CN108349005B - 用于增材制造过程和设备的机器控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制增材制造设备的方法，其中通过以逐层方式固结材料来构建物体。该方法包括：接收将由所述增材制造设备执行以使所述增材制造设备实施物体的构建的命令C，其中每个命令C包括标识符T，该标识符识别在构建期间执行命令C的时间；以及根据由相关联的标识符T所识别的时间来在所述增材制造设备上执行每个命令C。本发明还包括用于实施所述方法的设备和数据载体。

Description

用于增材制造过程和设备的机器控制
技术领域
本发明涉及机器控制，并且具体地但不排他地，对增材制造设备诸如材料床(粉末床或树脂床)增材制造设备的控制。
背景技术
用于生产部件的增材制造或快速成型方法包括可流动材料的逐层固化。存在不同的增材制造方法，包括粉末床***，诸如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(eBeam)和光固化立体造型；以及非粉末床***，诸如熔融沉积造型，包括丝材电弧增材制造(WAAM)。
在选择性激光熔化中，将粉末层沉积在构建室中的粉末床上，并且用激光束扫描粉末层的与正在构造的工件的截面(剖切面)相对应的部分。激光束将粉末熔化或烧结以形成固化的层。在对层进行选择性固化之后，粉末床减低了该新固化的层的厚度，并且根据需要将另外一层粉末在表面上摊开并固化。在单一构建中，可以构建多于一个工件，这些部件在粉末床中间隔开。
现有的选择性激光熔化设备是通过向硬件发送连续指令流使得机器的操作按顺序实施来操作。例如，按以下顺序：降低构建平台、通过在降低的构建平台上用刮板摊开粉末来形成层，并且随后用激光束扫描粉末层。利用此类顺序控制***，关于何时执行每个指令存在一定程度的不确定性，从而妨碍对构建过程的准确预测。
在操作之间流逝的时间量对于准确计算或模拟在某个时间点正在制造的工件中有多少热量以及因此要向此部件输入多少能量来实现期望结果是重要的。当前机器操作的不确定性足以使得计算或模拟工件中的热量变得极其困难。
此外，WO 2015/140547披露了一种选择性激光固化设备，其中当刮板跨粉末床移动时，用能量束诸如激光束扫描粉末床以使刮板任一侧的粉末固结。此类方法可以通过以下方式使用指令的顺序执行来实现：将刮板运动命令***至用于使激光转向的连续命令流中，使得刮板在足够的时间内从待用激光处理的粉末区域移动以避免激光束与刮板碰撞。然而，执行时序的不确定性需要对命令进行排序以包括足够的安全裕度，这可能会导致增材构建过程的最终效率低。
WO 2015/140547披露了使用多个激光器来扫描粉末床的重叠区域。使用多个激光器增大了上述挑战。具体地，为了确定使材料固结所需的能量输入，重要的是高度准确地了解相邻材料区域固结的时间。在未准确了解相邻区域的固结之间的时间的情况下，在固结过程中可能会向某个区域中输入过少或过多的能量，从而导致不能接受的构建。随着使用更多的激光器并且相邻区域的固结之间的时间变得更短，这变得更加严重。同样，可以实施规则来确保相邻区域不在指定的时间阈值内固结，以便确保某一区域在相邻区域固结之前已得到充分冷却。然而，这对扫描过程产生限制，并且导致增材构建过程的最终效率低。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种控制增材制造设备的方法，其中通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述方法包括：接收将由增材制造设备执行以使所述增材制造设备实施物体的构建的命令，其中每个命令与识别要执行所述命令的时间的标识符相关联；以及根据由所述相关联的标识符所识别的时间在所述增材制造设备上执行每个命令。
此命令可以包括识别在构建期间执行命令的时间的标识符。
增材制造设备可以包括多个子***。该方法可以包括接收将由增材制造设备执行以使增材制造设备的多个子***实施物体的构建的命令，其中每个命令包括识别在构建期间执行命令的时间的标识符。
以此方式，增材制造设备的动作的时序被预先确定，使得可以进行增材构建的准确计算和/或模拟。具体地，可以基于已知的时序来准确地计算所需的能量输入。此外，对于同时执行动作的增材制造设备，诸如WO 2015/140547和WO 2014/199134中描述的那些，可以控制同时动作之间的时序以产生期望的效果。
所述命令可以使得在所识别的时间执行命令以使增材构建的两个或更多个动作同时发生。例如，所述动作可以是在用一个能量束进行扫描的同时用另一能量束进行扫描，移动刮板以形成材料层和/或移动用于支撑正在构建的物体的构建平台。
