CN110487557A - 寿命标定量的确定 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定通过增材制造工艺制造的成品部件(100、200)的寿命标定量的方法。该方法包括限定待通过增材制造技术制造的多个部件(100、200、300)的步骤。所述多个部件(100、200、300)包括第一测试件(310)和第一成品部件(100)。该方法还包括使用增材制造工艺并通过标称相同的材料成分和构建参数在同一制造批次中制造部件。然后确定第一测试件(310)的特征机械性能。该方法还包括根据第一测试件(310)的特征机械性能来确定第一成品部件(100)的寿命标定量的值。然后，为第一成品部件(100)和第一测试件(310)设置标志(340、341)，该标志将第一成品部件(100)与所确定的寿命标定量相关联。

Description

寿命标定量的确定
技术领域
本公开涉及一种用于确定通过增材制造工艺制造的部件的寿命标定量的方法。
背景技术
通过增材制造技术制造的产品的质量易受许多变量的影响，例如部件的几何形状和构建设计、粉末规格和处理、聚变激光性能(例如功率输出和光学质量)、后期制造工艺和精加工、检查方法、制造期间的干扰、材料污染和/或操作员错误以及技术。
这可能使得难以实现质量一致性。因此，在有必要能够保证所制造产品的质量的示例中，传统验证技术(例如，基于标准材料物理特性的有限元建模，用于制造部件的材料试样的测试和/或测试所制成零件的百分比，使用最小材料性能和有限元模型的应力来估计部件寿命)可能无法提供所需的确定性。例如，对于燃气轮机中的部件的认证，燃气轮机中的部件经受具有挑战性的环境，传统的质量验证实践可能需要对增材制造部件进行比通过传统制造技术(例如铸造)所制成的物品所需的测试更多数量的测试，因此，通过增材制造制造部件在商业上不那么有吸引力。
而且，在现有技术中，在增材制造途径中所使用的所有可能的构建参数对部件的机械性能的影响尚不完全已知或尚未量化。
鉴于增材制造为制造提供了许多益处(例如制造的速度和简单性)，因此非常需要一种验证由增材制造技术所制成的零件的物理完整性并因此评估该零件的可能使用寿命的方法。
发明内容
根据本公开，提供了如所附权利要求中所阐述的设备和方法。根据从属权利要求和随后的描述，本发明的其他特征将是显而易见的。
因此，可以提供一种确定通过增材制造工艺制造的成品部件的寿命标定量的方法。该方法可以包括限定待通过由参数集限定的增材制造工艺制造的多个部件的步骤，其中，所述多个部件包括第一测试件和第一成品部件。该方法还可以包括以下步骤：使用增材制造工艺并通过标称相同的材料成分和构建工艺参数在同一制造批次中制造部件，确定第一测试件的特征机械性能，并根据第一测试件的特征机械性能来确定第一成品部件的寿命标定量的值。该方法还包括向第一成品部件提供第一标志并向第一测试件提供第二标志的步骤，其中，第一标志和第二标志将第一成品部件和第一测试件与所确定的寿命标定量、第一测试件的机械性能和增材制造参数集相关联。因此，提供了一种制造和测试增材制造部件的方法，以提供对成品部件的寿命估计和质量的更高的确定性。
特征机械性能可以是下述各项中的一项：
a.弹性模量；
b.密度；
c.极限抗拉强度；
d.弹限强度；
e.低周疲劳强度；
f.高疲劳强度；
g.蠕变强度和/或延展性；
h.抗氧化性；或者
i.耐腐蚀性。
这些性能有利地提供了所使用的材料的关键性能的限定。
寿命标定量可以表示第一成品部件的预期的操作寿命和/或操作循环次数。因此，寿命标定量向用户提供关于部件的使用寿命和/或安全寿命的信息。
增材制造参数集可以包括与所述多个部件相关的参数列表中的至少一者，参数列表包括：
·所述多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状参考；
·所述多个部件的部件数；
·用于制造所述多个部件的材料粉末成分参考；
·能够操作成执行增材制造工艺的机器的构建参数；和/或
·增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定。
