SE1450569A1 - A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects - Google Patents
A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects Download PDFInfo
- Publication number
- SE1450569A1 SE1450569A1 SE1450569A SE1450569A SE1450569A1 SE 1450569 A1 SE1450569 A1 SE 1450569A1 SE 1450569 A SE1450569 A SE 1450569A SE 1450569 A SE1450569 A SE 1450569A SE 1450569 A1 SE1450569 A1 SE 1450569A1
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- layer
- images
- model
- digital
- taken
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 37
- 238000012795 verification Methods 0.000 title claims description 19
- 239000000654 additive Substances 0.000 title description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 9
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 1
- 238000000275 quality assurance Methods 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
- B22F12/40—Radiation means
- B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
- B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
- B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2203/00—Controlling
- B22F2203/03—Controlling for feed-back
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
Description
40 åtminstone en bild av nästa smälta skikt (n + 1) och sedan jämföra dessa med en motsvarande plan i 3D-designmodellen. 40 at least one image of the next molten layer (n + 1) and then compare these with a corresponding plane in the 3D design model.
Syfte och sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en 3D-geometrisk verifiering av tredimensionella objekt under pågående additiv tillverkning av objektet, som åtminstone delvis övervinner de ovan angivna problemen.OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a 3D geometric verification of three-dimensional objects during ongoing additive manufacturing of the object, which at least partially overcomes the above problems.
Detta syfte uppnås genom förfarandet som definieras i krav 1.This object is achieved by the method defined in claim 1.
Ett förfarande för geometrisk kontroll av tredimensionella objekt under pågående tillverkningen av objekten, varvid tillverkningsprocessen innefattar att lager för lager adderas baserade på en digital CAD modell av objektet, samt att varje lager sammansmälts efter det att lagret har applicerats. Metoden kännetecknas av att den för varje lager upprepar: - en eller flera bilder av det nuvarande lagret tas, - en digital 3D-skivmodell av det nuvarande lagret skapas baserat på de tagna en eller flera bilderna, - en digital 3D-kopia av objektet som tillverkas skapas baserat på 3D- skivmodellen av föreliggande lager och 3D-skivmodeller av tidigare lager, och - geometrin hos det objekt som tillverkas verifieras baserad på 3D-kopian av objektet som tillverkas och 3D-designmodellen av objektet.A method for geometric control of three-dimensional objects during the ongoing manufacture of the objects, wherein the manufacturing process comprises that layer by layer is added based on a digital CAD model of the object, and that each layer is fused after the layer has been applied. The method is characterized in that it repeats for each layer: - one or more pictures of the current layer are taken, - a digital 3D disc model of the current layer is created based on the taken one or more pictures, - a digital 3D copy of the object that manufactured is created based on the 3D disk model of the present layer and 3D disk models of previous layers, and - the geometry of the object being manufactured is verified based on the 3D copy of the object being manufactured and the 3D design model of the object.
Tanken är att utforma ett inbyggt system för realtidsverifiering av dimensioner/geometrier i additiva tillverkningsprocesser. Verifieringsprocessen är iterativ, pågår parallellt med produktionen och är lämplig för pulverbäddteknologier så väl som för "Blown Powder Technology”. Uppfinningen gör det möjligt att i realtid detektera eventuella avvikelser från 3D-designmodellen/CAD-filen.The idea is to design a built-in system for real-time verification of dimensions / geometries in additive manufacturing processes. The verification process is iterative, takes place in parallel with the production and is suitable for powder bed technologies as well as for “Blown Powder Technology.” The invention makes it possible to detect any deviations from the 3D design model / CAD file in real time.
Grundtanken är att, för varje pålagt lager, ta en eller flera bilder och skapa en 3D skivmodell av det aktuella lagret. Skivmodellerna sammanställs sedan till en volym; en 3D-kopia av det fysiska objektet. 3D-kopian jämförs kontinuerligt med den ursprungliga designmodellen/CAD- filen. Systemet kan sedan, baserat på tillåtna toleranser hos den ursprungliga CAD-filen, användas för att kontrollera och säkerställa kvaliteten med avseende på geometrin hos det fysiska objektet. Eftersom jämförelsen av de två modellerna är iterativ sker geometriverifieringen i realtid under pågående byggprocess.The basic idea is to, for each layer applied, take one or more pictures and create a 3D disc model of the current layer. The disc models are then compiled into a volume; a 3D copy of the physical object. The 3D copy is continuously compared with the original design model / CAD file. The system can then, based on the permissible tolerances of the original CAD file, be used to check and ensure the quality with respect to the geometry of the physical object. Since the comparison of the two models is iterative, the geometry verification takes place in real time during the ongoing construction process.
