CN113508026B - 用于增材制造中的构建厚度控制的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种使用增材制造设备(10)逐层形成零件(74)的方法。增材制造设备(10)包括树脂支撑件(190)、台(14)、测量***(76)和致动器(32)，致动器构造成改变台(14)和树脂支撑件(190)的相对位置。该方法包括如下步骤：进行增材制造循环，包括以下步骤：沉积未固化的树脂层(110)；将台(14)移动到目标位置；固化未固化的树脂层(110)；和将台(14)从目标位置移开；重复增材制造循环；进行测量处理，其中测量处理包括以下步骤：使用测量***(76)进行指示结构的实际位置的测量；将结构的实际位置与结构的预期位置进行比较以确定误差；以及使用误差修改目标位置。
Description
技术领域
本发明总体上涉及增材制造，并且更具体地涉及一种用于在增材制造中确定构建层厚度并调整构建轮廓以实现零件的预定最终尺寸的设备和方法。
背景技术
增材制造是一种材料逐层堆积以形成部件的处理。每一层都是在包括多个步骤的循环中制作的。一种现有技术方法是流延（tape casting）工艺。在此处理中，将树脂作为具有所需厚度的层沉积到从供应卷轴送出的柔性辐射透明带上。台或上板降低到树脂上，使得由台的表面或加工零件的表面中的一个限定的工作表面定位成使得工作表面刚好接触树脂或在带和上板之间压缩其并限定层厚度。辐射能量用于通过射线透明带固化树脂。一旦第一层的固化完成，上板就会向上缩回，同时带走固化的材料。然后将带推进以暴露新的清洁部分，准备在随后的新循环中沉积额外的树脂。
另一种现有技术方法采用一桶（vat）液体辐射能量可固化光聚合物“树脂”和固化能量源（例如激光）。同样，DLP 3D 打印使用二维图像投影机来一次一层地构建部件。对于每一层，投影机会在液体表面上或通过限定树脂的受约束表面的透明物体闪烁部件的横截面的辐射图像。暴露在辐射下会在树脂中固化并固结图案，并将其接合到先前固化的层以产生构建层。其他类型的增材制造处理利用其他类型的辐射能量源来在树脂中固结图案。
工作表面和树脂表面的相对位置通常相对于具有大体固定位置的增材制造设备的部件来限定。例如，在流延成型中，相对位置可以由树脂层的支撑平台的位置来限定。然而，工作表面的相对位置可能因构建固化的加工零件的层厚度的变化而变化。通过改变树脂层的厚度可以引入进一步的变化。
因此，传统的增材制造方法的一个问题是工作表面和树脂表面的相对位置会随着循环而变化。
传统的增材制造方法的另一个问题是误差会累积，从而对零件的最终尺寸产生不利影响。
另一个问题是台的起始位置可能不正确。
另一个问题是要固化的树脂层的厚度可能不正确。
发明内容
这些问题中的至少一个通过被构造为确定工作表面和树脂表面的相对位置的增材制造设备来解决。更具体地，提供了一种设备和方法来测量工作表面相对于树脂表面的相对位置并相应地调整期望的构建层厚度。
根据本文所述技术的一个方面，一种使用增材制造设备逐层生产零件的方法。增材制造设备包括树脂支撑件、台、测量***和被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置的致动器。该方法包括以下步骤：进行包括以下步骤的增材制造循环：沉积未固化的树脂层；将台移动到目标位置；固化未固化的树脂层；以及将台移离目标位置；重复增材制造循环；执行测量处理，其中测量处理包括以下步骤：使用测量***进行指示结构的实际位置的测量；将结构的实际位置与结构的预期位置进行比较以确定误差；以及使用误差来修改目标位置。
根据在此描述的技术的一个方面，一种增材制造设备，包括树脂支撑件、台、辐射能量设备和致动器，以及测量***。树脂支撑件限定构建表面，该构建表面被构造为支撑未固化的树脂层。台被构造为保持一个或多个固化的树脂层的堆叠布置，一个或多个固化的树脂层形成限定与台相对定位的表面的零件。辐射能量设备与台相对定位，使得可操作以以预定图案产生和投射辐射能量。致动器被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置。测量***被构造为用于测量一个或多个结构相对于树脂支撑件的位置。作为示例而非限制，该结构是以下之一：台、未固化的树脂层的表面、零件的表面、以及它们的组合。
根据本文描述的技术的一个方面，一种使用增材制造设备形成零件的方法，该增材制造设备包括被构造为支撑构建区内未固化的树脂层的树脂支撑件、被构造为保持形成零件的至少一部分的一个或多个固化的树脂层的堆叠布置的台、测量***和被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置的致动器，该方法包括以下步骤：根据构建配置文件操作增材制造设备以产生零件的固化的构建层；使用测量***测量零件的尺寸；确定尺寸是否包含误差；通过修改构建配置文件以包括补偿层来响应误差的确定，其中选择补偿层的厚度来补偿误差。
