增材制造设备。
[0111] 根据本发明的第十七方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第十五方面的方法。
[0112] 根据本发明的第十八方面，提供了一种监测增材制造设备的方法，该方法包括：捕获在使用能量束对层进行固化之前已经被刮拭器铺展的材料层的图像，确定量化该图像的不同列之间差异的不相似值，以及基于该不相似值是在阈值之上或之下来控制该增材制造设备以改变/调整该刮拭器和/或为用户生成用于检查该刮拭器的警告。
[0113] 根据本发明的第十九方面，提供了一种增材制造设备，包括：用于支撑材料床的支撑件，用于提供材料的材料源、用于铺展由跨越该材料床的材料源所提供的材料的刮拭器，以及用于生成用于固化材料层以便以逐层方式形成工件的能量束的辐射源，用于在使用该能量束对该层进行固化之前捕获每层图像的相机、以及处理器，该处理器被布置用于：针对每个图像确定量化该图像的不同列之间差异的不相似值，以及基于该不相似值是在阈值之上或之下来控制该增材制造设备以改变/调整该刮拭器和/或为用户生成用于检查该刮拭器的警告。
[0114] 根据本发明的第二十方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第十八方面的方法。
[0115] 根据本发明的第二十一方面，提供了一种监测增材制造过程的方法，其中，通过以逐层的方式固化材料来构建工件，该方法包括：在对工件进行构建期间从该增材制造设备处接收传感器信号，从该传感器信号标识该工件的区域用于进一步检查，以及操控
传感器系统以从已标识区域捕获进一步的传感器数据。
[0116] 传感器系统可以包括用于捕获由区域生成的辐射的
光学传感器系统。光学系统可以包括用于捕获从该工件上的所选择地点发射的辐射的可操纵光学器件。该方法可以包括控制用于捕获来自已标识区域的辐射的可操纵光学器件。可替代地，光学系统可以安装在台架系统上，该台架系统用于引导光学系统捕获从工件上的所选择地点发射的辐射。该方法可以包括操控台架系统上的光学系统来从已标识区域捕获进一步的传感器数据。
[0117] 光学系统可以与用于引导激光束以固化材料的光学系统共享光学部件，其中，该光学系统被引导用于在使用该激光束对材料进行固化之间的区域上捕获进一步数据。例如，光学系统可以被引导用于在使用刮拭器形成层和/或支撑材料床的平台的移动期间从已标识区域捕获辐射。可替代地，如果区域被标识用于进一步检查，则可以
修改用于固化材料的光学系统的预定移动，使得能够在材料被固化的时间段期间在区域上捕获进一步数据。在区域上捕获进一步传感器数据期间，被用于固化材料的激光束可以被关闭、调低功率或
散焦，以使得在捕获进一步传感器数据期间避免已标识区域的重新固化。使用低于固化材料所需的较低
能量密度的激光束作为激光探针可以是有用的以刺激从已标识区域发射辐射。
[0118] 可替代地，光学系统可以包括与该系统分离的、用于操纵被用于固化材料的能量束的光学系统。
[0119] 如果传感器信号落在可接受过程变化之外，则区域可以被标识用于进一步检查。
[0120] 根据本发明的第二十二方面，提供了一种用于控制增材制造设备的控制器，该控制器包括处理器，该处理器被布置用于：在对工件进行构建期间从该增材制造设备处接收传感器信号，根据该传感器信号标识工件的区域用于以进一步检查，以及生成用于操控传感器系统以从该已标识的区域捕获进一步的传感器数据的指令。
[0121] 根据本发明的第二十三方面，提供了一种包括根据本发明的第二十二方面所述的控制器的增材制造设备。
[0122] 根据本发明的第二十四方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第二十二方面的方法。
[0123] 根据本发明的第二十五方面，提供了一种在增材制造设备中生成用于工件的构建的指令的方法，该方法包括：针对使用该增材制造设备在该工件的构建期间生成的传感器信号，接收一组主要可接受过程变化，每个主要可接受过程变化适用于在与该主要可接受过程变化相关联的该工件的构建进展的特定状态期间生成的该传感器信号；以及根据该组主要可接受变化生成一组简化次要可接受过程变化，该次要可接受过程变化中的至少一个与该工件的构建进展的多个状态相关联。
[0124] 可以通过将主要可接受过程变化中的类似变化分组在一起并且针对每组生成该次要可接受过程变化中的一个来生成一组简化次要可接受过程变化，每个次要可接受过程变化与多个进展状态相关联，该多个进展状态对应于与相应组的该主要可接受过程变化相关联的进展的状态，针对该相应组生成该次要可接受过程变化。