Systemet kan verifiera komplexa inre ytor/geometrier även hos objekt av högdensitetsmaterial som inte kan verifieras med hjälp av andra tillgängliga tekniker.The system can verify complex internal surfaces / geometries even on objects of high density material that cannot be verified using other available techniques.
Systemet skulle eliminera den normalt efterföljande extra ledtiden för geometriverifiering - när objektet är klart, är också verifieringen genomförd. Realtidsverifiering är inte begränsad 40 av komplexiteten hos objektet eller antalet objekt i byggkammaren, en hel batch eller till och med olika objekt kan analyseras samtidigt. Produktion av felaktiga objekt undviks eller reduceras åtminstone starkt. Pulvermaterialet är exempelvis metall eller polymer.The system would eliminate the normally subsequent extra lead time for geometry verification - when the object is ready, the verification is also completed. Real-time verification is not limited by the complexity of the object or the number of objects in the building chamber, an entire batch or even different objects can be analyzed simultaneously. Production of faulty objects is at least greatly avoided or reduced. The powder material is, for example, metal or polymer.
Den digitala 3D-skivmodellen av det nuvarande lagret skapas utifrån vetskap om lagrets tjocklek. Tjockleken på lagret är, exempelvis, känd i förväg och är lika med det avstånd som basplattan rör sig nedåt efter varje applicerat lager, eller bestäms baserat på de tagna bilderna.The digital 3D disk model of the current layer is created based on knowledge of the layer thickness. The thickness of the layer is, for example, known in advance and is equal to the distance the base plate moves downwards after each applied layer, or is determined based on the images taken.
Enligt ett utförande av uppfinningen innefattar metoden att detektera en eller flera kanter av lagret baserat på de tagna bilderna, och skapar nämnda digitala 3D-modell av föreliggande lager baserat på objektets detekterade kanter.According to an embodiment of the invention, the method comprises detecting one or more edges of the layer based on the captured images, and creating said digital 3D model of the present layer based on the detected edges of the object.
Enligt ett utförande av uppfinningen, visar de tagna bilderna temperaturen hos lagret, och kanten av det föreliggande lagret bestäms baserat på temperaturgradienten i bilden.According to an embodiment of the invention, the taken images show the temperature of the layer, and the edge of the present layer is determined based on the temperature gradient in the image.
Enligt ett utförande av uppfinningen, visar nämnda tagna bilder temperaturen hos skiktet, och en eller flera kanter av lagret detekteras baserat på inflektionspunkten av temperaturgradienten i bilden. En fördel med att använda inflektionspunkten för att detektera kanten är att inflektionspunkten kommer att förbli vid samma position oberoende av kylprocessen under en tidsperiod tillräckligt lång för att ta bilder.According to an embodiment of the invention, said taken images show the temperature of the layer, and one or more edges of the layer are detected based on the inflection point of the temperature gradient in the image. An advantage of using the inflection point to detect the edge is that the inflection point will remain at the same position regardless of the cooling process for a period of time long enough to take pictures.
Enligt ett utförande av uppfinningen är en eller flera bilder tagna efter det att föreliggande lagret har smälts och innan nästa lager appliceras för att möjliggöra detektering av temperaturgradienten.According to one embodiment of the invention, one or more images are taken after the present layer has melted and before the next layer is applied to enable detection of the temperature gradient.
Enligt ett utförande av uppfinningen visar nämnda tagna bilder temperaturen hos skiktet, och ett flertal bilder är tagna vid olika tidpunkter under en kylprocess av lagret, och nämnda digitala 3D skivmodell av föreliggande lager skapas baserat på nämnda flertal bilder av föreliggande lager. Följaktligen är bilderna tagna vid olika temperaturer.According to an embodiment of the invention, said taken images show the temperature of the layer, and a plurality of images are taken at different times during a cooling process of the layer, and said digital 3D disk model of the present layer is created based on said plurality of images of the present layer. Consequently, the images are taken at different temperatures.
Enligt ett utförande av uppfinningen är nämnda en eller flera bilder tagna med hjälp av en IR- kamera som mäter infrarött ljus. En IR-kamera gör det möjligt att detektera temperaturer och är mindre känsliga för rök och aerosoler.According to an embodiment of the invention, the one or more images are taken by means of an IR camera which measures infrared light. An IR camera makes it possible to detect temperatures and is less sensitive to smoke and aerosols.