所述命令可以包括：控制方向操控模块的移动以使能量束转向而在期望的位置固结材料的命令、在材料层的形成中控制刮板的移动的命令、控制在构建物体时支撑物体的平台的移动的命令、控制加热装置以使得在固结之前预加热材料层的选定区域的命令，和/或控制用于使经固结材料在形成后续层之前塑性变形的装置(例如，如在GB 2491472中所描述的装置)的命令。
标识符可以识别与构建的开始时间相关的时间，即，所谓的“绝对构建时间”。或者，标识符可以识别与构建过程的另一个动作相关的时间，即，所谓的“相对构建时间”。相对时间***可以允许在增材制造设备发生故障的情况下(诸如，刮板的暂时卡住)继续构建以在预期时间内完成任务。在这两种情况下，都可以向执行命令的增材制造设备的装置通知时间零点，从所述时间零点确定执行命令的时间。对于相对构建时间***，可以相对于不同的时间零点来计算执行不同命令的时间。一个命令的时间零点可以是另一个命令的完成时间或者增材制造设备的子***的指定状态出现的时间。
可以基于来自增材制造设备的中央控制器的主时钟的信号来执行所述命令。或者，可以基于来自本地时钟(用于执行命令的装置的本地时钟)的信号来执行所述命令，所述方法包括使(多个)本地时钟与增材制造设备的中央控制器的主时钟同步。
所述方法可以包括利用时间来对由用于监控增材构建的传感器获得的传感器数据加时间戳，所述时间可以链接回到在该时间执行的动作。例如，传感器数据可以基于来自用于确定执行命令的时间的主时钟的信号或者来自与主时钟同步的本地时钟的信号而加时间戳。时间戳可以包括与在和命令相关联的标识符中使用的时间相对应的时间(例如，从等效时间零点诸如构建开始时间算起的时间)。在后一实施例中，所述方法可以包括在构建开始时使本地时钟与主时钟同步。
每个命令可以指定将由多个子***执行的动作。每个命令的执行可以包括生成待由子***执行的多个子命令。因此，标识符可以识别中央控制器生成子命令的时间，该子命令被发送到子***。
所述多个子***可以包括用于监控增材制造过程的参数的传感器，其中所述命令或子命令包括用于使传感器捕获传感器值的传感器命令。传感器命令可以包括标识符。所述方法可以包括：传感器子***执行传感器命令以用传感器来捕获传感器值并且生成传感器数据包，所述传感器数据包包括用使得生成所述传感器值的命令中所含有的标识符来标记的传感器值。所述方法可以包括：基于标记传感器值的标识符和一个或多个命令或者来自具有相应标识符的另一传感器的另外的传感器值，将传感器值与构建容积或物体中的限定位置相关联，其中设备的子***的位置可以根据所述一个或多个命令或另外的传感器值来确定。
例如，子***的位置可以根据包括对应标识符的命令中的需求位置或另一传感器值来确定，诸如，来自于测量子***的位置的位置编码器的另一传感器值。由于子***的实际位置可能不同于需求位置，所以后一实施例可以生成更准确的位置值。
所述方法可以包括：生成另外的传感器数据包，所述另外的传感器数据包包括另外的传感器值和致使生成所述另外的传感器值的所述命令中所含有的所述标识符；以及基于用对应的标识符标记的另外的传感器值来确定要与传感器值相关联的限定位置。
子***可以是用于使能量束转向而以逐层方式固结材料的方向操控元件，并且限定的位置是根据方向操控元件的位置或者能量束由方向操控元件引导至构建容积或工作平面中的位置来确定的。方向操控元件诸如方向操控光学件的位置可以由位置编码器测量。
子***可以是用于在各层中摊开粉末材料的刮板，并且限定位置是根据增材制造设备中的刮板的表面诸如下边缘的位置来确定的。刮板的位置可以由位置编码器测量。
所述子***可以是用于在构建期间支撑物体的平台，所述平台相对于使材料固结的工作平面可移动，并且限定位置是根据平台相对于工作平面的位置确定的。WO2015/140547披露了在刮板的单个行程期间两个不同粉末层是如何固结的，并且在此类实施例中，粉末材料在两个不同的工作平面中固结。平台的位置可以由位置编码器测量。
可以理解到的是，构建容积和/或物体内的位置可以根据子***的位置(测量位置或需求位置)的组合来确定，诸如，方向操控元件的位置与可移动平台的位置的组合。
限定位置可以是传感器值的捕获位置。例如，传感器子***可以包括用于生成传感器值的传感器和用于引导传感器从工作平面(诸如粉末床的表面)或体积中的限定位置捕获传感器值的引导元件。引导元件可以是扫描器的可移动方向操控光学件，传感器通过所述可移动方向操控光学件观察粉末床，此类传感器的实例披露于WO 2007-147221和WO2015-040433中，或者引导元件可以是刮板，传感器安装在所述刮板上，此类安装在刮板上的传感器的实例披露于WO 2013-156119中。