附图说明
结合附图参考以下描述可以最好地理解本发明，其中：
图1是示例性流延增材制造设备的示意性侧视图，该设备包括用于测量结构的位置的装置；
图2是图1所示的流延增材制造设备的一部分的一个实施例的示意图；
图3示出了增材制造设备中台和平台的初始相对位置的程式化表示；
图4示出了图3中的台和平台的进一步相对位置；
图5示出了图3中的台和平台的进一步相对位置；
图6示出了故障模式的程式化表示；
图7示出了故障模式的程式化表示；
图8示出了另一种故障模式的程式化表示；
图9示出了根据所公开技术的增材制造方法的两个循环的结果；
图10是基于桶的增材制造设备的一部分的示意图，示出了工作表面和树脂表面的相对位置。
图11示出了单层基于桶的增材制造设备，其中树脂层通过与台的接触被进一步限定；和
图12是图11的单层基于桶的增材制造设备的视图，示出了在图10的基于桶的增材制造设备中使用的替代固化机制。
实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在各个视图中表示相同的元件，图1示意性地示出了一种用于增材制造的合适设备10的示例，其具有改进的构建层控制并因此改进了关于最终零件厚度的准确性。下面提供了一种方法，用于在构建零件时利用设备10经由零件厚度来监控零件几何形状，并且用于修改构建配置文件以校正构建处理中可能发生的错误。如本文所用，术语“构建配置文件”是指用于操作设备10以利用增材制造来构建一组层以共同限定具有预定最终尺寸的零件的指令或指令集。
设备 10 包括树脂处理组件 11，根据所示实施例，其是流延设备20。树脂处理组件11包括构造为确定工作表面75和树脂表面77的相对位置的测量***76。测量***76示于图1中，用附图标记76A表示测量***76的一种可能的替代位置。
参考图 3-8，所公开的技术适用于减少使用常规增材制造设备和方法发生的错误和不精确构建层开发的数量和幅度。这种设备和方法没有考虑关键表面（例如，工作表面75和树脂表面77）的实际相对位置。如下文将详细描述但在此描述是为了突出所公开技术解决的错误，增材制造设备包括台14。现在参考图3，台14限定了表面30，在该表面上形成零件74。零件74限定表面75，通过转移位于表面75附近并由膜12支撑的树脂层110的固化部分，在该表面上添加零件的新层。层110限定树脂表面77。如图 4 所示，无差错操作涉及表面75 和表面 77 之间预定量的接触。预定量的接触导致层110的固化部分转移以形成零件74的新构建层79并限定新表面75。层 110 的新部分移动到零件 74 下方以限定新表面 77。这种构造如图 5 所示。
在考虑形成单个构建层 79 时，至少有两种类型的错误是典型的。如图6所示，当台14和零件74移动到适合零件74的现有几何形状的构建位置时，层110的厚度不足以允许表面77接触表面75。在这种情况下，层 110 的固化部分不会转移到零件 74。在第二种错误情况下（如图 7 所示），层 110 太厚，以至于当台 14 和零件 74 移动到适合零件 74 的现有几何形状的构建位置时，表面 75 实际上穿透表面 77， 导致零件变形并还可能损坏零件。
在考虑影响整个零件的形成的基于层的错误时，存在至少三种典型的错误。在第三种错误情况下，也如图 6 所示，先前层 110 的厚度错误导致零件 74 的一系列层 79，其中一些或全部太薄（图 9中显示了这方面的进一步示例 并在下面详细讨论）。结果，零件74没有预期的那么高，并且当台14移动到适合预期几何形状的构建位置时，如果材料层110的厚度是和预期一样厚或更薄，表面75不接触材料层110。在第四种错误情况中，也如图7所示，先前构建层79的厚度错误导致了一系列层，其中一些或全部层太厚。因此，零件74比预期高，使得当台14移动到适合预期几何形状的构建位置时，表面75穿透表面77，导致零件变形或损坏。在第五种错误情况下，如图8所示，先前构建层79的厚度错误导致零件74比预期高得多。因此，当台14被移动到构建位置时，台14被降低到如此远以至于它“碰撞”到层110中，从而损坏零件。它还可以推动零件74穿过材料层110以接触膜12或甚至推动穿过膜12以损坏机器。如图8所示，膜12以这样的力接触零件74，使得膜12在几个位置分离，导致腹板损坏或断裂。所公开的技术通过提供用于准确地限定层110的厚度以使零件74能够被正确构造的设备和方法来解决这些错误。
应当理解，除了流延成型之外的装备的构造可以用于设备10并且可以执行下面描述的方法。那些其他构造包括不同类型的树脂处理装备，例如桶和/或板。该方法适用于较低粘度的树脂、浆状物和糊状物，以及较高粘度的树脂和/或粉末。应当理解，可以使用其他构造的装备来实施该方法。示例性设备10的基本部件包括材料沉积装置106和树脂处理组件11，其在图1中是流延设备20。流延设备20包括支撑膜或带12，以及辐射能量设备18。
