[发明专利]基于热模型和传感器数据在增材制造过程中校正构建参数的系统和方法

说明书

向增材制造机器提供更新的构建参数，以提高由机器制造的零件的质量。在使用第一组构建参数制造零件期间，从增材制造机器接收传感器数据。接收第一组构建参数。基于第一组构建参数和接收到的传感器数据确定评估参数。基于从第一组构建参数导出的零件的热模型生成热数据。将第一算法应用于接收到的传感器数据、确定的评估参数和生成的热数据以产生第二组构建参数，第一算法被训练以改进评估参数。将第二组构建参数输出到增材制造机器以生产第二零件。

技术领域

所公开的实施例针对基于热模型和传感器数据在增材制造过程中校正构建参数。

背景技术

术语“增材制造”是指用于合成三维物体的过程，其中连续的材料层由增材制造机器(AMM)在计算机控制下形成，以使用来自3D模型的数字模型数据来创建物体。基于粉末床熔合的增材制造的一个例子是直接金属激光烧结(DMLS)，其使用激光射进到粉末金属床中，激光自动瞄准由3D模型限定的空间中的点处，从而使材料熔化在一起，以创建固体结构。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，因为它通常会在凝固时实现完全成熟的均质的熔池和完全致密的块体。在应用任何必要的热处理之后，熔化材料的快速的局部加热和冷却的性质能够实现近锻造的材料特性。

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模型来正确地定位用于零件构建的几何结构，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”成用于特定DMLM制造机器的适当厚度的层，并下载到机器以允许开始构建。DMLM机器使用例如400W Yb光纤激光器。在构建室区域内，有粉末分配平台和构建平台，以及用于在构建平台上移动新粉末的重涂器刀片。通过使用聚焦激光束局部熔化金属粉末，金属粉末被熔合成固体零件。通过这种方式，零件被逐层叠加性构建——通常使用20到100微米厚的层。此过程允许直接从3D CAD数据自动创建高度复杂的几何结构，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特性。

在DMLM过程中，可能因为各种机器、编程、环境和过程参数以及因为所用材料的化学性质而出现异常，例如表面下孔隙率、裂纹、未熔合等。例如，镜面位置和激光聚焦的机器校准中的缺陷可能导致大量填充(bulk-fill)激光通道与边缘轮廓通道不相交。此类缺陷可能导致部件表面附近出现未熔合的粉末，这可能会冲破表面而导致异常，这些异常无法通过包括热等静压(HIP)的后处理热处理步骤来修复。激光和光学器件退化、过滤和其他典型的激光焊接效果也会显著地影响处理质量，尤其是在每次构建操作数十或数百小时的时候。

在常规的增材制造实践中，零件构建计划(PBP)针对特定的零件设计而生成，并由增材制造机器(AMM)执行。基于PBP，AMM控制在构建期间应用的多个构建参数，包括材料添加区域的行进路径以及管理添加到区域中的零件的材料的施加和处理的参数。通常，这些参数与构建零件的质量之间存在复杂关系。

PBP的设计是迭代过程，其包括基于试验PBP构建零件，之后评价由此产生的试验零件质量，然后修改试验PBP以调整期望的零件质量。为满足整体制造要求(例如零件质量和生产率)的这种试验PBP的迭代可能需要多次迭代才能达到所需的制造要求。常规上，通过使用破坏性或非破坏性技术对零件进行实验测试来完成对试验零件质量的评价。特别是，DMLM零件可以被剖切，从处理过的剖面产生光学显微照片，并处理显微照片以量化异常。试验零件质量的评价基于此类测试。这种测试费力、昂贵且耗时，并且显著增加了开发可接受PBP以发布到最终产品的时间和成本。