限定位置可以是在捕获传感器值时固结区域诸如熔化区域的位置。例如，传感器可以是声传感器，并且传感器值是从所述声传感器确定的固结区域的特性。来自其他传感器的传感器值可以与固结区域的位置相关联，诸如，来自用于测量构建室中的氧水平的氧传感器的传感器值。
该方法可以包括基于限定位置而使传感器值可视化。传感器值可以基于限定位置而以二维、三维或多维表示来可视化。例如，传感器值可以关于物体上的传感器值的捕获位置以二维或三维表示来可视化。
可以理解到的是，“对应标识符”是指与在捕获传感器值时与由子***执行的命令相对应的子***的标识符。然而，可能已经考虑到在由标识符所指示的时间将命令发送至子***与由子***执行命令之间的延迟来选择命令的标识符。此类延迟可能是因为通信延迟和/或子***的动力学诸如惯性。因此，对于特定的子***，考虑到激活传感器的命令与激活子***的命令之间的延迟差异，标记传感器值的标识符的对应标识符可以是不同的时间。特定子***的对应标识符可以根据增材制造设备的校准(预先构建)来确定。因此，所述方法可以包括根据特定子***的查找表或校准函数来确定对应的标识符。然而，在许多情况下，对应的时间将是与传感器值相关联的标识符的时间的相同时间。
本发明的第二方面提供了一种用于控制增材制造设备的控制器，其中通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述控制器包括处理器，其中所述处理器被布置成实施本发明的第一方面的方法。
控制器可以包括主时钟，其中处理器被布置成使得增材制造设备基于来自主时钟的信号和由与每个命令相关联的标识符指定的时间来执行命令。
本发明的第三方面提供了一种增材制造设备，所述增材制造设备包括根据本发明的第二方面的控制器。
增材制造设备可以包括用于使各层中的材料固结的两个或更多个装置，所述控制器被布置成使执行命令，以使得所述两个或更多个装置同时实施动作。所述装置可以包括以下项的组合：用于使一个或多个能量束或等离子射流转向的一个或多个方向操控装置、用于形成材料层的刮板和/或支撑物体的可移动构建平台。所述一个或多个装置可以包括本地时钟，并且所述控制器可以被布置成使本地时钟与控制器的主时钟同步。
本发明的第四方面提供了一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由增材制造设备的处理器执行时致使处理器实施本发明的第一方面的方法。
本发明的第五方面提供了一种生成用于控制增材制造设备的指令的方法，其中通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述方法包括：接收构建数据，所述构建数据限定如何以逐层方式来构建物体；以及根据构建数据来生成待由增材制造设备执行的命令，所述命令具有与其相关联的标识符，所述标识符识别在增材构建期间由增材制造设备执行命令的时间。
构建数据可以限定要在增材过程中构建的物体的层，以及能量束或等离子射流要遵循的以使材料固结来形成层的初始扫描参数集。生成命令可以包括：根据初始扫描参数来确定扫描相邻材料区域之间的时间；以及基于相邻区域的扫描之间的时间来确定能量束或等离子射流要遵循的经修改扫描参数集。扫描参数可以是影响能量束的能量密度的参数，诸如能量束的点大小和功率。扫描参数可以包括扫描速度，或点距离和曝光时间(在诸如Renishaw AM250的点扫描***中)和/或扫描间距(hatch distance)。所述经修改扫描参数集可以基于来自固结区域的散热的热模型与构建时间来确定。
所述方法可以包括基于命令的发送与由增材制造设备的子***执行命令之间的已知延迟来确定命令的标识符。所述方法可以包括：根据查找表或校准函数来确定特定子***的已知延迟；以及基于所述已知延迟来确定针对所述特定子***的命令的标识符。
本发明的第六方面提供了一种包括处理器的***，所述处理器被布置成实施本发明的第五方面的方法。
本发明的第七方面提供了一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由处理器执行时使处理器实施本发明的第五方面的方法。
本发明的第八方面提供了一种数据载体，所述数据载体上有构建文件，所述构建文件用于指导增材制造设备以逐层方式来构建物体，所述构建文件包括命令，所述命令在由增材制造设备的装置执行时使构建物体，并且每个命令具有与其相关联的标识符，所述标识符识别由增材制造设备执行所述命令的时间。
本发明的第九方面提供了一种控制包括多个装置的机器的方法，所述方法包括：接收待由机器执行的命令，其中每个命令与识别要执行命令的时间的标识符相关联；以及根据由所述相关联的标识符所识别的时间在机器上执行每个命令。
该机器可以是制造设备，诸如增材制造设备或减材制造设备，诸如机床。所述机器可以是度量设备，诸如坐标测量机和/或用于绕一个或多个轴移动接触式探针的探头。