参照图1，流延设备20包括间隔开的辊15，柔性聚合物带或箔12在其间延伸。箔12的一部分由支撑板190从下方支撑。将为辊15和支撑板190提供合适的机械支撑件（框架、支架等-未示出）。箔12是“树脂支撑件”的示例。
支撑板190和箔12两者都是透明的或者包括透明的一个或多个部分。如本文所用，术语“透明”是指允许选定波长的辐射能量通过的材料。例如，如下所述，用于固化的辐射能量可以是紫外光或可见光谱中的激光。透明材料的非限制性示例包括聚合物、玻璃和结晶矿物，例如蓝宝石或石英。
将提供适当的装置，例如马达、致动器、反馈传感器和/或已知类型的控制器（未示出）以驱动辊15 以保持箔片 12 使其适当在辊15之间张紧并将箔12从一个辊15缠绕到另一个辊15上。
在辊15之间延伸的箔12限定第一“构建表面”24，其被示为是平面的，但也可以是弧形的（取决于支撑板的形状）。为了便于描述，第一构建表面24可以被认为平行于设备10的XY平面定向，并且垂直于XY平面的方向被表示为Z方向（X、Y和Z是三个相互垂直的方向）。
第一构建表面24可以被构造为“不粘”的，即，抵抗固化树脂的粘附。不粘特性可以通过诸如箔12的化学性质、其表面光洁度和/或施加的涂层的变量的组合来体现。在一个示例中，可以施加永久性或半永久性不粘涂层。合适涂层的一个非限制性示例是聚四氟乙烯（“PTFE”）。在一个示例中，第一构建表面24的全部或一部分可结合具有不粘特性的受控粗糙度或表面纹理（例如突起、凹坑、凹槽、脊等）。在一个示例中，箔12可以全部或部分地由透氧材料制成。
提供了一些用于将树脂R以大体均匀的层施加或沉积到第一构建表面24的装置。图1示意性地示出了为此目的构造的材料沉积器106。
设备10包括台14，其是限定平面表面30的结构，平面表面30能够平行于位于支撑板190上的膜12的部分的构建表面24定向。提供了一些用于相对于构建表面24平行于Z方向移动台14的装置。在图1中，这些装置被示意性地描绘为连接在台14和静止支撑结构34之间的简单致动器32，可以理解诸如气压缸、液压缸、滚珠丝杠电动致动器、线性电动致动器或三角洲（delta）驱动器的装置可用于此目的。除了使台14可移动之外或作为替代，箔12和/或支撑板190可以平行于Z方向移动。
设备10包括辐射能量设备18，其被构造为固化层110的至少一部分。辐射能量设备18可以包括任何装置或装置的组合，其可操作以在树脂R上以合适的图案和合适的能量水平以及其他操作特性产生和投射辐射能量，以在构建处理中固化树脂R，下面更详细地描述。
在如图1所示的一个示例性实施例中，辐射能量设备16可以包括“投影机”48，在本文中通常用于指代可操作以生成具有合适能级和其他操作特性的辐射能量图案化图像来固化树脂R的任何装置。如本文所用，术语“图案化图像”是指包括单个像素的阵列的辐射能量的投射。图案化成像装置的非限制性示例包括DLP投影机或另一数字微镜装置、2D LED阵列、2D激光阵列或光学寻址光阀。在所示示例中，投影机48包括：辐射能量源50，例如UV灯；图像形成设备52，其可操作以接收来自辐射能量源50的源束54并生成图案图像59（图6-8）以投射到树脂R的表面上；以及可选的聚焦光学器件58，例如一个或多个透镜。
辐射能量源50可以包括可操作以生成具有合适能量水平和频率特性的束来固化树脂R的任何装置。在所示示例中，辐射能量源50包括UV闪光灯。
图像形成设备52可以包括一个或多个反射镜、棱镜和/或透镜，并且设置有合适的致动器，并且被布置成使得来自辐射能量源50的源束54可以转换为与树脂R的表面重合的X-Y 平面中的像素化图像。在所示示例中，图像形成设备52可以是数字微镜装置。例如，投影机48可以是市售的数字光处理（“DLP”）投影机。
作为一种选择，投影机48可以结合附加装置（例如致动器、反射镜等），附加装置被构造为选择性地移动图像形成设备52或投影机48的其他部分，具有光栅化或移动图案化图像59（图6-8中示出）相对于构建表面24的位置的效果。换句话说，图案化图像可以从标称位置或起始位置移开。例如，这允许单个图像形成设备52覆盖更大的构建区域。用于控制（mastering）或移动来自图像形成设备52的图案化图像的装置是市售的。这种类型的图像投射在本文中可以被称为“平铺图像”。
在另一个示例性实施例中（如图 12 所示，与下面进一步讨论的基于桶的树脂传输***有关），除了其他类型的辐射能量装置之外，辐射能量设备18可以包括“扫描束设备”60，本文使用的“扫描束设备”60泛指可操作以生成具有合适能级和其他操作特性的辐射能量束来固化树脂R并以期望图案在树脂R的表面上扫描束的任何装置。在所示示例中，扫描束设备60包括辐射能量源62和束转向设备64。