材料粉末可包含许多元素。例如，在高温下操作的涡轮机部件中所使用的镍(Ni)基合金可以包括：镍(Ni)、铬(Cr)、钴(Co)、钼(Mo)、钨(W)、钽(Ta)、铌(Nb，或铌Cb)、铝(Al)、钛(Ti)、铁(Fe)、锰(Mn)、硅(Si)、碳(C)、硼(B)、锆(Zr)。粉末成分的元素的相对比例至少部分地限定了所制造的部件的机械性能。
对于所述多个部件的另外的制造批次(即，在第一测试件的特征材料性能和寿命标定量已经确定了的批次之后制造的制造批次)，下述各项中的至少一项可以根据所确定的第一测试件的机械性能和所确定的寿命标定量的值来确定：
·所述多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状；
·所述多个部件的部件数；
·材料粉末成分；
·能够操作成执行增材制造工艺的机器的构建参数；
·增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定。
制造批次可以形成在共同的构建板上。这是有利的，因为在同一构建板上制成的物品之间的关系明确地建立——即，全部通过同一机器由相同的材料同时制成，确保可以通过成品部件可靠地读取关于对测试件进行的确定。
所述多个部件可以在由正交的x轴线、y轴线和z轴线限定的三维空间中制造，其中，第一测试件具有第一纵向轴线，并且第一测试件形成为使得其纵向轴线平行于x轴线、y轴线或z轴线中的一者。这是有利的，因为这识别可能与经验测试结果的解释相关的制造取向。
所述多个部件可以包括第二测试件，并且第二测试件可以具有第二纵向轴线，并且第二测试件形成为使得其第二纵向轴线平行于x轴线、y轴线或z轴线中的与第一测试件的第一纵向轴线不同的轴线。这是有利的，因为对在不同取向上制成的测试件的比较可能与经验测试结果的解释相关。
该方法还可以包括下述步骤：例如通过使用经验方法来确定第二测试件的特征机械性能，以及根据第二测试件的特征机械性能来确定第一成品部件的寿命标定量的值。因此，可以更准确地评估成品部件的寿命，因为它是基于进一步的经验数据确定的。
所述多个部件可以包括第三测试件，其中，第三测试件具有第三纵向轴线，并且第三测试件形成为使得其第三纵向轴线平行于轴线中的与第一测试件的第一纵向轴线或第二测试件的第二纵向轴线不同的轴线。这是有利的，因为对在不同取向上制成的测试件的比较可能与经验测试结果的解释相关。
该方法还可以包括确定第三测试件的特征机械性能，并且根据第三测试件的特征机械性能来确定第一成品部件的寿命标定量的值。因此，可以更准确地评估成品部件的寿命，因为它是基于进一步的经验数据确定的。
所述多个部件可以包括第二成品部件，其中，第一成品部件相对于x轴线、y轴线或z轴线以第一取向形成，并且第二成品部件相对于x轴线、y轴线或z轴线以与第一成品部件相同的取向形成，并且第二成品部件设置有第三标志，第三标志将第二成品部件与所确定的寿命标定量和增材制造参数集相关联。因此，可以制成多个成品部件，并且例如基于经验测试或操作使用对成品部件中的一个成品部件所做出的确定可以被用于生成关于同一批次中的其他部件的寿命限定信息。
该方法还可以包括，在确定第一测试件的特征机械性能之前，例如通过加工从第一测试件移除材料以限定具有预定的几何形状和尺寸的测量部分的步骤。在通过加工去除材料的示例中，可以确定具有经加工的表面光洁度的测试件的特征机械性能。这使得能够确定加工对测试件材料的影响，并因此推断或确定加工对成品部件的影响。
该方法还可以包括制造多个部件的方法的步骤，其中，所述多个部件包括第一测试件和第一成品部件，该方法包括以下步骤：使用增材制造工艺并通过标称相同的材料成分在同一制造批次中制造多个部件。
制造批次可以形成在共同的构建板上。
还可以提供通过增材制造工艺制成的一批部件，该批次包括第一成品部件和第一测试件，第一成品部件和第一测试件具有相同的标称材料成分。
所述多个部件可以在由正交的x轴线、y轴线和z轴线限定的三维空间中制造，其中，第一测试件具有第一纵向轴线，并且第一测试件形成为使得其纵向轴线平行于x轴线、y轴线或z轴线中的一者；并且第一成品部件相对于x轴线、y轴线或z轴线以第一取向形成。
因此，提供了一种确定通过增材制造工艺制造的部件的使用寿命的方法、制造能够实现该确定寿命的方法的多个部件的方法、以及能够实现该确定寿命的方法的一批部件(例如，一套部件)。
附图说明
现在将参照附图来对本公开的示例进行描述，在附图中：
图1示出了燃气涡轮发动机的示例，燃气涡轮发动机的部件可以通过本公开的方法来制造和评估；