本发明的第十方面提供了一种用于控制机器的控制器，所述控制器包括处理器，其中处理器被布置成实施本发明的第九方面的方法。
本发明的第十一方面提供了一种机器，所述机器包括根据本发明的第十方面的控制器。
本发明的第十二方面提供了一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由机器的处理器执行时使处理器执行本发明的第九方面的方法。
本发明的第十三方面提供了一种使用增材制造设备制造物体的方法，其中材料以逐层方式固结以形成物体，所述方法包括：接收由增材制造设备在物体的制造期间捕获的传感器值，每个传感器值与传感器值被捕获的时间相关联；针对每个传感器值，基于时间来确定构建容积中或物体上的坐标值；以及将所述传感器值与确定的坐标值相关联。
构建容积中的坐标值可以根据用于驱动增材制造设备的需求数据来确定，其中所述需求数据与满足需求数据中所指定的需求的时间相关联。需求数据可以包括发送至增材制造设备以供执行的命令，其中每个命令包括识别将执行命令的时间的标识符。需求数据可以包括扫描指令，诸如，由诸如由雷尼绍公司(Renishaw)供应的QuantAM等软件包确定的扫描指令，从中确定用于指示增材制造设备的命令。此类扫描指令通常包括扫描路径和扫描速度，所述扫描路径和扫描速度可以以各种方式来限定，例如限定为扫描矢量和扫描速度或限定为扫描矢量、点距离和曝光时间。根据所述扫描指令，可以确定在特定时间使材料固结的坐标。
坐标值可以根据来自增材制造设备的一个或多个另外的传感器值来确定，所述传感器值用与所述传感器值相关联的时间相对应的时间来标记。例如，可以从用于测量增材制造设备的子***的位置的传感器得到传感器值。
所述方法可以包括基于与传感器值相关联的坐标值来使传感器值可视化。传感器值可以基于坐标值而以二维、三维或多维表示来可视化。例如，传感器值可以关于物体上的传感器值的捕获位置以二维或三维表示来可视化。
待可视化的传感器值可以来自用于捕获熔化区域的传感器或者可以是用于捕获构建过程的另一个参数的传感器值。例如，传感器可以包括：用于测量层的几何尺寸的传感器，诸如安装在刮板上的度量传感器或用于测量层的几何结构的光学探针；例如用于测量层的温度或者增材制造设备的构建室的温度的温度传感器；用于测量构建室中的氧水平的氧传感器；用于测量能量束的功率、气体流速/泵速度、冷凝物过滤器上的传感器压力的传感器；和/或用于测量增材制造设备中的声信号的声传感器。从这些传感器(甚至用于捕获构建过程的另一个参数的传感器)得到的传感器值可以与在捕获时正在固结的材料的位置相对应的坐标值相关(考虑到捕获时间与生成信号的事件之间的差异(例如，声信号的飞行时间))并在这些位置处可视化。这对于将传感器值与物体中的缺陷相关可能是有利的，例如，如根据增材制造设备的其他传感器或构建后测量过程(诸如CT扫描)确定。
本发明的第十四方面提供了一种包括处理器的***，所述处理器被布置成实施本发明的第十三方面的方法。
本发明的第十五方面提供了一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由处理器执行时使处理器执行本发明的第十三方面的方法。
数据载体可以是用于向机器提供指令的合适介质，诸如非瞬态数据载体，例如软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD，Blu Ray(TM)光盘、存储器(诸如Memory Stick(TM)、SD卡、紧凑型闪存卡等)、光盘驱动器(诸如硬盘驱动器)、磁带、任何磁性或光学存储器；或瞬态数据载体，诸如线缆或光导纤维上的信号或无线信号，例如通过有线或无线网络发送(诸如互联网下载、FTP传输等)的信号。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的增材制造设备的示意图；
图2是从另一侧看的图1所示的增材制造设备的示意图；
图3是增材制造设备的***架构的示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的构建文件的示意图；
图5是由增材制造设备的控制器生成子命令的示意图；
图6是将传感器数据包报告给控制器的示意图；并且
图7是根据本发明的输出数据包的示意图。
具体实施方式
参考图1至图3，根据本发明实施例的增材制造设备包括主室101，该主室中具有隔板115、117，这些隔板限定了构建室116以及粉末可以沉积在其上的表面。构建平台102被提供用于支撑由选择性激光熔化粉末104构建的工件103。随着工件103的连续层被形成，在马达119的控制下可以使平台102在构建室116内降低。可用的构建容积由构建平台102可以被降低到构建室116中的程度来限定。