辐射能量源62可以包括可操作以生成具有合适功率和其他操作特性的束来固化树脂R的任何装置。合适的辐射能量源的非限制性示例包括激光或电子束枪。
束转向设备64可以包括一个或多个反射镜、棱镜和/或透镜，并且可以设置有合适的致动器，并且布置成使得来自辐射能量源62的束66可以被聚焦到期望的斑点尺寸并转向到与树脂R的表面重合的平面中的期望位置。束66在本文中可被称为“构建束”。可以使用其他类型的扫描束设备。例如，使用多个构建束的扫描束源是已知的，其中辐射能量源本身可通过一个或多个致动器移动的扫描束源也是已知的。
设备10可以包括控制器68。图1中的控制器68是控制设备10、台14、辐射能量设备18、传送机构、沉积器106和上述各种致动器的操作所需的硬件和软件的概括表示。例如，控制器60可以通过在一个或多个处理器上运行的软件来体现，该一个或多个处理器体现在一个或多个装置（例如可编程逻辑控制器（“PLC”）或微型计算机）中。这样的处理器可以例如通过有线或无线连接联接到传感器和操作部件。同一处理器或多个处理器可用于检索和分析传感器数据、用于统计分析和用于反馈控制。
可选地，设备10的部件可以被壳体70包围，壳体70可以用于使用气体端口72提供保护或惰性气体气氛。可选地，壳体70内的压力可以维持在大于或小于大气的期望水平。可选地，壳体70可以是温度和/或湿度控制的。可选地，可以基于诸如时间间隔、温度、湿度和/或化学物质浓度的因素来控制壳体70的通风。
树脂R包含辐射能量可固化并且能够在固化状态下将填料（如果使用的话）粘附或粘合在一起的材料。如本文所用，术语“辐射能量可固化”是指响应于特定频率和能级的辐射能量的施加而固结的任何材料。例如，树脂R可以包括已知类型的光聚合物树脂，该光聚合物树脂包含用作引发聚合反应的光引发剂化合物，使树脂从液态变为固态。替代地，树脂R可包含含有可通过施加辐射能量蒸发掉的溶剂的材料。未固化树脂R可以以固体（例如粒状）或液体形式（包括糊状物或浆状物）提供。
根据所示的流延实施例，树脂R的粘度处于更高的粘度，使得需要与刮刀或整平装置(例如台14)接触。可以根据需要选择树脂R的组成以适合特定应用。可以使用不同组成的混合物。
可以选择树脂R以具有在进一步处理（例如下面描述的烧结处理）期间脱气或烧掉的能力。
树脂R可以包含填料。填料可以与树脂R预混合。填料包含颗粒，通常将颗粒限定为“极少量的物质”。填料可包括与所选树脂R化学和物理相容的任何材料。颗粒的形状可以是规则的或不规则的，尺寸可以是均匀的或不均匀的，并且可以具有可变的纵横比。例如，颗粒可以采取粉末、小球体或细粒的形式，或者可以被成形为像小棒或纤维。
可以根据需要选择填料的组分，包括其化学和微观结构，以适合特定应用。例如，填料可以是金属的、陶瓷的、聚合物的和/或有机的。潜在填料的其他示例包括金刚石、硅和石墨。可以使用不同组分的混合物。
填料可以是“可熔的”，这意味着填料能够经由施加足够的能量而固结成团。例如，可熔性是许多可用粉末（包括但不限于：聚合物、陶瓷、玻璃和金属）的特性。
可选择填料与树脂R的比例以适合特定应用。通常，可以使用任意量的填料，只要组合材料能够流动和被整平，并且有足够的树脂R在固化状态下将填料颗粒保持在一起。
现在将参考图1和图2详细描述设备10的操作的示例。应当理解，作为生产部件和使用设备10的前体，零件74被软件建模为沿着Z轴排列的平面层79的堆叠。取决于所使用的固化方法的类型，每一层可被划分为像素网格。实际零件74可以被建模和/或制造为数十或数百层的堆叠。合适的软件建模处理在本领域中是已知的。
操作树脂处理组件 11 以在构建区 23 中提供新的树脂 R。在材料沉积之后，设备10被定位以限定选定的层增量。层增量由沉积层的厚度和台 14 的操作的某种组合限定。对于图 10 所示的桶***，它将是树脂填充到桶中的深度。
例如，台14可以定位成使得新零件的表面30或加工零件的现有表面75正好接触施加的树脂R，如图11所示，或者台14可以用于压缩和移位树脂 R 以明确限定层增量。层增量影响增材制造处理的速度和零件 74 的分辨率。层增量可以是可变的，较大的层增量用于加速零件74的不需要高准确度的部分中的处理，而在需要较高准确度的地方使用较小的层增量，以处理速度为代价。
如上所述，设备10包括测量***76。测量***76被构造为确定设备10内的结构的位置。如图所示，测量***76可以被构造为确定结构之间的距离。可以如下文进一步描述的那样使用这样的距离来确定新构建层79的厚度，即层增量。
层增量最终是利用工作表面75和树脂表面77的Z方向上的相对位置(在图2中显示为距离a)的知识来限定的。应当理解，确定工作表面75和树脂表面77的相对位置可以根据诸如支撑件190的接触表面191的参考位置来完成。因此，支撑件190的表面191的Z方向的位置被限定为Z＝0。树脂表面77相对于接触表面191的位置是膜12和树脂层110的厚度的组合厚度。为了本文公开的技术的目的，可以假设膜12的厚度和树脂层110的厚度都是恒定的。因此，树脂表面77相对于诸如支撑件190的参考的位置是恒定的。应当理解，在正常操作期间，树脂表面77的位置会因层110的厚度的变化而变化。这种变化可发生在沿 Y 轴的机器方向 (MD）和沿 X 轴的横向方向 (TD)上。
