CN109202073A - 用于先进增材制造的系统和方法 - Google Patents

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R.S.布洛姆
J.弗里尔
D.M.罗宾逊
S.罗伊乔扈里
H.K.小马修斯
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Abstract

一种用于动态地调适部件的增材制造过程的制造计算机装置，被配置成存储所述部件的包括多个构建参数的模型。所述制造计算机装置还被配置成从正在进行的所述部件的构建中接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息。所述计算机装置被进一步配置成基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性。此外，所述计算机装置被配置成计算所述熔体池的至少一个看不见的属性。另外，所述计算机装置被配置成基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数来确定调整后的构建参数。所述计算机装置还被配置成将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。

Description

用于先进增材制造的系统和方法
技术领域
本发明的领域大体上涉及增材制造，且更确切地说，涉及用于动态地调适对部件、构建或这两者的增材制造的系统和方法。
背景技术
许多增材制造系统(也被称作三维(3D)印刷机)经由逐层工艺产生三维物体。所述系统基于计算机控制经由放置连续材料层产生物体。至少一些增材制造系统涉及堆积粉末状材料以制成部件。此方法可由昂贵材料在经缩减成本及改进制造效率下产生复杂部件。例如直接金属激光熔融(DMLM)系统的至少一些已知增材制造系统使用激光装置和例如但不限于粉末状金属的粉末材料来制作部件。激光装置产生激光束，其使激光束入射于粉末材料上所在的区域中和周围的粉末材料熔融，从而产生熔体池。在一些已知DMLM系统中，部件质量可受熔体池内通过激光装置被传递到金属粉末的余热和/或热量变化影响。
在一些已知DMLM系统中，部件表面质量，特别是外伸或面向下的表面，归因于粉末状金属与部件的周围固体材料之间的传导热传递的变化而降低。因此，可能会发生局部过热，特别是在突出表面处。通过激光装置产生的熔体池可变得过大，引起经熔融金属散布到周围的粉末状金属中以及熔体池较深地穿透到粉末床中，从而将额外粉末牵引到熔体池中。熔体池增大的大小和深度以及熔融金属的流动通常可引起外伸或面向下的表面的表面光洁度较差。
还可在制造期间，基于可能导致物体不可用的多个因子产生材料和材料应用发生变化的其它问题。
发明内容
在一个方面中，提供一种用于动态地调适对部件的增材制造的制造计算机装置。所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述至少一个存储器装置存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数。所述制造计算机装置被配置成进行以下操作：从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；以及基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数。
在另一方面中，提供一种用于动态地调适对部件的增材制造的方法。所述方法是使用制造计算机装置进行实施。所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器。所述方法包括：存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数；从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数；以及将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。
在又一方面中，提供一种用于动态地调适对部件的增材制造的系统。所述系统包括：增材制造机器，其被配置成基于构建文件而构建所述部件；多个传感器，其被配置成在构建所述部件的同时监视所述增材制造机器；和制造计算机装置，其包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器。所述制造计算机装置被配置成进行以下操作：存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数；从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数；以及将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。
技术方案1.一种用于动态地调适对部件的增材制造的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数，所述制造计算机装置被配置成：
从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；
基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；
计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；以及
基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数。
技术方案2.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中：所述制造计算机装置被进一步配置成：
存储用于构建所述部件的构建文件，其包括所述多个构建参数；
接收多个构建信息，其中所述多个构建信息中的每一构建信息包括通过机器使用所述构建文件来构建所述部件的传感器信息；以及
基于所述构建文件和所述多个构建信息产生用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
技术方案3.根据技术方案2所述的制造计算机装置，其中：所述制造计算机装置被进一步配置成：
从所述部件的构建接收多个传感器信息；以及
基于所述接收到的多个传感器信息而更新用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
技术方案4.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中：所述熔体池的所述一个或多个属性包括熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度曲线和二维(2D)熔体池形状中的至少一个。
技术方案5.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中：所述熔体池的所述至少一个看不见的属性包括熔体池深度和三维(3D)熔体池形状。
技术方案6.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中：所述多个构建参数包括激光装置的功率、激光装置的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。
技术方案7.根据技术方案1所述的制造计算机装置，其中：所述当前传感器信息是从光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机中的至少一个接收到。
技术方案8.一种用于动态地调适部件的增材制造过程的方法，所述方法通过制造计算机装置来实施，所述制造计算机装置包括与存储器通信的处理器，所述方法包括：
存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数；
从正在进行的所述部件的构建中接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；
基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；
计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；
基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数；以及
将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。
技术方案9.根据技术方案8所述的方法，其进一步包括：
存储用于构建所述部件的构建文件，所述构建文件包括所述多个构建参数；
接收多个构建信息，其中所述多个构建信息中的每一构建信息包括通过机器使用所述构建文件来构建所述部件的传感器信息；以及
基于所述构建文件和所述多个构建信息产生所述用于所述部件的构建工艺的模型。
技术方案10.根据技术方案9所述的方法，其进一步包括：
从所述部件的构建中接收多个传感器信息；以及
基于所述接收到的多个传感器信息而更新所述用于所述部件的构建工艺的模型。
技术方案11.根据技术方案8所述的方法，其特征在于：确定所述熔体池的一个或多个属性包括确定熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度曲线和二维(2D)熔体池形状中的一个或多个。
技术方案12.根据技术方案8所述的方法，其中：计算至少一个看不见的属性包括计算熔体池深度和三维(3D)熔体池形状中的一个或多个。
技术方案13.根据技术方案8所述的方法，其中：确定调整后的构建参数包括确定激光装置的功率、激光装置的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。
技术方案14.根据技术方案8所述的方法，其中：接收多个传感器信息包括从光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机中的至少一个接收所述传感器信息。
技术方案15.一种用于动态地调适对部件的增材制造的系统，所述系统包括：
增材制造机器，其被配置成基于构建文件而构建所述部件；
多个传感器，其被配置成在构建所述部件的同时监视所述增材制造机器；以及
制造计算机装置，其包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：
存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数；
从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；
基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；
计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；
基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数；以及
将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。