通过分配设备108和刮板109而随着工件103被构建来形成粉末层104。例如，分配设备109可以是如在WO 2010/007396中所述的设备。多个激光模块(在此实施例中为两个激光模块105a、105b)产生用于熔化粉末104的激光118a、118b，所述激光118a、118b根据对应光学模块106a、106b的需要而定向。激光束118a、118b经由窗口107进入室101中。
该设备还包括用于在构建表面(粉末床的表面)上产生气流的气体喷嘴120和排气装置121。气流由气体再循环回路122的泵111产生。过滤器组件124从再循环气体中过滤变成夹带在气流中的颗粒。
该设备还包括用于生成指示构建环境的信号的传感器150。例如，传感器可以是如在WO 2015/040433和/或PCT/GB 2016/051720中所述的传感器、热力相机、可见光相机或用于增材制造的其他合适的传感器。
控制器140与增材制造设备的模块通信，即，激光模块105a、105b、光学模块106a、106b、构建平台102、分配设备108、刮板109、泵111以及(多个)传感器150。在此实施例中，模块和控制器140的网络被示出为星形网络，但是可以使用其他构型，诸如环形网络。控制器140基于构建文件中的命令来控制模块。
如图4所示，构建文件包括待由增材制造设备的控制器140执行的多个命令C1至Cn。在图4中，每个命令C1至Cn分别包括光学模块106a、激光器105a、光学模块106b、激光器105b、刮板109、分配设备108、构建平台102和泵11的所需状态OA、LA、OB、LB、W、H、S、P。由控制器140执行命令C1至Cn将使得控制器140生成信号，该信号使得模块呈现在每个命令中所限定的所需状态。例如，该信号可以使得光学模块106a、106b、刮板108和/或构建平台102移动到所需位置，使得分配设备投配粉末，使得激光器105a、105b打开或关闭或者改变激光功率和/或使得泵111打开或关闭或改变速度。
每个命令与标识符T相关联，该标识符T识别要执行命令C的时间。在此实施例中，时间是从构建开始(执行第一命令的时间)算起的时间。控制器140包括时钟141并且使用来自时钟141的时钟信号以确定自构建开始以来的时间。控制器140根据由相关联的标识符T1至Tn识别的时间来执行每个命令C1至Cn。
实施确定性控制的时间分辨率和位置将取决于增材制造设备的布置和确定性控制的要求。模块105a、105b、106a、106b、102、108、111可以具有它们自身的本地处理器(未示出)，以用于解译来自控制器140的信号并且适当地控制模块105a、105b、106a、106b、102、108、111。由控制器140发送至模块的信号可以包括待由模块105a、105b、106a、106b、102、108、111处的多个装置来实施和/或分多个步骤来实施的一般指令。例如，控制器140可以向光学模块105a、105b发送指令，以使用由限定的点距离分开的一系列点曝光来将限定的线(矢量)曝露于激光束，每次曝光被执行设定的曝光时间。光学模块的本地处理器可以通过使得控制用于引导激光束118的可转向镜的振镜适当移动来执行此指令。这可以包括生成多个时间间隔的信号，以通过光学模块105的本地处理器而使得振镜移动来实现期望的点间距和曝光时间。然而，与由控制器140执行的命令不同，由光学模块105从控制器140接收的信号和由振镜从本地处理器接收的那些信号都不与识别应由装置(光学模块或振镜)执行命令的时间的标识符相关联。该指令在被装置收到时被执行。
在一个替代实施例中，在模块处实施命令的确定性执行而不是通过中央控制器140来实施。模块中的每个或至少一些模块可以包括本地处理器和本地时钟。在构建开始时，中央控制器140可以使本地时钟与控制器140的主时钟141同步。控制器140随后将命令发送至模块，每个命令与识别由模块执行命令的本地时间(如使用本地时钟确定)的标识符相关联。该命令随后可以在模块处排队并在所识别的时间执行。
控制器140还接收来自(多个)传感器150的传感器数据，并且将在如由时钟141确定的特定时间处接收的传感器数据与时间戳相关联。传感器数据随后可以与和对应时间的标识符相关联的命令相关，使得可以确定在生成传感器数据的时间正由增材制造设备实施的动作。
构建文件在远程计算机130处生成并经由合适的通信链路发送至控制器140。