一旦树脂R已经被施加并且层增量被限定，辐射能量设备18被用于固化如图3所示构建的零件74的二维横截面或层。
在使用投影机48的情况下，投影机48通过箔12将代表零件74的横截面的图案化图像59投射到树脂R。该处理在本文中称为“选择性”固化。
一旦第一层的固化完成，台14与箔12分离，例如通过使用致动器32升高台14。应当理解，树脂R和/或固化层不一定与12的表面接合、粘附或结合。因此，如本文所用，术语“分离”是指使两个元件彼此分开的过程，并不一定意味着破坏结合或使一个元件从另一个元件中分离的行为。在测量过程中，可以根据下面描述的方法的一方面来利用参考块78。
图1和图2中示出的参考块78是与零件74相邻定位的一组固化层，并且如图所示，代表零件74在最大位置处的厚度。在这点上，块78通过固化厚度等于每个构建层79的最大厚度的树脂而形成。块78可以是围绕零件74的框架，如图所示在零件74完成时被移除。或者参考块78可以是围绕零件74的周边定位的一个或多个离散块，当零件74完成时将被移除。
应当理解，在一些实施例中，构建块78代表的高度不同于零件74在最大位置处的厚度。在这点上，构建块78可以表示与零件74的边界的周长内的预定位置和高度相等的高度。换句话说，构建块78可以表示在预定X或Y坐标处沿着线预定距离的点处的高度。因此，构建块78可以表示预定XY和Z坐标处的高度。因为构建块78可以被构造成沿着X和Y坐标在高度上变化，所以它可以代表不同的高度并因此代表不同的XYZ坐标组合。构建块78可以是如图所示的整体结构。或者，构建块78可以是多个结构。
通过对其操作的描述可以更好地理解本发明。根据本文所述技术的一个方面，提供了一种使用增材制造设备10逐层生产零件74的方法。如上所述，增材制造设备10包括树脂支撑件190、台14、测量***76和构造为改变台14和树脂支撑件190的相对位置的致动器32。该方法包括以下步骤：进行增材制造循环，包括以下步骤：沉积未固化的树脂层110；将台14移动至目标位置(例如距树脂支撑件190的表面191预定距离)；通过使用测量***76确定台14的实际位置并将该实际位置与目标位置进行比较，来双重检查台14的实际位置；如果台14不在目标位置的预定范围内，则重复将台14移动到目标位置的步骤；在台14的一次或多次移动之后，固化未固化的树脂层110；将台14移离目标位置；重复增材制造循环；进行测量处理，其中测量处理包括以下步骤：使用测量***76进行指示结构相对于树脂支撑件190的实际位置的测量；将结构的实际位置与结构的预期位置进行比较以确定误差；并使用误差来修改目标位置。
现在参考可以用上述方法执行的附加步骤，应当理解，可以在每个循环中进行进行测量处理的步骤。并且因此进行使用误差的步骤的步骤可以在进行测量处理的每个循环期间进行。如上所述，每次进行测量步骤时，通过将结构的实际位置与结构的期望位置进行比较来确定误差。例如，如果将实际位置表示为距离的度量，并且将实际距离与期望距离或设定点距离进行比较。通过将后续步骤误差添加到所有先前误差的总和，利用使用测量***的多个步骤来确定累积误差。可选地，累积误差可以通过零件厚度的单次测量来确定，这将捕获零件构建过程中累积的总误差。
待测结构可以是台14、未固化树脂层110的表面、零件74的表面75、膜12的表面、台的表面30中的任何一个或多个，及其组合。如上所述，优选地，参考点是树脂支撑结构190，并且更具体地，树脂支撑结构的表面24。应当理解，膜12的厚度是通过常规方法计算的。如常规已知的，关于特定参考点(例如结构190)进行的测量用于确定结构的相对位置。
现在参考图2，下表标识了可用于上述方法中的各种测量，如图2所示。所指示的测量是示例并且可以利用其他测量。应当理解，通常这些测量值将被表示为距离，然而它们可以使用利用具有共同预定原点的上述X、Y和Z轴的坐标系来表示。
| 距离 | 上部结构 | 下部结构 |
| A | 工作表面75 | 树脂表面 77 |
| B | 台14的表面30 | 树脂表面77 |
| C | 台14的表面30 | 膜12的表面 |
| D | 工作表面75 | 膜12的表面 |
| E | 台14的表面30 | 支撑结构190的表面24 |
| F | 工作表面75 | 支撑结构190的表面24 |
| G | 台14的表面30 | 参考块78 |