Enligt ett utförande av uppfinningen är nämnda en eller flera bilder tagna med hjälp av en stereokamera, och förslagsvis en IR-stereokamera. Genom att använda en stereokamera är det möjligt att erhålla en mycket exakt mätning av det objekt som byggs. Den höga precisionen istereokameran används för att skapa bilder av varje skikt och sedan med hjälp av avancerad stort 3D-modell realtidsjämförelse/geometriverifiering. bildanalys och ett antal skivor, kan en skapas för 40 Kontrollen görs också utifrån angivna toleranser för CAD-filen/designmodellen. De angivna toleranserna bestäms utifrån 3D-designmodellen.According to an embodiment of the invention, said one or more images are taken by means of a stereo camera, and preferably an IR stereo camera. By using a stereo camera, it is possible to obtain a very accurate measurement of the object being built. The high-precision stereo camera is used to create images of each layer and then using advanced large-scale 3D model real-time comparison / geometry verification. image analysis and a number of discs, one can be created for 40 The check is also made based on specified tolerances for the CAD file / design model. The specified tolerances are determined based on the 3D design model.
Enligt ett utförande av uppfinningen innefattar förfarandet: - en första 3D-toleransmodell med minimimått definieras baserat på 3D- konstruktionsmodellen av objektet och tillåtna minimitoleranser för objektet, - en andra 3D-toleransmodell med maximala dimensioner definieras baserat på 3D-konstruktionsmodellen av objektet och tillåtna maximumtoleranser för objektet, och - verifiering av att dimensionerna på 3D-kopian av objektet som tillverkas ligger inom den första och andra toleransmodellen utförs. Geometrin hos objektet som tillverkas verifieras utifrån en 3D-toleransmodell med minimumdimensioner och en 3D-toleransmodell med maximumdimensioner. Det verifieras att ytorna av 3D-kopian ligger mellan ytorna på de två toleransmodellerna.According to an embodiment of the invention, the method comprises: - a first 3D tolerance model with minimum dimensions is defined based on the 3D design model of the object and permissible minimum tolerances for the object, - a second 3D tolerance model with maximum dimensions is defined based on the 3D design model of the object and permissible maximum tolerances for the object, and - verifying that the dimensions of the 3D copy of the object being made are within the first and second tolerance models are performed. The geometry of the object being manufactured is verified on the basis of a 3D tolerance model with minimum dimensions and a 3D tolerance model with maximum dimensions. It is verified that the surfaces of the 3D copy lie between the surfaces of the two tolerance models.
Enligt ett utförande av uppfinningen, tillåts tillverkningsprocessen av objektet att fortsätta så länge som dimensionerna hos objektet som tillverkas är inom specificerade toleranser, och tillverkningsprocessen stoppas automatiskt, om de angivna toleranserna inte kan hållas.According to one embodiment of the invention, the manufacturing process of the object is allowed to continue as long as the dimensions of the object being manufactured are within specified tolerances, and the manufacturing process is stopped automatically, if the specified tolerances cannot be maintained.
Det är lätt att inse att metoden i enlighet med uppfinningen, som definieras i den bifogade uppsättningen av metodanspråk, är lämplig för exekvering av ett datorprogram med instruktioner som svarar mot stegen i förfarandet enligt uppfinningen när den körs på en processorenhet. Även om det inte uttryckligen anges i patentkraven, omfattar uppfinningen en datorprogramprodukt i kombination med förfarandet enligt de bifogade förfarandekraven.It is easy to see that the method according to the invention, which is defined in the appended set of method claims, is suitable for executing a computer program with instructions corresponding to the steps of the method according to the invention when running on a processor unit. Although not expressly stated in the claims, the invention comprises a computer program product in combination with the method according to the appended method claims.
Detta syfte uppnås också genom den apparat som definieras i krav 9.This object is also achieved by the apparatus defined in claim 9.
Apparaten innefattar: - en eller flera kameror anordnade för att ta en ellerflera bilder av vart och ett av lagren hos objektet under tillverkningen av objektet, - en bildbehandlingsmodul konfigurerad för att, under tillverkning av objektet, skapa digitala 3D-diskmodeller av lagren i objektet baserade på de tagna bilderna, och att skapa en digital 3D-kopia av objektet som tillverkas utifrån de 3D skivmodeller som hittills har skapats av objektet, och - en verifieringsmodell för att under tillverkningen av objektet kontrollera geometrin hos det objekt som tillverkas baserat på jämförelser av 3D-kopian av objektet som tillverkas och 3D- designmodellen.The apparatus comprises: - one or more cameras arranged to take one or more pictures of each of the layers of the object during the manufacture of the object, - an image processing module configured to, during the manufacture of the object, create digital 3D disk models of the layers in the object based on the images taken, and to create a digital 3D copy of the object made from the 3D disk models created so far by the object, and - a verification model to check the geometry of the object made during the production of the object based on comparisons of 3D the copy of the object being manufactured and the 3D design model.
Enligt en utföringsform av uppfinningen är nämnda en eller flera bilder tagna med hjälp av en IR-kamera som mäter infrarött ljus. 40 Enligt ett utförande av uppfinningen är nämnda en eller flera bilder tagna med hjälp av en stereokamera, och förslagsvis en IR-stereokamera .According to an embodiment of the invention, said one or more images are taken by means of an IR camera which measures infrared light. According to an embodiment of the invention, said one or more images are taken by means of a stereo camera, and preferably an IR stereo camera.
Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare genom beskrivning av olika utföranden av uppfinningen och med hänvisning till de bifogade figurerna.Brief Description of the Drawings The invention will now be explained in more detail by describing various embodiments of the invention and with reference to the accompanying figures.
Fig. 1 visar ett exempel på en temperaturgradient och inflexionspunkt i ett lager efter sammansmältning av lagret.Fig. 1 shows an example of a temperature gradient and inflection point in a layer after fusion of the layer.
Fig. 2 visar ett flödesschema över ett exempel på ett processflöde innefattande en metod enligt uppfinningen.Fig. 2 shows a flow chart of an example of a process flow comprising a method according to the invention.
Fig. 3 visar ett blockschema över ett exempel på en apparat enligt uppfinningen.Fig. 3 shows a block diagram of an example of an apparatus according to the invention.
Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Skapa bilder av lager För varje pulverbäddslager utförs en analyscykel. Ett tunt lager av metall- (eller polymer-) pulver appliceras ovanpå det föregående lagret. Uppvärmning med laser eller elektronstråle startar och beroende på komplexiteten hos det aktuella lagret utförs en eller flera lagerbildsanalyssekvenser. Analyssekvenserna kommer att synkroniseras med uppvärmningssekvensen. Kanten på det aktuella lagret kännetecknas av en distinkt temperaturgradient och kan alltså detekteras, dvs positionen för kanten är lika med temperaturgradientens inflexionspunkt. Se figur 1. lnflexionspunkten definieras som den punkt där andraderivatan av temperaturgradienten byter tecken.Detailed Description of Preferred Embodiments of the Invention Creating Layer Images For each powder bed layer, an analysis cycle is performed. A thin layer of metal (or polymer) powder is applied on top of the previous layer. Heating with laser or electron beam starts and depending on the complexity of the current layer, one or more layer image analysis sequences are performed. The analysis sequences will be synchronized with the heating sequence. The edge of the current layer is characterized by a distinct temperature gradient and can thus be detected, ie the position of the edge is equal to the inflection point of the temperature gradient. See Figure 1. The inflection point is defined as the point where the second derivative of the temperature gradient changes sign.
Kameran (kamerorna) måste inne i tillsammans med placeras skåpet laser/elektronstråleutrustning för att få en hög bildkvalitet på varje lager efter sammansmältningsprocessen. Därför kommer linserna att utsättas för metallånga från sammansmältningsprocessen. IR-ljus harförmågan att penetrera en rökfylld miljö och därmed är IR-stereokameror ett lämpligt val för den här typen av tillverkningsprocess.The camera (s) must be placed inside together with the cabinet laser / electron beam equipment to obtain a high image quality on each layer after the fusion process. Therefore, the lenses will be exposed to metal vapor from the fusion process. IR light has the ability to penetrate a smoke-filled environment and thus IR stereo cameras are a suitable choice for this type of manufacturing process.
För att undvika sublimering på kameralinsen spolas den med en inert gas. För att skydda kamerans elektronik från intensiv vä rmestrålning under samma nsmältningsprocessen, är den utrustad med en mekanisk slutare.To avoid sublimation on the camera lens, flush it with an inert gas. To protect the camera's electronics from intense heat radiation during the same melting process, it is equipped with a mechanical shutter.