用于设计构建的软件确定在以WO 2014/207454中所述的方式固结材料时激光束118a、118b要遵循的扫描路径。一旦已经确定了扫描路径，就例如使用在WO 2014/199134中所述的方法来确定激光束118a、118b对扫描路径的扫描的分配。在附图中，层的扫描是与使用刮板108a摊开粉末和构建平台102的降低同步实施，如在WO 2015/140547中所述。因此，由激光束118a、118b执行扫描的时序将取决于刮板108的位置以及扫描的设定速度。根据激光束118a、118b对扫描路径的分配和设定扫描速度(初始扫描参数)，可以确定适当的扫描参数，诸如点距离和曝光时间、激光功率和点大小。可以使用热/能量模型来确定适当的扫描参数，该热/能量模型考虑到向相邻区域输入的能量以及出现在相邻区域的固结之间的冷却量来确定待输入到区域中以实现期望的固结(熔化)的能量的量。
然后根据扫描参数和扫描路径生成命令，软件确定在构建期间由增材制造设备执行每个命令以实现期望扫描的时间，并且在与命令相关联的标识符中识别所确定的时间，如图4所示。
随后当用户想要执行构建时由计算机130确定的指令可以上传至控制器140。
参考图5至图7，在一个实施例中，在指定时间执行命令时，控制器140生成用于子***106、106、108、109、102的子命令SC。子命令SC包括待由子***执行的(多个)命令，以及致使生成子命令的命令C的标识符T。对于子***，子命令SC包括对存在于子***中的一个或多个传感器进行传感器读取的命令。例如，激光器105或光学模块106包括用于测量激光束功率的传感器，并且光学模块(还)包括用于测量振镜的位置的位置编码器和用于捕获关于被形成来固结材料的熔化池的图像和/或其他数据的传感器。粉末分配器108包括：用于测量螺旋钻或可移动板的位置的传感器，其控制粉末从料斗的分配；和/或用于测量料斗中的粉末量的传感器。刮板109包括用于测量刮板109的位置的位置编码器和/或用于测量从粉末床伸出的固化材料的z高度的度量传感器(阵列)。z轴包括用于测量构建平台102的位置的位置编码器。该设备可以包括其他传感器，诸如用于记录由增材构建过程产生的声音/压力波的声传感器和/或用于测量构建室101中的氧含量的氧传感器。
在接收到子命令时，子***立即执行该子命令，对于包括进行传感器读取的命令的子命令，这涉及记录传感器值S1至Sn。子***形成传感器数据包，该传感器数据包包括传感器值S1至Sn以及使捕获传感器值的子命令中所含有的标识符T1至Tn。如图6所示，传感器数据包发送至主控制器140。
参考图7，传感器值S1至Sn与来自其他传感器的其他传感器值z、θ、
Figure BDA0001660961990000161
以及用相同标识符T标记的命令C封装在一起而成为输出数据包201至204。根据相关传感器值z、θ、
Figure BDA0001660961990000162
或命令C中所含有的需求位置，可以确定在捕获传感器值S时固结的工作平面、构建容积中和/或部件上的位置。
该位置可以根据来自位置编码器的输出θ、
Figure BDA0001660961990000163
和构建平台102的测得位置z而确定，该位置编码器用于测量用来使激光束转向到工作平面上的转向镜的位置。通过使用所测量的位置，考虑到需求位置与实际位置之间的差异，可以确定在捕获传感器值时的固结位置。然而，所述位置也可以根据命令C中的需求位置来确定。
数据包201至204被输出至可视化设备诸如计算机130，并且传感器数据S以关于物体上的捕获位置的二维或三维表示来显示。可视化的传感器数据可以是与在固结期间形成的熔化池相关的传感器数据(例如，如根据由光学模块106或至少一个声传感器收集的辐射所确定)，或可能会影响物体品质的其他传感器数据，诸如在物体的每个区域被固结时构建室101中的氧含量。这通过在构建期间发生事件的已知时序是可能实现的。
在一个实施例中，考虑设备中的延迟而确定要被包括在命令C中的标识符，诸如，通信延迟和子***的动力学。增材制造设备可以(定期地)经历校准例程，在校准例程中确定设备中的延迟。例如，确定以下项之间的时间差：在将命令发送至激光器105与使激光功率斜升至由光电二极管检测到的所需功率之间；在发送命令来移动转向镜或聚焦光学件与测量转向镜和/或聚焦光学件至如根据来自位置编码器的输出确定的需求位置的移动之间；和/或发送命令来将平台102驱动至某一位置与测量构建平台102移动至需求位置的移动之间。根据这些时间差，生成校准映射或函数并且将其用于确定主控制器140应向子***发送子命令的时间(如由命令中的标识符所确定)，以便此动作在期望的时间完成(在发送命令与执行动作的期望时间之间存在时间偏移)。构建准备软件(或将扫描指令转换成命令的其他软件)使用校准映射或函数来生成命令的标识符。
如果需求数据用于确定与传感器值相关的位置，则校准映射或函数可以用于确定在捕获传感器值时子***的位置。例如，校准映射或函数可以指示输出包201至204中具有先前标识符的命令C对应于在捕获传感器值时的子***的需求位置。如果位置是测量位置，则在由不同电子传感器生成的传感器值之间不太可能有任何明显的时间差。
