Способ управления системой облучения, устройство управления системой облучения и установка, снабженная таким устройством
Изобретение относится к способу управления системой облучения, предназначенной для использования в установке для изготовления трехмерного изделия. На поверхности носителя задают первый и второй облучаемые участки, а также расположенный между ними перекрываемый участок. Носитель адаптирован к нанесению на него слоев исходного порошкообразного материала, подлежащего облучению электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым системой облучения. Первый и второй облучающие модули системы ассоциируют с перекрываемым участком, а также с первым облучаемым участком и со вторым облучаемым участком соответственно. По меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок задают в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия. Техническим результатом является повышение эффективности технологического процесса изготовления изделия за счет оптимизации процесса использования облучающих модулей. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Изобретение относится к способу и устройству, которые предназначены для управления системой облучения, используемой в установке для изготовления трехмерного изделия посредством облучения слоев исходного порошкообразного материала электромагнитным или корпускулярным излучением. Кроме того, изобретение относится к установке для изготовления трехмерного изделия.
Уровень техники
Метод PBD (Powder Bed Fusion, расплавление подготовленного порошкового слоя) - это послойный аддитивный процесс, посредством которого, используя порошкообразные, в частности металлические и/или керамические, исходные материалы, можно изготавливать трехмерные изделия, имеющие сложные формы. С этой целью слой исходного порошкообразного материала наносят на носитель и подвергают пространственно селективному воздействию лазерным излучением в зависимости от желательной геометрии изделия, которое требуется изготовить. Лазерное излучение, проникающее в слой порошка, вызывает нагрев и, как следствие, сплавление или спекание частиц исходного порошкообразного материала. Затем на находящийся на носителе слой, подвергнутый лазерной обработке, наносят следующий слой исходного порошкообразного материала, и процесс повторяется до тех пор, пока изделие не приобретет желательные форму и размеры. Селективное лазерное сплавление/спекание может быть использовано для изготовления, по результатам автоматического проектирования, прототипов, инструментов, заменяющих частей или медицинских протезов, например зубных или ортопедических.
Как показано в EP 2786585 A1, работой системы облучения, используемой в установке для изготовления трехмерного изделия посредством селективного облучения слоев исходного порошкообразного материала электромагнитным или корпускулярным излучением, можно управлять посредством блока управления таким образом, чтобы облучающий пучок, испускаемый данной системой, направлялся по отношению к слою исходного порошкообразного материала в соответствии с выбранным для облучения паттерном (далее - паттерн излучения). В типичном случае такой паттерн содержит множество сканирующих векторов, которые по меньшей мере в пределах участка паттерна проходят, по существу, параллельно друг другу. Кроме того, в возможном варианте паттерн излучения состоит из множества секций, в каждой из которых сканирующие векторы могут проходить, по существу, параллельно друг другу, но с наклоном относительно сканирующих векторов соседних секций паттерна. Секции паттерна излучения могут образовывать паттерн в виде шахматного узора, паттерн в виде множества, по существу, параллельных полос или паттерн, секции которого сформированы произвольным образом.
Кроме того, в EP 2786585 A1 показано, что для получения большого трехмерного изделия исходный порошкообразный материал можно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением посредством системы облучения, содержащей множество облучающих модулей, причем предусмотрена возможность ассоциировать каждый из них с облучаемым участком, заданным на поверхности носителя, на который нанесен подлежащий облучению исходный порошкообразный материал. Каждый излучающий блок такой системы отрегулирован так, что исходный порошкообразный материал, который нанесен на облучаемый участок, ассоциированный с данным модулем, облучается пространственно селективным образом и не зависит от облучения остальных облучаемых участков, не ассоциированных с данным конкретным модулем. Таким образом, используя надлежащий паттерн излучения, каждый облучаемый участок, заданный на носителе, можно облучать индивидуально, т.е. независимым образом. На поверхности носителя, кроме облучаемых участков, может быть задан по меньшей мере один перекрываемый участок, в котором нанесенный на него исходный порошкообразный материал можно селективно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением по меньшей мере двух облучающих модулей системы.