图2是概述本公开的方法的流程图；
图3是通过本公开的方法制成的一批部件的示意性2D平面图，该批部件包括根据本发明的测试件；
图4是部件限定在其中的3D空间的表示；
图5、图6示出了图3中所示的测试件的示例；以及
图7、图8示出了具有示例标志的成品部件的示例。
具体实施方式
本公开涉及一种确定通过增材制造工艺制造的部件的寿命标定量的方法、一种制造多个部件的方法和通过增材制造工艺制造的一批部件。部件可以是用于涡轮机、例如用于燃气涡轮发动机的部件。因此，本公开还涉及一种制造下述部件的方法：该部件折衷限定多个部件，所述多个部件中的一些部件被用于测试和鉴定(例如验证)在同一批次中所制成的其他部件。部件可以包括用于涡轮机的部件，例如转子动叶片、定子静叶片或转子盘。
图1以截面图示出了燃气涡轮发动机10的示例，该燃气涡轮发动机可以包括通过根据本公开的方法制造和/或评估的燃气涡轮发动机部件(例如，翼形件、转子动叶片、定子静叶片或转子盘)。
燃气涡轮发动机10按流动顺序包括入口12、压缩机部分14、燃烧器部分16和涡轮部分18，这些部分通常按流动顺序沿纵向轴线或旋转轴线20的方向布置并且通常绕纵向轴线或旋转轴线20布置。燃气涡轮发动机10还包括轴22，轴22能够绕旋转轴线20旋转并且纵向地延伸穿过燃气涡轮发动机10。轴22将涡轮部分18驱动地连接至压缩机部分14。
在燃气涡轮发动机10的运行中，通过空气入口12被吸入的空气24被压缩机部分14压缩并被输送至燃烧部分或燃烧器部分16。燃烧器部分16包括燃烧器增压室26、一个或更多个燃烧室28和固定至每个燃烧室28的至少一个燃烧器30。燃烧室28和燃烧器30位于燃烧器增压室26内。通过压缩机14的压缩空气进入扩散器32并从扩散器32排放到燃烧器增压室26中，一部分空气从燃烧器增压室26进入燃烧器30并与气态或液态燃料混合。然后空气-燃料混合物燃烧，并且由燃烧产生的燃烧气体34或工作气体被引导通过燃烧室28并经由过渡管道17而到达涡轮部分18。
该示例性燃气涡轮发动机10具有筒状燃烧器部分装置16，其由呈环形阵列的燃烧器罐19构成，每个燃烧器罐19具有燃烧器30和燃烧室28，过渡管道17具有与燃烧室28接合的大致圆形的入口和呈环形段的形式的出口。环形阵列的过渡管道出口形成了用于将燃烧气体引导至涡轮机18的环形空间。
涡轮部分18包括附接至轴22的多个动叶片承载盘36。在本示例中，两个盘36各自承载一个环形阵列的涡轮动叶片38。然而，动叶片承载盘的数量可以是不同的，即，可以是仅一个盘或多于两个盘。另外，固定至燃气涡轮发动机10的定子42的导引静叶片40设置在各级环形阵列的涡轮动叶片38之间。在燃烧室28的出口与前面的涡轮动叶片38之间设置有入口导引静叶片44，并且入口导引静叶片44使工作气体流转到涡轮动叶片38上。
来自燃烧室28的燃烧气体进入涡轮部分18并驱动涡轮动叶片38，涡轮动叶片38又使轴22旋转。导引静叶片40、44用于优化燃烧气体或工作气体至涡轮动叶片38上的角度。
涡轮部分18驱动压缩机部分14。压缩机部分14包括轴向的一系列的静叶片级46和转子动叶片级48。转子动叶片级48包括对呈环形阵列的动叶片进行支承的转子盘。压缩机部分14还包括壳体50，壳体50围绕转子级并支承静叶片级46。导引静叶片级包括安装至壳体50的呈环形阵列的径向地延伸的静叶片。提供静叶片以在给定的发动机操作点处为动叶片提供最佳角度的气流。导引静叶片级中的一些导引静叶片级具有可变的静叶片，其中，静叶片绕其自身纵向轴线的角度可以根据在不同发动机运行工况下可能发生的气流特性来调节。
壳体50限定压缩机14的通道56的径向外表面52。通道56的径向内表面54至少部分地由转子的转子鼓53限定，转子鼓53部分地由呈环形阵列的动叶片48限定。
参照上述示例性涡轮发动机描述本发明，该涡轮发动机具有连接单个的多级压缩机和单个的一级或更多级涡轮机的单个轴或线轴。然而，应当理解的是，本发明同样适用于具有两个或三个轴的发动机且可以被用于工业、航空或船舶应用。
除非另有说明，否则术语“上游”和“下游”指的是气流和/或工作气体流动通过发动机的流动方向。术语“向前”和“向后”是指气体通过发动机的大体流动。术语“轴向”、“径向”和“周向”是参照发动机的旋转轴线20定义的。