可以理解到的是，在不背离如权利要求所限定的本发明的情况下可以对上述实施例进行多项修改和改变。不是从公用构建开始时间限定执行命令的时间，而是可以设置关于不同的开始(零点)时间的不同命令的时间。例如，可以与特定层形成有关的开始时间来设置用于所述层的扫描命令。控制方法可以与其他类型的增材制造设备一起使用，例如，其他粉末或树脂床增材制造设备，诸如光固化立体造型，或熔融沉积造型设备，诸如丝材电弧增材制造设备。所述方法还可以与减材制造设备和度量设备一起使用。

Claims (31)

1.一种控制增材制造设备的方法，其中通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述增材制造设备包括用于使至少两个能量束转向的方向操控模块和用于控制所述增材制造设备的控制器，所述方法包括：接收将由所述增材制造设备执行以使所述增材制造设备实施物体的构建的命令，其中，每个命令包括用于识别在所述构建期间由所述控制器来执行所述命令的时间的标识符；以及根据由相关联的所述标识符所识别的所述时间在所述增材制造设备上由所述控制器来执行每个命令，以在用一个能量束进行扫描的同时促使所述至少两个能量束中的另一个能量束的扫描，从而使得用所述一个能量束进行扫描的同时促使所述另一个能量束的扫描的时机能够被预先确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增材制造设备包括刮板，所述命令使得在所识别的时间由所述控制器来执行所述命令，以在移动所述刮板以形成材料层的同时促使所述能量束的扫描。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增材制造设备包括构建平台，所述命令使得在所识别的时间由所述控制器来执行所述命令，以移动用于支撑正在构建的所述物体的所述构建平台的同时促使所述能量束的扫描。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述命令包括：控制所述方向操控模块的移动以使所述能量束转向而在期望位置固结材料的命令、在材料层的形成中控制刮板的移动的命令和/或控制在构建物体时支撑所述物体的平台的移动的命令。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述标识符识别与所述构建的开始时间相关的时间。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于来自所述增材制造设备的中央控制器的主时钟的信号来执行所述命令。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于来自用于执行所述命令的装置本地的本地时钟的信号来执行所述命令，所述方法包括使所述本地时钟或多个所述本地时钟与所述增材制造设备的中央控制器的主时钟同步。
8.根据权利要求1所述的方法，其包括使用时间来对由用于监控增材制造的传感器获得的传感器数据加时间戳，其中所述时间是这样的时间：所述时间可以链接回到在所述时间执行的动作。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述增材制造设备包括多个子***，并且所述命令使得所述增材制造设备的所述多个子***实施所述物体的所述构建。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，每个命令指定待由多个所述子***执行的动作。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，每个命令的执行包括生成待由所述子***执行的多个子命令。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述标识符识别中央控制器生成发送至所述子***的子命令的时间。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个子***包括用于监控增材制造过程的参数的传感器，其中，所述命令或子命令包括用于致使所述传感器捕获传感器值的传感器命令。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述传感器命令包括所述标识符，并且所述方法包括：所述传感器执行所述传感器命令以捕获传感器值，并且生成传感器数据包，所述传感器数据包包括用所述传感器命令中所含有的所述标识符标记的所述传感器值。