В EP 2875897 А1 также описаны способ и устройство, предназначенные для управления системой облучения, которая используется в установке для изготовления трехмерного изделия и содержит множество облучающих модулей, каждый из которых ассоциирован с соответствующим облучаемым участком и с расположенным между смежными облучаемыми участками перекрываемым участком. Облучаемые участки и перекрываемый участок задаются на поверхности носителя, адаптированного для нанесения на него слоя исходного порошкообразного материала. Если предусмотрено, что секция паттерна излучения, в соответствии с которой пучки излучения, испускаемые облучающими модулями системы, направляются к слою исходного порошкообразного материала, нанесенному на носитель, и/или контур изготавливаемого трехмерного изделия заходят (заходит) в первый и второй облучаемые участки, заданные на поверхности носителя, эти секция и/или контур в зоне своего разделения, которая находится в перекрываемом участке, т.е. между первым и вторым облучаемыми участками, разделяются (разделяется) на первую и вторую части, ассоциированные соответственно с первым и вторым облучающими модулями.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на разработку способа и устройства, обеспечивающих возможность применения системы облучения в установке, которая предназначена для изготовления трехмерного изделия посредством облучения слоев исходного порошкообразного материала электромагнитным или корпускулярным излучением и содержит облучающие модули, отрегулированные так, что изготовление трехмерного изделия можно реализовать с высокой степенью эффективности. Изобретение направлено также на создание установки, предназначенной для изготовления трехмерного объекта и снабженной устройством, управляющим системой облучения этого типа.
Поставленные задачи решены созданием способа, устройства и установки, охарактеризованных, соответственно, в п. 1, п. 8 и п. 15 формулы.
Согласно предлагаемому способу управления системой облучения, которая предназначена для использования в установке для изготовления трехмерного изделия, на поверхности носителя, адаптированного к нанесению на него слоя исходного порошкообразного материала, задают первый и второй облучаемые участки, а также расположенный между ними перекрываемый участок. Носитель выполнен с возможностью разместить и жестко зафиксировать его в рабочей камере установки для изготовления трехмерного изделия. Желательно, однако, выполнить носитель подвижным в вертикальном направлении, чтобы он мог перемещаться вертикально вниз по мере увеличения высоты изготавливаемого изделия в результате нанесения новых слоев исходного порошкообразного материала. Рабочая камера может быть выполнена с возможностью герметизации относительно окружающей атмосферы (т.е. относительно среды вокруг камеры), чтобы обеспечить возможность поддерживать в камере контролируемую, в частности инертную, атмосферу. Наносимый на носитель исходный порошкообразный материал предпочтительно представляет собой металлический порошок, в частности порошок, полученный из сплава; однако, он может быть и керамическим порошком или порошком, содержащим различные материалы. Порошок может содержать частицы любых подходящих размеров при любом их распределении по размерам. Однако желательно использовать порошки с размерами частиц менее 100 мкм.
На поверхности носителя первый и второй облучаемые участки могут находиться рядом друг с другом, а перекрываемый участок можно выбрать в прилегающей к ним площади, причем так, чтобы он частично перекрывал как первый, так и второй облучаемые участки. Кроме того, можно предусмотреть границы между перекрываемым участком и обоими облучаемыми участками, задающими размер перекрываемого участка и его позицию на поверхности носителя.
Управляемая система облучения выполняет функцию селективного облучения исходного порошкообразного материала, нанесенного на носитель, электромагнитным или корпускулярным излучением. В частности, нанесенный на носитель исходный порошкообразный материал может быть подвергнут пространственно селективному воздействию электромагнитного или корпускулярного излучения в зависимости от желательной геометрии изготавливаемого изделия. Предпочтительно адаптировать систему облучения к подаче излучения на исходный порошкообразный материал таким образом, чтобы вызвать пространственно селективное плавление его частиц.
Согласно предлагаемому способу управления системой облучения ее первый облучающий модуль ассоциирован с первым облучаемым участком и перекрываемым участком, т.е. данные участки получают возможность облучаться электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым данным модулем. Аналогичным образом, второй облучающий модуль системы ассоциирован со вторым облучаемым участком и перекрываемым участком, т.е. данные участки получают возможность облучаться электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым данным модулем. В результате первый и второй облучаемые участки можно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым соответственно только первым облучающим модулем и только вторым облучающим модулем, в то время как, в отличие от них, перекрываемый участок может облучаться обоими облучающими модулями, в частности, одновременно. Предусмотрена возможность реализовать это условие, разделив паттерн излучения, облучающего перекрываемый участок, на секции и селективно используя для данных секций электромагнитное или корпускулярное излучение, испускаемое соответствующим облучающим модулем. Однако предпочтительно облучать перекрываемый участок электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым только первым или только вторым облучающим модулем.
Каждый облучаемый участок, заданный на поверхности носителя, и, соответственно, нанесенный на эту поверхность исходный порошкообразный материал можно селективно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением, выбрав для этого один из облучающих модулей предлагаемой системы, причем данное облучение производится независимо от других облучающих модулей системы. Таким образом, для каждого такого участка предусмотрена возможность индивидуального и независимого облучения с использованием желаемого паттерна излучения.