图2示出了根据本公开的寿命确定方法、迭代设计方法和/或迭代制造方法的概述。上述方法可以用四个步骤表示，即：
步骤1：限定适用的制造技术/途径，即，由参数集限定的增材制造工艺。增材制造是指通过用于由粉末材料层形成三维物体的机器执行的工艺。在计算机控制下的激光将粉末材料层熔合在一起以形成物体。步骤1还包括限定待制造的一批部件，该批部件将包括第一测试件310和第一成品部件100。可以在CAD(计算机辅助设计)模型中限定该批部件的几何形状、尺寸、相对取向和间隔。
步骤2：制造该批部件。
步骤3：对测试件进行测试(或者根据制造的件数对多个件进行测试)，以确定测试件的机械性能。
步骤4：根据所确定的测试件的机械性能来限定与测试件在同一批次中制成的部件的寿命。限定了成品部件的寿命后，所收集的数据可以被反馈到工艺的开始(步骤1)，以告知对所使用的材料成分、所做的设计决策(例如，部件的几何形状)、制造工艺(例如，材料处理、激光功率和扫描速度)所做出的选择，以便生产具有所需寿命的部件(和/或具有所需机械性能的合金)。
该方法可以表述为确定通过增材制造工艺制造的部件的寿命标定量的方法。因此，该方法包括限定待通过增材制造技术制造的多个部件的几何形状、间隔和相对取向的步骤。作为示例，图3示出了以2D平面图示出的多个部件。所述多个部件包括第一测试件310(也可以被称为“试样”)和第一成品部件100。在所示的示例中，第一成品部件100是用于涡轮机的转子动叶片。但是，成品部件可以是任何其他部件。术语“成品”部件被认为是指被构造成在设置有该部件的机器中操作使用的部件。因此，测试件被构造成适合于材料测试，而成品部件被构造成标称“已完成的”操作设计。
如图3所示，制造批次可以形成在共同的构建板350上。因此，批次由在共同的构建板350上形成的物品限定。构建板350可以是预制平台，多个部件形成在该预制平台上。
该方法还包括使用增材制造工艺并且通过标称相同的材料成分在同一制造批次中制造多个部件的步骤。因此，每个批次中的多个部件使用相同的设备和材料同时制造，并且因此具有彼此基本相同的材料性能。
如图3、图4所示，多个部件在由三维正交的x轴线、y轴线和z轴线限定的3D空间中制造(即形成)。第一成品部件100相对于x轴线、y轴线或z轴线以第一取向形成。
第一测试件310具有第一纵向轴线312，并且第一测试件310形成为使得其纵向轴线312平行于x轴线、y轴线或z轴线中的一个轴线(即，沿x轴线、y轴线或z轴线中的一个轴线的方向延伸)。在所示的示例中，第一纵向轴线312沿x轴线的方向延伸。第一测试件可以包括圆柱形部分360(例如，如图5、图6所示)，其中，纵向轴线312沿着圆柱形部分360的中心轴线。
如图3所示，多个部件还可以包括第二测试件320，其中，第二测试件320具有第二纵向轴线322。第二测试件320形成为使得其第二纵向轴线322平行于x轴线、y轴线或z轴线中的与第一测试件310的第一纵向轴线312不同的轴线(即，沿该不同的轴线的方向延伸)。在所示的示例中，第二纵向轴线322沿与x轴线成直角的y轴线的方向延伸。
而且，如图3所示，多个部件可以包括第三测试件330，其中，第三测试件330具有第三纵向轴线332。第三测试件330可以形成为使得其第三纵向轴线332平行于轴线中的与第一测试件310的第一纵向轴线312或第二测试件320的第二纵向轴线322不同的轴线(即，在沿该不同的轴线的方向延伸)。在所示的示例中，第三纵向轴线332沿与x轴线和y轴线成直角的z轴线延伸。
所述多个部件可以包括另外的测试件310’、320’、330’，测试件310’、320’、330’例如分别与其他测试件310、320、330相同且对齐。因此，对于下面描述的测试件310、320、330的使用，另外的测试件310’、320’、330’可以分别用于相同的目的并且具有相同的材料性能。
测试件可以都具有基本相同的尺寸和形状。替代性地，测试件中的至少一些测试件可以具有与其他测试件不同的形状。例如，测试件中的一些测试件可以被制成圆柱形形状、矩形形状、多面体形状或其他三维形状。测试件还可以包括标准的或非标准的应力集中特征，比如孔、凹口。
所述多个部件还可以包括与第一成品部件基本相同的第二成品部件200。替代性地，第二成品部件200可以具有与第一成品部件不同的设计，例如，可以具有设计变型或完全不同的部分。可选地，所述多个部件还可以包括可以具有与第一成品部件或第二成品部件相同或不同的设计的其他成品部件。第二成品部件200相对于x轴线、y轴线或z轴线以与第一成品部件100相同的取向形成。