预期在上述方法中使用的常用测量将是距离A。例如，目标位置将是由所需结构移动预定距离 A 确定的位置。预定距离A是零件74的表面75之间的距离，其可由用于如上所述指示表面75的特定XYZ坐标的参考块78限定。因此，台14移动距离A将使表面75定位成使其紧邻树脂110的表面77。台 14 的移动超过距离 A 将导致表面 75 被推入层 110 以至少部分地移位表面 77。如上所述，以此方式可以在固化之前立即限定层110的期望厚度。
使用的另一种常用测量是零件74相对于台14的表面30的高度“距离G”。可以如以下在用于控制最终零件高度的方法的描述中进一步详细描述的那样使用距离G。
可选地，可以不是点对点地确定预定距离，而是通过待测表面的多个点的实际位置或距离的平均值。在这点上，测量***76被构造为通过测量结构上多个位置的距离来确定结构的平面。应当理解，用于确定平均距离的位置可以随循环变化。在这点上，测量***可以被构造为在第一循环后测量第一组多个位置并在第二循环后测量第二组多个位置，其中第二组多个位置不同于第一组多个位置。
测量***76被构造为生成指示上述位置或距离的信号。计算机68可以利用该信号作为其中信号是反馈的闭环控制回路的一部分。闭环控制回路被构造为相对于预期高度调节台14的高度，如相对于参考（例如树脂支撑结构190）确定的。预期高度可被视为控制回路中的设定点。可以基于等于预定层厚度加上等于累积误差的量的调整距离来确定设定点。可以为每个循环调整设定点以适应误差。或者可选地，可以在预定数量的循环之后调整设定点，使得台被构造为在预定数量的循环之后移动调整的距离。
如上所述，测量***76可用于确定每层或每组层的构建厚度的误差量并存储或累积该误差。该存储值是可用于控制最终零件高度的累积误差。累积误差表示为一个值，该值根据每个新获取的测量误差量进行正或负调整。可以监控累积误差并将其与阈值累积误差值进行比较。阈值累积误差值是零件 74 或零件 74 的指定部分的高度中的最大允许误差。
当累积误差等于或大于阈值误差值时，计划补偿层。补偿层要么是当前在构建配置文件计划中被选择进行修改的现有计划层，要么是要添加到构建配置文件中的新层。补偿层的尺寸设计成使得基于上述设定点，零件74的厚度在可接受的限度内。
应当理解，选择用于修改的现有计划层作为补偿层必须考虑计划层的特性。作为示例而非限制，计划层的特性可以选自以下：总计划层厚度；总补偿层厚度；计划层的几何形状；及其组合。作为示例而非限制，计划层的几何形状的相关特性可以包括：层内几何形状的形状、尺寸、位置，计划几何形状的关键尺寸和较不关键尺寸的存在，以及它们的组合。
在图示的实施例中，具有不同于具有均匀厚度的直线截面的几何形状的计划层不被用作补偿层。换句话说，在所示实施例中，其中限定有微结构的层不用作补偿层。
为了产生补偿层，可以调整台14以限定最终补偿层厚度。这种方法可能无法提供足够的厚度范围。当补偿层的厚度与计划层的厚度相差很大时，补偿层厚度由沉积时未固化树脂层的厚度确定。换言之，可能需要通过增加或减少未固化树脂层 110 的厚度来实现补偿层厚度。应当理解，取决于零件74的几何形状和累积误差的量，多个补偿层可用于校正累积误差。
以下方法利用补偿层。该方法包括以下步骤：根据构建配置文件操作增材制造设备10以产生零件的固化层；通过操作测量***76来测量尺寸，例如预定厚度或距离（例如距离G），以获得测量值；将测量值与构建配置文件设置的预定目标进行比较以确定是否存在测量误差；将测量误差加到累积误差值；将累积误差值与阈值误差值进行比较；当累积误差值超过阈值误差值时，通过通过以下步骤产生补偿层来响应误差的确定：选择以下之一用作补偿层：先前计划的层和新的层；通过使用累积误差值来确定补偿层的厚度并相应地修改构建配置文件；构建补偿层。
应当理解，当确定要跳过先前计划的层时，补偿层可以具有零厚度。可选地，可以在指定数量的层或单个层之后立即产生和构建补偿层，而不是基于累积误差值与阈值误差值进行比较。
图9示出了根据上述方法进行两个循环的零件74的示例。一组分类帐（ledger）行81描绘了构建配置文件中的六个计划层。如图所示，在第五循环之后，前五层的每层都构建得太薄了。误差量累积。因此，选择第六层作为补偿层。生产第六层使其比原计划厚。通过较厚的第六层和前五层的组合，零件总厚度与计划厚度相匹配。
还应当理解，控制器68可以被构造为停止或暂停构建零件，即停止或暂停“构建”。在这点上，可以在控制器68内限定最大校正，使得它可以被构造为确定累积误差是否太大而无法校正。在这种情况下，可以暂停构建以在进一步评估或取消后恢复。
上文已经描述了用于增材制造的方法和设备。本说明书（包括任何所附权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或处理的所有步骤可以以任何组合方式组合，除非组合中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的。