Каждый облучающий модуль системы облучения может содержать собственный источник излучения (в частности лазерного). Однако допустимо также ассоциировать множество облучающих модулей с одним источником излучения. В таком варианте пучок, испускаемый этим источником, можно требуемым образом разделить и/или отклонить (посредством подходящих для этого средств, таких, например, как разделители пучка и/или зеркала), чтобы направить его в соответствующие облучающие модули. Кроме того, каждый облучающий модуль может содержать по меньшей мере один оптический блок, направляющий и/или модифицирующий пучок излучения, испускаемый источником и подаваемый в облучающий модуль. В свою очередь, оптический блок может содержать оптические элементы, такие как объектив (в частности f-theta объектив) и сканер, предпочтительно снабженный дифракционным оптическим элементом и отклоняющим зеркалом.
Согласно предлагаемому способу управления системой облучения по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок, задают в зависимости от геометрических параметров, т.е. в зависимости от конфигурации изготавливаемого трехмерного изделия и его расположения относительно поверхности носителя. В частности, в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия могут быть заданы размер, конфигурация и позиция относительно той части поверхности носителя, на которой находится по меньшей мере один из перечисленных участков. В результате выполняемые в зависимости от этих параметров ассоциирование облучающих модулей системы облучения с участками поверхности носителя и управление работой данных модулей также могут выполняться эффективным образом, что позволяет оптимизировать уровень их использования, т.е. существенно понизить время изготовления трехмерных изделий, имеющих большие размеры или специфическую форму. Таким образом, предлагаемый способ управления системой облучения позволяет посредством добавления слоев построить трехмерные изделия за относительно короткий период времени, причем при умеренных затратах, т.е. с высокой эффективностью.
Как указывалось выше, в процессе добавления слоев трехмерное изделие формируется слой за слоем на поверхности носителя под воздействием последовательного облучения индивидуальных слоев электромагнитным или корпускулярным излучением. В типичном варианте у индивидуальных слоев, накладывающихся друг на друга, форма, размер и позиция (относительно поверхности носителя) изменяются в направлении, перпендикулярном данной поверхности, в зависимости от конечной конфигурации изготавливаемого изделия. Соответственно, в предпочтительном варианте предлагаемого способа управления системой облучения по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок, задают для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия в зависимости от геометрических параметров данного конкретного слоя. Это позволяет контролировать работу облучающих модулей системы облучения, т.е. обеспечивать ассоциирование их с участками поверхности носителя в зависимости от геометрических параметров индивидуальных слоев изготавливаемого изделия.
Для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия предусмотрена возможность по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок, задать в зависимости от степени покрывания перечисленных участков слоем изготавливаемого трехмерного изделия. В данном контексте термин "степень покрывания" относится к отношению площади того сектора соответствующего участка, который будет "покрыт" слоями материала изделия, к общей площади каждого из этих участков. Таким образом, согласно предлагаемому способу управления системой облучения на первой операции предусмотрена возможность определить степень покрывания первого облучаемого участка, второго облучаемого участка и перекрываемого участка слоем материала изготавливаемого трехмерного изделия. Затем, на второй операции, в зависимости от данной степени покрывания может быть задан по меньшей мере один из перечисленных участков (т.е. предусмотрена возможность задать, например, его размер, конфигурацию и позицию относительно поверхности носителя), причем так, чтобы для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия обеспечить оптимальный уровень использования облучающих модулей системы облучения.
Для первого и второго облучаемых участков в предпочтительном варианте предлагаемого способа управления системой облучения их позицию относительно поверхности носителя, конфигурацию и размер можно поддерживать постоянными, а для перекрываемого участка по меньшей мере один из этих параметров (т.е. позицию относительно поверхности носителя, конфигурацию и размер) можно изменять в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия. Как указывалось выше, предусмотрена возможность облучения перекрываемого участка электромагнитным или корпускулярным излучением, генерируемым обоими облучающими модулями системы. В результате во многих рабочих ситуациях, меняя для перекрываемого участка по меньшей мере один параметр из группы, в которую входят позиция относительно поверхности носителя, конфигурация и размер, можно ввести в процесс облучения, проводимый до этого только одним облучающим модулем, дополнительный облучающий модуль, причем отпадает необходимость регулировать перечисленные параметры (т.е. позицию относительно поверхности носителя, конфигурацию и размер) для первого и второго облучающих модулей. Таким образом, появляется возможность упростить стратегию управления, применяемую для оптимизации уровня использования облучающих модулей системы облучения.
Например, для перекрываемого участка можно увеличить размер и/или сместить контур и/или позицию в сторону первого или второго облучаемого участка, если степени их покрывания слоем материала изготавливаемого изделия отличаются одна от другой. Тогда дисбаланс степеней покрывания первого и второго облучаемых участков таким слоем можно будет по меньшей мере частично скомпенсировать, регулируя для перекрываемого участка размер, конфигурацию и/или позицию (относительно поверхности его носителя) в соответствии со степенями покрывания первого и второго облучаемых участков.