制造工艺可以包括在增材制造工艺之后的附加工艺，例如，最终零件的热处理和/或表面处理。因此，所有多个部件将经历相同的处理步骤。
完成制造后，下一步是例如使用经验(即，实验)方法来确定第一测试件310的特征机械性能。
在提供第二测试件320的示例中，该方法可以附加地或替代性地包括使用经验方法来确定第二测试件320的特征机械性能的步骤。
在提供第三测试件330的示例中，该方法可以附加地或替代性地包括使用经验方法来确定第三测试件330的特征机械性能的步骤。
由于第一测试件、第二测试件和第三测试件以不同的取向(即彼此成一定角度)定向，所以它们可以有利地被用于评价材料各向异性(即，沿着不同轴线的不同机械性能)。
因此，对第一测试件、第二测试件或第三测试件中的至少两者进行测试将提供额外的材料性能结果，这可以增加后续寿命确定的准确性。
另外或者替代性地，不同的测试件可以各自使用不同的经验方法来测试以确定不同的机械性能(例如，拉伸强度和延展性)。该数据可以反馈到用于后续批次的制造工艺的设置中，以重新限定(即，平衡)在增材制造技术中所使用的粉末成分。测试不同的属性可以被用来检查材料成分平衡是否正确。
替代性地或另外，从经验测试方法获得的数据可以被用于反馈/试错/迭代过程，以改变制造工艺中所使用的粉末材料的成分、其他制造参数和/或部件几何形状。
特征机械性能可以是弹性模量、密度、极限抗拉强度、弹限强度(Proofstrength)、低周疲劳强度、高疲劳强度、蠕变强度或延展性、抗氧化性或耐腐蚀性中的一者。
机械性能也可以是材料清洁度(即，缺陷的尺寸和发生)的度量。
经验方法可以包括使用常规技术进行试样测试，该试样测试被配置为确定弹性模量、密度、静态强度、振动(高周疲劳)强度、低周疲劳强度、蠕变强度、氧化强度、腐蚀强度中的至少一者的值和/或指示。材料清洁度可以通过试样的切片和显微材料研究来估计。材料清洁度也可以使用非破坏性检查技术进行估计，比如使用超声波检查进行估计。
在成品部件是用于燃气涡轮发动机的部件——比如定子静叶片、转子动叶片或转子盘——的情况下，经验方法可以是任何合适的标准测试并且可以使用任何标准测试设备来获取所需的数据以确定特征机械性能。
该方法可以包括以下步骤：在确定测试件的特征机械性能之前，从测试件上去除材料(即，加工)以限定具有预定几何形状和尺寸的标准试样的步骤。例如，如图5所示，测试件可以提供为圆柱形试样。即，测试件可以设置为图5中所示的外圆柱形试样。从试样去除材料以在试样的任一端产生螺纹，使得试样能够定位在测试机器中。还可以加工测量部分(例如，如图5中的区域400中所示)，以便在加工状态下测试附加制造的测试件(试样)。
替代性地，如图6所示，测试件可以作为试样提供，其中，测量部分400直接通过增材制造制成，以便对在“原样”状态下附加制造的试样进行测试。
该方法还包括根据第一测试件310的特征机械性能来确定第一成品部件100的寿命标定量的值的步骤。这可以通过运行有限元模型、应用算法或查找表来实现，该算法或查找表将特征机械性能用作用于确定的基础的输入。可以使用任何合适的寿命确定方法。
在提供第二测试件320的示例中，该方法可以附加地或替代性地包括根据第二测试件320的特征机械性能来确定第一成品部件100的寿命标定量的值的步骤。
在提供第三测试件330的示例中，该方法可以附加地或替代性地包括根据第三测试件330的特征机械性能来确定第一成品部件100的寿命标定量的值的步骤。
因此，可以根据为第一测试件310、第二测试件320和/或第三测试件330所确定的特征机械性能中的至少一者来提供寿命标定量。
寿命标定量表示第一成品部件100的预期的操作寿命和/或操作循环次数(即，提供其估计)。
在建立了寿命标定量之后，第一成品部件100设置有将第一成品部件100与确定的寿命标定量、第一测试件机械性能和增材制造参数集相关联(即，分配)的第一标志340。另外，第一测试件310设置有将第一测试件310与确定的寿命标定量、第一测试件机械性能和增材制造参数集相关联的第二标志341。