Beroende på objektets komplexitet, valet av produktionsmetod, pulvermaterial och andra begränsningar som kan uppstå under utvecklingen av idén, skulle ett antal alternativ i (or), IR stereokamera (or), konventionell (synligt ljus) stereo kamera (or) och laserscanner (rar). höghastighetsbildbaserade metoder kunna bli aktuella inklusive IR-kamera 40 För att erhålla en bild av hög kvalitet med hjälp av IR-kameror måste temperaturgradienten vara distinkt och värmeförlusten till omgivande pulverbädd får inte vara för stor. Ändå är det att föredra att hela skiktet är fullständigt sammansmält (dvs. produktionscykeln för det specifika lagret är avslutad). Flera bildbehandlingar kan bli nödvändiga och måste korta sammansmältningsprocessen under produktionen av ett lager (dvs sammansmältningen synkroniseras för att lägga till pauser i laser- eller elektronstråle- måste stoppa medan bilden skapas) För att uppnå processoptimering, är kontroll över smältpoolen viktigt. Ofta är avsaknad av kontroll över smältpoolen orsaken till dålig kvalitet. Under bildbehandlingen där lagrets kant detekteras, erhålls också information om defekter i ytan och smältpoolkvalitet. Genom att kvalitet i realtid, kan sammansmältningssekvensen och undvika alltför varma eller kalla områden i nästa lager. verifiera ytans justeringar göras för att korrigera Skapa diskmodeller Det finns olika metoder för att bestämma tjocklek på lagerbilden. En noggrann 3D- lagermodell, en skivmodell, kan skapas med stereokameror för att få kunskap om den övre ytan och kanten av det föregående lagret samt det nya toppskiktets yta och kant, och kombinera detta med kännedom om avståndet mellan två skikt (produktionsbordet rör sig nedåt med fast steglängd, till exempel 20 um).Depending on the complexity of the object, the choice of production method, powder material and other limitations that may arise during the development of the idea, a number of options in (s), IR stereo camera (s), conventional (visible light) stereo camera (s) and laser scanner (s) would ). high-speed image-based methods may be relevant including IR camera 40 To obtain a high quality image using IR cameras, the temperature gradient must be distinct and the heat loss to the surrounding powder bed must not be too great. Nevertheless, it is preferable that the entire layer is completely fused (ie the production cycle for the specific layer is completed). Multiple image processing may be necessary and must shorten the fusion process during the production of a layer (ie the fusion is synchronized to add pauses in laser or electron beam- must stop while the image is being created) To achieve process optimization, control over the melt pool is important. Often, lack of control over the melting pool is the cause of poor quality. During the image processing where the edge of the bearing is detected, information is also obtained about defects in the surface and melt pool quality. By quality in real time, the fusion sequence and can avoid too hot or cold areas in the next layer. verify surface adjustments are made to correct Create Disk Models There are different methods for determining the thickness of the layer image. An accurate 3D layer model, a disc model, can be created with stereo cameras to gain knowledge of the upper surface and edge of the previous layer and the surface and edge of the new top layer, and combine this with knowledge of the distance between two layers (the production table moves downwards with fixed step length, for example 20 μm).
Ett intresseområde skulle vara att testa om stereokameror för IR-bilder, inte bara kan upptäcka den övre ytan, utan även den vertikala ytan av det aktuella lagret nedanför pulverbäddtoppen och därmed skapa en ännu mer exakt kopia. I vilket fall är avancerad bildbehandling nödvändigt för att uppnå en högkvalitativ digital kopia för exakt och snabb geometriverifiering. baserat på skall/bör horisontella För att bestämma utbredningen av det senast applicerade lagret sätta detta i kända. känd. temperaturgradienten vara känd. relation till designmodellen, bör/skall bör/skall inflexionspunkten, och att temperaturgradienterna vara Åtminstone den temperaturgradienten vara Företrädesvis även den vertikala Skapa 3D-kopia Genom att använda högprecisions IR-stereo kamera för att skapa kopior av varje lager i pulverbädden efter laser- eller elektronstrålesammansmältningen (beroende på val av AM- teknik), kan ett stort antal skivmodeller skapas och sammanställs i en volym, en 3D-digital modell (en 3D-kopia av det fysiska objektet). Metoden kan också kallas reverse engineering, men fördelen med att använda en 3D-bild av varje lager är att få en elektronisk modell som 40 återspeglar inte bara yttre utan även interna geometrier/ytor samt inbyggda fel, porer etc.One area of interest would be to test whether stereo cameras for IR images can not only detect the upper surface, but also the vertical surface of the current layer below the powder bed top and thus create an even more accurate copy. In any case, advanced image processing is necessary to achieve a high-quality digital copy for accurate and fast geometry verification. based on shall / should horizontal To determine the extent of the last applied layer put this in known. known. the temperature gradient be known. relation to the design model, should / should should / should the point of inflection, and that the temperature gradients be At least that temperature gradient be Preferably also the vertical Create 3D copy By using high-precision IR stereo camera to create copies of each layer in the powder bed after laser or electron beam fusion (depending on the choice of AM technology), a large number of disc models can be created and compiled into one volume, a 3D digital model (a 3D copy of the physical object). The method can also be called reverse engineering, but the advantage of using a 3D image of each layer is to get an electronic model that 40 reflects not only external but also internal geometries / surfaces as well as built-in defects, pores etc.
Parallellt med att det fysiska objektet byggs skapas en 3D-digital kopia i realtid.In parallel with the physical object being built, a 3D digital copy is created in real time.