[0125] 每个次要可接受过程变化可以是根据相应组的主要可接受过程变化的特性生成的，针对该相应组生成该次要可接受过程变化。
[0126] 可以使用源自相似性函数的值来对主要可接受过程变化分组。
[0127] 该处理器可以被布置用于接收标识工件的不同区域的用户输入，针对该不同区域，不同的相似性标准被用于将主要可接受过程变化分组在一起。
[0128] 根据本发明的第二十六方面，提供了一种包括处理器的控制器，该处理器被布置用于执行本发明的第二十五方面的方法。
[0129] 根据本发明的第二十七方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第二十五方面的方法。
[0130] 根据本发明的第二十八方面，提供了一种用于生成用于制造链的机器的指令的方法，该制造链被用于制造工件，该制造链包括增材制造设备，该方法包括：在对工件进行构建期间从该增材制造设备处接收传感器信号，以及基于该传感器信号生成用于该制造链的至少一个另外的机器的指令。
[0131] 该方法可以包括将传感器信号与该传感器信号中的可接受过程变化进行比较，并且基于该比较生成用于制造链的至少一个另外的机器的指令。
[0132] 该另外的机器可以包括
减材制造机器、
抛光机器、支撑件去除机器、测量机器、另外的增材制造机器、用于消除工件中
热应力的机器、和/或用于修整构建基底的机器。
[0133] 根据本发明的第二十九方面，提供了一种用于生成用于制造链的机器的指令的设备，该制造链被用于制造工件，该设备包括被布置用于执行本发明的第二十八方面的方法的处理器。
[0134] 根据本发明的第三十方面，提供了一种其上存储有机器可读指令的数据载体，其中，当由处理器执行时，该机器可读指令使得该处理器执行本发明的第二十八方面的方法。
[0135] 用于制造工件的制造链，该制造链包括增材制造机器、至少一个另外的机器以及根据
权利要求100的设备。
[0136] 根据本发明的第三十一方面，提供了一种制造工件的方法，该方法包括使用增材制造设备，其中，该工件通过以逐层的方式固化材料而形成，该方法包括：在对工件进行构建期间从该增材制造设备的传感器处接收传感器信号，以及针对在捕获到该传感器信号时构建进展的状态，显示每个传感器信号的表示以及来自此传感器的信号的相应可接受过程偏差，其中，进展的状态中的不同状态与不同可接受过程变化相关联。
[0137] 根据本发明的第三十二方面，提供了一种将被用在制造过程中的
可视化设备，该可视化设备包括处理器和显示器，其中，该处理器被布置用于执行本发明的第三十一方面的方法，以使得该显示器显示该表示。
[0138] 根据本发明的第三十三方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第三十一方面的方法。
[0139] 根据本发明的第三十四方面，提供了一种使用一个或多个增材制造设备制造多个标称相同的工件的方法，其中，该工件通过以逐层的方式固化材料而形成，该方法包括：在对工件进行构建期间从该增材制造设备或每个增材制造设备处接收传感器信号，根据用于该构建进展的不同状态的该传感器信号来确定多个可接受过程变化，以及针对在捕获到该传感器信号时构建进展的状态，显示该工件中的至少一个工件的每个传感器值的表示以及该多个可接受过程变化的相应可接受过程偏差。
[0140] 根据本发明的第三十五方面，提供了一种将被用在制造过程中的可视化设备，该可视化设备包括处理器和显示器，其中，该处理器被布置用于执行本发明第三十四方面所述的方法，以使得该显示器显示该表示。
[0141] 根据本发明的第三十六方面，提供了一种其中具有指令的数据载体，当由处理器执行该指令时，使得该处理器执行本发明的第三十四方面的方法。
[0142] 该数据载体可以是用于向机器提供指令的合适介质，诸如，非暂态数据载体，例如，
软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、蓝光(TM)碟、存储器(诸如，记忆棒(TM)、SD卡、紧凑型闪存卡等)、磁盘
驱动器(诸如，
硬盘驱动器)、磁带、任何磁
电机/光存储器、或暂态数据载体，诸如，在
导线或光纤上的信号或无线信号，例如，在有线或无线网络上发送的信号(诸如，互联网下载、FTP传输等)。
附图说明
[0143] 图1是根据本发明的选择性激光熔化(SLM)设备的示意性表示；