例如，如图7所示，标志340、341可以设置在部件的表面上或内部。标志340、341可以被设置为条形码、QR码或这样编码的其他标记。标志可以加工、蚀刻、印制或以其他方式记录到部件的材料中。在其他示例中，标志可以采用单独制造的标签的形式，该标签粘附或装配至部件。标志将定位在试样(测试件)和部件的低应力区域中。即，标志将定位在下述区域中：该区域在操作/使用期间预期不会经受高应力或不充当应力提升特征。
增材制造参数集包括与所述多个部件相关的参数列表中的至少一者，参数列表包括：
·所述多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状参考；
·所述多个部件的部件数；
·用于制造所述多个部件的材料粉末成分参考(例如化学成分、颗粒形态、颗粒尺寸和分布、颗粒孔隙率、密度、流动性、粘结性)；
·能够操作成执行增材制造工艺的机器的构建参数(例如，用于融合在增材制造工艺中所使用的粉末材料的激光的参数，其可以包括激光功率、激光光斑尺寸、扫描距离(相邻激光“行程”之间的间隔)、层厚度和/或激光速度)；和/或
·增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定；例如：热处理可以包括：应力消除/退火、热等静压(HIP)、固溶处理、老化、回火。
部件加工可以包括：铣削、磨削、EDM(电火花加工)、车削。
表面处理可以包括：
·抛光；
·喷丸/喷砂；
·喷珠/抛丸；
·磨料流；和/或
·电抛光。
在提供第二成品部件200的情况下，第二成品部件200设置有类似于第一标志340和第二标志341的第三标志342，第三标志342将第二成品部件200与所确定的寿命标定量、增材制造参数集、同一制造批次的测试件和第一成品部件相关联。
作为批次的一部分制造的测试件中的任何测试件或所有测试件可以设置有或者存储有标志341，标志341将测试件与确定的寿命标定量和同一制造批次的成品部件相关联。
因此，来自同一构建板的成品部件和测试件将具有下述标志：该标志确定它们在同一制造批次中制造，并且因此具有相同的限定信息和寿命标定量。
为测试件和部件所记录的信息被限定并与给定的时间点(即，特定批次的部件的制造时间)相关联。
由于增材制造工艺非常灵活且易于重新配置，因此从试样结果所得到的信息和给定时间点的估计部件寿命均可以被用于改善后续批次的部件特性。
因此，如上面步骤4中所提出且如图2所示，对于多个部件的其他的制造批次而言，下述各项中的至少一项可以根据所确定的第一测试件的机械性能和所确定的寿命标定量的值来确定：
·具有多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状；
·所述多个部件的部件数；
·材料粉末成分；
·能够操作成执行增材制造工艺的机器的构建参数；和/或
·增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定。
例如，如果对于给定批次中的预定要求而言，试样结果或部件估计寿命被认为太低，则可以针对后续批次进行以下更改：
·CAD模型的几何形状可以修改成在部件限定中例如具有更大的壁厚度或更大的混合半径；
·可以改变材料粉末成分以实现机械性能的期望变化。例如，可以调节成分(例如，使用已知的冶金规则)，以增加蠕变强度与氧化强度；
·机器的构建参数；
·对后增材制造工艺参数进行调节——例如，改变表面光洁度或热处理参数以影响机械性能。
因此，在部件的连续批次的制造期间监测试样测试结果和部件估计寿命可以告知后来/后续决策以改进和控制迭代过程，从而产生更好的部件。
因此，提供了一种确定、记录和关联通过增材制造工艺制造的部件的寿命标定量的可靠方法，因为测试试样和成品部件是作为相同制造批次的一部分制造的，并且通过使用标志而被识别为具有相同性能的同一批次的一部分。
因此，在同一时间在构建板上制成的部件和试样的寿命可能与在稍后时间在构建板上制成的部件和试样的寿命不同，其中，生产方法和材料成分或部件的几何形状可能被改变。利用标志记录生产批次并且因此记录材材料性能以供参考，并且与现有技术的方法相比，每批次的部件的操作寿命可以被独立地且更精确地确定。