技术方案16.根据技术方案15所述的系统，其中：所述制造计算机装置被进一步配置成：
存储用于构建所述部件的构建文件，其包括所述多个构建参数；
接收多个构建信息，其中所述多个构建信息中的每一构建信息包括通过增材制造机器使用所述构建文件来构建所述部件的传感器信息；以及
基于所述构建文件和所述多个构建信息产生用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
技术方案17.根据技术方案16所述的系统，其中：所述制造计算机装置被进一步配置成：
从所述部件的构建接收多个传感器信息；以及
基于所述接收到的多个传感器信息而更新用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
技术方案18.根据技术方案15所述的系统，其中：所述熔体池的所述一个或多个属性包括熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度曲线和二维(2D)熔体池形状中的至少一个。
技术方案19.根据技术方案15所述的系统，其中：所述熔体池的所述至少一个看不见的属性包括熔体池深度和三维(3D)熔体池形状。
技术方案20.根据技术方案15所述的系统，其中：所述多个构建参数包括激光装置的功率、激光装置的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。
技术方案21.根据技术方案15所述的系统，其中：所述当前传感器信息是从光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机中的至少一个接收到的。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，本发明的这些以及其它特征、方面和优点将变得更好理解，在所有附图中相同的标号表示相同的部件，在附图中：
图1是以直接金属激光熔融(DMLM)系统的形式呈现的示范性增材制造系统的示意图；
图2是使用图1中展示的增材制造系统来制造部件的示范性工艺的流程图；
图3是用以使用图1中展示的DMLM系统动态地调适部件的增材制造过程的示范性制造系统的示意图；
图4是可与图3中展示的制造系统一起使用的客户端系统的示范性配置的示意图；
图5是可与图3中展示的制造系统一起使用的服务器系统的示范性配置的示意图；
图6是用以使用图3中展示的制造系统动态地调适部件的增材制造过程的示范性前馈控制系统的示意图；
图7是用以使用图3中展示的制造系统动态地调适部件的增材制造过程的另一示范性前馈控制系统的示意图；
图8是使用图6中展示的前馈控制系统动态地调适用于部件的增材制造的构建文件的示范性工艺的流程图；
图9是使用图6中展示的前馈控制系统动态地调适用于部件的增材制造的构建文件的另一示范性工艺的流程图；
图10是使用图7中展示的前馈控制系统动态地调适用于部件的增材制造的构建文件的示范性工艺的流程图；且
图11是使用图7中展示的前馈控制系统动态地调适用于部件的增材制造的构建文件的另一示范性工艺的流程图；
图12是动态地创建或调适用于以增材方式制造一个或多个部件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性工艺的示意图。
图13是动态地创建或调适用于以增材方式制造一个或多个部件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性工艺的示意图。
图14是动态地创建或调适用于以增材方式制造一个或多个部件的构建参数、构建和/或构建文件的另一示范性工艺的示意图。
除非另外指明，否则本文中所提供的附图意在说明本发明的实施例的特征。这些特征被认为适用于包括本发明的一个或多个实施例的广泛多种系统。由此，附图并非意图包括所属领域的技术人员已知的实践本文中所公开的实施例所需的所有常规特征。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将引用若干术语，所述术语应定义为具有以下含义。
除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”和“所述”包括复数指代物。
“任选”或“视需要”意味着随后描述的事件或情形可能发生或可能不发生，且所述描述包括事件发生的情况和事件不发生的情况。
如本文中在整个说明书以及权利要求书中所使用的近似语言可以应用于修饰可以许可的方式变化而不会导致其相关的基本功能改变的任何定量表示。因此，由例如“约”、“大致”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量所述值的仪器的精度。此处以及在整个说明书以及权利要求书中，范围限制可以是组合的和/或互换的；除非内容或语言另外指示，否则此类范围得以识别并且包括其中所包括的所有子范围。
如本文中所使用，术语“处理器”和“计算机”以及相关术语(例如，“处理装置”、“计算装置”和“控制器”)不仅限于在本领域中被称为计算机的那些集成电路，而是广义地指代微控制器、微计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路以及其它可编程电路，且这些术语在本文中可互换使用。在本文中所描述的实施例中，存储器可包括但不限于例如随机存取存储器(RAM)的计算机可读媒体和例如闪存的计算机可读非易失性媒体。替代地，也可使用软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字多功能光盘(DVD)。另外，在本文中所描述的实施例中，额外输入通道可以是但不限于与例如鼠标和键盘的操作者接口相关联的计算机外围设备。替代地，也可使用其它计算机外围设备，其可包括例如但不限于扫描仪。此外，在示范性实施例中，额外输出通道可包括但不限于操作者接口监视器。
此外，如本文中所使用，术语“软件”和“固件”是可互换的，且包括存储在存储器中用于由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任何计算机程序。
如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”旨在表示在任何方法或技术中实施的任何有形的基于计算机的装置，以用于例如计算机可读指令、数据结构、程序模块和子模块、或在任何装置中的其它数据的信息的短期和长期存储。因此，本文中所描述的方法可被编码为在包括但不限于存储装置和/或存储器装置的有形、非暂时性、计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令在由处理器执行时致使处理器执行本文中所描述的方法的至少一部分。此外，如本文中所使用，术语“非暂时性计算机可读媒体”包括所有有形的计算机可读媒体，包括但不限于非暂时性计算机存储装置，包括但不限于易失性和非易失性媒体以及可移除和不可移除媒体，例如固件、物理和虚拟存储装置、CD-ROM、DVD和例如网络或因特网的任何其它数字源，以及尚待开发的数字化手段，唯一的例外是暂时性的传播信号。
此外，如本文中所使用，术语“实时”指代相关联的事件的发生时间、预定数据的测量和收集时间、处理数据的时间、以及对事件和环境的系统响应的时间中的至少一个。在本文中所描述的实施例中的一些中，这些活动和事件基本上瞬时地发生。在一些实施例中，术语“实时”指代实时控制系统。实时控制系统是闭环控制系统，其中所述工艺具有用以收集数据、处理所述数据并更新系统的密闭时间窗口。如果错过时间窗口，那么系统的稳定性可能会降低。通过在控制下的工艺的动力、系统的时延和所使用的特定控制算法来确定这个时间窗口的大小。
如本文中所使用，术语几何形状指代部件或构建的任何区段、特性或特征。几何形状可呈单层、个别部件的构建、部件的区段、扫描线、构建的时间系列和部件的几何特征的形式。举例来说，在一些实施例中，几何形状可包括增材制造机制造所述几何形状可能需要的电力或材料的变化。
本文中所描述的增材制造系统提供一种用于基于部件构建的性能和/或过去的性能来动态地调适所述部件的增材制造过程的方法。所述系统和方法可使用与待被增材制造的包括部件构建的部件相关的预先存在的信息和非预先存在的数据。具体地说，本文中所描述的实施例中的一个或多个包括计算装置，其被配置成评估关于包括部件构建的部件的信息并产生修改，但不限于构建工艺、构建参数和构建文件，从而改进或改变部件和部件的构建。计算装置可使用构建信息，例如但不限于部件的构建参数、几何形状、传感器数据、材料数据、系统数据、质量控制或保证数据和性能数据，来更新构建文件以改进最终部件的质量或增大效率、改进或修改部件或构建的其它方面。计算装置可使用预先存在的数据(无论经测量)、经建模或虚拟数据中的一个或多个来直接修改部件，包括例如部件的开始形状、构建文件或构建，所述数据与包括部件构建的部件相关。所提供和/或所使用的数据可以是前馈的、反馈的、预构建或构建后的、经建模且虚拟的。
计算装置的一些实施例将构建文件分裂成若干几何形状，其中构建文件可包括同一几何形状的多个副本，且基于所述几何形状的先前构建而更新同一几何形状的每一副本。在一些实施例中，计算机装置在构建部件的同时实时更新构建文件。在其它实施例中，在部件完成之前、期间或之后，计算机装置直接更新或修改部件、构建文件和/或构建。本文中所描述的系统和方法部分地允许减少必须构建部件以实现可接受的或理想的部件的次数。系统和方法允许出于有益的任何目的，在构建开始或结束之前、在期间或之后更新或修改部件、构建或构建文件。举例来说，计算机装置本身可以是增材制造系统，或可与增材制造系统本地地、远程地通信的另一计算机装置，或可移除或可互换的数字存储媒体。
图1是以直接金属激光熔融(DMLM)系统的形式呈现的示范性增材制造系统10的示意图。尽管参考DMLM系统描述了实施例，但本文还适用于其它类型的增材制造系统和方法，包括例如但不限于桶光聚合(vat photopolymerization)、粉末床熔合(fusion)、粘合剂喷射、材料喷射、片材层压、材料挤压、定向能量沉积和混合系统。这些系统和方法可包括例如但不限于：立体光刻；数字光处理；扫描、旋涂和选择性地光固化；连续液体界面产生；选择性激光烧结；直接金属激光烧结；选择性激光熔融；电子束熔融；选择性热烧结；多喷口熔合；平滑曲率印刷；多喷口建模；层压物体制造；选择性沉积层压；超声增材制造；熔丝制作；熔合沉积建模；激光金属沉积；激光工程化净成形；直接金属沉积；混合系统；以及这些方法和系统的组合。这些方法和系统可使用例如但不限于所有形式的电磁辐射、加热、烧结、熔融、固化、粘合、固结、按压、嵌入和其组合。
这些方法和系统使用包括例如但不限于以下各项的材料：聚合物、塑料、金属、陶瓷、砂粒、玻璃、蜡、纤维、生物物质、复合物和这些材料的混合物。在适用于给出的材料和方法或系统时，这些材料可呈多种形式用于这些方法和系统中，多种形式包括例如但不限于液体、固体、粉末、薄片、箔、带、丝、团块、液体、浆料、导线、雾化糊和这些形式的组合。
在示范性实施例中，系统10包括：构建平台12；激光、熔融或加热装置14，其被配置成产生一个或多个激光束或电子束或激光能量或电子能量16；一个或多个扫描装置18，其被配置成选择性地在构建平台12上导向或移动射束或能量16；和光学或其它监视系统20，其用于监视熔体池。示范性系统10进一步包括计算装置24，和被配置成控制系统10的一个或多个部件的控制器26，如在本文中更详细描述。
