【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定或近似确定在增材构造过程中由多层构造材料构成的生产品(以下也称为“部件”)的段的属性值的方法和装置。本专利技术还涉及用于检查此类生产品的方法和检查装置。此外，本专利技术还涉及用于建立基本属性数据库的方法，以及包含此类基本属性数据库的属性数据库系统，该系统可在上述方法中使用。最后，本专利技术涉及包括上述检查装置的控制数据生成装置、用于具有该控制数据生成装置的生产装置的控制设备和具有该控制设备的生产装置。
技术介绍
1、“增材构造过程”(也称为“增材制造过程”)在原型生产同时也在批量生产中作用越来越大。一般来说，“增材构造过程”应理解为原则上基于3d数字构造数据通过材料(“构造材料”)沉积以构造生产品的构造过程。该构造因此通常分层，但并非必须分层进行。“3d打印”常被用作增材构造的同义词，通过增材构造过程生产模型、样品和原型常被称为“快速原型生产”，而生产工具则被称为“快速模具生产”。
2、实现增材构造过程的基本方法包括构造材料的选择性固化，其中该固化在许多构造过程中可借助辐射能进行，例如电磁辐射，特别是光和/或热辐射，但如有必要也可借助粒子辐射，例如电子束辐射。此种利用辐射的方法也称为“激光熔融”(也缩写为ssv)。在此例如所谓“激光粉末床熔融工艺”(也称“选择性激光烧结”或“选择性激光熔融”)或“电子粉末床熔融工艺”。在此主要为粉末状的构造材料薄层被重复地逐层叠加，在每层中，通过对加工后成为制成生产品一部分的位置进行定义空间的辐照，构造材料在“焊接过程”中被选择性固化，即构造材料的粉末颗粒借助辐
3、在对构造材料进行固化时，能量束沿预定扫描路径(通常考虑到定义辐照策略，主要是所谓“填充策略”)在位于构造场的层上的各层待固化区轮廓内被引导，以便按照所需空间和时间顺序对材料进行熔化和固化。此外，还预定了进一步的过程参数值，如强度、焦点范围和强度分布形式(或强度曲线)，以及能量束的进给率(或扫描速度)、层厚度等，并且必须尽可能严格遵守。所有这些过程变量通常都会影响部件属性，从而影响部件质量，尤其关乎是否满足特定质量要求。此外，过程变量还会影响施工速度，进而影响生产率、能耗和施工成本。
4、由于部件构造与时间、原材料和能源的消耗有关，因此也与相应的成本有关，如可提前确定部件的至少某些属性，而无须实际制造该部件，那将是令人期望的。如此使得无须利用设置不适当的过程变量组合进行构造实验，从而避免废品。
5、同样，在其他增材构造过程中，例如仅通过材料施加头在所需位置施加随后固化或被固化的材料的过程、各种过程变量，特别是材料固化路径(在下文中，此类固化路径通常也称为“扫描路径”)的选择和进给速率等，一方面会对部件属性和质量产生相当大的影响，另一方面也会影响生产率，这就是为何须巧妙选择过程变量值的原因。这一点原则上也适用于粉末沉积焊接(激光熔覆)和线材沉积焊接(直接能量沉积(ded)或电弧增材制造(waam))等增材构造工艺。
技术实现思路
1、本专利技术任务是提供可使增材构造过程中由多层材料构成的生产品的属性值提前、即在实际构造部件之前得以确定的方法和装置。
2、该任务通过根据权利要求1的方法和根据权利要求16的用于确定属性值的装置来实现。
3、根据本专利技术的方法最初可用于确定由多层构建材料构成的生产品的段属性值。如稍后待述，部件实际上可被分成所谓“段”，其中生产品包括至少一个该“段”。一般来说，段是部件中延伸到多个层的区，其中段内使用相同的参数集来构建层，稍后将对此进行解释。段优选包括生产品的子部/区，其中生产品的段总和则形成生产品。然而，如有必要，特别是对于小物体，整个生产品也可仅由一个段形成。然而，更复杂的部件通常具有多个段。
4、在本方法的范围，部件属性值还可通过确定部件单个段或甚至多个，优选所有段的属性值来确定。确定段或生产品的属性值通常被理解为在使用过程变量、尤其是参数集，实际生产该部件或生产品时预期属性值的近似值。因此，本方法可根据过程变量确定或近似确定部件或至少一个段的属性值，其中尤其可确定或近似确定由构造过程产生的部件或段的材料属性。
5、方才已简要提及，在稍后待述的优化方法中，为使用本专利技术为具有某些所需属性的部件的构造过程获得优化过程变量，优选还能定义“域”(也可称为“计算域”或“设计空间”)，该域包括待生产部件，并且可被(虚拟)划分为若干段。例如，部件本身的外轮廓就可构成该域。不过也可以任何方式在部件周围画出任意框，即部件周围未固化区或部件某些侧面也包括在域内，其中一些段属于部件，而其他段则位于部件之外。位于组件之外域内的段随后也被称为“粉末段”，概因在基于粉末的构造方法中，未固化粉末最初会留在这些段中。由于无需向这些段输入能量，因此在构造中，可简单将能量束或激光功率设置为0。
6、根据本专利技术的方法至少具有以下方法步骤：