该标志还可以被用于识别制造商以及在给定时间点的成品部件的限定信息，从而向用户通知零件的出处。即，标志提供了安全措施并且可以禁止第三方复制零件。例如，第一批次(批次#1)将具有与其关联的第一数据集(例如，限定参数#1、试样结果#1、部件寿命#1)，第二批次(批次#2)将具有与其关联的第二数据集(限定参数#2、试样结果#2、部件寿命#2)。因此，伪造部件将是困难的，因为每个部件能够通过完全关联的数据集来识别。即使未经批准的供应商能够复制或仿制AM部件的几何形状，他也不太可能提供部件的所有限定信息。
在批次已经被生产且设置有标志之后，可以通过试样测试过程直接获取制造途径的任何改进，并且然后可以相应地改变部件的标称寿命。
这种类型的持续重新配置在标准制造途径中、比如在铸造和锻造中是不可能的。
应注意的是，与本申请的说明书同时提交的或在本申请之前提交的与本申请相关联的所有论文和文献，这些论文和文献与本说明书一起公开供公众查阅，并且所有这些论文和文献的内容通过参引并入本文中。
本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)和/或因此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合结合，除了这些特征和/或步骤中的至少一些特征和/或步骤相互排斥的组合之外。
除非另有明确说明，否则本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的每个特征可以由用作相同、等效或相似目的的替代特征代替。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征仅是通用系列的等效或类似特征的一个示例。
本发明不限于前述实施方式的细节。本发明延伸到本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中所公开的特征中的任何新颖特征或任何新颖特征的结合，或者延伸到因此公开的任何方法或过程的步骤中的任何新颖步骤或任何新颖步骤的结合。

Claims (12)

1.一种确定通过增材制造工艺制造的成品部件(100、200)的寿命标定量的方法，所述方法包括以下步骤：
限定待通过由参数集限定的增材制造工艺制造的多个部件(100、200、300)；
其中，所述多个部件(100、200、300)包括第一测试件(310)和第一成品部件(100)；
使用增材制造工艺并通过标称相同的材料成分在同一制造批次中制造所述部件，
确定所述第一测试件(310)的特征机械性能；以及
根据所述第一测试件(310)的特征机械性能来确定所述第一成品部件(100)的寿命标定量的值，
向所述第一成品部件(100)提供第一标志(340)，并且向所述第一测试件(310)提供第二标志(341)，其中，所述第一标志(340)和所述第二标志(341)分别将所述第一成品部件(100)和所述第一测试件(310)与所确定的寿命标定量、所述第一测试件的机械性能和增材制造参数集相关联，其中，对于所述多个部件的另外的制造批次，下述各项中的至少一项根据所确定的所述第一测试件的机械性能和所确定的所述寿命标定量的值来确定：
·所述多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状；
·所述多个部件的部件数；
·材料粉末成分；
·能够操作成执行所述增材制造工艺的机器的构建参数；和/或
·所述增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述特征机械性能是下述各项中的一项：
·弹性模量；
·密度；
·极限抗拉强度；
·弹限强度；
·低周疲劳强度；
·高疲劳强度；
·蠕变强度和/或延展性；
·抗氧化性；或者
·耐腐蚀性。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述寿命标定量表示所述第一成品部件(100)的预期的操作寿命和/或操作循环次数。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述增材制造参数集包括与所述多个部件相关的参数列表中的至少一者，所述参数列表包括：
·所述多个部件的制造批次的CAD模型的几何形状参考；
·所述多个部件的部件数；
·用于制造所述多个部件的材料粉末成分；
·能够操作成执行所述增材制造工艺的机器的构建参数；和/或