В частности, если степень покрывания первого облучаемого участка слоем изготавливаемого изделия превышает аналогичную степень для второго облучаемого участка, для перекрываемого участка можно увеличить размер и/или сместить контур и/или позицию (относительно поверхности его носителя) в сторону первого облучаемого участка, передвигая границу, разделяющую данные участки, в направлении к первому облучаемому участку. В результате для слоя материала изделия, который преимущественно расположен в первом облучаемом участке, в процесс облучения может быть в большей степени вовлечен второй облучающий модуль, чем это было бы возможно без регулировки по меньшей мере одного параметра из группы, в которую входят размер, конфигурация и позиция (относительно поверхности носителя) перекрываемого участка.
Аналогичным образом, если степень покрывания первого облучаемого участка слоем изготавливаемого изделия меньше аналогичной степени для второго облучаемого участка, для перекрываемого участка можно увеличить размер и/или сместить контур и/или позицию (относительно поверхности его носителя) в сторону второго облучаемого участка, передвигая границу, разделяющую перекрываемый участок и второй облучаемый участок, в направлении к этому облучаемому участку. В результате для слоя изделия, который преимущественно расположен во втором облучаемом участке, в процесс облучения может быть в большей степени вовлечен первый облучающий модуль, чем это было бы возможно без регулировки по меньшей мере одного параметра из группы, в которую входят размер, форма и позиция (относительно поверхности носителя) перекрываемого участка.
Наконец, при контролировании первого и второго облучаемых участков может учитываться также и степень покрывания перекрываемого участка слоем материала изготавливаемого трехмерного изделия. Например, если степень покрывания первого облучаемого участка слоем материала изготавливаемого изделия, по существу, равна суммарной степени покрывания второго облучаемого участка и перекрываемого участка слоем материала изготавливаемого изделия или превышает эту степень, первым и вторым облучающими модулями можно управлять так, что первый из них будет ассоциироваться только с первым облучаемым участком, в то время как перекрываемый участок и второй облучаемый участок будут облучаться электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым вторым облучающим модулем. И наоборот, если степень покрывания второго облучаемого участка слоем материала изготавливаемого изделия, по существу, равна суммарной степени покрывания первого облучаемого участка и перекрываемого участка слоем материала изготавливаемого изделия или превышает эту степень, первым и вторым облучающими модулями можно управлять так, что второй из них будет ассоциироваться только со вторым облучаемым участком, в то время как перекрываемый участок и первый облучаемый участок будут облучаться электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым первым облучающим модулем.
Устройство для управления системой облучения, предназначенной для использования в установке для изготовления трехмерного изделия, содержит задающий блок, выполненный с возможностью задавать на поверхности носителя первый и второй облучаемые участки, а также расположенный между ними перекрываемый участок, при этом данный носитель адаптирован к нанесению на него слоя исходного порошкообразного материала, подлежащего облучению электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым системой облучения.
Кроме того, в устройстве имеется ассоциирующий блок, выполненный с возможностью
- ассоциировать первый облучающий модуль системы облучения с первым облучаемым участком и с перекрываемым участком, в результате чего данные участки можно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым этим модулем, и
- ассоциировать второй облучающий модуль системы облучения со вторым облучаемым участком и с перекрываемым участком, в результате чего данные участки можно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым этим модулем.
Задающий блок выполнен с возможностью задавать, в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия, по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок.
В предпочтительном варианте устройства задающий блок выполнен с возможностью реализовывать эту задачу (т.е. задавать, в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия, по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок) для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия.
Кроме того, задающий блок может быть выполнен с возможностью для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия задавать по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок, второй облучаемый участок и перекрываемый участок, в зависимости от степени покрывания каждого из этих участков данным слоем.
Задающий блок устройства, выполняющего управление системой облучения, может быть выполнен с возможностью поддерживать постоянными позицию (относительно поверхности носителя), конфигурацию и размер для первого и второго облучаемых участков, изменяя при этом в зависимости от конфигурации изготавливаемого трехмерного изделия по меньшей мере один из этих параметров для перекрываемого участка.
В частности, данный блок может быть выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка и/или передвигать его контур и/или позицию относительно поверхности носителя в сторону первого или второго облучаемого участка, если степени их покрывания слоем материала изготавливаемого изделия отличаются друг от друга.
Конкретно, задающий блок может быть выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка и/или передвигать его контур и/или позицию относительно поверхности носителя в сторону первого облучаемого участка посредством смещения границы, разделяющей перекрываемый участок и первый облучаемый участок, в направлении к первому облучаемому участку, если степень его покрывания слоем изготавливаемого изделия превышает аналогичную степень второго облучаемого участка.
Аналогичным образом, задающий блок может быть выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка и/или передвигать его контур и/или позицию относительно поверхности носителя в сторону второго облучаемого участка посредством смещения границы, разделяющей перекрываемый участок и второй облучаемый участок, в направлении ко второму облучаемому участку, если степень покрывания первого облучаемого участка слоем изготавливаемого изделия меньше аналогичной зоны второго облучаемого участка.