7、一方面，至少要确定一个参数集(也可同义称为“过程参数集”)，其包括用于层的至少一个段构造过程的过程参数值的定义组，即单个过程参数值元组，据此随后控制或将要控制机器，以制造部件层。过程参数值尤其可为预定的离散(即不连续的)值，例如强度、焦点范围和强度分布或强度曲线的形状、能量束功率(例如激光熔融工艺中的激光功率)、能量束扫描速度、层厚度、构造材料的材料类型等。根据本专利技术，参数集的至少一个过程参数值包括下述“层扫描方向排列”。
8、“扫描”在此通常被理解为是指负责在各位置处固化材料的单元沿指定“扫描路径”的移动，例如分配材料并使其固化的材料施加头，和/或用于固化的能量束等。例如，在开头所述光束熔化过程中，“扫描”指的是能量束冲击点(即选择性激光熔融和类似工艺中激光焦点的移动)在当前工作面上沿指定的“扫描路径”进行的移动。当前“扫描方向”是指沿当前行进的扫描路径的各当前方向。能量束的冲击面或负责在构造场各位置固化材料的单元的移动速度即为扫描速度，该扫描速度也可根据位置进行调整，即不必保持恒定。“工作面”通常是指在相应点垂直于部件构造方向的平面。在上述“激光粉末床熔融工艺”中，这是指粉末层被施加的平面，即层的扫描路径通常位于在层固化期间不倾斜的平面中。对于其他增材构造工艺如粉末沉积焊接(激光熔覆)和线材沉积焊接(直接能量沉积(ded)或电弧增材制造(waam))等，工作面也可由所谓切向面来定义，但不限制其通用性。这种切向面的原点是辐射能量对材料的冲击点。
9、在此应当提及，扫描路径不必连续延伸，而是还可包括彼此间隔布置的多个扫描路径部分，特别是在一个平面中。故下文还将阐述的单个“填充线”，能量束沿该填充线按照“填充方向排列”(一般也简称为“填充策略”)在工作面的材料层上移动，以固化平面上的部件横截面，各自均可被视为单独的“扫描路径部分”。
10、如上所述，在激光熔融工艺中，能量束在构造场的选择性辐照或冲击面移动通常是根据适当的辐照策略进行的。通常，在固化过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于确定在增材构造过程中由构造材料(13)的多个层(L，L1，L2，L3，L4)构成的生产品(2，2'，2”)的段(SG1，SG2，SG3)的属性值的方法，所述方法具有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述层扫描方向排列(HS2，HS3)包括填充方向排列(HS2，HS3)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个段(SG，SG1，SG2，SG3)的至少一个宏观属性值(MWA)系通过包含以下方法步骤的方法而确定：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对多个不同参数集(PS)，所述基本属性数据库(EDB)分别
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述基本属性数据库(EDB)分别包括用于各层扫描方向排列(HS2，HS3)的参考取向(RO)的所述基本属性值(BEW)，对于其所述层扫描方向排列(HS2，HS3)相对于所述参考取向(RO)旋转至少一个旋转角度的层，分别利用所述旋转角度从为所述参考取向(RO)存储的所述基本属性值(BEW)中确定所述基本属性值(BEW)。
6.根据权利要求3至5中任一
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述段(SG，SG1，SG2，SG3)的所述参数集(PS)和所述段扫描方向分布(SSV)从所述宏观属性数据库(EDA)中选择至少一个宏观属性值(MWA)，其中，针对所述段扫描方向分布(SSV)和所述参数集(PS)的不同组合，所述宏观属性数据库(EDA)包含至少一个宏观属性值(MWA)，优选每种情况下一组宏观属性值(MWA)。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，为确定所述段(SG，SG1，SG2，SG3)的所述宏观属性值(MWA)，首先在第一步中检查所述宏观属性数据库(EDA)中是否存储有所述段扫描方向分布(SSV)和所述参数集(PS)的特定组合的所述宏观属性值(MWA)，然后将此宏观属性值(MWA)分配给所述段(SG，SG1，SG2，SG3)，或者使用根据权利要求3至6中任一项所述的方法来确定所述段(SG，SG1，SG2，SG3)的所述宏观属性值(MWA)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，属性值(BEW，MWA)包括以下材料参数中的至少一个值：
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个材料参数的所述属性值(BEW，MWA)包括多个与方向相关的分值。
11.用于检查增材构造过程的生产品(2、2'、2”)的方法，所述方法具有以下方法步骤：
12.用于控制用于增材构造生产品(2，2'，2”)的生产装置(1)的方法，所述方法具有以下方法步骤：
13.用于建立基本属性数据库(EDB)的方法，其中，为所述基本属性数据库(EDB)确定至少一个基本属性值(BEW)，优选为一组基本属性值(BEW)，和/或用于特定参数集(PSK)的特定构造材料(13)的材料层的微观结构(MS)
