[发明专利]用于增材制造的原位监测系统辅助材料和参数开发

说明书

提供了一种系统和方法，包括：经由包括处理器的参数开发模块的通信接口接收一个或多个零件的限定几何形状，其中零件用增材制造机器制造，并且其中堆叠由一个或多个零件形成；基于第一参数集，利用增材制造机器制造一个或多个零件；从增材制造机器的一个或多个原位监测系统收集一个或多个零件的原位监测数据；根据对所收集的原位监测数据的分析，确定每个堆叠是否应该接收附加的零件；以及基于确定堆叠应该接收附加的零件来制造每个附加的零件。提供了许多其他方面。

优先权信息

本申请要求于2019年3月21日提交的美国专利申请序列号16/360,180的优先权，其通过引用并入本文。

背景技术

增材制造(AM)工艺用于从数字模型制造精密的三维物体。此类物体是在计算机控制下使用增材制造机器(AMM)执行的增材工艺制造的，以使用来自3D模型的数字模型数据创建物体。增材制造的同义词包括增材制造、增材工艺、增材技术、增材层制造、层制造、自由成型制造、3D打印、快速原型制作和直接数字制造(DDM)。AMM的示例是3D打印机，它可以使用各种技术来熔化、熔合、烧结、合并或以其他方式物理或化学地修改分配的材料，以形成具有所需属性的结构。AM工艺可用于多种材料，包括但不限于聚合物、金属、陶瓷等。对于金属，一些AM模式包括但不限于激光、电子束、粘合剂喷射等。在某些情况下，AMM可以通过在构建板上一层一层地固化材料的连续层来形成物体。一些AM系统使用激光(或其他能量源)和一系列透镜和反射镜，来以数字模型提供的图案将激光引导到粉末材料上(例如，粉末床AM，其示例是直接金属激光烧结(DMLS))。激光通过烧结或熔化粉末材料来固结粉末材料。术语“直接金属激光熔化”(DMLM)可以更准确地反映该过程的性质，因为它通常在凝固时实现完全发育、均质的熔池和完全致密的块状结构。

DMLM过程使用要制造的物体的3D计算机辅助设计(CAD)模型，由此创建CAD模型数据文件并将其发送到制造设施。技术人员可以使用3D模型正确定位零件(part)构建的几何形状，并可以根据需要向设计添加支撑结构。一旦这个“构建文件”完成，它就会被“切片”成适合特定DMLM制造机器的适当厚度的层，并下载到机器上以允许构建开始。通过使用聚焦激光束局部熔化，将构建板上的金属粉末熔合成固体零件。以这种方式，零件被逐层地添加式地构建。此过程允许直接从3D CAD数据自动创建高度复杂的几何形状，无需任何工具。DMLM生产的零件具有高精度和细节分辨率、良好的表面质量和优异的机械属性。

在传统的增材制造实践中，为特定的零件设计生成零件构建计划(PBP)并由AMM执行零件构建计划。基于PBP，AMM控制在构建过程中应用的多个构建参数(例如，DMLM过程中机器和激光参数的组合)，包括材料添加区的行进路径以及控制材料的应用和处理(例如,熔化)的参数。通常，这些参数与构建零件的质量和性能之间存在复杂的关系。

传统的构建参数优化是一个迭代过程，包括基于试验参数集构建零件，然后对产生的试验零件质量进行异地评估，然后修改试验参数集以调整预期零件质量、使用调整后的参数集构建下一个零件、评估新零件质量等。满足整体制造要求(例如零件质量和生产率)的试验参数集的这种迭代可能需要多次迭代才能达到所需的制造要求。这个过程非常耗时、昂贵并且需要大量的材料、设备时间和劳动力资源。即使在多次构建迭代之后，如果构建参数集尚未优化以满足零件的设计要求，打印、分析和测试仍可能需要额外的时间和资源。

因此，希望提供一种优化构建零件的参数开发的系统和方法。

发明内容

根据一些实施例，一种方法包括：经由包括处理器的参数开发模块的通信接口接收一个或多个零件的限定几何形状，其中零件用增材制造机器制造，并且其中堆叠由一个或多个零件形成；基于第一参数集，用增材制造机器制造一个或多个零件；从增材制造机器的一个或多个原位监测系统收集一个或多个零件的原位监测数据；基于对所收集的原位监测数据的分析，确定每个堆叠是否应该接收附加的零件；和基于确定堆叠应该接收附加的零件来制造每个附加的零件。