Verifiera geometri I viss omfattning kommer naturligtvis alltid det fysiska objektet att avvika från den teoretiska. förhållande till CAD-filen begränsningar/toleranser med hänsyn till termisk expansion. När det gäller de tillåtna Det som är intressant är hur stor avvikelsen är i givna begränsningar/toleranser. Därför måste designmodellen/original innehålla toleranserna skapas en 3D-toleransmodell med minimumdimensioner, samt en 3D- toleransmodell med maximumdimensioner. Geometrin hos den i realtid skapade 3D-kopian av objektet måste sedan passa in mellan dessa två ytor. Genom att kontinuerligt jämföra den realtidsbyggda 3D-kopian med maximum- och minimumtoleransmodellerna, kan en kontinuerlig kvalitetssäkring av byggprocessen säkerställas.Verify geometry To some extent, of course, the physical object will always deviate from the theoretical one. relation to the CAD file limitations / tolerances with regard to thermal expansion. With regard to the permissible What is interesting is how large the deviation is in given limitations / tolerances. Therefore, the design model / original must contain the tolerances, a 3D tolerance model with minimum dimensions must be created, as well as a 3D tolerance model with maximum dimensions. The geometry of the real-time 3D copy of the object must then fit between these two surfaces. By continuously comparing the real-time 3D copy with the maximum and minimum tolerance models, a continuous quality assurance of the construction process can be ensured.
Processkontroll Kvalitetssäkringsmjukvaran kan styra byggprocessen och låta produktionen fortsätta så länge som dimensionerna ligger inom angivna toleranser, och tvärtom automatiskt stoppa produktionsprocessen om de angivna toleranserna inte kan hållas. Därmed kan produktion av felaktiga objekt undvikas och kassaktionen kraftigt reduceras.Process control The quality assurance software can control the construction process and allow production to continue as long as the dimensions are within specified tolerances, and conversely automatically stop the production process if the specified tolerances cannot be maintained. Thus, the production of incorrect objects can be avoided and the cash action greatly reduced.
Ytterligare utveckling skulle kunna vara att addera intelligens till systemet, ett adaptiv beteende som bygger på vetskap om resultatet i från föregående produktionscykler, och därigenom i tid korrigera en byggprocess som är på väg att överskrida givna toleranser och därigenom undvika produktionsstopp.Further development could be to add intelligence to the system, an adaptive behavior based on knowledge of the results of previous production cycles, and thereby in time correct a construction process that is about to exceed given tolerances and thereby avoid production stoppages.
Processflöde Figur 2 visar ett flödesschema över ett exempel på ett processflöde inklusive metoden enligt uppfinningen. Processflödet omfattar följande steg: Första fyllning av en låda Pulverberedning. Pulver tillsätts.Process flow Figure 2 shows a flow chart of an example of a process flow including the method according to the invention. The process flow comprises the following steps: First filling of a box Powder preparation. Powder is added.
Beredning av lager. Pulverutjämning.Preparation of stock. Powder leveling.
Kameraslutarna stängs.The camera shutters close.
Gasspolning av kameralinser startar.Gas flushing of camera lenses starts.
Sammansmältning av lager startar.Fusion of layers starts.
Sammansmältning av lager stoppar.Fusion of layers stops.
Kameraslutarna öppnas.The camera shutters open.
IR-bild (er) skapas.IR image (s) are created.
. Bildanalys utförs: Kanten av lagret detekteras genom att spåra gs?w?ø?wewwv temperaturgradientens inflexionspunkt. Eventuella kaviteter lokaliseras. 11. En skivmodell skapas baserad på lagerbild (er). 40 12. Skivmodeller av varje lager sammanställs till en 3D-kopia av det fysiska objektet. 13. 3D-kopian jämförs med den ursprungliga designfilen med hänsyn till givna toleranser. 14. Korrigerande feedback från bildanalysen.. Image analysis is performed: The edge of the layer is detected by tracing the inflection point of the gs? W? Ø? Wewwv temperature gradient. Any cavities are located. 11. A disc model is created based on layer image (s). 40 12. Disc models of each layer are compiled into a 3D copy of the physical object. 13. The 3D copy is compared with the original design file with regard to given tolerances. 14. Corrective feedback from the image analysis.
. Basplattan i byggkammaren sänks en sträcka som är lika med tjockleken av ett lager. 16. Processteg 2-15 upprepas tills objektet är färdigbyggt. 17. Kameraslutare stänger. 18. Ventilering av byggkammaren startar. 19. Gasspolningen av linser stoppar.. The base plate in the building chamber is lowered a distance equal to the thickness of a layer. 16. Process steps 2-15 are repeated until the object is completed. 17. Camera shutter closes. 18. Ventilation of the building chamber starts. 19. Gas purge of lenses stops.
. Det färdiga objektet avlägsnas. 21. Processen upprepas från steg 1.. The finished item is removed. 21. The process is repeated from step 1.
Det är att föredra att genomförandet av stegen 10-14 utförs av en beräkningsen het bestående av mjukvarukoddelar, såsom ett datorprogram, som består av instruktioner för att genomföra stegen i metoden, och hårdvara, såsom en processor, minne och input/output enheter, för att utföra instruktionerna idatorprogrammet.It is preferred that the execution of steps 10-14 be performed by a computational unit consisting of software code components, such as a computer program, consisting of instructions for performing the steps in the method, and hardware, such as a processor, memory and input / output devices, for to execute the instructions of the computer program.