[0144] 图2是选择性激光熔化设备的气体再循环回路的示意性表示；
[0145] 图3是选择性激光熔化设备的光学单元的示意性表示；
[0146] 图4示出了由SLM设备使用的点扫描策略；
[0147] 图5是可以由标称相同工件的多个构建生成的传感器信号的示意性表示；
[0148] 图6是
流程图，展示了根据本发明实施例的方法；
[0149] 图7是示出了当执行层的扫描的多个阴影时捕获的逐点基础上的
光电二极管数据的图形；
[0150] 图8是主要可接受过程变化与工件的构建进展状态之间的关联以及用于基于相似性测量而群集主要可接受过程变化的层次聚类
算法的示意性表示；
[0151] 图9是次要可接受过程变化与工件的构建进展状态之间以一对多关系的关联的示意性表示；
[0152] 图10示出了在层的材料固化之前和之后由可见相机拍摄的选择性激光熔化设备中的层的图像；并且
[0153] 图11展示了用于表示传感器数据以及可接受过程变化的可视化装置。
具体实施方式
[0154] 参考图1，根据本发明实施例的选择性激光熔化(SLM)设备包括构建室101，在该构建室中具有隔板114、115，该隔板限定了构建容积116以及可以在其上沉积粉末的表面。构建平台102限定了工作区域，在该工作区域中，通过选择性激光熔化粉末104来构建工件103。随着工件103的连续层形成，可以使用升降机机构117来在构建容积116内使平台102降低。可用的构建容积由构建平台102可以被降低到构建容积116中的程度来限定。构建平台
102根据WO 2010/007394中公开的概念将构建室101划分成上部室120和下部室121。
[0155] 在通过分配设备109和刮拭器108来构建工件103时，形成了粉末104的层。例如，分配设备可以是如在WO 2010/007396中所描述的设备。刮拭器108被安装用于允许刮拭器108相对于偏置构件(未示出)的偏置向上移动，并且负载传感器193被提供用于检测刮拭器108的垂直偏转。刮拭器108的这种垂直偏转可以由从床突出的构建的固化部分引起，例如因为由构建期间的热应力引起的卷曲或变形。在刮拭器108跨过突出时，负载传感器193提供对这些突出的存在的反馈。
[0156] 编码器194、195被用于测量构建平台102和刮拭器108的位置。位置信息被反馈至计算机160。
[0157] 激光模块105生成用于熔化粉末104的激光，在计算机160的控制下、按照光学模块106的要求将激光引导至粉末床104上。激光通过窗口107进入室101。
[0158] 计算机160包括处理器单元161、存储器162、显示器163、用户输入装置164(诸如
键盘、
触摸屏等)、连接至激光熔化设备的模块(诸如光学模块106、激光模块105)的数据连接、以及驱动该分配设备109、刮拭器108和构建平台102移动的
马达(未示出)。外部数据连接166用于将构建文件上传到计算机160。基于包含在构建文件中的扫描指令，激光单元105、光学单元106、以及构建平台102的移动由计算机160控制。
[0159] 参考图2，设备包括气体
喷嘴140和气体排出口141，用于生成跨构建平台102穿过上部室120的气流。气流充当气刀，其携带通过使用远离构建区域的激光熔化粉末所产生的冷凝物。该设备包括用于生成跨窗口107的气流的其他气体喷嘴144。此气流可以阻止在窗口107上收集冷凝物，进而可以影响通过窗口107递送的激光束118的质量。
[0160] 通
风孔143提供了用于从室120、121排出/去除气体的装置。回填入口145提供了用于使用惰性气体回填室120、121的入口。下部室121可以包括用于将下部室121保持在相对于上部室120的过压处的其他入口146。
[0161] 气流回路包括并联连接在气体回路内的过滤器组件200、201，用于过滤再循环气体内的颗粒。每个过滤器组件200、201包括过滤器外壳202、203、位于过滤器外壳202、203中的过滤器元件E-5、E-7，以及用于分别打开和关闭气体入口和气体出口的手动操作的
阀门V-2、V-3、V6、V-7。每个过滤器组件200、201是可从气体回路拆除的以替换过滤器，如在WO 2010/026396中所描述的(参见图4b)。
[0162] 泵E-4生成通过气体回路的气流。气体排出泵E-4经过气体喷嘴140、144以产生跨构建表面和窗口107的气刀。泵还可以将气体递送至下部室121中的入口146，用于将下部室121维持在相对于上部室120的过压处。排出口141通过压力传感器I-5连接至过滤器组件