构建平台12包括粉末状原料材料，其在增材制造工艺期间经熔融和再凝固以构建固体部件28。构建平台12包括适合于形成此类部件的材料，包括但不限于钴、铁、铝、钛、镍和其组合的气雾化合金。在其它实施例中，构建平台12可包括任何合适的类型的粉末状金属材料。在又其它实施例中，构建平台12包括使得系统10能够起作用的任何合适的构建材料和形式。
装置14被配置成产生能量源16，其具有足够能量以至少部分地对构建平台12的构建材料加热或熔融。在此示范性实施例中，激光装置14是基于钇的固态激光器，其被配置成发出波长为约1070纳米(nm)的激光束。在其它实施例中，装置14包括使得系统10能够起作用的任何合适类型的激光器，或连接到例如激光二极管的能量源的激光纤维，例如二氧化碳(CO2)激光器。此外，尽管系统10经展示和描述为包括单个装置14，但系统10可包括具有不同和/或可选择能量水平的多于一个装置或阵列。系统10可包括使得系统10能够起作用的装置的任何组合。
如图1中所展示，在一个示范性实施例中，装置14光学连接到光学元件30和32，其有助于将激光束16聚焦在构建平台12上。在示范性实施例中，光学元件30和32包括安置在激光装置14与第一扫描装置18之间的射束准直器30，和安置在第一扫描装置18与构建平台12之间的F-θ透镜32。系统10可包括任何合适类型和布置的光学元件，其将经准直和/或经聚焦的能量提供到构建平台12上。
第一扫描装置18被配置成将能量源16导向到构建平台12的选择性部分上，从而产生部件28。在示范性实施例中，第一扫描装置18是电流计扫描装置，所述电流计扫描装置包括可操作地连接到电流计控制的电机36(概括地为致动器)的镜面34。电机36被配置成响应于从控制器26接收的信号而移动(具体地说，旋转)镜面34，且借此使激光束16跨越构建平台12的选择性部分偏转。镜面34包括使得镜面34能够使能量源16朝向构建平台12偏转的任何合适的配置。在一些实施例中，镜面34包括具有对应于激光束16的波长的反射光谱的反射涂层。
尽管第一扫描装置18经说明具有镜面34和电机36，但第一扫描装置18可包括任何合适数目和类型的反射器或定向装置、高架和马达，其使得一个或多个扫描装置18能够起作用和移动。举例来说，在一个实施例中，第一扫描装置18包括两个镜面和两个电流计控制的电机，所述两个电流计控制的电机各自可操作地连接到镜面中的一个。在又其它实施例中，第一扫描装置18包括使得系统10能够如本文中所描述地运行的任何合适的扫描装置，例如二维(2D)扫描电流计、三维(3D)扫描电流计和动态聚焦电流计。
光学系统20被配置成检测由熔体池22产生的电磁辐射并将关于熔体池22的信息传送给计算装置24。在示范性实施例中，光学系统20包括被配置成检测由熔体池22产生的电磁辐射40(还被称作“EM辐射”)的光学检测器38，和被配置成将由熔体池22产生的电磁辐射40导向到光学检测器38的第二扫描装置42。第二扫描装置42与第一扫描装置18分离，且专用于将由熔体池22产生的EM辐射40导向到光学检测器38，而非将激光束16朝向构建平台12导向。由此，第二扫描装置42在本文中也被称作“专用”扫描装置。在示范性实施例中，第一扫描装置18也可被称作专用扫描装置，这是因为其专用于扫描跨越构建平台12的激光束16且并不用于检测由熔体池22产生的EM辐射40。在其它实施例中，第一扫描装置18还可用于检测由熔体池22产生的EM辐射40，且因此，第一扫描装置18可不为专用扫描装置。在正常操作下，光学系统20内的光学元件不会经历热透镜效应，这是因为透射穿过光学系统20的EM辐射具有相对低功率。
光学检测器38被配置成检测由熔体池22产生的EM辐射40。更具体地说，光学检测器38被配置成接收由熔体池22产生的EM辐射40，且响应于接收到EM辐射40而产生电信号44。光学检测器38以通信方式连接到计算装置24，且被配置成将电信号44传送给计算装置24。
光学检测器38包括使得光学系统20能够如本文中所描述地运行的任何合适光学检测器，包括例如但不限于光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。尽管光学系统20经展示和描述为包括单个光学检测器38，但光学系统20包括任何合适数目和类型的光学检测器，其使得系统10能够如本文中所描述地运行。举例来说，在一个实施例中，光学系统20包括被配置成检测红外线光谱内的EM辐射的第一光学检测器，和被配置成检测可见光谱内的EM辐射的第二光学检测器。在包括多于一个光学检测器的实施例中，光学系统20包括光束分裂器(未示出)，其被配置成使EM辐射40分隔且使其从熔体池22偏转到对应的光学检测器。
虽然光学系统20被描述为包括用于由熔体池22产生的EM辐射40的“光学”检测器，但应注意，术语“光学”的使用不与术语“可见”等效。实际上，光学系统20被配置成俘获宽光谱范围的EM辐射且将取决于所用的增材制造方法或系统。举例来说，第一光学检测器38对具有以下光谱内的波长的光敏感：紫外线光谱(约200到400nm)、可见光谱(约400到700nm)、近红外光谱(约700到1,200nm)和红外线光谱(约1,200到10,000nm)。此外，因为由熔体池22发出的EM辐射40的类型取决于熔体池22的温度，所以光学系统20能够监视和测量熔体池22的大小和温度。
第二扫描装置42被配置成将由熔体池22产生的EM辐射40导向到第一光学检测器38。在示范性实施例中，第二扫描装置42是电流计扫描装置，所述电流计扫描装置包括可操作地连接到第一电流计控制的电机48(概括地为致动器)的第一镜面46，以及可操作地连接到第二电流计控制的电机52(概括地为致动器)的第二镜面50。第一电机48和第二电机52被配置成响应于从控制器26接收的信号分别移动(具体地说，旋转)第一镜面46和第二镜面50，以使EM辐射40从熔体池22偏转到第一光学检测器38。第一镜面46和第二镜面50具有任何合适配置，其使得第一镜面46和第二镜面50能够使由熔体池22产生的EM辐射40偏转。在一些实施例中，第一镜面46和第二镜面50中的一个或两个包括反射涂层，所述反射涂层具有对应于第一光学检测器38被配置成检测的EM辐射的反射光谱。
尽管第二扫描装置42经说明和描述为包括两个镜面和两个电机，但第二扫描装置42包括任何合适数目个镜面和电机，其使得光学系统20能够如本文中所描述地运行。此外，第二扫描装置42包括使得光学系统20能够如本文中所描述地运行的任何合适扫描装置，例如二维(2D)扫描电流计、三维(3D)扫描电流计和动态聚焦电流计。
计算装置24包括计算机系统，其包括执行可执行指令以操作系统10的至少一个处理器(图1中未展示)。计算装置24包括例如系统10的校准模型和与例如部件28的部件相关联的电子计算机构建文件。校准模型包括但不限于在系统10的给定的一组操作条件(例如，激光装置14的功率)下预期或希望的熔体池大小和温度。在示范性实施例中，熔体池大小包括熔体池的一个或多个尺寸，例如但不限于长度、宽度、深度、面积和容积。在示范性实施例中，熔体池温度曲线(temperatureprofile)表示在熔体池中的特定点，例如中心处，熔体池的温度。在其它实施例中，熔体池温度曲线表示从熔体池的样本或从2D/3D温度分布曲线(temperature distribution profile)的函数测量的温度。
构建文件包括用以控制一个或多个系统，例如但不限于系统10的一个或多个部件的构建参数，或以其它方式构建部件。构建参数将取决于所用的增材制造方法或系统，和构成部件的材料。构建参数可包括但不限于以下各项中的一个或多个：能量源的功率、速度、定向、位置；检流计(galvo)；镜面；扫描仪；传感器；检测器；输送机；构建板；以及材料施加器和移除器。构建参数还可包括但不限于以下各项中的一个或多个：系统用以实行方法的材料，例如气体、气压和气流；熔体池大小和熔体池温度曲线；构成部件自身的材料和临时部件材料；在构建期间施加材料的速度和方法；以及部件的开始和临时构建形状。
在使用DMLM方法或系统的实例中，构建参数可包括但不限于以下各项中的一个或多个：激光或能量装置14的功率；第一扫描装置18的扫描速度(也被称作检流计速度、镜面速度和/或激光装置14的扫描速度)；第一扫描装置18(具体地说，镜面34)的位置和定向；第二扫描装置42的扫描速度；第二扫描装置42(具体地说，第一镜面46和第二镜面50)的位置和定向；所要的熔体池大小；所要的熔体池温度曲线；气体、气压和气流；金属粉末和构成部件自身的其它材料；临时部件材料；施加粉末和其它材料的速度和方法；以及部件的开始和临时构建形状。
在示范性实施例中，计算装置24和控制器26经展示为分离装置。在其它实施例中，计算装置24和控制器26组合为充当计算装置24和控制器26两者的单个装置，如各自在本文中所描述。在其它实施例中，模型包括制造部件28的工艺的细节。在一些实施例中，构建参数与多个几何形状(例如，描述待被构建的部件的CAD文件)分开地存储。在这些实施例中，构建文件包括存储在计算装置24的存储器或控制器26中的多个构建参数和分开存储的多个几何形状。在这些实施例中，在进行所述构建时，系统10将构建参数与多个几何形状组合。
在示范性实施例中，计算装置24还被配置成至少部分地作为数据获取装置操作且在制作部件28期间监视系统10的操作。举例来说，在一个实施例中，计算装置24接收和处理来自第一光学检测器38的电信号44。计算装置24基于电信号44存储与熔体池22相关联的信息，使用所述信息以有助于控制和改进针对系统10或针对通过系统10构建的特定部件的构建工艺。
此外，在这个实例中，计算装置24被配置成基于从第一光学检测器38接收的电信号44，实时调整一个或多个构建参数举例来说，在系统10构建部件28时，计算装置24使用数据处理算法来确定熔体池22的大小和温度，从而处理来自第一光学检测器38的电信号44。计算装置24基于校准模型比较熔体池22的大小和温度与经预期或所要的熔体池大小和温度。计算装置24产生控制信号60，其被反馈给控制器26且用以实时调整一个或多个构建参数，从而校正熔体池22中的偏差。举例来说，在计算装置24检测到熔体池22中的偏差的情况下，计算装置24和/或控制器26在校正此类偏差的构建工艺期间调整激光装置14的功率。
控制器26包括使得系统10能够如本文中所描述地运行的任何合适类型的控制器。举例来说，在一个实施例中，控制器26是计算机系统，其包括执行可执行指令以至少部分地基于来自人类操作员的指令而控制系统10的操作的至少一个处理器和至少一个存储器装置。控制器26包括例如待通过系统10制作的部件28的3D模型。控制器26执行的可执行指令包括控制激光装置14的功率输出、控制第一扫描装置18的位置和扫描速度以及和控制第二扫描装置42的位置和扫描速度。
控制器26被配置成基于与存储在例如计算装置24内的构建文件相关联的构建参数而控制系统10的一个或多个部件。在示范性实施例中，控制器26被配置成基于与待运用系统10制作的部件相关联的构建文件而控制第一扫描装置18。更具体地说，控制器26被配置成基于通过与部件28相关联的构建文件界定的预定路径，使用电机36控制镜面34的位置、移动和扫描速度。
