用于优化增材制造部件中的粉末去除特征的装置和方法制造方法及图纸

公开了用于优化粉末孔去除的技术。在一个方面，用于插入粉末去除特征的装置可以识别哪些粉末去除特征对于给定的AM部件是最优的，以及这些特征的最优位置和物理特征。这些特征会被自动添加到部件中，并运行FEA测试。如果失败，则删除带来问题的特征并重复该过程。如果成功，则可以在AM之后的后处理步骤中去除松散粉末。

Device and method for optimizing powder removal characteristics in additive manufacturing parts

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于优化增材制造部件中的粉末去除特征的装置和方法相关申请的交叉引用本申请要求题为“APPARATUSANDMETHODSFOROPTIMIZATIONOFPOWDERREMOVALFEATURESINADDITIVELYMANUFACTUREDCOMPONENTS”并且于2017年9月12日提交的的美国专利申请号15/702,543的权益，其通过引用整体并入本文。
本公开一般地涉及用于增材制造的技术，并且更具体地说，涉及增材制造部件中的粉末去除技术。
技术介绍
增材制造(AM)，通常称为三维(3D)打印，涉及使用存储的几何模型在“构建板”上累积分层材料，以生成具有由模型定义的特征的三维对象。AM技术能够使用各种各样的材料打印复杂部件。基于计算机辅助设计(CAD)模型，可以制作三维对象。AM处理，如粉末床熔合(PBF)，使用激光或电子束熔化并熔合粉末状材料层的横截面。熔化使粉末颗粒在每一层的目标区域结合在一起，形成具有期望的几何形状的三维结构。不同的材料或材料组合，例如工程塑料、热塑性弹性体、金属和陶瓷可用于PBF中以创建三维对象。在增材制造结构物后，大量松散粉末会分散地残留并嵌入结构物内。为了解决该问题，设计者在CAD模型结构中手动指定孔。被放置在数据模型中的孔然后被物理地构建到AM结构中，并且被用于从AM处理后的结构中提取残余粉末。然而，这一过程是手动完成的，因此效率很低。此外，涉及至少部分猜测的手动孔放置过程可能不会产生最佳的粉末去除构造。例如，这种手动放置可能会导致在难以接近或结构的其他不希望的部分中无意地放置孔。一般而言，这一常规过程可能涉及到用手动孔放置对CAD模型进行初始修改，接下来，可以在CAD模型上进行结构完整性的有限元分析(“FEA”)测试，并且可能需要更改孔的初始手动放置以调节识别到的结构缺陷。此过程可能需要重复多次，并且随着要增材制造的部件类型数量的增加而变得越来越繁琐。
技术实现思路
下文将参照三维打印技术更全面地描述用于从AM部件中自动去除粉末的技术的几个方面。在一个方面，一种用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的方法包括接收待增材制造的部件的模型，自动确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，并更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。在另一方面中，一种用于从具有至少一个孔的增材制造的部件中除去粉末的方法包括接收所述部件的数据模型，基于所述数据模型增材制造所述部件，使用所述至少一个孔从增材制造的部件中去除存留的粉末，并且使用至少一种材料进行铺叠处理以密封所述至少一个孔。在另一方面中，一种三维打印机包括：用于存储粉末的粉末床；配置成沉积粉末的连续层的沉积器；能量束；配置成应用能量束来熔合粉末的偏转器；配置成支撑构建件的构建板；以及处理系统，其被配置成接收待增材制造的部件的模型，确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔，并使用所更新的模型来控制能量束以三维打印构建件。在再一方面，用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的装置被配置成确定部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置，并且更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。可以理解，从以下的详细描述中，本领域技术人员将清楚地看到增材制造的输送结构的其他方面，其中仅通过图解的方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将实现的，用于从AM部件中自动去除粉末的技术能够实现其他的且不同的实施例，并且实施例的几个细节能够在各种其他方面进行修改，均都不背离本专利技术。因此，附图和详细描述在性质上应被视为说明性的，而不是限制性的。附图说明现在将在附图中以示例的方式而不是以限制的方式在详细描述中呈现用于从AM部件中自动去除粉末的技术的方法和装置的各个方面，其中：图1示出了使用三维打印机增材制造物体的过程的概念流程图。图2A-D示出了示例在不同操作阶段期间的粉末床熔合(PBF)系统。图3示出了根据本公开一个方面的用于促进从AM结构中去除粉末的装置的示例性实施例。图4A-B是示出了用于自动将孔和通道插入数据模型中以基于该模型从AM结构中去除粉末的示例性过程的流程图。图5是具有粉末去除特征的示例性AM结构的视图。具体实施方式以下结合附图所述的详细描述旨在提供AM技术的自动粉末孔插入和去除技术的各种示例性实施例的描述，并且不旨在表示本专利技术可以被实施的唯一的实施例。在本公开中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不一定应被解释为优选或优于本专利技术中呈现的其他实施例。详细描述包括具体细节，其目的在于提供彻底和完整的公开，该公开将本专利技术的范围完全传达给本领域技术人员。然而，本专利技术可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，众所周知的结构和部件可以以框图的形式示出，或者完全省略，以避免混淆贯穿本公开的各种概念。本公开主要涉及用于将通道和孔自动插入建模的AM结构中以用于在增材制造结构后从实际AM结构中去除粉末的技术。已经开发或正在开发各种不同的AM技术。本公开中描述的技术对于现有的AM技术类别以及正在开发或将来可能开发的AM技术具有广泛的适用性。下面将进一步示出被称为粉末床熔合的特定AM类型的技术的示例。图2是示出三维打印的示例性过程的流程图100。在软件中设计要打印的期望的三维对象的数据模型(步骤110)。数据模型是三维对象的虚拟设计。因此，数据模型可以反映三维对象的几何和结构特征及其材料组成。数据模型可以使用多种方法创建，包括基于CAE的优化、三维建模、摄影测量软件和相机成像。例如，基于CAE的优化可以包括基于云的优化、疲劳分析、线性或非线性有限元分析(FEA)和耐久性分析。三维建模软件进而可以包括众多商用三维建模软件应用之一。数据模型可以使用合适的计算机辅助设计(CAD)软件包(例如为STL格式)来呈现。STL是与基于STL的商用CAD软件相关联的文件格式的一个示例。可以使用CAD程序将三维对象的数据模型创建为STL文件。因此，STL文件可以经历识别和解决文件中的错误的处理。在错误解决之后，数据模型可以被称为切片器的软件应用程序“切片”，从而产生一组用于三维打印对象的指令，这些指令与要使用的特定AM技术相兼容和关联(步骤120)。许多切片机程序都是商用的。通常，切片器程序将数据模型转换为表示要打印的对象的薄片(例如100微米厚)的一系列单独层，与包含打印机特定的指令的文件一起，用于三维打印这些连续的单独层，以生成数据模型的实际AM表示。用于此目的的一种常见文件类型是G代码文件，它是包括用于三维打印对象的指令的数控编程语言。G代码文件或构成指令的其它文件被上传到三维打印机(步骤130)。由于包含这些指令的文件通常被配置为可与特定AM处理一起操作，应理解的是，取决于所使用的AM技术，可能有许多格式的指令文件。除了指示要呈现的对象和如何呈现该对象的打印指令外，还使用几种常规且通常是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的方法，所述方法包括：/n接收待增材制造的部件的模型；/n自动确定所述部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置；以及/n更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170912 US 15/702,5431.一种用于在增材制造的部件中自动插入粉末去除特征的方法，所述方法包括：
接收待增材制造的部件的模型；
自动确定所述部件中用于粉末去除的一个或多个孔的最佳尺寸和位置；以及
更新模型以包括所确定的一个或多个粉末去除孔。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括基于所更新的模型来增材制造所述部件。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括使用一个或多个粉末去除孔从被增材制造的部件去除存留的粉末。