Figur 3 visar ett exempel på en apparat för geometrisk kontroll av tre-dimensionella objekt.Figure 3 shows an example of an apparatus for geometric control of three-dimensional objects.
Apparaten innefattar en kamera 30 anordnad för att ta en eller flera bilder av objektets respektive lager under tillverkning av objektet. Kameran 30 är till exempel en stereo IR- kamera. En stereokamera är en typ av kamera med två eller flera objektiv med en separat bildsensor eller bildruta för varje lins. Detta gör att kameran kan simulera mänskligt binokulärseende och ger därför en möjlighet att fånga tredimensionella bilder, en process som kallas stereofotografering. En IR-kamera, även kallad en infraröd kamera eller värmekamera eller en termografisk kamera, är en enhet som skapar en bild baserat på infraröd strålning, likt en vanlig kamera som skapar en bild med synligt ljus. I stället för 450 till 750 nanometer för en synligt-ljus-kamera, arbetar IR-kameror med våglängder som är så långa som 14000 nm (14 um)- Apparaten innefattar vidare en bildbehandlingsmodul 32 konfigurerad för att, under tillverkningen av objektet, skapa digitala 3D-skivmodeller av objektets lager baserat på de tagna bilderna, och att skapa en digital 3D-kopia av objektet som tillverkas baserat på de hittills skapade 3D-skivmodellerna av objektet, och en verifieringsmodul 34 konfigurerad för att under tillverkningen av objektet kontrollera geometrin hos det objekt som tillverkas baserat på jämförelser av 3D-kopian av objektet som tillverkas och 3D-designmodellen av objektet. Bildbehandlingsmodulen 32 och verifieringsmodulen 34 är exempelvis mjukvarumoduler som körs på en dator 36. Emellertid kan bildbehandlingsmodulen 32 och verifieringsmodulen 34 också implementeras genom andra processorer såsom programmeringslogik, såsom FPGA, en ASIC eller en enkel mikroprocessor. Utsignalen från verifieringsmodulen 34 kan vara en styrsignal eller ett kommando till tillverkningsprocessen för att tillåta tillverkningsprocessen att fortsätta så länge som dimensionerna hos det objekt som tillverkas är inom specificerade toleranser, och för att automatiskt stoppa tillverkningsprocessen om de angivna toleranserna kan inte hållas.The apparatus comprises a camera 30 arranged to take one or more pictures of the respective layers of the object during manufacture of the object. The camera 30 is, for example, a stereo IR camera. A stereo camera is a type of camera with two or more lenses with a separate image sensor or frame for each lens. This allows the camera to simulate human binocular vision and therefore provides an opportunity to capture three-dimensional images, a process called stereo photography. An IR camera, also called an infrared camera or thermal camera or a thermographic camera, is a device that creates an image based on infrared radiation, similar to an ordinary camera that creates an image with visible light. Instead of 450 to 750 nanometers for a visible-light camera, IR cameras operate with wavelengths as long as 14000 nm (14 μm) - The device further includes an image processing module 32 configured to, during the manufacture of the object, create digital 3D disk models of the object's layer based on the images taken, and to create a digital 3D copy of the object made based on the hitherto created 3D disk models of the object, and a verification module 34 configured to check the geometry of the object during the production of the object. objects made based on comparisons of the 3D copy of the object being made and the 3D design model of the object. The image processing module 32 and the verification module 34 are, for example, software modules running on a computer 36. However, the image processing module 32 and the verification module 34 can also be implemented by other processors such as programming logic, such as FPGA, an ASIC or a simple microprocessor. The output of the verification module 34 may be a control signal or a command to the manufacturing process to allow the manufacturing process to continue as long as the dimensions of the object being manufactured are within specified tolerances, and to automatically stop the manufacturing process if the specified tolerances cannot be maintained.
Föreliggande uppfinning är inte begränsad till de visade utförandeformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de följande kraven. Till exempel kan en eller fler synlig-ljus- kameror användas för att erhålla bilder på ytan av den sammansmälta lagerstrukturen såväl som kringliggande pulverstrukturen, och därefter detekterar bildbehandlingen skillnaden i ytstruktur och därmed kanten.The present invention is not limited to the embodiments shown, but may be varied and modified within the scope of the following claims. For example, one or more visible light cameras can be used to obtain images on the surface of the fused layer structure as well as the surrounding powder structure, and then the image processing detects the difference in surface structure and thus the edge.