在示范性实施例中，控制器26还被配置成控制第二扫描装置42以将EM辐射40从熔体池22导向到第一光学检测器38。控制器26被配置成基于第一扫描装置18的镜面34的位置和熔体池22的位置中的至少一个，控制第一镜面46和第二镜面50的位置、移动和扫描速度。举例来说，在一个实施例中，基于用以控制镜面34的位置的构建文件的预定路径，使用计算装置24和/或控制器26来确定在构建工艺期间在给出时间时镜面34的位置。控制器26基于确定的镜面34的位置而控制第一镜面46和第二镜面50的位置、移动和扫描速度。在另一实施例中，第一扫描装置18被配置成例如通过将对应于镜面34的位置的位置信号输出到控制器26和/或计算装置24，将镜面34的位置传达给控制器26和/或计算装置24。在又另一实施例中，控制器26基于熔体池22的位置而控制第一镜面46和第二镜面50的位置、移动和扫描速度。举例来说，基于镜面34的位置，确定在构建工艺期间在给出时间时熔体池22的部位。
控制器26还被配置成控制系统10的其它部件，包括但不限于激光装置14。举例来说，在一个实施例中，控制器26基于与构建文件相关联的构建参数而控制激光装置14的功率输出。
图2是使用图1中展示的增材制造系统10来制造部件28的示范性工艺200的流程图。在示范性实施例中，将工艺200划分成两个区段：设置工艺202和制造工艺204。
在设置工艺202中，计算机辅助设计(CAD)文件206包括待制造的部件28的设计。在示范性实施例中，将CAD文件206提供给计算机装置，例如图3中展示的预处理计算机装置304。预处理计算机装置304包括扫描路径产生器208。扫描路径产生器208被配置成分析CAD文件并确定如何使用增材制造系统10来制造部件28。在示范性实施例中，扫描路径产生器208确定包括部件28的材料层，且确定控制器26将指示激光束16遵循的路径。扫描路径产生器208还确定增材制造系统10将在制造工艺期间执行的操作和移动的次序。扫描路径产生器208基于CAD文件206产生构建文件210。在示范性实施例中，针对将被使用的增材制造系统10的类型和/或模型配置构建文件210。在一些另外实施例中，针对将正构建部件28的特定机器配置构建文件210。在示范性实施例中，扫描路径产生器208将部件的3D图像切成多个切片或层。扫描路径产生器208针对每一切片或层产生一个或多个激光装置14(图1中展示)的路径。扫描路径产生器208针对沿着所产生路径的每一点计算一个或多个参数。
构建文件210包括用以控制系统10的一个或多个部件的构建参数。构建参数包括但不限于激光装置14的功率、第一扫描装置18的扫描速度、第一扫描装置18(具体地说，镜面34)的位置和定向、第二扫描装置42的扫描速度、第二扫描装置42(具体地说，第一镜面46和第二镜面50)(图1中全部展示)的位置和定向、所要的熔体池大小以及所要的熔体池温度曲线。
在制造工艺204中，将构建文件210载入到计算装置24和/或控制系统10的操作的控制器26(图1中展示)中。系统10使用构建文件210来构建212部件28。在构建系统10时，一个或多个传感器216，例如光学系统20(图1中展示)，监视部件28以对部件28进行反馈控制218。如上文所描述，传感器216实时监视部件28的构建212并将结果传送给计算装置24。计算装置24使用反馈控制信息来确定是否改变任何当前参数以校正潜在问题。如上文所描述，计算装置24将参数的任何改变传送给控制器26。在一些实施例中，计算装置24使用反馈控制信息来确定归因于经由对反馈控制数据的分析发现的问题，应停止构建212。在某一另外实施例中，计算装置24使用反馈控制信息来确定是否检查214部件28。举例来说，计算装置24可确定在部件28的制造212期间会出现过多误差，且检查214的成本应略过且部分舍弃。
制造工艺204还包括构建后检查214，其中出于质量目的分析成品部件28。这个检查214可包括来自传感器216的数据，计算机断层扫描(CT)、计算机轴向断层扫描(CAT)、超声成像扫描、目视检查，和/或任何其它非破坏性扫描或对部件28的分析以确定部件28的质量和部件28适合于使用。在其它实施例中，检查214可包括破坏性测试，其中针对孔隙度和其它冶金属性移除、抛光和分析部件28的区段。
在示范性实施例中，构建文件210包括多个几何形状。在一些实施例中，通过构建文件210界定几何形状。在其它实施例中，通过用户界定几何形状。在示范性实施例中，不同几何形状具有不同热传导特性且需要不同激光功率水平，从而基于其环境而完成。在一些几何形状中，先前层是已经进行激光处理的固体金属。在这些几何形状中，当对粉末进行激光处理时，热量通过固体金属快速地传导出去。因此，当热量传导出去时，熔体池22的大小和温度受影响。在一些其它几何形状中，例如在拱形的状况下，进行激光处理的点下方存在粉末。在这些位置中，热量不会快速地传导出去，因此，相较于热量传导出去的区域，使熔体池22具有相同大小和温度采取更少的激光功率。进行激光处理的点之下的固体金属的量和固体金属的形状还可影响部件28的导热性。
在示范性实施例中，构建文件210包括作为构建参数的熔体池大小。计算机装置24调整激光功率和速度以实现所要的熔体池大小。在示范性实施例中，计算机装置24接收包括熔体池大小的传感器信息且调整激光器设置以实现所要的熔体池大小。
图3是用以使用图1中展示的DMLM系统10动态地调适部件的增材制造的示范性制造系统300的示意图。在示范性实施例中，制造系统300用于构建部件28(图1中展示)、监视部件28的构建，并基于所述构建而更新与部件28相关联的构建文件210(图2中展示)。制造系统300包括被配置成动态地更新部件28的构建文件210的制造控制(“MC”)计算装置302。制造系统300包括被配置成在制造部件28期间动态地更新部件28的构建文件210的DMLM计算机装置306。
如下文更详细地描述，MC计算装置302被配置成进行以下操作：存储包括多个构建参数的部件28的模型；从正在进行的部件28的构建接收熔体池22(图1中展示)的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；基于所述当前传感器信息确定熔体池22的一个或多个属性；计算熔体池22的至少一个看不见的属性；基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数来确定调整后的构建参数；以及将调整后的构建参数传送给当前正在制造部件的机器，例如系统10。
在一些实施例中，MC计算机装置302被进一步配置成进行以下操作：存储用于构建部件28的构建文件210，其包括各自包括第一构建参数的一个或多个值的多个几何形状；接收通过系统10使用构建文件210来构建部件28的传感器信息；比较多个几何形状中的每一几何形状的传感器信息与第一构建参数的对应的一个或多个值以确定一个或多个差；基于一个或多个差确定几何形状中的每一个的第二构建参数的一个或多个值；产生部件28的经更新构建文件210，其包括第二构建参数的一个或多个值；以及将经更新构建文件210传送给系统10。
在一些另外实施例中，MC计算机装置302被进一步配置成进行以下操作：存储用于构建部件28的构建文件210，其包括各自包括一个或多个构建参数的多个几何形状；从正在进行的部件28的构建接收被构建的第一几何形状的传感器信息；基于传感器信息确定对第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调整；识别待被构建的类似于第一几何形状的多个几何形状中的一个或多个后续几何形状；基于所述一个或多个调整调整构建文件210中所述一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数；以及将调整后的构建文件210传送给当前正在制造部件28的系统10。
在又另外的实施例中，MC计算机装置302被配置成存储用于构建部件28的构建文件210，其包括一个或多个构建参数，并接收多个构建信息。多个构建信息中的每一构建信息包括通过多个机器10中的一个使用构建文件210的部件28的构建的传感器信息。MC计算机装置302被进一步配置成进行以下操作：比较多个传感器信息与一个或多个构建参数以确定一个或多个差；基于一个或多个差确定对一个或多个构建参数的一个或多个调整；基于一个或多个调整产生经更新构建文件210；以及将经更新构建文件210传送给用于制造的多个系统10中的至少一个系统10。
在示范性实施例中，预处理计算机装置304是被配置成基于CAD文件206(图2中展示)产生构建文件210的计算机或计算机装置。在示范性实施例中，预处理计算机装置304包括扫描路径产生器208。在示范性实施例中，预处理计算机装置304与MC计算机装置302和DMLM计算机装置306通信。在一些实施例中，预处理计算机装置304与用户计算机装置(未展示)通信。在一些实施例中，预处理计算机装置304经由各种有线和无线接口以通信方式连接到其它计算机装置，所述接口包括但不限于网络(例如因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)或综合业务数字网(ISDN))、拨号连接、数字订户线(DSL)、蜂窝式电话连接和电缆调制解调器中的至少一个。预处理计算机装置304可以是能够执行本文中所描述的步骤的任何装置，包括但不限于桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝式电话、智能电话、平板电脑或其它网络可连接设备。
在示范性实施例中，MC计算机装置302还与DMLM计算机装置306通信，DMLM计算机装置306类似于计算机装置24(图1中展示)。在示范性实施例中，DMLM计算机装置306被配置成与DMLM控制器308通信并控制DMLM控制器308，DMLM控制器308在部件28的构建期间控制一个或多个激光装置14(图1中展示)。在示范性实施例中，DMLM控制器308类似于控制器26(图1中展示)。如上文所描述，DMLM计算机装置306和DMLM控制器308基于构建文件210控制部件28的构建。在示范性实施例中，DMLM计算机装置306在部件28的构建期间和之后从传感器310接收传感器数据。DMLM计算机装置306被配置成经由许多接口而与MC计算机装置302通信，所述接口包括但不限于网络(例如因特网、LAN、WAN或综合业务数字网(ISDN))、拨号连接、数字订户线(DSL)、蜂窝式电话连接、卫星连接和电缆调制解调器中的至少一个。DMLM计算机装置306可以是能够访问例如因特网的网络的任何装置，包括但不限于嵌入在例如系统10的装置中的桌上型计算机、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、蜂窝式电话、智能电话、平板电脑、平板手机，或其它网络可连接设备。
传感器310适用于测量所关注参数，例如温度、分布式温度、压力、电流、磁场、电场、化学属性、尺寸、大小、形状或其组合。一些传感器310可包括光学系统20(图1中展示)，且可进一步包括例如但不限于光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机。在其它实施例中，传感器310可类似于传感器216(图1中展示)，且包括能够执行以下操作的装置：计算机断层扫描(CT)；计算机轴向断层扫描(CAT)；超声成像扫描；目视检查；和/或任何其它非破坏性扫描或对部件28的分析以确定部件28的质量和部件28适合于使用。传感器310经由许多接口连接到MC计算机装置302或DMLM计算机装置306，所述接口包括但不限于网络(例如局域网(LAN)或广域网(WAN))、拨入连接、电缆调制解调器、因特网连接、无线和专用高速综合业务数字网(ISDN)线路。传感器310接收关于部件28的构建的数据，并将所述数据报告给至少MC计算机装置302或DMLM计算机装置306。在一些实施例中，传感器310还与其它计算机系统通信，例如但不限于用户计算机装置。