4.根据权利要求1所述的方法，其中自动确定所述一个或多个孔的最佳尺寸和位置包括评估用于促进粉末去除的潜在的重力优势。


5.根据权利要求1所述的方法，其中自动确定所述一个或多个孔的最佳尺寸和位置包括至少部分地基于在所述部件的增材制造过程中用作粉末颗粒的材料类型来选择孔尺寸。


6.根据权利要求1所述的方法，其中自动确定所述一个或多个孔的最佳尺寸和位置包括评估所述部件的载荷和边界条件。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括自动确定一个或多个粉末通道的几何形状和位置，所述一个或多个粉末通道用于在增材制造所述部件后去除粉末。


8.根据权利要求7所述的方法，其中自动确定所述一个或多个粉末通道的几何形状和位置包括识别最短去除路径。


9.根据权利要求7所述的方法，其中自动确定所述一个或多个粉末通道的几何形状和位置包括识别最小材料阻力的路径。


10.根据权利要求7所述的方法，其中自动确定所述一个或多个粉末通道的几何形状和位置包括评估用于促进粉末去除潜在的重力优势。


11.根据权利要求1所述的方法，其中自动确定所述一个或多个孔的最佳尺寸和位置包括指定孔的气动轮廓，以促进随后通过气流去除粉末。


12.根据权利要求7所述的方法，其中自动确定所述一个或多个粉末通道的几何形状和位置包括指定所述一个或多个粉末通道的气动轮廓，以促进随后通过气流去除粉末。


13.根据权利要求1所述的方法，其中自动确定所述一个或多个孔的最佳尺寸和位置包括评估粉末材料、粉末粒度分布、平均粉末流量和粉末类型中的至少一个。


14.根据权利要求7所述的方法，其中自动确定所述一个或多个粉末通道的尺寸和放置包括评估粉末材料、粉末粒度分布、平均粉末流量和粉末类型中的至少一个。


15.一种用于从具有至少一个孔的增材制造的部件去除粉末的方法，包括：
接收所述部件的数据模型；
基于所述数据模型来增材制造所述部件；
使用所述至少一个孔从被增材制造的部件去除存留的粉末；以及
使用至少一种材料执行铺叠处理以密封所述孔。


16.一种三维打印机，包括：
粉末床，其用于存储粉末；
沉积器，其被配置成沉积粉末的连续层；
能量束；
偏转器，其被配置成应用所述能量束来熔合粉末；
构建板，其被配置...

【专利技术属性】
技术研发人员：纳伦德·尚卡尔·拉克什曼，托马斯·塞缪尔·鲍登，约翰·拉塞尔·巴克内尔，罗丝·哈里森·拜尔斯，布罗克·威廉·坦恩豪特恩，安东尼奥·伯纳德·马丁内斯，穆罕默德·法赞·扎法尔，理查德·温斯顿·霍伊尔，朱古布基姆·马塞尔·奥科利，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US