200、201以完成气体回路。
[0163] 回填入口145被连接至惰性气体211的源，并且惰性气体向回填入口的流动受
电磁阀V-19控制。
[0164]
通风孔143被连接至电磁阀V-18以及
真空泵E-1，这提供了用于在上部室120和下部室121中产生低压或真空的装置。氧气传感器I-4检测存在于通过通风孔143从室120、121中排出的气体中的氧气量。通风孔143还连接至压力传感器I-2和排气阀V-17。压力传感器I-2测量在通风孔143处的气压，并且如果压力传感器I-2测量到过大的压力，则打开排气阀V-17。通常，上部室120维持在相对于
大气压的轻微过压处。
[0165] 图3详细地示出了光学模块106。该光学模块包括：用于连接至激光模块105的激光孔170；用于连接至测量装置172、173的测量孔171；以及输出孔174，激光束穿过该输出孔被引导穿过窗口107到粉末床104上，并且从粉末床发射的辐射被收集。
[0166] 通过扫描包括两个可倾斜反射镜175(仅示出其中一个)和聚焦透镜176、177的光学器件，激光束被操纵并聚焦到粉末床104上的所需位置。
[0167] 可倾斜反射镜175各自被安装成在诸如检流计等
致动器的控制下围绕轴线旋转。这些反射镜175绕之旋转的这些轴线是基本上垂直的，使得一个反射镜可以沿一个方向(X方向)将激光束偏转，并且另一个反射镜可以沿垂直方向(Y方向)将激光束偏转。然而，应理解的是，可以使用其他布置，诸如围绕两条轴线可旋转的单一反射镜，和/或可以例如通过光纤将激光束连接至被安装成沿X方向和Y方向进行线性移动的反射镜中。US 2004/
0094728和US 2013/0112672中公开了后一种布置的示例。
[0168] 为了确保针对激光束的偏转
角中的变化，激光束的焦点仍维持在同一平面中，已知的是在可倾斜反射镜之后提供f-θ透镜。然而，在这个实施例中，在可倾斜反射镜175之前(相对于激光束的行进方向)提供了一对可移动透镜176、177用于在偏转角变化时聚焦激光束。聚焦透镜176、177的移动与可倾斜反射镜175的移动同步地被控制。聚焦透镜176、177可以是通过诸如音圈184等致动器在线性方向上朝向和背离彼此可移动的。
[0169] 可倾斜反射镜175和聚焦透镜176、177被适当地选择为透射典型地1064nm的激光
波长、以及从熔池发射的所收集的辐射的波长两者。
[0170] 分束器178设置在聚焦透镜176、177与
激光器105和测量装置172、173之间。分束器178是反射具有激光波长的光、但允许具有其他波长的光从其中穿过的陷波
滤波器。激光朝向聚焦透镜176、177被反射，并且由扫描光学器件收集的、不具有激光波长的光透射到测量孔171。
[0171] 光学模块106进一步包括用于捕捉透射穿过分束器178的激光的吸热器181。如预期的，大部分激光被分束器178反射。然而，非常小比例的激光穿过分束器178，并且这一小部分激光被吸热器181捕捉。在这个实施例中，吸热器181包括中心锥体182，该中心锥体将光反射到位于吸热器181的壁上的散射表面183上。散射表面183可以是如下表面，其具有分散激光的波纹或脊形表面。例如，散射表面183可以包括具有螺旋形或螺线形的脊。散射表面可以由
阳极氧化
铝制成。光电二极管可以被提供在束流收集器中作为检测激光粉末的装置。
[0172] 各种测量装置可以连接到测量孔171上。在这个实施例中，光谱仪172以及光电二极管173被提供用于测量由光扫描器收集的辐射。其他分束器185分解反射到孔171的辐射，以便将辐射的一部分引导至光谱仪172并且一部分至光电二极管173。
[0173] 选择性激光固化设备进一步包括用于捕获材料床104图像的可见相机191和红外(热)相机192以及用于记录在构建期间生成的声学信号的声学传感器197、198。
[0174] 在使用中，计算器160接收构建文件，该构建文件包括以扫描路径和扫描参数的形式的指令，以及在工件构建期间针对每个传感器的多个可接受过程变化，该扫描路径和扫描参数将被用在增材构建的每层的形成中。构建的可接受过程变化包括设备的传感器信号的值的可接受范围。值的可接受范围可以是传感器信号的绝对值，源自传感器信号的值、传感器信号的变化率、传感器信号中的累积误差和/或窗函数的积分。例如，可接受过程变化可以是平台102的位置相对于标称位置的可接受变化、刮拭器108的位置和/或速度相对于标称位置/速度的可接受变化、构建室101的气压的可接受变化、构建室101中氧气浓度的可接受变化、来自光谱仪172和/或光电二极管173的信号的可接受变化、来自声学传感器197、198的信号的可接受变化、粉末床104的温度(源自热相机192)的可接受变化、来自测量递送的激光功率的光电二极管的信号的可接受变化以及由可见相机191捕获的相邻层图像之间差异的可接受过程变化。对于每个传感器信号，值的可接受范围取决于构建进展的状态，例如，值的可接受范围可以随着正在形成的工件的位置、正在处理的层数和/或构建时间而变化。