数据库服务器312连接到数据库314，数据库314包括关于多种事情的信息，如本文中更详细地描述。在一个实施例中，集中式数据库314存储在MC计算机装置302上。在一替代实施例中，数据库314相对于MC计算机装置302远程存储，且可以是非集中式的。在一些实施例中，数据库314包括具有分离的区段或分区的单个数据库，或在其它实施例中，数据库314包括多个数据库，每一数据库彼此分离。数据库314存储但不限于例如构建文件210、几何形状、传感器数据和参数调整的数据和信息。在一些实施例中，用户能够通过例如经由用户计算机装置登录到MC计算机装置302来访问数据库314。
图4是可与制造系统300(图3中展示)一起使用的客户端系统的示范性配置的示意图。计算机装置400由用户402操作。计算机装置400可包括但不限于DMLM控制器308、控制器26、DMLM计算机装置306、计算机装置24和用户计算机装置(未展示)。计算机装置400包括用于执行指令的处理器404。在一些实施例中，可执行指令存储在存储器区域406(也被称作存储器装置)中。处理器404可包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。存储器区域406是允许例如可执行指令和/或事务数据的信息被存储和检索的任何装置。存储器区域406包括一个或多个计算机可读媒体。在一些实施例中，存储器区域406包括数据库314(图3中展示)。在一些实施例中，存储器区域406存储在计算机装置400中。在替代实施例中，存储器区域406相对于计算机装置400远程存储。
计算机装置400还包括用于向用户402呈现信息的至少一个媒体输出部件408。媒体输出部件408是能够向用户402输送信息的任何部件。在一些实施例中，媒体输出部件408包括输出适配器(未展示)，例如视频适配器和/或音频适配器。输出适配器可操作地连接到处理器404且可操作地连接到输出装置，例如显示装置(例如，阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器或“电子墨水”显示器)或音频输出装置(例如，扬声器或头戴式耳机)。在一些实施例中，媒体输出部件408被配置成向用户402呈现图形用户接口(例如，网页浏览器和/或客户端应用)。在一些实施例中，计算机装置400包括用于从用户402接收输入的输入装置410。用户402可使用输入装置410来但不限于选择待查看的构建文件210(图2中展示)。输入装置410可包括例如键盘、指向装置、鼠标、触笔、触敏式面板(例如，触摸垫或触摸屏)、陀螺仪、加速计、位置检测器、生物识别输入装置和/或音频输入装置。例如触摸屏的单个部件可以充当媒体输出部件408的输出装置和输入装置410。
计算机装置400还可以包括通信接口412，其以通信方式连接到例如传感器310(图3中展示)的远程装置。通信接口412可包括例如有线或无线网络适配器和/或无线数据收发器，以与移动电信网络或局域网一起使用。
举例来说，计算机可读指令存储在存储器区域406中，以用于经由媒体输出部件408向用户402提供用户接口，且任选地接收和处理来自输入装置410的输入。在其它可能情况下，用户接口可以包括网页浏览器和/或客户端应用。网页浏览器使得例如用户402的用户能够显示通常嵌入网页或网站的媒体和其它信息并与其进行交互。客户端应用允许用户402与例如MC计算机装置302(图3中展示)交互。举例来说，指令可由云服务存储，且指令执行的输出被发送给媒体输出部件408。
处理器404执行计算机可执行指令以用于实施本发明的方面。在一些实施例中，处理器404通过执行计算机可执行指令或通过以其它方式被编程而转化为专用微处理器。举例来说，处理器404被编程有下文进一步论述的指令。
图5是可与制造系统300一起使用的服务器系统(其都在图3中展示)的示范性配置的示意图。更具体地说，服务器计算机装置500可包括但不限于MC计算机装置302、预处理计算机装置304、DMLM计算机装置306和数据库服务器312(其都在图3中展示)。服务器计算机装置500还包括用于执行指令的处理器502。指令可存储在存储器区域504(也被称作存储器装置)中。处理器502可包括一个或多个处理单元(例如，在多核配置中)。
处理器502可操作地连接到通信接口506，使得服务器计算机装置500能够与远程装置通信，远程装置例如另一服务器计算机装置500、传感器310(图3中展示)、MC计算机装置302、DMLM计算机装置306、DMLM控制器308(图3中展示)或用户计算机装置。举例来说，通信接口506可接收来自传感器310的数据，如图3中所说明。
处理器502还可操作地连接到存储装置508。存储装置508是适合于存储和/或检索数据的任何计算机操作的硬件，所述数据例如但不限于与数据库314(图3中展示)相关联的数据。在一些实施例中，存储装置508集成在服务器计算机装置500中。举例来说，服务器计算机装置500可包括作为存储装置508的一个或多个硬盘驱动器。在其它实施例中，存储装置508在服务器计算机装置500外部，且由多个服务器计算机装置500访问。举例来说，存储装置508可包括存储区域网络(SAN)、网络附接存储(NAS)系统和/或在廉价磁盘冗余阵列(RAID)配置中的例如硬盘和/或固态磁盘的多个储存单元。
在一些实施例中，处理器502经由存储接口510可操作地连接到存储装置508。存储接口510是能够为处理器502提供到存储装置508的通路的任何部件。存储接口510可包括例如高级技术附接(ATA)适配器、串行ATA(SATA)适配器、小型计算机系统接口(SCSI)适配器、RAID控制器、SAN适配器、网络适配器和/或为处理器502提供到存储装置508的通路的任何部件。
处理器502执行计算机可执行指令以用于实施本发明的方面。在一些实施例中，处理器502通过执行计算机可执行指令或通过以其它方式被编程而转化为专用微处理器。举例来说，处理器502被编程有下文进一步描述的指令。
图6是用以使用制造系统300(图3中展示)动态地调适对部件28的增材制造的示范性前馈控制系统600的示意图。在示范性实施例中，前馈控制系统600是制造工艺204(图2中展示)的一部分。
如上文所描述，在系统10中构建212(图2中展示)部件28。虽然正构建212部件28，但传感器310会监视部件28并将关于构建工艺212的实时信息传送给前馈控制计算机装置602。在示范性实施例中，MC计算机装置302(图3中展示)包括前馈控制计算机装置602。
前馈控制计算机装置602接收来自传感器310的实时传感器信息。在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储构建文件210(图2中展示)的副本。如上文所描述，构建文件210包括多个几何形状，其中几何形状是部件28的可重复区段。在一些实施例中，前馈控制计算机装置602分析构建文件210以确定其中包括的几何形状。当前馈控制计算机装置602接收实时传感器信息时，前馈控制计算机装置602鉴于系统10当前正构建212的几何形状而分析传感器信息。一旦几何形状完成，前馈控制计算机装置602就针对所述特定几何形状确定更新后的构建参数。接着前馈控制计算机装置602确定构建文件210中是否存在所述几何形状或相似几何形状的其它副本。前馈控制计算机装置602向构建文件210中仍然需要构建的任何相似几何形状应用那些所确定的更新后的构建参数。前馈控制计算机装置602将构建文件210中更新后的构建参数传送给系统10，使得系统10下一次可使用那些更新后的构建参数，此时必须构建212构建部件28中的所述几何形状。
在一些另外实施例中，例如当系统10必须通过使用反馈控制218(图2中展示)增大功率以使熔体池大小保持恒定时，前馈控制计算机装置602还接收来自系统10的调整后的构建参数。前馈控制计算机装置602使用调整后的构建参数来进一步更新其它版本的几何形状的构建参数。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602产生制造部件28的工艺的模型(也被称作数字双生(digital twin))(例如，对激光的熔体池响应和对熔体池的传感器响应)。所述模型模拟制造部件28的工艺。在示范性实施例中，模型可以从物理学产生、拟合于数据和/或两者的组合。在一些实施例中，模型可包括但不限于来自构建文件210、构建212期间的传感器310和构建212完成之后一个或多个检查214中的一个或多个的信息。所提供或使用的信息可基于真实、人工或虚拟的数据或智能。真实信息包括但不限于从物理部件或实际构建测量或导出的数据或信息。人工信息包括但不限于并非从物理部件或实际构建测量或导出的数据或信息。虚拟信息包括但不限于使用计算机创建、建模、设计或以其它方式导出的数据或信息。在一些另外实施例中，模型包括来自部件28的多个构建的信息。模型还包括上文所描述的多个几何形状。在一些实施例中，可以使用工艺测量来调整和/或调适模型。模型可接收构建参数输入(激光功率、扫描装置的速度、CAD几何形状)并预测工艺的响应(例如，熔体池和传感器)。在这些实施例中，前馈控制计算机装置602可使用模型中的信息来模拟部件28的构建212。前馈控制计算机装置602还能够进一步模拟构建参数的改变结果。
图7是用以使用制造系统300(图3中展示)动态地调适对部件28的增材制造的另一示范性前馈控制系统700的示意图。在示范性实施例中，前馈控制系统700是制造工艺204(图2中展示)的一部分。
如上文所描述，在系统10中构建212(图2中展示)部件28。虽然正构建212部件28，但传感器310会监视部件28并将关于构建工艺212的实时信息传送给前馈控制计算机装置702。在示范性实施例中，MC计算机装置302(图3中展示)包括前馈控制计算机装置702。前馈控制计算机装置702从传感器310接收关于部件28的一个或多个已经完成的构建的传感器信息。在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储构建文件210(图2中展示)的副本。如上文所描述，构建文件210包括多个几何形状，其中几何形状是部件28的可重复区段。在一些实施例中，前馈控制计算机装置702分析构建文件210以确定其中包括的几何形状。例如，当系统10必须增大功率以使熔体池大小保持恒定时，前馈控制计算机装置702还接收来自系统10的调整后的构建参数。