·所述增材制造工艺完成之后的制造工艺的限定。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述制造批次形成在共同的构建板(350)上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述多个部件(100、200、300)在由正交的x轴线、y轴线和z轴线限定的三维空间中制造，
其中，所述第一测试件(310)具有第一纵向轴线(312)，并且所述第一测试件(310)形成为使得其纵向轴线(312)平行于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线中的一者。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个部件包括第二测试件(320)；以及
所述第二测试件(320)具有第二纵向轴线(322)，并且所述第二测试件(320)形成为使得其第二纵向轴线(322)平行于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线中的与所述第一测试件(310)的所述第一纵向轴线(312)不同的轴线，以及
所述方法还包括以下步骤：确定所述第二测试件(320)的特征机械性能；以及
根据所述第二测试件(320)的特征机械性能来确定所述第一成品部件(100)的寿命标定量的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个部件包括第三测试件(330)；以及
所述第三测试件(330)具有第三纵向轴线(332)，并且所述第三测试件(330)形成为使得其第三纵向轴线(332)平行于轴线中的与所述第一测试件(310)的所述第一纵向轴线(312)或所述第二测试件(320)的所述第二纵向轴线(322)不同的轴线，以及
所述方法还包括以下步骤：确定所述第三测试件(330)的特征机械性能；以及
根据所述第三测试件(330)的特征机械性能来确定所述第一成品部件(100)的寿命标定量的值。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述多个部件(100、200、300)包括第二成品部件(200)；
所述第一成品部件(100)相对于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线以第一取向形成；
所述第二成品部件(200)相对于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线以与所述第一成品部件(100)相同的取向形成；
所述第二成品部件(200)设置有第三标志(342)，所述第三标志(342)将所述第二成品部件(200)与所确定的寿命标定量和增材制造参数集相关联。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括在确定所述第一测试件(310)的特征机械性能之前对所述第一测试件(310)进行加工以限定具有预定的几何形状和大小的试样的步骤。
11.一种制造多个部件(100、200、300)的方法，
其中，所述多个部件(100、200、300)包括第一测试件(310)和第一成品部件(100)；
所述方法包括使用增材制造工艺并通过标称相同的材料成分在同一制造批次中制造所述多个部件(100、200、300)的步骤；
其中，所述制造批次形成在共同的构建板(350)上。
12.通过增材制造工艺制成的一批部件(100、200、300)，所述一批包括第一成品部件(100)和第一测试件(310)，所述第一成品部件(100)和所述第一测试件(310)具有相同的标称材料成分，其中，所述多个部件(100、200、300)在由正交的x轴线、y轴线和z轴线限定的三维空间中制造，其中，所述第一测试件(310)具有第一纵向轴线(312)，并且所述第一测试件(310)形成为使得其纵向轴线(312)平行于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线中的一者；以及所述第一成品部件(100)相对于所述x轴线、所述y轴线或所述z轴线以第一取向形成。
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