[0175] 该可接受过程变化对于指定构建是特定的，并且因此形成构建文件的一部分，该构建文件被发送到增材制造设备用于指示工件的构建中的设备。
[0176] 计算机160根据的扫描指令来控制选择性激光熔化设备的各种模块以用于构建工件。在构建期间，计算机从传感器172、173、191、192、193、194、195、197、198、I-4和I-2处接收信号。计算机160确定信号或源自信号的值(诸如，熔池的温度)是否在构建文件中指定的可接受过程变化内。
[0177] 在信号或源自该信号的值在可接受过程变化之外的情况下，计算机160控制选择性激光熔化设备来采取适当的动作。例如，计算机160可以造成增材构建过程的停止。这可以在构建室中氧气浓度或压力在可接受过程变化之外的情况下完成。在熔池温度在可接受过程变化之外或移向可接受过程变化的外部限制的情况下，计算机160可以改变激光束功率以便实现熔池温度在可接受过程变化内。在刮拭器108上的负载传感器检测粉末床104的突出的情况下，计算机生成用户警告以将操作员的注意力转到突出/缺陷上。在粉末层的可见图像不同于在可接受过程变化之外的先前层的粉末层的情况下，可以由计算机160指示粉末层的重新配量。在成像处理技术检测在可接受过程变化之外粉末层的可见图像中的线的情况下，可能怀疑刮拭器受损并且计算机可以生成警告，向操作员标记刮拭器的可能受损。在热相机的图像在可接受过程变化之外的情况下，扫描参数和/或扫描顺序/策略可以变化，以改变由激光束输入至随后层中的能量密度。参考图4，可以改变的扫描参数是激光功率、光斑尺寸、点距离以及曝光时间。
[0178] 增材制造设备还可以被控制用于重新检查已经生成在可接受过程变化之外的传感器信号的构建的区域。例如，在没有使用激光束来固化材料的时间段期间，诸如，在使用刮拭器108铺展层在或降低构建平台102期间，光学模块106的转向反射镜175可以被引导用于捕获从已标识区域发射的其他辐射。该设备可以被控制用于将已标识区域暴露于比固化(熔化至烧结)材料所需的功率低的较低功率激光束，以便加热该区域，使得可以根据在使用较低功率激光束加热区域期间生成的热特征来确定构建中的缺陷/故障。
[0179] 计算机160被布置用于在存储器162a中存储构建进展状态的日志，针对该构建，传感器信号落在相应可接受过程变化之外。传感器信号的存储可以包括前触发和/或后触发，其中存储了触发传感器数据的存储的传感器信号周围的传感器信号。该处理器161可以使显示器163显示工件103的2D或3D表示，这指示了工件103的区域，当该区域形成时生成在可接受过程变化之外的传感器信号。计算机160还可以存储这些区域的传感器数据，使得此数据可以由希望进一步研究所发生的过程变化的用户查看。
[0180] 参考图5和图6，现在将描述确定工件的构建的可接受过程变化的方法。根据依据一组通用构建指令构建一系列相同的工件来确定可接受过程变化。使用可接受过程变化的初始设置来构建工件的第一个，诸如设置用于保护设备免于损坏的限制，诸如由在粉末床上突出的区域造成的刮拭器的损坏，或如根据先前构建所确定的，诸如具有相同材料的其他工件的构建或多个构建的先前
迭代。可接受过程变化的初始设置应该被设置得足够宽，以便捕获可能使得构建满足用户指定的要求的传感器的至少大部分值。例如，可接受过程变化的初始设置可以排除不能实现用于熔化粉末的足够能量密度的激光参数。
[0181] 一系列工件的第一工件被构建401，并且检索包括在构建期间生成的传感器信号的传感器数据402。当传感器信号被记录/捕获时，传感器信号与构建进展的状态(诸如，工件上的位置或正在被固化的层或构建时间)相关联。传感器信号可以被绘制为位置p或时间t的函数，如图5中所示出的，示出了在相同图形上绘制的针对构建1至5的传感器数据V。