当前馈控制计算机装置702接收传感器信息时，前馈控制计算机装置702鉴于传感器信息涉及的几何形状而分析所述传感器信息。针对每一几何形状，前馈控制计算机装置702比较传感器信息、来自构建文件210的构建参数和来自系统10的调整后的构建参数，从而确定所述几何形状的更新后的构建参数。举例来说，前馈控制计算机装置702分析特定几何形状的每一例子以得到构建参数和结果。前馈控制计算机装置702确定所述几何形状的更新后的构建参数，并向构建文件210中的所有类似几何形状应用那些更新后的参数。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702向构建文件210应用更新后的构建参数以产生更新后的构建文件210。在其它实施例中，前馈控制计算机装置702产生伴随构建文件210的增量文件，其中增量文件包括构建文件210的改变。在一些实施例中，构建文件210包括第一构建参数，例如熔体池大小或熔体池温度曲线。增量文件包括第二构建参数，例如第一扫描装置18(图1中展示)的功率和/或扫描速度。在这些实施例中，系统10使用增量文件以及构建文件210来构建部件28。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702产生制造部件28的工艺的模型(也被称作数字双生)(例如，对激光的熔体池响应和对熔体池的传感器响应)。所述模型模拟制造部件28的工艺。在示范性实施例中，模型可以从物理学产生、拟合于数据和/或两者的组合。在一些实施例中，模型包括来自构建文件210、来自构建212期间的传感器310和来自构建212完成之后一个或多个检查214的信息。在一些另外实施例中，模型包括来自部件28的多个构建的信息。模型还包括上文所描述的多个几何形状。在一些实施例中，可以使用工艺测量来调整和/或调适模型。模型通常接收构建参数输入(激光功率、扫描装置的速度、CAD几何形状)并预测工艺的响应(例如，熔体池和传感器)。在这些实施例中，前馈控制计算机装置602可使用模型中的信息来模拟部件28的构建212。前馈控制计算机装置602还能够进一步模拟构建参数的改变结果。
图12、13和14是包括动态地调适用于增材制造一个或多个部件的构建、构建参数和/或构建文件的装置的其它示范性系统和方法的示意图。作为实例，可以使用装置1200来实行一种用于调整具有所要最终形状的叠加构建的部件的经设计形状的方法。所述方法部分地使得增材制造系统能够在构建之前、期间或之后针对几何形状畸变或可能在增材制造工艺期间发生的其它改变，使用例如DMLM系统1214进行补偿或调整。举例来说，可使用构建文件来制作物理部件，所述构建文件可与CAD或例如标称CAD模型的虚拟模型1202相关联。在构建之前、期间或之后，可测量或以其它方式确定并以电子方式存储所要的物理或数字部件的特性和物理特征。可使用多种构件1206数字地、物理地或虚拟地进行测量或其它确定1204，所述构件包括但不限于检查/气象学(meteorology)、计算机断层扫描、X射线、磁共振、超声、光频、电子频率、射频、摄影和扫描。在不限制的情况下，构件1206可以是装置1200的组成部分或与装置1200通信，或可以是单独的装置。在构建工艺之前、期间或之后，可比较对物理或数字部件的特性和特征的测量或其它确定1204与标称的CAD模型或已知特性或特征，从而识别差或偏差，例如几何和材料差。可接着使用例如在功能上通过几何或材料差1208导引的几何形状补偿函数1210而将标称的CAD模型或其它数字或虚拟模型修改/变形为例如CAD 1212，使得可在构建之前、期间或之后补偿或以其它方式修改几何形状或其它特性或特征。在一些实施例中，基于所述修改产生部分或完整的构建文件。在一些实施例中，在不限制的情况下，直接或间接地修改部分或完整的构建本身和一个或多个构建参数。
装置1200可被配置成构建工艺或AM机器的部分或完整的数字双生或虚拟构建。装置1200、1300和1400可为与例如构建机器1214的一个或多个构建机器分离的独立装置，如由参考线A、B和C指示。装置1200、1300和1400可经由可移除存储器装置或云、通过通信构件硬接线或无线地、直接或间接地与构建机器通信，通信构件例如但不限于计算机启动构件。
供装置1200、1300、1400使用的构建参数是用以控制一个或多个系统的一个或多个部件或以其它方式构建部件的构建参数。构建参数将取决于所用的增材制造方法或系统，和构成部件的材料。构建参数可包括但不限于以下各项中的一个或多个：能量源的功率、速度、定向、位置；检流计；镜面；扫描仪；传感器；检测器；输送机；构建板；以及材料施加器和移除器。构建参数还可进一步包括但不限于以下各项中的一个或多个：供系统使用以实行方法的材料，例如气体、气压和气流；熔体池大小和熔体池温度曲线；构成部件自身的材料和临时部件材料；在构建期间施加材料的速度和方法；以及部件的开始形状和部件的临时构建形状。构建参数还可进一步包括但不限于部件和构建的几何形状、材料属性、工艺产率和功能特性中的一个或多个。
装置1200可被配置成构建部件的增材制造系统，例如构建机器1214的组成部分或与所述增材制造系统通信。举例来说，学习的前馈控制，其用作物理机器上的初始构建参数，可以被配置成通过机器上学习前馈控制或机器外虚拟构建来改进任何特征或参数。
图13是动态地调适用于增材制造部件的构建或构建文件的另一示范性系统的示意图。可使用装置1300，例如，如附图中所展示，以修改构建文件并再计算构建预测，使得可确定与局部几何形状的遵从性或非遵从性相关的几何参数。所述装置可包括构建预测工具。工具可基于有限元或规则和预测量，例如但不限于畸变或残余应力。可使用此类量来修改构建文件并再计算构建预测。此处使用的遵从性通常是指构建期间对局部几何改变的几何响应。举例来说，可使用这些几何参数来计算局部缩放因数图，其可以与测量数据结合使用以改进后续构建上的任何最终部件的畸变。所述系统可重复，例如，直到构建部件之后产生的经预测畸变小于容差阈值为止。参数可基于真实、虚拟或人工数据或信息，或其组合。
图14是用于增材制造部件的编写、创建、修改或调适构建或构建文件的另一示范性系统的示意图。举例来说，可使用装置1400来动态地修改构建文件并再计算构建预测。举例来说，所述系统还可包括构建预测工具，其基于有限元或规则。举例来说，可使用几何参数来计算局部缩放因数图，其可以与预测畸变结合使用以改进初始部件畸变。举例来说，可接着对后续或当前运行的构建以及测量数据使用缩放因数图以进一步改进后续构建上的最终部件畸变。用于调适构建或构建文件的系统可使用任何类型的数据或信息。在使用预先存在的真实、虚拟或人工数据或信息、实时数据或信息或其组合构建一个或多个部件时，系统可同时操作和/或重复。系统还可在构建之前或之后操作和/或重复以调适一个或多个后续构建和/或一个或多个构建机器。构建机器可直接地或无线地连接到装置1400，且可被定位成非常接近于装置1400或远离装置1400，且可经由云进行通信。
装置1200、1300或1400的方法、特征或特性中的任何一个或多个可与本文中所公开的方法或系统中的任一个组合。方法和系统中的任何一个或多个可仅包括虚拟控制回路或与实时控制回路组合，其中的任一个可使用预先存在的所存储的预测和/或实时数据或信息。信息可以是真实、人工或虚拟的。
装置1200、1300和1400可包括用于动态地创建或修改用于制造部件的增材制造构建、构建参数或其组合中的全部或一部分的计算机启动装置。装置可与增材制造机器或使用一个或多个构建参数的多个机器进行直接或间接通信。装置可以被配置成分析涉及部件或机器的构建信息，其中构建信息的一部分涉及关于部件的预先存在的数据，且其中构建信息的一部分涉及关于部件的非预先存在的数据的数据。非预先存在的数据是与在通过装置进行评估之前部件的当前构建无关联的数据。
关于部件的预先存在和非预先存在的数据可包括但不限于构建参数、几何形状和与以下各项相关的数据：设计、材料、后处理、用途、修复、追踪、材料属性、工艺产率、功能特性和成本，以及这些类型的数据的组合。数据可以是真实、人工或虚拟的，且可从真实、人工或虚拟源或所述源的组合导出，或经由真实、人工或虚拟源或所述源的组合导出。非存在的数据可以是在通过一个或多个增材制造机器构建一个或多个部件期间实时测量或感测到的数据。
装置可以被配置成评估预先存在的数据与非预先存在的数据之间的一个或多个差是否将产生部件的偏差或对部件的改进。偏差或改进可包括但不限于几何形状、材料属性、产率、功能特性、构建成本、追踪和安全性。评估可包括可以重复的虚拟控制回路。装置还可以被配置成基于对一个或多个差的评估自动地创建或修改部件的构建参数中的一个或多个。
图8是使用前馈控制系统600(图6中展示)动态地调适用于对部件28(图1中展示)的增材制造的构建文件210(图2中展示)的示范性工艺800的流程图。在示范性实施例中，工艺800是由前馈控制计算机装置602(图6中展示)执行。在其它实施例中，工艺800是由MC计算机装置302(图3中展示)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储802用于构建部件28的构建文件210，其包括各自包括一个或多个构建参数的多个几何形状。构建参数的实例包括但不限于激光装置14(图1中展示)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线。在示范性实施例中，部件28是通过系统10(图1中展示)使用构建文件210有效地构建212(图2中展示)。前馈控制计算机装置602从当前正被构建212的部件28的第一几何形状的一个或多个传感器310(图3中展示)接收804传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于传感器信息确定806对第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调整。如上文所描述，前馈控制计算机装置602确定806对第一扫描装置18的功率和/或扫描速度的一个或多个调整，以改进所述特定几何形状的构建。前馈控制计算机装置602识别808待被构建的类似于第一几何形状的多个几何形状中的一个或多个后续几何形状。前馈控制计算机装置602基于所述一个或多个调整而调整810构建文件210，其具有一个或多个后续几何形状的一个或多个构建参数。前馈控制计算机装置602将调整后的构建文件210传送812给当前正制造部件28的系统10。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602接收使用调整后的构建文件210进行构建的类似几何形状的后续副本的后续传感器信息。前馈控制计算机装置602基于后续传感器信息进一步调整一个或多个剩余后续类似几何形状的一个或多个构建参数。举例来说，系统10构建212部件28中的几何形状的第一副本。前馈控制计算机装置602针对所述特定几何形状确定对构建参数的第一组调整。在系统10使用对构建参数的第一组调整来构建所述几何形状的所述第二副本之后，前馈控制计算机装置602分析结果并且进一步调整构建参数。前馈控制计算机装置602下一次将经进一步调整的构建文件210传送给系统10，此时系统10构建212所述几何形状的另一副本。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602比较来自第一几何形状的传感器信息与来自正构建212几何形状的第二次的后续传感器信息。在一些实施例中，这个第二次是在同一部件28的构建212期间。在其它实施例中，第二次是在对部件28的不同副本的后续构建212时。前馈控制计算机装置602比较第一几何形状的一个或多个构建参数与后续几何形状的一个或多个构建参数。前馈控制计算机装置602基于两次比较确定一个或多个调整。
在一些另外实施例中，前馈控制计算机装置602从系统10接收对参数的一个或多个实时调整。在通过使用反馈控制218(图2中展示)构建212部件28的第一几何形状的同时，通过系统10作出一个或多个实时调整。前馈控制计算机装置602基于传感器信息和一个或多个实时调整而确定针对第一几何形状的一个或多个构建参数的一个或多个调整。