Согласно изобретению установка для изготовления трехмерного изделия снабжена описанным устройством для управления системой облучения.
Краткое описание чертежей
Другие признаки, преимущества и технические эффекты изобретения будут понятны из приведенного далее описания иллюстративных вариантов его осуществления, составленного со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи.
На фиг. 1 схематично представлена установка для изготовления трехмерного изделия.
На фиг. 2 представлен, на виде сверху, носитель для установки по фиг. 1.
На фиг. 3 этот же носитель и изготавливаемое на нем трехмерное изделие представлены в перспективном изображении.
На фиг. 4 и 5 иллюстрируется операция, на которой, чтобы сформировать первый слой материала трехмерного изделия, задают на поверхности носителя по фиг. 2 первый и второй облучаемые участки, а также перекрываемый участок.
На фиг. 6 и 7 иллюстрируется операция, на которой первый и второй облучаемые участки, а также перекрываемый участок задают на поверхности носителя по фиг. 2 так, чтобы сформировать второй слой трехмерного изделия.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 проиллюстрирована установка 10, предназначенная для изготовления трехмерного изделия методом PBD и содержащая рабочую камеру 12, которая выполнена с возможностью герметизации относительно окружающей атмосферы (т.е. относительно среды вокруг камеры 12). Установленное в рабочей камере 12 устройство 14 для нанесения порошка служит, конкретно, для нанесения исходного порошкообразного материала на носитель 15. Носитель 15 сконструирован с возможностью смещаться в вертикальном направлении (как это проиллюстрировано стрелкой А на фиг. 1). При таком выполнении по мере увеличения высоты изготавливаемого изделия в результате наращивания слоев исходного порошкообразного материала носитель 15 можно перемещать в вертикальном направлении вниз.
Кроме того, в установке 10 имеется задающий блок 16, посредством которого на поверхности носителя 15 задают первый и второй облучаемые участки (соответственно, 18а и 18b). В дополнение к этому, на поверхности носителя 15 блоком 16 задается перекрываемый участок 19 (см. фиг. 1 и 2), расположенный между участками 18а и 18b.
Установка 10 дополнительно содержит систему 20 облучения, обеспечивающую селективное облучение исходного порошкообразного материала, нанесенного на носитель 15, лазерным излучением. Посредством системы 20 нанесенный на носитель 15 исходный порошкообразный материал может быть подвергнут облучению пространственно селективным образом. В состав системы 20 входят первый и второй облучающие модули 22а и 22b соответственно. Посредством ассоциирующего блока 23 первый облучающий модуль 22а системы 20 ассоциируют с первым облучаемым участком 18а и с перекрываемым участком 19, заданными на поверхности носителя 15 задающим блоком 16. В результате первый облучающий модуль 22а получает возможность селективно направлять пучок 24а электромагнитного или корпускулярного излучения на исходный порошкообразный материал, нанесенный на первый облучаемый участок 18а и на перекрываемый участок 19. Кроме того, ассоциирующий блок 23 выполняет функцию ассоциирования второго облучающего модуля 22b со вторым облучаемым участком 18b и с перекрываемым участком 19, заданными на поверхности носителя 15 посредством задающего блока 16. В результате второй облучающий модуль 22b получает возможность селективно направлять пучок 24b электромагнитного или корпускулярного излучения на исходный порошкообразный материал, нанесенный на второй облучаемый участок 18b и на перекрываемый участок 19. В предпочтительном варианте первый и второй облучающие модули 22а, 22b генерируют лазерный пучок.
Каждый из облучающих модулей 22а, 22b может содержать собственный источник лазерного излучения. Однако допустимо также ассоциировать оба модуля 22а, 22b с общим источником излучения. В этом случае пучок, испускаемый этим источником, можно требуемым образом разделить и/или отклонить (посредством подходящих для этого средств, таких, например, как разделители пучка и/или зеркала), чтобы направить его в облучающие модули 22а, 22b. Источником лазерного пучка, сопряженным с обоими облучающими модулями 22а, 22b или только с одним из них, может быть, например, иттербиевый волоконный лазер с диодной накачкой, генерирующий на длине волны примерно 1070-1080 нм.
Кроме того, предусмотрена возможность установить в каждом облучающем модуле 22а, 22b оптический блок, направляющий и/или модифицирующий пучок излучения, испускаемый источником и подаваемый в указанные модули. Оптический блок может содержать расширитель пучка, служащий для расширения пучка излучения, сканер и объектив. В альтернативном варианте в комплект оптического блока может входить расширитель пучка, содержащий фокусирующую оптику и сканер. Посредством сканера можно изменять требуемым образом положение фокуса пучка излучения как в направлении распространения пучка излучения, так и в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Сканер может быть сконструирован, как гальванометрический сканер, а объектив может являться f-theta объективом.