[0182] 然后，例如通过使用无损和损坏技术来检查工件，并且评估工件403以确定工件是否满足指定要求。例如，指定要求可以是如根据标准方法论确定的工件的密度、工件中夹杂物的数量、工件的强度和/或工件的表面光洁度、平均晶粒大小和/或尺寸。如果工件的区域被评估为不满足指定要求，则用户标识故障是否为影响工件的整体或大部分的系统性故障或是局部于区域内的故障。图5中示出了两个实例，不可恢复故障301，其中，传感器值不会返回至可接受过程变化限制TU和TL内，以及可恢复构建故障，其中，该传感器值会返回至可接受过程变化限制TU和TL内。前者指示系统性故障，并且所有传感器数据(或至少来自传感器信号开始分散的点处的传感器数据)被标识为与不可接受构建(即，非黄金数据)相关。后者指示局部故障，并且用户可以认为这种故障不会不利地影响构建的其余部分，并且相应地，只有故障区域的传感器数据被标识为与故障构建(即，非黄金数据)相关，并且构建的传感器数据的其他部分被标识为与可接受构建(即，黄金数据)相关。
[0183] 根据传感器数据和作为黄金和非黄金的传感器数据的标识，针对构建进展的每个状态确定可接受过程变化404，针对其生成传感器数据。可接受过程变化可以通过任何合适的统计分析来确定。这可能导致可接受传感器值的包络线(envelope)，如图5中由较高TU阈值和较低TL阈值所示的。
[0184] 然后，该方法包括构建该系列中的下一个工件，以及基于在此工件构建期间生成的传感器数据更新可接受过程变化。此过程被执行直到满足了预定条件，诸如当构建之间的可接受过程变化的变化落在预定水平之下。
[0185] 图7示出了在对与正方形的边缘呈45度的角度处的正方形几何体进行光栅扫描期间，从光电二极管173处接收的传感器信号。光电探测器
电压被绘制为脉冲数(即，点曝光数)的函数。对于60微秒的曝光时间，大约30个光电探测器样本被收集用于每个点曝光。顶部图形7A是原始数据，并且底部图形7B示出了平均值以及加上和减去每个脉冲数的两个标准偏差的平均值。每个阴影线之间的分隔可以根据光电探测器电压中的大倾角(large dip)来标识。此外，可以看出，用于每个阴影扫描的光电探测器电压的指纹在每个阴影期间都改变，并且取决于(除其他之外)相对于通过构建室120的气流的阴影长度和阴影方向(在取决于相对于气流的阴影方向的阴影期间增大或降低的光电探测器电压)。
[0186] 根据此数据，清楚的是，基于正在被执行的扫描类型(在此情况下光栅扫描)限定光电探测器电压的可接受过程变化不可能单独足以捕获用于产生满足指定要求的工件的可接受过程变化的真正范围。
[0187] 相应地，如上所述，针对每个曝光点确定可接受过程变化，并且将针对该曝光点收集的传感器信号与针对该曝光点的可接受过程变化进行比较。曝光点可以由(如在图中的)数量/顺序、工件上的位置或构建时间限定。可接受过程变化可以是该点的平均光电探测器电压的变化、最大和最小光电探测器电压和/或可接受标准偏差、RMS、群集分析、光电探测器值的直方图形状、标准偏差变化、不同信号比的变化、滚动平均和/或滤波或平滑平均值。
[0188] 对于具有用于感测增材过程的属性的仅单一或几个检测器的增材制造设备，可接受过程变化与构建进展状态(诸如，曝光点和/或层数)之间的一对一相关性是可行的。然而，随着用于监测增材过程的检测器数量以及可接受过程变化的复杂度增加，在可接受过程变化上的数据量变得特别大。例如，对于上述公开的设备，每个曝光点的传感器信号可以由光电探测器173、光谱仪172以及声学传感器197、198生成，并且多个可接受过程范围可以用于由每个检测器172、173、197和198生成的传感器信号。存储构建进展的每个状态的这种可接受过程变化(具体地，每个曝光点)，可能导致过大的数据文件。
[0189] 参考图8和图9，为了减少用于控制构建所需的可接受过程变化上的数据量，针对构建进展的每个状态确定的主要可接受过程变化PV可以基于相似性的测量(例如，使用合适的
聚类算法，诸如，层次聚类算法)而被群集(分组)。这被表示在图8中的树结构中，其中，主要可接受过程变化的相似度由竖直轴中的分支的位置指示。新的次要可接受过程(SV)变化是针对来自集群内的主要可接受过程变化(PV)的每个集群生成的，次要可接受过程变化(SV)被用于与落在集群内的主要可接受变化相关联的所有进展状态。所产生的一对多关系在图9中示出。对主要可接受过程变化(PV)分组所需的相似度S1、S2可以由用户选择，并且对于工件的不同区域可能是不同的。例如，用户可以为有问题的区域(诸如，凸出部分)或工件的关键区域设置高相似度，对于这些区域期望对过程的严格控制，而为没有问题或不关键区域设置低相似度，对于这些区域未能满足指定要求的部分是不太重要的。
