[發明專利]制造工件的方法、建立校正參數的方法和存儲介質

有效

• 申請號: 201780089488.1
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN110545940B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: D.卡斯琴;D.雷茲尼克
• 申請（專利權）人: 西門子能源全球有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B29C64/00;B33Y50/00;B33Y50/02;G06T17/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 李萌

本發明涉及一種在粉末床(13)中以增材制造設備(11)制造工件(19)的方法。其中，已經制造的構件的在能量束(17)下方可用的構件體積較少的構件區域中出現產生的熔池危險的過熱。為了避免所述情況按照本發明建議，在考慮位于待制造的層(25)下方的構件(19)的情況下考慮輪廓函數(gcf)。由此推導出校正參數(vf)，其遏制能量束(17)的引入能量數量以防止熔池的過熱。本發明還涉及一種用于建立輪廓函數(gcf)的方法或者說用于建立校正函數(vf)的校正參數的方法和用于執行上述方法的計算機程序產品(26、27)。

本發明涉及一種基于粉末床增材制造工件的方法，其中工件在粉末床中逐層制造，其中為了制造工件分別將粉末床的最上層通過能量束固化。此外，本發明涉及一種用于建立用于上述方法的輪廓函數的方法。此外，本發明涉及一種用于建立校正函數的校正參數的方法，其涉及應用在首次提到的方法中的增材制造方法的方法參數。此外本發明涉及用于建立輪廓函數的計算機程序產品和用于建立校正函數的校正參數的計算機程序產品。

在DE 10 2015 205 316中描述了一種在粉末床中增材式制造工件的方法。據此，通過用激光束熔化粉末來在粉末床中制備工件。對于某些材料，例如鎳基超合金，這可能是有問題的，因為激光的熔池中的高冷卻速率會導致部件中的應力并導致形成不希望的金屬結構(或組織)。作為對策而建議，通過加熱器對粉末床進行預熱，使得粉末和已經制成的部件的溫度差與熔池相比較低，因此可以降低冷卻速率。

根據US2016/0332379A1而提出，例如可以在激光燒結中調節由激光引入的能量的量，方法為至少在待制造的層的局部區域中考慮之前對前一層的固化步驟的持續時間，用于確定對當前層的能量輸入。在此確定一校正系數，其考慮了已經制造的部件的先前層中的能量輸入有多高。因此應該能夠抑制不期望的構件變形。

根據WO2016/049621A1的另一種可行方案是，可以通過外部能源來實現對當前待固化的層的預熱。在此，計算待固結層的所需熱分布，由此還可以考慮后續仍待制造的層。

在本申請的范疇中，基于粉末床的增材制造方法應理解為這樣的方法，其中將用于制造工件的材料在工件形成期間以層的形式添加至工件。在此通過在粉末床中定義工件的輪廓的固化，工件已經處于其最終形狀或至少大致處于該形狀。

為了能夠制造工件，為所選擇的增材制造方法加工描述工件的數據(CAD模型)。為了建立用于制造設備的指令，所述數據轉換成工件的適合于制造方法的數據，從而可以在制造設備中運行適于逐步制造工件的方法步驟。所述數據以這樣的方式處理，使得待制造的工件的各個層(切片)的輪廓的幾何數據可用，這也稱為分層。

增材制造的實例包括選擇性激光熔化(也稱為SLM：selective Laser Melting)和電子束熔化(也稱為EBM：Electron Beam Melting)。這些方法特別適用于加工粉末形式的金屬材料，利用該材料可以制造結構部件。

實施增材制造過程的基礎是以幾何數據集描述工件，例如STL文件(STL代表標準曲面細分語言Standard Tessellation Language)。STL文件包含用于旨在通過增材制造方法進行生產的這一處理作業的三維數據。從STL文件生成制造數據集，例如CLI文件(CLI代表公共層接口Common Layer Interface)，其包含將工件的幾何形狀轉換成描述輪廓的切片(所謂的分層或切片Slices)的、適用于增材制造的處理。數據的轉換被稱為分層或者說切片。

切片的結果是，要制造的工件的層具有一定的z-高度，例如50μm。這意味著對于例如100mm高的工件，必須定義2000個工件層。這些工件層中的每一個除了它們在z方向上的高度還包括x-y平面中的輪廓信息，其由一個或多個閉合的多邊形列組成，工件層的材料位于其中，而外部沒有工件材料，也就是說粉末床的層不被處理。