Claims (10)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1450569A SE1450569A1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects |
| PCT/SE2015/050548 WO2015174919A1 (en) | 2014-05-14 | 2015-05-13 | A method and an apparatus for geometrical verification during additive manufacturing of three-dimensional objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1450569A SE1450569A1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SE537864C2 SE537864C2 (en) | 2015-11-03 |
| SE1450569A1 true SE1450569A1 (en) | 2015-11-03 |
Family
ID=54357158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SE1450569A SE1450569A1 (en) | 2014-05-14 | 2014-05-14 | A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| SE (1) | SE1450569A1 (en) |
| WO (1) | WO2015174919A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2652507B1 (en) * | 2016-08-01 | 2019-04-01 | Villalobos Fernando Monge | PROCEDURE OF PHOTOGRAPHIC RECONSTRUCTION IN ADDITIVE MANUFACTURING BY METAL POWDER FUSION |
| US11067695B2 (en) | 2017-03-31 | 2021-07-20 | Konica Minolta Laboratory U.S.A., Inc. | 3D imaging by multiple sensors during 3D printing |
| WO2019045744A1 (en) | 2017-08-31 | 2019-03-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Printers |
| WO2019212492A1 (en) * | 2018-04-30 | 2019-11-07 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Region of interest monitoring and control for additive manufacturing |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011006941A1 (en) * | 2010-11-26 | 2012-05-31 | Mtu Aero Engines Gmbh | Process for the layered production of a component and device |
| WO2012070053A1 (en) * | 2010-11-28 | 2012-05-31 | Objet Ltd. | System and method for additive manufacturing of an object |
| DE102011009624A1 (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-02 | Mtu Aero Engines Gmbh | Method and device for process monitoring |
| WO2013098054A1 (en) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | Arcam Ab | Method and apparatus for detecting defects in freeform fabrication |
| EP2666612B1 (en) * | 2012-05-25 | 2018-11-28 | MTU Aero Engines AG | Method and device for imaging at least one three-dimensional component |
| US9669584B2 (en) * | 2012-06-08 | 2017-06-06 | Solidscape, Inc. | Imaging monitoring method and apparatus for fabricating three dimensional models |
-
2014
- 2014-05-14 SE SE1450569A patent/SE1450569A1/en unknown
-
2015
- 2015-05-13 WO PCT/SE2015/050548 patent/WO2015174919A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2015174919A1 (en) | 2015-11-19 |
| SE537864C2 (en) | 2015-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Holzmond et al. | In situ real time defect detection of 3D printed parts | |
| JP6374934B2 (en) | Additive manufacturing system including an imaging device and method of operating such a system | |
| US20210197275A1 (en) | Three dimensional printing system and method capable of controlling size of molten pool formed during printing process | |
| CN111168062B (en) | Melt Pool Monitoring System and Method for Detecting Errors in Additive Manufacturing Processes | |
| JP2024038477A5 (en) | ||
| US11354456B2 (en) | Method of providing a dataset for the additive manufacture and corresponding quality control method | |
| JP7572362B2 (en) | Additive Manufacturing Systems | |
| JP6945470B2 (en) | Manufacturing system of additional model and manufacturing method of additional model | |
| US20150261196A1 (en) | Additive manufacturing including layer-by-layer imaging | |
| US20150301517A1 (en) | Three dimensional printing apparatus and method for detecting printing anomaly | |
| US20080314878A1 (en) | Apparatus and method for controlling a machining system | |
| US11733678B2 (en) | Method for determining building instructions for an additive manufacturing method, method for generating a database with correction measures for controlling the process of an additive manufacturing method | |
| JP2019509917A (en) | 3D printing system | |
| SE1450569A1 (en) | A method and apparatus for geometric verification in the additive manufacture of three-dimensional objects | |
| KR102706337B1 (en) | Machine vision system with computer-generated virtual reference object | |
| US20210197282A1 (en) | Method and apparatus for estimating height of 3d printing object formed during 3d printing process, and 3d printing system having the same | |
| Klamert et al. | A deep learning approach for real time process monitoring and curling defect detection in Selective Laser Sintering by infrared thermography and convolutional neural networks | |
| Yang et al. | International design engineering technical conferences and computers and information in engineering conference | |
| US11858042B2 (en) | Open loop parameter optimization for additive manufacturing | |
| Klamert | Machine learning approaches for process monitoring in powder bed fusion of polymers | |
| Zettel et al. | Process-dependent material characteristics of DMLS-manufactured specimens | |
| Mahmoud | Integrating Physics-Based Thermal Simulations, Real-Time Process Monitoring and Machine Learning Methods for Developing Quality Prediction Models in Additive Manufacturing | |
| Walsh | Multimodal Sensing Calibration Technique for Additive Manufacturing Process Monitoring | |
| Tsukagoshi et al. | The Effect of Illuminance Change on Accuracy in Determining Warpage of 3D Printer Modeled Objects Using Convolutional Neural Network | |
| CN114460085A (en) | Inspection device and method for inspecting an object produced by a sintering method |