[0190] 将参考图10来描述可用在上述方法中的传感器数据的进一步实例。图10示出了处理前的粉末层的图像201，并且示出了如由SLM设备中可见相机捕获的已处理层的图像202。可以看出被固化的材料203与未固化的粉末204明显不同。计算机160通过比较连续层的图像来(在固化之前)分析粉末层的图像201。首先，图像被校正以确保图像是
正交的，并且然后生成当使用每个颜色通道将先前的粉末层的图像201从当前粉末层的图像201中减去并且对结果进行求和以提供针对直方图的每个柱的像素计数(每个柱与图像201之间差异间隔有关)时所得到的结果图像的直方图。然后通过对直方图数据的加权计算生成两个图像
201之间差异的单个输出值，使得更大的差异间隔的像素计数被更重地加权以便为单个输出值提供更大贡献。以这种方式，与对于较小
对比度的柱中的计数相比，对应于较大对比度的柱中的计数相对于对比度的大小对输出值提供了更大的贡献。相应地，具有较小差异的像素对最终输出值具有较小影响，有效地过滤由于图像201中固有的噪声而可能出现的输出较小差异。
[0191] 计算机160确定表示两个图像201之间差异的输出值是否在该层的可接受过程变化内，诸如，低于阈值水平。如果该值在可接受过程变化之外(之上)，则确定的是固化材料在一个图像中比在另一个图像中更明显，并且已经发生异常构建事件。作为响应，计算机160可以指示配量刮拭器机制108、109来对粉末层进行重新配量，以便确定图像201中的巨大差异是否由不完整配量造成。如果重新配量层的图像相较于先前层的图像201仍产生在可接受过程变化之外的输出值，则可以为操作员生成警告以可视地检查出现异常的层，诸如，通过粉末层的固体物料的突出。
[0192] 图10中的图形是构建的一定数量层的单个输出值的图像，示出了某些层的输出值中的峰值。计算机可以生成如图10中所示的显示，允许操作员/用户通过选择图形上的某一值(诸如，高值(峰值))来快速标识将被查看的图像，计算机160在显示器163上显示生成该输出值的粉末层的图像201。以这种方式，操作员/用户可以可视地查看图像，以便确定什么造成了输出值的峰值。
[0193] 不是针对整体图像比较生成单个输出值，而是可以针对图像比较的部分以相似的方式生成输出值。以这种方式，可以标识导致粉末层图像和先前层图像之间巨大差异的粉末层的部分。这可以帮助识别问题。例如，为操作员生成的警告可以指定已经使得警告产生的粉末层上的合适位置。
[0194] 该部分可以是在刮拭器刮片的行进方向上延伸的图像的列或行。每个列/行的输出值将给出线性伪影(artefact)(诸如，粉末的脊)是否存在于该列或行上的指示。凸脊的存在可以表明刮拭器108已经损坏。相应地，在检测在阈值之上的列/行的输出值时，计算机160可以为操作员生成用于针对损坏检查刮拭器108的警告。
[0195] 当固化材料生成与粉末热图像不同的热图像时，可以在热图像上执行相似的过程，以便确定工件配量或卷曲的故障。
[0196] 此外，每个图像可以根据层的光电二极管输出而形成。曝光点(针对曝光点收集光电二极管数据)有效地形成工件的图像，并且光电二极管数据的连续层之间的可接受变化可以根据工件的先前构建已知。上述分析连续图像的方法可以提供构建过程已经移至可接受过程窗口之外的快速指示。具体地，对撞击固化材料的激光束的光电二极管响应与当撞击粉末时的响应明显不同。
[0197] 来自热相机的图像可以进一步用于确定被固化材料的冷却速率。可以在材料固化期间捕获层的一系列热图像，并且根据在不同时间捕获的区域的不同热图像之间的最近被固化区域的强度变化而确定冷却速率。然后所确定的冷却速率与冷却速率的可接受过程变化进行比较。如果冷却速率在可接受过程变化之外，则计算机160可以改变扫描参数，从而改变输入到材料中的每单位面积的能量。基于工件的几何形状，对于被固化材料的不同区域，可能存在针冷却速率的不同可接受过程变化。具体地，相较于在先前层的固化材料上形成的固化材料层，对于在先前层的粉末上形成的固化材料层(诸如，凸出部分)，冷却速率的可接受过程变化可能不同。在进一步实施例中，对工件的冷却速率建模，并且冷却速率的可接受过程变化是来自已建模的冷却速率的变化。
[0198] 根据参照图5和图6所述的方法，可能已经根据使用材料执行先前构建而确定冷却速率的可接受过程变化。
[0199] 跨越层而测量的冷却速率的图可以在显示器163上显示给用户。彩色编码图可以被显示给用户，其中不同的颜色对应不同的冷却速率。