Работой системы 20 облучения управляют посредством управляющего устройства 26, причем так, что пучки 24а, 24b излучения, испускаемые облучающими модулями 22а, 22b, направляются на исходный порошкообразный материал, нанесенный на ассоциированный с модулем 22а или 22b облучаемый участок (соответственно, 18а или 18b), пространственно селективным образом и независимо от облучения второго из этих участков, не ассоциированного с данным конкретным модулем. Другими словами, каждый облучаемый участок 18а, 18b, заданный на носителе 15, облучают индивидуальным и независимым образом. В результате трехмерное изделие можно нарастить на носителе 15 в ходе процесса создания аддитивных слоев, одновременно облучая первый и второй облучаемые участки 18а, 18b, заданные на носителе 15, электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым облучающими модулями 22а, 22b.
Выше уже упоминалось, что исходный порошкообразный материал, нанесенный на заданный на поверхности носителя 15 перекрываемый участок 19, можно, по существу, селективно облучать электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым обоими облучающими модулями 22а, 22b системы 20 облучения. Таким образом, если ассоциирующим блоком 23 первый облучающий модуль 22а ассоциирован не только с первым облучаемым участком 18а, но также и с перекрываемым участком 19, управляющее устройство 26 управляет облучающими модулями 22а, 22b системы 20 так, что участок 19 облучается электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым первым облучающим модулем 22а. Наоборот, если ассоциирующим блоком 23 второй облучающий модуль 22b ассоциирован не только со вторым облучаемым участком 18b, но также и с перекрываемым участком 19, управляющее устройство 26 управляет облучающими модулями 22а, 22b системы 20 так, что участок 19 облучается электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым вторым облучающим модулем 22b. Наконец, в определенных ситуациях допускается также, что перекрываемый участок 19, находясь под контролем управляющего устройства 26, одновременно облучается электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым как первым облучающим модулем 22а, так и вторым облучающим модулем 22b.
В зависимости от геометрических параметров, т.е. от конфигурации изготавливаемого трехмерного изделия и его местоположения внутри рабочей камеры 12 относительно поверхности носителя 15, задающий блок 16 установки 10 задает по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок 18а, второй облучаемый участок 18b и перекрываемый участок 19. В частности, в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия, могут быть заданы размер, конфигурация и позиция относительно той части поверхности носителя 15, на которой находится по меньшей мере один из перечисленных участков. В результате выполняемые в зависимости от этих параметров ассоциирование облучающих модулей 22а, 22b системы 20 облучения с первым облучаемым участком 18а, вторым облучаемым участком 18b и перекрываемым участком 19, заданными на поверхности носителя 15, и управление работой данных модулей 22а, 22b также могут выполняться эффективным образом.
Конкретно, задающий блок 16 задает для каждого слоя изготавливаемого трехмерного изделия в зависимости от геометрических параметров данного слоя по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок 18а, второй облучаемый участок 18b и перекрываемый участок 19. Эта операция далее будет рассмотрена более подробно со ссылками на вариант трехмерного изделия 28 по фиг. 3, приведенный в качестве примера.
Изделие 28 имеет форму наклонного цилиндра, ориентированного в рабочей камере 12 под углом к поверхности носителя 15. На фиг. 3 первый и второй слои материала изделия 28 обозначены, как 30 и 32 соответственно. Первый слой 30 является нижним слоем материала изделия 28, в то время как вторым слоем 32 в данном изделии образуется верхний слой. На поверхности носителя во время наращивания слоев материала изделия 28 в ходе послойного аддитивного процесса формируется первый (нижний) слой 30, а затем носитель 15 опускают в вертикальном направлении А и формируют следующие слои до тех пор, пока в конце концов не будет получен второй (верхний) слой 32.
Позиции индивидуальных слоев материала изделия 28 относительно поверхности носителя 15 и, соответственно, позиции облучаемых участков 18а, 18b и перекрываемого участка 19, заданных на этой же поверхности, изменяются от слоя к слою в зависимости от геометрических параметров изделия 28 (т.е. в зависимости от его конфигурации и местоположения внутри рабочей камеры 12). Конкретно, от слоя к слою изменяется степень покрывания указанных участков индивидуальными слоями изделия 28, т.е. изменяется соотношение между тем сектором первого облучаемого участка 18а, второго облучаемого участка 18b или перекрываемого участка 19, который "покрыт" слоем материала трехмерного изделия 28, и общей площадью каждого из данных участков.