图9是使用前馈控制系统600(图6中展示)动态地调适用于对部件28(图1中展示)的增材制造的构建文件210(图2中展示)的另一示范性工艺900的流程图。在示范性实施例中，工艺900是由前馈控制计算机装置602(图6中展示)执行。在其它实施例中，工艺900是由MC计算机装置302(图3中展示)执行。在又另外的实施例中，工艺900是由前馈控制计算机装置702(图7中展示)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602存储902用于构建部件28的制造工艺的模型，其包括多个构建参数。构建参数可包括但不限于激光装置14(图1中展示)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线。在示范性实施例中，制造工艺模型存储在数据库314(图3中展示)中。前馈控制计算机装置602从正在进行的部件28的构建212(图2中展示)接收904熔体池22(图1中展示)的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于当前传感器信息确定906熔体池22的一个或多个属性。一个或多个属性可包括但不限于熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度曲线、二维(2D)熔体池形状或任何其它可直接观测的属性。前馈控制计算机装置602计算908熔体池22的至少一个看不见的属性。看不见的属性表示熔体池22的不可直接观测的属性，例如但不限于熔体池深度和三维(3D)熔体池形状。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置602基于至少一个看不见的属性、一个或多个属性和多个构建参数而确定910调整后的构建参数。前馈控制计算机装置602将调整后的构建参数传送912给当前正在制造部件28的机器，例如系统10。
在示范性实施例中，模型有效地模拟构建部件28的数字双生的制造工艺，其包括关于材料、热特性和部件28的其它属性的信息。在一些实施例中，模型还包括来自完成的部件28的检查214(图2中展示)的数据。在示范性实施例中，模型(数字双生)还包括用以制造部件28的装置的所有移动的效应。这包括当激光使粉末熔融以制造212部件28时随时间推移采用的激光的路径和功率设置。在示范性实施例中，DMLM计算机装置306或MC计算装置302能够使用模型来模拟部件28的构建。此外，当对用以制造部件28的工艺作出调整时，也对模型作出调整。
在一些另外实施例中，模型包括部件28的基于类似部件的先前构建的材料、热特性和其它属性。在这些实施例中，预处理计算机装置304接收用于新部件28的构建文件210。预处理计算机装置304分析构建文件210并产生构建部件28的制造工艺的模型，其中制造工艺模型基于接收到的构建文件210和来自历史构建的信息来模拟部件28的构建。预处理计算机装置304使用所述模型来模拟部件28的构建。历史信息允许模型被调适成如物理工艺将在构建期间那样做出反应。举例来说，模型可基于激光设置和历史信息来确定经模拟的熔体池大小。基于历史信息，预处理计算机装置304能够确定基于过去已构建其它部件的方式，将在何处需要功率变化以进行构建。在一些另外实施例中，预处理计算机装置304基于在制造期间运用被馈入到模型中以用于下一构建的一个构建的结果而作出的调整，反复地模拟构建部件28。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置602产生模型。前馈控制计算机装置602存储用于构建部件28的构建文件210，其包括多个构建参数。前馈控制计算机装置602接收多个构建信息。多个构建信息中的每一组构建信息包括通过机器使用构建文件210来构建部件的传感器信息。前馈控制计算机装置602基于构建文件210和多个构建信息而产生用于部件28的制造工艺的模型。在一些另外实施例中，前馈控制计算机装置602从部件28的额外构建接收多个传感器信息，且基于接收到的多个传感器信息来更新制造工艺模型。
图10是使用前馈控制系统700(图7中展示)动态地调适用于对部件28(图1中展示)的增材制造的构建文件210(图2中展示)的示范性工艺1000的流程图。在示范性实施例中，工艺1000是由前馈控制计算机装置702(图7中展示)执行。在其它实施例中，工艺1000是由MC计算机装置302(图3中展示)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储1002用于构建212(图2中展示)部件28的构建文件210，其包括各自包括第一构建参数的一个或多个值的多个几何形状。在示范性实施例中，第一构建参数包括所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。前馈控制计算机装置702接收1004通过系统10(图1中展示)使用构建文件210来构建212部件28的传感器信息。前馈控制计算机装置702比较1006多个几何形状中的每一几何形状的传感器信息与那些几何形状的第一构建参数的对应的一个或多个值，从而确定一个或多个差。
基于一个或多个差，前馈控制计算机装置702确定1008所述几何形状中的每一个的第二构建参数的一个或多个值。第二构建参数的实例包括但不限于激光装置14(图1中展示)的功率和第一扫描装置18的扫描速度。前馈控制计算机装置702产生1010用于部件28的更新后的构建文件210，其包括第二构建参数的一个或多个值。前馈控制计算机装置702将更新后的构建文件210传送1012给系统10以用于制造。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702接收来自通过系统10使用更新后的构建文件210对部件28的后续构建的后续传感器信息。前馈控制计算机装置702比较多个几何形状中的每一几何形状的后续传感器信息与第二构建参数的对应的一个或多个值，从而确定一个或多个额外差。基于一个或多个额外差，前馈控制计算机装置702确定所述几何形状中的每一个的第二构建参数的一个或多个更新的值。前馈控制计算机装置702产生用于部件的进一步更新的构建文件，其包括第二构建参数的一个或多个更新的值。前馈控制计算机装置702将进一步更新的构建文件传送给系统10。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702从系统10接收对参数的一个或多个实时调整。在部件28的构建212期间，通过系统10使用反馈控制218(图2中展示)来作出一个或多个实时调整。前馈控制计算机装置702基于一个或多个差和一个或多个实时调整，确定几何形状中的每一个的第二构建参数的一个或多个更新的值。
在一些另外实施例中，前馈控制计算机装置702比较构建文件210中的多个几何形状以确定类似的几何形状的至少一个子集。前馈控制计算机装置702确定几何形状子集中的一个的第二构建参数的一个或多个更新的值。前馈控制计算机装置702向更新后的构建文件210中的几何形状子集中的每一个(each occurrence)应用所确定的一个或多个更新的值。
在一些实施例中，第一构建参数存储在构建文件210中且第二构建参数存储在增量文件中。构建文件210和增量文件都被传送给系统10以制造部件28。
图11是使用前馈控制系统700(图7中展示)动态地调适用于对部件28(图1中展示)的增材制造的构建文件210(图2中展示)的另一示范性工艺的流程图。在示范性实施例中，程序1100是由前馈控制计算机装置702(图7中展示)执行。在其它实施例中，程序1100是由MC计算机装置302(图3中展示)执行。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702存储1102用于构建212(图2中展示)部件28的构建文件210，其包括一个或多个构建参数。举例来说，构建参数可包括激光装置14(图1中展示)的功率、第一扫描装置18的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。前馈控制计算机装置702接收1104多个构建信息。每一组构建信息包括通过多个系统10(图1中展示)中的一个使用构建文件210来构建部件28的传感器信息。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702比较多个传感器信息与一个或多个构建参数以确定一个或多个差。举例来说，如果构建参数是所要的熔体池大小，那么传感器信息展示实际熔体池大小，且前馈控制计算机装置702能够确定所要的熔体池大小与实际熔体池大小之间的差。根据一个或多个差，前馈控制计算机装置702确定1108对一个或多个构建参数的一个或多个调整，以校正所述一个或多个差。
举例来说，前馈控制计算机装置702比较1106两种不同系统10上对部件28的四种不同构建212的传感器信息。前馈控制计算机装置702基于对应的传感器信息确定构建中的每一个的差。前馈控制计算机装置702比较各种差以确定哪些差展示构建文件210存在问题、哪些差仅出现一次(例如单次事件)以及哪些差是系统10所特有的。基于展示构建文件210存在问题的差，前馈控制计算机装置702确定1108对一个或多个构建参数的一个或多个调整，以校正和/或改进部件28的制造。
在示范性实施例中，前馈控制计算机装置702基于所述一个或多个调整产生1110更新后的构建文件210。前馈控制计算机装置702将更新后的构建文件210传送1112给至少一个系统10以用于制造。
在一些实施例中，每一组构建信息还包括来自用于所述构建212的系统10的对构建参数的一个或多个实时调整。在部件28的构建212期间，通过系统10使用反馈控制218(图2中展示)来作出一个或多个实时调整。前馈控制计算机装置702比较来自每一构建的实时调整与用于对应构建212的传感器信息。前馈控制计算机装置702基于所述比较确定针对构建参数的一个或多个调整。举例来说，如果每当系统10构建特定区段时，系统10必须增大功率电平以达到所要的熔体池大小，那么前馈控制计算机装置702确定1108用以校正这个偏差的一个或多个调整。
在一些实施例中，前馈控制计算机装置702基于多个传感器信息与一个或多个构建参数的比较而确定一个或多个趋势(trend)。趋势的实例包括但不限于一个或多个差的持久变化率、一个或多个差的持久偏移和/或某其它持久观测。前馈控制计算机装置702基于一个或多个趋势确定对一个或多个构建参数的一个或多个调整。
在一些实施例中，多个构建信息包括来自第一系统10和第二系统10的构建信息。前馈控制计算机装置702确定哪一构建信息与第一系统10相关联且哪一构建信息与第二系统10相关联。前馈控制计算机装置702比较两组构建信息以确定来自构建参数的哪些差与机器无关且来自构建参数的哪些差与特定机器相关联。在一些实施例中，前馈控制计算机装置702基于多个构建212的趋势确定这些差。前馈控制计算机装置702基于与机器无关的差确定待作出的一个或多个调整。前馈控制计算机装置702基于与机器无关的差产生更新后的构建文件210。前馈控制计算机装置702还基于更新后的构建文件210和第一系统10所特有的差来产生第一系统10所特有的第一机器构建文件210。前馈控制计算机装置702基于更新后的构建文件210和第二系统10所特有的差来进一步产生第二系统10所特有的第二机器构建文件210。前馈控制计算机装置702将第一机器构建文件210传送给第一系统10以用于构建部件28。前馈控制计算机装置702将第二机器构建文件210传送给第二系统10以用于构建部件28。前馈控制计算机装置702将更新后的构建文件210传送给不具有机器特有的构建文件210的任何系统10。