除非另有明确说明，否则在本说明书（包括任何随附的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以被用于相同、等效或相似目的的替代特征替换。因此，除非另有明确说明，所公开的每个特征仅是等效或相似特征的一般系列的一个示例。
本发明不限于前述实施例的细节。本发明扩展到本说明书（包括任何随附的权利要求、摘要和附图）中公开的特征的任何新颖的一个或任何新颖的组合，或如此披露的任何方法或处理的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
本发明的附加方面由以下编号的条项提供：
1. 一种使用增材制造设备形成零件的方法，所述增材制造设备包括被构造为在构建区内支撑未固化的树脂层的树脂支撑件、被构造为保持形成零件的至少一部分的一个或多个固化的树脂层的堆叠布置的台、测量***和致动器，该致动器被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置，该方法包括以下步骤：进行包括以下步骤的增材制造循环：沉积未固化的树脂层；将台移动到目标位置；固化未固化的树脂层；以及将台移离目标位置；重复增材制造循环；进行测量处理，其中测量处理包括以下步骤：使用测量***进行指示结构的实际位置的测量；将结构的实际位置与结构的预期位置进行比较以确定误差；以及使用误差修改目标位置。
2.根据前述条项中任一项所述的方法，其中每个循环进行进行测量处理的步骤。
3.根据前述条项中任一项所述的方法，其中进行使用误差的步骤的步骤在进行测量处理的每个循环期间进行。
4.根据前述条项中任一项所述的方法，其中利用使用测量***的多个步骤来确定总误差。
5.根据前述条项中任一项所述的方法，其中结构是以下之一：台、未固化的树脂层的表面、零件的表面、以及它们的组合。
6.根据前述条项中任一项所述的方法，其中测量***被构造为通过测量结构上的一组多个位置来确定结构的平面。
7.根据前述条项中任一项所述的方法，其中结构是零件。
8.根据前述条项中任一项所述的方法，其中测量***被构造为在第一循环之后测量第一组多个位置并且在第二循环之后测量第二组多个位置，并且其中第二组多个位置不同于第一组多个位置。
9. 根据前述条项中任一项所述的方法，包括定位在台上的参考位置。
10.根据前述条项中任一项所述的方法，其中参考位置由固化的树脂层限定。
11.根据前述条项中任一项所述的方法，其中参考位置由零件限定。
12.根据前述条项中任一项所述的方法，其中设备被构造为使得参考位置可以由与零件并行地构建在台上的块限定。
13.根据前述条项中任一项所述的方法，其中块是围绕零件定位的框架。
14.根据前述条项中任一项所述的方法，其中结构是零件的表面。
15.根据前述条项中任一项所述的方法，其中信号是由计算机利用以相对于预期高度调整台的高度的反馈。
16.根据前述条项中任一项所述的方法，其中台被构造为移动等于预定层厚度加上等于累积误差的量的调整距离。
17.根据前述条项中任一项所述的方法，其中固化的树脂层在循环中产生并且台被构造为在预定数量的循环之后移动调整的距离。
18. 一种增材制造设备，包括：树脂支撑件，树脂支撑件限定构建表面，构建表面被构造为支撑未固化的树脂层；台，台被构造为保持一个或多个固化的树脂层的堆叠布置，一个或多个固化的树脂层形成零件，零件限定与台相对定位的表面；辐射能量设备，辐射能量设备与台相对定位，从而可操作以以预定图案产生并投射辐射能量；致动器，致动器被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置；测量***，测量***被构造为用于测量一个或多个结构相对于树脂支撑件的位置；并且其中，结构为以下之一：台、未固化的树脂层的表面、零件的表面、以及它们的组合。
19.根据前述条项中任一项所述的增材制造设备，其中测量***包括激光测距仪，并且待测量的结构是零件的表面和未固化的树脂的表面，并且测量***被构造为生成指示零件的表面相对于未固化的树脂的表面的位置的信号，并且基于信号确定台的移动。
20.根据前述条项中任一项所述的增材制造设备，其中未固化的树脂层被构造为通过第一范围的光频率固化，并且测量***包括产生第二范围的光频率的光学传感器，并且第二范围与第一范围不同。
21.根据前述条项中任一项所述的增材制造设备，包括位于台上的参考位置。
22. 一种使用增材制造设备形成零件的方法，增材制造设备包括被构造为在构建区内支撑未固化的树脂层的树脂支撑件、被构造为保持形成零件的至少一部分的一个或多个固化的树脂层的堆叠布置的台、测量***和被构造为改变台和树脂支撑件的相对位置的致动器，所述方法包括以下步骤：根据构建配置文件操作增材制造设备，以产生零件的固化的构建层；使用测量***测量零件的尺寸；确定尺寸是否包含误差；通过修改构建配置文件以包括补偿层来响应误差的确定，其中选择补偿层的厚度来补偿错误。