15.根据权利要求14所述的方法，包括基于标记所述传感器值的所述标识符来将所述传感器值与构建容积或所述物体中的限定位置相关联，其中，所述限定位置是根据由所述标识符识别的所述时间处的需求位置来确定的，或者根据来自另一传感器的具有相应标识符的另一传感器值来确定的。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述限定位置是所述传感器值的捕获位置。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述限定位置是在所述传感器值被捕获时的固结区域的位置。
18.根据权利要求15所述的方法，其包括基于所述限定位置来使所述传感器值可视化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，基于所述限定位置以二维、三维或更多维表示来使所述传感器值可视化。
20.一种用于控制增材制造设备的控制器，其中，通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述控制器包括处理器，其中，所述处理器被布置成实施执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
21.根据权利要求20所述的控制器，其包括主时钟，其中，所述处理器被布置成使得所述增材制造设备基于来自所述主时钟的信号和由与每个命令相关联的所述标识符指定的所述时间来执行命令。
22.一种增材制造设备，其包括根据权利要求21所述的控制器以及用于使各层中的材料固结的两个或更多个装置，所述控制器被布置成使执行命令，以使得所述两个或更多个装置同时实施动作，其中所述增材制造设备还包括使能量束转向的操控装置。
23.根据权利要求22所述的增材制造设备，其中，所述装置包括以下项的组合：用于形成材料层的刮板，和/或支撑所述物体的可移动构建平台。
24.一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由增材制造设备的处理器执行时致使所述处理器实施根据权利要求1至19中任一项所述的方法。
25.一种生成用于控制增材制造设备的指令的方法，其中，通过以逐层方式固结材料来构建物体，所述增材制造设备包括用于使至少两个能量束转向的方向操控装置和用于控制所述增材制造设备的控制器，所述方法包括：接收构建数据，所述构建数据限定如何以逐层方式构建物体；以及根据所述构建数据来生成待由所述增材制造设备的所述控制器执行的命令，每个命令包括识别在增材制造期间由所述增材制造设备的所述控制器执行所述命令的时间的标识符，以在用一个能量束进行扫描的同时促使所述至少两个能量束中的另一个能量束的扫描，从而使得用所述一个能量束进行扫描的同时促使所述另一个能量束的扫描的时机能够被预先确定。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述构建数据限定在增材过程中要构建的所述物体的各层，以及能量束要遵循以将材料固结来形成所述各层的初始扫描参数集，并且生成所述命令包括：根据所述初始扫描参数来确定材料的扫描相邻区域之间的时间；以及基于相邻区域的所述扫描之间的所述时间来确定所述能量束要遵循的经修改扫描参数集。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述扫描参数是影响所述能量束的能量密度的参数。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述经修改扫描参数集是基于来自固结区域的散热的热模型与构建时间来确定。
29.一种增材制造***，其包括处理器，所述处理器被布置成实施根据权利要求25至28中任一项所述的方法。
30.一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行根据权利要求25至28中任一项所述的方法。
31.一种数据载体，所述数据载体上有构建文件，所述构建文件用于指导增材制造设备以逐层方式来构建物体，所述增材制造设备包括用于使至少两个能量束转向的方向操控装置和用于控制所述增材制造设备的控制器，所述构建文件包括命令，所述命令在由增材制造设备的所述控制器执行时使得构建物体，并且每个命令具有与其相关联的标识符，所述标识符识别由所述增材制造设备的所述控制器执行所述命令的时间，以在用一个能量束进行扫描的同时促使所述至少两个能量束中的另一个能量束的扫描，从而使得用所述一个能量束进行扫描的同时促使所述另一个能量束的扫描的时机能够被预先确定。
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