На фиг. 4 наглядно показано, что первый слой 30 материала изделия 28 относительно поверхности носителя 15 расположен так, что им покрыты часть второго облучаемого участка 18b и часть перекрываемого участка 19, но в первый облучаемый участок 18а данный слой не продолжен. Таким образом, для первого слоя 30 степень покрывания второго облучаемого участка 18b превышает степень покрывания первого облучаемого участка 18а (которая фактически равна нулю). Наоборот, как показано на фиг. 5, второй слой 32 материала изделия 28 относительно поверхности носителя 15 расположен так, что им покрыты часть первого облучаемого участка 18а и часть перекрываемого участка 19, но во второй облучаемый участок 18b данный слой не продолжен. Таким образом, для второго слоя 32 степень покрывания первого облучаемого участка 18а превышает степень покрывания второго облучаемого участка 18b (которая фактически равна нулю).
При условии, что местоположение первого облучаемого участка 18а, второго облучаемого участка 18b и перекрываемого участка 19 на поверхности носителя 15 во время нанесения первого слоя 30 и второго слоя 32 удерживается постоянным, первый слой 30 будет формироваться главным образом за счет облучения исходного порошкообразного материала первым облучающим модулем 22а в первом облучаемом участке 18а, в то время как посредством второго облучающего модуля 22b сформируется только небольшая часть данного слоя 30, а именно часть, заходящая в перекрываемый участок 19. Аналогичным образом, второй слой 32 будет формироваться главным образом за счет облучения исходного порошкообразного материала вторым облучающим модулем 22b во втором облучаемом участке 18b, в то время как посредством первого облучающего модуля 22а сформируется только небольшая часть данного слоя 32, а именно часть, заходящая в перекрываемый участок 19.
Чтобы скомпенсировать данный дисбаланс использования облучающих модулей 22а, 22b, задающий блок 16 для каждого слоя задает по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок 18а, второй облучаемый участок 18b и перекрываемый участок 19, в зависимости от степени покрывания каждого из них слоем материала трехмерного изделия 28. В частности, чтобы упростить используемую стратегию управления, задающий блок 16 удерживает постоянными позицию, конфигурацию и размер первого и второго облучаемых участков 18а, 18b, но изменяет по меньшей мере один из этих параметров для перекрываемого участка 19 в зависимости от геометрических параметров изготавливаемого трехмерного изделия 28. Конкретно, задающий блок 16 увеличивает размер перекрываемого участка 19 и/или передвигает контур и/или позицию данного участка в сторону первого облучаемого участка 18а или второго облучаемого участка 18b, если степень покрывания участка 18а слоем 30, 32 материала изготавливаемого изделия 28 отличается от аналогичной степени для участка 18b.
Для изделия 28, приведенного в качестве примера, задающий блок 16 удерживает постоянными позицию, по существу, прямоугольную конфигурацию и размер первого и второго облучаемых участков 18а, 18b, которые отделены друг от друга по линии 34, и увеличивает размер расположенного между ними перекрываемого участка 19. Конкретно, задающий блок 16 увеличивает размер перекрываемого участка 19, соответствующим образом передвигая (в зависимости от конкретной ситуации) границы 36, 38, отделяющие его от первого и второго облучаемых участков 18а, 18b, в сторону одного из них, т.е. в направлении, ведущем к соответствующей наружной граничной линии 40, 42, задающей максимальную протяженность перекрываемого участка 19 в направлении к первому и второму облучаемым участкам 18а, 18b соответственно.
В частности, для первого слоя 30, чтобы увеличить площадь перекрываемого участка 19, границу 38 между ним и вторым облучаемым участком 18b передвигают в сторону участка 18b и наружной граничной линии 42 (см. фиг. 6). Поскольку часть первого слоя 30, покрывающую перекрываемый участок 19, можно сформировать посредством первого облучающего модуля 22а, данный модуль может быть вовлечен в процесс получения первого слоя 30 в гораздо большей степени, чем это было бы возможно в случае местоположения перекрываемого участка 19 в его исходных границах (см. фиг. 4). Аналогичным образом, для второго слоя 32, чтобы увеличить площадь перекрываемого участка 19, границу 36 между ним и первым облучаемым участком 18а передвигают в сторону участка 18а и наружной граничной линии 40 (см. фиг. 7). Поскольку часть второго слоя 32, покрывающую перекрываемый участок 19, можно сформировать посредством второго облучающего модуля 22b, данный модуль может быть вовлечен в процесс получения второго слоя 32 в гораздо большей степени, чем это было бы возможно в случае местоположения перекрываемого участка 19 в его исходных границах (см. фиг. 5). Описанную процедуру повторяют для каждого слоя изделия 28, в результате чего может быть оптимизировано использование возможностей облучающих модулей 22а, 22b и существенно повышена эффективность технологического процесса изготовления изделия 28.