23.根据前述条项中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将误差加到累积误差值上；通过利用累积误差值来确定补偿层的厚度；并且其中累积误差值在多个循环内形成。
24.根据前述条项中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：将累积误差值与阈值误差值进行比较；和当累积误差值超过阈值误差值时，进行产生补偿层的步骤。
25.根据前述条项中任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：选择以下之一用作补偿层：先前计划的层和新层。
26.根据前述条项中任一项所述的方法，其中尺寸是固化的构建层的厚度。
27.根据前述条项中任一项所述的方法，尺寸是零件的高度。
Claims (10)
1.一种增材制造设备（10），其特征在于，包括：
树脂支撑件（190），所述树脂支撑件限定构建表面，所述构建表面被构造为支撑未固化的树脂层（110）；
台（14），所述台被构造为保持一个或多个固化的树脂层的堆叠布置，所述一个或多个固化的树脂层形成零件（74），所述零件（74）限定与所述台（14）相对定位的表面；
辐射能量设备，所述辐射能量设备与所述台（14）相对定位，从而能够操作以预定图案产生并投射辐射能量；
致动器（32），所述致动器被构造为改变所述台（14）和所述树脂支撑件（190）的相对位置；
测量***（76），所述测量***被构造为用于测量一个或多个结构相对于所述树脂支撑件（190）的位置，并且通过在第一循环后测量第一组一个或多个位置并在第二循环后测量第二组一个或多个位置来确定所述一个或多个结构的平面，所述第二组一个或多个位置不同于所述第一组一个或多个位置；并且
其中，所述结构为以下之一：所述台（14）、所述未固化的树脂层（110）的表面、所述零件（74）的表面（75）、以及它们的组合。
2.根据权利要求1所述的增材制造设备（10），其特征在于，其中所述测量***（76）包括激光测距仪，并且待测量的所述结构是所述零件（74）的所述表面（75）和所述未固化的树脂的所述表面，并且所述测量***（76）被构造为生成指示所述零件（74）的所述表面（75）相对于所述未固化的树脂的所述表面的位置的信号，并且基于所述信号确定所述台（14）的移动。
3.根据权利要求1所述的增材制造设备（10），其特征在于，其中所述未固化的树脂层（110）被构造为通过第一范围的光频率固化，并且所述测量***（76）包括产生第二范围的光频率的光学传感器，并且第二范围与第一范围不同。
4.根据权利要求1所述的增材制造设备（10），其特征在于，包括位于所述台（14）上的参考位置。
5.一种使用增材制造设备（10）形成零件 （74）的方法，其特征在于，所述增材制造设备（10）包括被构造为在构建区内支撑未固化的树脂层 （110）的树脂支撑件（190)、被构造为保持形成所述零件（74）的至少一部分的一个或多个固化的树脂层的堆叠布置的台（14）、测量***（76）和被构造为改变所述台 （14）和所述树脂支撑件（190）的相对位置的致动器（32），所述方法包括以下步骤：
根据构建配置文件操作所述增材制造设备（10），以产生零件（74）的固化的构建层（79）；
使用所述测量***（76）测量所述零件（74）的尺寸，其中所述测量***（76）被构造为通过在第一循环后测量第一组一个或多个位置并在第二循环后测量第二组一个或多个位置来确定所述零件（74）的平面，所述第二组一个或多个位置不同于所述第一组一个或多个位置；
确定所述尺寸是否包含误差；
通过修改所述构建配置文件以包括补偿层来响应误差的确定，其中选择所述补偿层的厚度来补偿所述误差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
将所述误差加到累积误差值上；
通过利用所述累积误差值来确定所述补偿层的所述厚度；并且
其中所述累积误差值在多个循环内形成。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
将所述累积误差值与阈值误差值进行比较；和
当所述累积误差值超过所述阈值误差值时，进行产生所述补偿层的步骤。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤： 选择以下之一用作补偿层：先前计划的层和新层。
9.根据权利要求5的方法，其特征在于，其中所述尺寸是固化的构建层（79）的厚度。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述尺寸是所述零件（74）的高度。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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