14.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述测试样本(K)横向，优选垂直于所述层(LK)的延伸面(ME')上生成层剖面(SP)，并基于所述层剖面(SP)的信息确定所述测试样本(K)的多个层(LK)的基本属性值(BEW)和/或微结构(MS)。
15.属性数据库系统(DBS)，包括根据权利要求12或13所述的方法构建的基本属性数据库(EDB)，和/或宏观属性数据库(EDA)，其中针对段扫描方向分布的(SSV)和参数集(PS)的不同组合，所述宏观属性数据库包含至少一个宏观属性值(MWA)，优选每种情况下一组宏观属性值(MWA)。
16.用于确定增材构造过程的由构造材料(13)构成的生产品(2，2'，2”)的段(SG，SG1，SG2，SG3)的属性值(MWA)的装置(70)，包括至少以下组件：
17.用于检查增材构造过程的生产品(2，2'，2”)的检查装置(80)，包括至少以下组件：
18.用于生成生产装置(1)的控制数据(BSD，PSD)的控制数据生成装置(54，54')，以用于在增材构造过程中增材构造生产品(2，2'，2”)，
19.用于在增材构造过程中增材构造生产品(2)的生产装置(1)的控制设备(50)，
20.一种用于在增材构造过程中增材构造生产品(2，2'，2”)的生产装置(1)，其具...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于确定在增材构造过程中由构造材料(13)的多个层(l，l1，l2，l3，l4)构成的生产品(2，2'，2”)的段(sg1，sg2，sg3)的属性值的方法，所述方法具有以下方法步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述层扫描方向排列(hs2，hs3)包括填充方向排列(hs2，hs3)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个段(sg，sg1，sg2，sg3)的至少一个宏观属性值(mwa)系通过包含以下方法步骤的方法而确定：
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对多个不同参数集(ps)，所述基本属性数据库(edb)分别
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述基本属性数据库(edb)分别包括用于各层扫描方向排列(hs2，hs3)的参考取向(ro)的所述基本属性值(bew)，对于其所述层扫描方向排列(hs2，hs3)相对于所述参考取向(ro)旋转至少一个旋转角度的层，分别利用所述旋转角度从为所述参考取向(ro)存储的所述基本属性值(bew)中确定所述基本属性值(bew)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，具有多个叠加的层(l，l1，l2，l3，l4)的段的宏观属性值(mwa)分别根据单个所述层(l，l1，l2，l3，l4)的所述基本属性值(bew)确定，优选采用均质化方法，其中，所述均质化方法优选采用以下至少一个均质化步骤：
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述段(sg，sg1，sg2，sg3)的所述参数集(ps)和所述段扫描方向分布(ssv)从所述宏观属性数据库(eda)中选择至少一个宏观属性值(mwa)，其中，针对所述段扫描方向分布(ssv)和所述参数集(ps)的不同组合，所述宏观属性数据库(eda)包含至少一个宏观属性值(mwa)，优选每种情况下一组宏观属性值(mwa)。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，为确定所述段(sg，sg1，sg2，sg3)的所述宏观属性值(mwa)，首先在第一步中检查所述宏观属性数据库(eda)中是否存储有所述段扫描方向分布(ssv)和所述参数集(ps)的特定组合的所述宏观属性值(mwa)，然后将此宏观属性值(mwa)分配给所述段(sg，sg1，sg2，sg3)，或者使用根据权利要求3至6中任一项所述的方法来确定所述段(sg，sg1，sg2，sg3)的所述宏观属性值(mwa)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，属性值(bew，mwa)包括以下材料参数中的至少一个值：
10.根据前述权利要求中任一...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·霍尔费尔德·施瓦尔贝，S·容汉斯，
申请(专利权)人：EOS有限公司电镀光纤系统，
类型：发明
国别省市：
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