1. Способ управления системой (20) облучения, предназначенной для использования в установке (10) для изготовления трехмерного изделия (28), при этом способ включает следующие операции:
- на поверхности носителя (15), который адаптирован к нанесению на него слоев исходного порошкообразного материала, подлежащего облучению электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым системой (20) облучения, задают первый и второй облучаемые участки (18а, 18b), а также расположенный между ними перекрываемый участок (19),
- ассоциируют первый облучающий модуль (22а) системы (20) облучения с первым облучаемым участком (18а) и с перекрываемым участком (19), обеспечивая, тем самым, возможность облучать первый облучаемый участок (18а) и перекрываемый участок (19) электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым первым облучающим модулем (22а),
- ассоциируют второй облучающий модуль (22b) системы (20) облучения со вторым облучаемым участком (18b) и с перекрываемым участком (19), обеспечивая, тем самым, возможность облучать второй облучаемый участок (18b) и перекрываемый участок (19) электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым вторым облучающим модулем (22b),
отличающийся тем, что по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок (18а), второй облучаемый участок (18b) и перекрываемый участок (19), задают для каждого слоя (30, 32) изготавливаемого трехмерного изделия (28) в зависимости от степени покрывания указанным слоем (30, 32) первого облучаемого участка (18а), второго облучаемого участка (18b) и перекрываемого участка (19).
2. Способ по п. 1, в котором увеличивают размер перекрываемого участка (19) и/или передвигают контур и/или положение указанного участка в сторону первого или второго облучаемого участка (18а, 18b), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) отличается от степени покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
3. Способ по п. 1, в котором увеличивают размер перекрываемого участка (19) и/или передвигают контур и/или положение указанного участка в сторону первого облучаемого участка (18а), смещая границу (36), разделяющую перекрываемый участок (19) и первый облучаемый участок (18а), в направлении к первому облучаемому участку (18а), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) превышает степень покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
4. Способ по п. 1, в котором увеличивают размер перекрываемого участка (19) и/или передвигают положение указанного участка в сторону второго облучаемого участка (18b), смещая границу (38), разделяющую перекрываемый участок (19) и второй облучаемый участок (18b), в направлении ко второму облучаемому участку (18b), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) меньше степени покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
5. Устройство (26) для управления системой (20) облучения, предназначенной для использования в установке (10) для изготовления трехмерного изделия, при этом устройство (26) содержит:
- задающий блок (16), выполненный с возможностью задавать первый и второй облучаемые участки (18а, 18b), а также расположенный между ними перекрываемый участок (19) на поверхности носителя (15), адаптированного к нанесению на него слоя исходного порошкообразного материала, подлежащего облучению электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым указанной системой (20), и
- ассоциирующий блок (23), выполненный с возможностью ассоциировать первый облучающий модуль (22а) системы (20) облучения с первым облучаемым участком (18а) и с перекрываемым участком (19), в результате чего обеспечивается возможность облучать первый облучаемый участок (18а) и перекрываемый участок (19) электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым первым облучающим модулем (22а), и
ассоциировать второй облучающий модуль (22b) системы (20) облучения со вторым облучаемым участком (18b) и с перекрываемым участком (19), в результате чего обеспечивается возможность облучать второй облучаемый участок (18b) и перекрываемый участок (19) электромагнитным или корпускулярным излучением, испускаемым вторым облучающим модулем (22b),
отличающийся тем, что задающий блок (16) выполнен с возможностью для каждого слоя (30, 32) изготавливаемого трехмерного изделия (28) задавать по меньшей мере один участок из группы, в которую входят первый облучаемый участок (18а), второй облучаемый участок (18b) и перекрываемый участок (19) в зависимости от степени покрывания указанным слоем (30, 32) первого облучаемого участка (18а), второго облучаемого участка (18b) и перекрываемого участка (19).
6. Устройство по п. 5, в котором задающий блок (16) выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка (19) и/или передвигать контур и/или положение указанного участка в сторону первого или второго облучаемого участка (18а, 18b), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) отличается от степени покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
7. Устройство по п. 5, в котором задающий блок (16) выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка (19) и/или передвигать контур и/или положение указанного участка в сторону первого облучаемого участка (18а), посредством смещения границы (36), разделяющей перекрываемый участок (19) и первый облучаемый участок (18а), в направлении к первому облучаемому участку (18а), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) превышает степень покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
8. Устройство по п. 5, в котором задающий блок (16) выполнен с возможностью увеличивать размер перекрываемого участка (19) и/или передвигать контур и/или положение указанного участка в сторону второго облучаемого участка (18b), смещая границу (38), разделяющую перекрываемый участок (19) и второй облучаемый участок (18b), в направлении ко второму облучаемому участку (18b), если степень покрывания первого облучаемого участка (18а) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28) меньше степени покрывания второго облучаемого участка (18b) слоем (30, 32) изготавливаемого изделия (28).
9. Установка (10) для изготовления трехмерного изделия, снабженная устройством (26) для управления системой (20) облучения, выполненным согласно п. 5.