[0200] 本发明提供了基于根据针对工件构建的先前层和/或一个或多个先前构建生成的数据而确定的可接受过程变化来控制增材制造设备的方法。这避免了对于发生在增材制造设备中的复杂过程的全面理解的需要。
[0201] 可接受过程变化形成发送至增材制造设备的构建文件的一部分，该构建文件用于指示增材制造设备执行该构建。因为可接受过程变化被嵌入构建文件而不是在SLM机器上的单独的、可能过写的文件中，所以构建文件提供了用于标识可接受过程变化的演变的可追踪源。这种可追踪性在某些制造工业(诸如，航天工业)中是有用的，其中，需要记载产品的历史。
[0202] 回归测试可用于证明可接受过程变化对于具有设计修改和/或新特征/功能的新增材制造机器仍是有效的。可以针对根据新规范执行的新机器和/或被配置用于模拟旧机器功能的新机器而执行这种回归测试。
[0203] 图11示出了根据本发明的实施例的可视化设备的表示的实施例。可视化设备被布置用于允许来自将被显示用于比较的多个标称相同构建的传感器数据的显示，并且允许用户确定当捕获传感器信号时传感器信号是否落在针对构建进展的状态的可接受过程变化之外。在显示的顶部501处是由用户选择的两个构建B1406.mtt和B1405.mtt，这两个构建均已通过相同的增材制造设备V57执行。可以使用任何合适的输入装置来完成构建的选择，诸如来自合适菜单的定点装置。下一个框502显示选择用于显示器的传感器数据。在此表示中，传感器数据是室压力、室温度和构建高度。
[0204] 时间条503a和503b展示了构建期间的时间。时间条503a是构建B1406.mtt的时间，并且时间条503b是构建B1405.mtt的时间。阴影窗口503c展示了构建的时间段，在该时间段内传感器信号显示在下面的图形505中。阴影窗口503c可以被移动以选择构建期间的不同时间，并且窗口的宽度被调节用于在图形上显示更多或更少的数据。标记503d被定位用于标记感兴趣的传感器信号。可能在时间条503a和503b上定位多于一个的标记。在图11中，基于开始时间来对准时间条503a和503b，然而，可能例如基于结束时间进行其他对准。
[0205] 条504a和504b表示落在窗口503c内每个构建的层(使用线)。用户能够操控条504和504b来对准相似的层，使得可以比较这些相似层的数据。由于构建的差异，可能的是标称相同构建的标称相同层不会基于开始时间而对准，并且因此，可能必须进行进一步调整。
[0206] 图形505示出了对于所选窗口503d的所选系列的传感器信号的值。平均值被提供用于指示每个系列的传感器值的完整范围。在此实施例中，完整范围的指示是比例尺的细线。用户可以从这个全范围对每个系列进行放大，在该实施例中，通过操纵黑暗阴影条505a，505b，505c，该系列的图表的比例被调整到指示的子范围。
[0207] 标记505d可以移动经过在图形中显示的传感器数据。针对在标记505d所处的进展状态处的每个系列的可接受过程变化通过浅色阴影条505e、505f、505g在刻度上指示。该可接受过程变化还可以被投射到图形上作为与图5中所示出的变化边界TU和TL相似的半透明区域。用户可能能够通过使用定点装置选择则合适的数据系列来选择哪种可接受过程变化被显示为半透明图像。多个数据系列的多个半透明区域的覆盖可以提供数据的另外混淆表示。
[0208] 根据可接受过程变化的这些指示，用户可以快速地确定传感器信号的值是否落在可接受范围外。而且，通过能够根据构建进展的状态比较标称相同的构建并且对准数据，有可能对构建进行比较。在判定为什么两个标称相同的构建导致不同的结果时，这种比较是有用的。如此，可视化设备提供被用在制造过程中以及针对制造过程的设计的有用工具。
[0209] 可视化设备可以提供用于上传用于根据多个构建的传感器信号确定可接受过程变化的方法的装置。以这种方式，用户可以按照自己的要求定制统计分析。用户可以指示哪些构建满足验收要求并且应该被认为是“黄金构建”以及哪些构建未能满足这些要求。统计方法可以使用这些指示用于可接受过程变化的确定。当新构建数据被添加至设备时，可以上传可接受过程变化。例如，在制造设施制造多个标称相同的部件时，每个增材制造设备可以在构建期间和/或构建之后报告数据，并且该设备基于所报告的传感器数据修改可接受过程变化。
[0210] 将理解的是，在不背离本文所限定的本发明的情况下,可以对上述实施例进行修改和改变。例如，本发明不限于如上所述的粉末床增材制造过程，而可以用在其他增材制造过程中，诸如，在其中使用等离子体电弧熔化金属线来以逐层的方式形成工件的电弧增材制造。