在一些实施例中，构建文件210包括多个几何形状，其各自包括构建参数的一个或多个值。前馈控制计算机装置702比较多个几何形状以确定类似的几何形状的至少一个子集。前馈控制计算机装置702分析与几何形状的子集中的每一个相关联的一个或多个构建参数和与几何形状的子集中的每一个相关联的多个传感器信息。基于所述比较，前馈控制计算机装置702确定几何形状的子集的一个或多个更新后的构建参数。前馈控制计算机装置702产生更新后的构建文件210，从而包括几何形状的子集中的每一个的一个或多个更新后的构建参数。举例来说，前馈控制计算机装置702分析在部件28的所有构建212中特定几何形状的每次出现。基于所述分析，前馈控制计算机装置702确定特定几何形状的更新后的构建参数。前馈控制计算机装置702产生更新后的构建文件210，其中特定几何形状的每次出现均被更新成具有更新后的构建参数。
在一些实施例中，第一构建参数存储在构建文件210中且第二构建参数存储在增量文件中。构建文件210和增量文件都被传送给系统10以制造部件28。
上文所描述的方法和系统提供一种用于基于执行对部件的构建而动态地调适对部件的增材制造的方法。具体地说，本文中所描述的实施例包括一种计算装置，其被配置成接收关于部件的构建信息并产生更新后的构建文件，以改进对部件的构建。计算装置使用传感器数据来更新构建文件，从而改进最终部件的质量。计算装置将构建文件分裂成若干几何形状，其中构建文件可包括同一几何形状的多个副本，且基于所述几何形状的先前构建而更新同一几何形状的每一副本。在一些实施例中，计算机装置在构建部件的同时实时更新构建文件。在其它实施例中，在部件完成之后，计算机装置更新构建文件。本文中所描述的系统和方法允许减少必须构建部件以实现可接受的或理想的部件的次数。
本文中所描述的方法、系统和设备的示范性技术效果包括以下各项中的至少一个：(a)改进部件的构建计划；(b)减少由制造产生的部件缺陷；(c)确定并考虑用以制造部件的不同机器的变化；(d)减少确定用于构建部件的恰当设置所需的重复次数；和(e)使用在构建先前部件时学习的经验来构建未来部件。
用于动态地调适对部件的增材制造的方法、系统和设备的示范性实施例不限于本文中所描述的特定实施例，相反，系统的部件和/或方法的步骤可以相对于本文中所描述的其它部件和/或步骤独立地且单独地使用。举例来说，所述方法也可与用于使用具有多个输入端的机器来制造部件的其它系统组合使用，且不限于仅用本文中所描述的系统和方法来实践。相反，示范性实施例可结合可受益于动态构建文件的许多其它应用、设备和系统实施和使用。
尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中展示而未在其它附图中展示，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征参考和/或主张附图的任何特征。
一些实施例涉及使用一个或多个电子装置或计算装置。此类装置通常包括处理器、处理装置或控制器，例如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理(DSP)装置和/或能够执行本文中所描述的功能的任何其它电路或处理装置。本文中所描述的方法可被编码为在包括但不限于存储装置和/或存储器装置的计算机可读媒体中体现的可执行指令。此类指令当由处理装置执行时使处理装置执行本文中所描述的方法的至少一部分。以上实例仅为示范性的，且因此不希望以任何方式限制术语处理器和处理装置的定义和/或含义。
另外，本文中所论述的计算机系统可包括额外、较少或替代的功能性，包括本文其它处所论述的功能性。本文中所论述的计算机系统可包括存储在非暂时性计算机可读媒体上的计算机可执行指令或经由所述计算机可执行指令。
可以使用受监督或不受监督的机器学习来训练处理器或处理元件，且机器学习程序可使用神经网络，其可以是卷积神经网络、深度学习神经网络，或在两个或多于两个所关注领域或区域中学习的组合式学习模块或程序。机器学习可以涉及识别和辨识已存在的数据的模式，以便有助于对后续数据进行预测。可以基于实例输入创建模型，以便对新颖输入进行有效且可靠的预测。
另外或替代地，可以通过将样本数据集或特定数据输入到程序中来训练机器学习程序，样本数据集或特定数据例如图像、移动装置、车辆远程信息处理、自控车辆和/或智能家居远程信息处理数据。机器学习程序可以使用深度学习算法，其可主要集中在图案辨识上，且可在处理多个实例之后进行训练。机器学习程序可包括个别地或呈组合形式的贝叶斯程序学习(Bayesian program learning；BPL)、语音辨识与合成、图像或对象辨识、光学字符辨识和/或自然语言处理。机器学习程序还可以包括自然语言处理、语义分析、自动推理和/或机器学习。
在受监督机器学习中，处理元件可具有实例输入和其相关联的输出，且可寻求发现将输入映射到输出的通用规则，使得当提供后续新颖输入时，处理元件可基于所发现的规则来准确地预测正确输出。在不受监督的机器学习中，可以需要处理元件在未经标记的实例输入中找到其自身的结构。在一个实施例中，可以使用机器学习技术来从装置细节、传感器、制造后检查信息、图像数据和/或其它数据提取关于构建文件、成品部件和构建工艺的数据。
在一个实施例中，可以通过向处理元件提供大构建文件样本和检查信息来训练处理元件。
基于这些分析，处理元件可学习如何识别可接着应用于分析传感器数据、认证数据、图像数据、装置数据和/或其它数据的特性和模式。举例来说，处理元件可学习基于特定几何形状来调整制造参数。处理元件还可学习如何基于接收到的传感器数据的差来识别对于特定机器可能困难的不同类型的几何形状。处理元件可进一步学习如何防止将缺陷引入到部件制造中。因此，在制造时或在制造之前，提供更新中的构建文件适用于所使用的部件、机器和材料。
尽管本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中展示而未在其它附图中展示，但这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征参考和/或主张附图的任何特征。
本书面描述使用实例来公开包括最佳模式的实施例，且还使得所属领域的技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书界定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。如果此类其它实例具有与权利要求书的字面语言相同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差别的等效结构元件，那么此类其它实例希望在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于动态地调适部件的增材制造过程的制造计算机装置，所述制造计算机装置包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述至少一个存储器装置存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数，所述制造计算机装置被配置成：
从正在进行的所述部件的构建中接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；
基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；
计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；以及
基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数。
2.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其特征在于：所述制造计算机装置被进一步配置成：
存储用于构建所述部件的构建文件，该构建文件包括所述多个构建参数；
接收多个构建信息，其中所述多个构建信息中的每一构建信息包括通过机器使用所述构建文件来构建所述部件的传感器信息；以及
基于所述构建文件和所述多个构建信息产生所述用于所述部件的构建工艺的模型。
3.根据权利要求2所述的制造计算机装置，其特征在于：所述制造计算机装置被进一步配置成：
从所述部件的构建中接收多个传感器信息；以及
基于所述接收到的多个传感器信息而更新所述用于所述部件的构建工艺的模型。
4.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其特征在于：所述熔体池的所述一个或多个属性包括熔体池宽度、熔体池高度、熔体池温度曲线和二维(2D)熔体池形状中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其特征在于：所述熔体池的所述至少一个看不见的属性包括熔体池深度和三维(3D)熔体池形状。
6.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其特征在于：所述多个构建参数包括激光装置的功率、激光装置的扫描速度、所要的熔体池大小和所要的熔体池温度曲线中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的制造计算机装置，其特征在于：所述当前传感器信息是从光电倍增管、光电二极管、红外相机、电荷连接装置(CCD)相机、CMOS相机、高温计或高速可见光相机中的至少一个接收到的。
8.一种用于动态地调适对部件的增材制造的系统，所述系统包括：
增材制造机器，其被配置成基于构建文件而构建所述部件；
多个传感器，其被配置成在构建所述部件的同时监视所述增材制造机器；以及
制造计算机装置，其包括与至少一个存储器装置通信的至少一个处理器，所述制造计算机装置被配置成：
存储用于所述部件的构建工艺的模型，其包括多个构建参数；
从正在进行的所述部件的构建接收熔体池的至少一个当前传感器读数的当前传感器信息；
基于所述当前传感器信息确定所述熔体池的一个或多个属性；
计算所述熔体池的至少一个看不见的属性；
基于所述至少一个看不见的属性、所述一个或多个属性和所述多个构建参数而确定调整后的构建参数；以及
将所述调整后的构建参数传送给当前正在制造所述部件的机器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：所述制造计算机装置被进一步配置成：
存储用于构建所述部件的构建文件，其包括所述多个构建参数；
接收多个构建信息，其中所述多个构建信息中的每一构建信息包括通过增材制造机器使用所述构建文件来构建所述部件的传感器信息；以及
基于所述构建文件和所述多个构建信息产生用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述制造计算机装置被进一步配置成：
从所述部件的构建接收多个传感器信息；以及
基于所述接收到的多个传感器信息而更新用于所述部件的所述构建工艺的所述模型。
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