CN111375764B - 对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟 - Google Patents

对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟 Download PDF

Info

Publication number
CN111375764B
CN111375764B CN201911395323.4A CN201911395323A CN111375764B CN 111375764 B CN111375764 B CN 111375764B CN 201911395323 A CN201911395323 A CN 201911395323A CN 111375764 B CN111375764 B CN 111375764B
Authority
CN
China
Prior art keywords
powder layer
selective laser
laser melting
simulated
new
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911395323.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111375764A (zh
Inventor
程渤
C.图菲尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of CN111375764A publication Critical patent/CN111375764A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111375764B publication Critical patent/CN111375764B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80—Data acquisition or data processing
    • B22F10/85—Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264—Arrangements for irradiation
    • B29C64/268—Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/10—Additive manufacturing, e.g. 3D printing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统和方法。该系统包括选择性激光熔化装置和电子控制器，电子控制器被配置成：获得使用选择性激光熔化装置被制造的部件的先前层的表面几何结构，基于先前层的表面几何结构来模拟向部件对具有期望粉末层厚度的粉末层的添加，基于模拟的粉末层的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性，基于熔池特性来确定对模拟的粉末层的调整，以及基于模拟的粉末层和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置。

Description

对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟
技术领域
实施例涉及用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统和方法。
背景技术
选择性激光熔化（“SLM”）是一种制造技术，其能够以几乎全密度构建复杂的部件。SLM的关键特征是复杂形状的逐层制造，所述复杂形状难以使用诸如铸造和机械加工之类的传统制造方法来被制成。在SLM过程中，诸如计算机辅助设计（“CAD”）模型之类的期望零件的数字信息被切分成许多层。激光束以CAD模型定义的方式扫描金属粉末床层，以形成正在被制造的零件的层。激光束照射粉末床的顶表面，从而局部熔化粉末并创建熔池。利用重复的加热和冷却以及固化循环，零件得以制造。
在使用SLM制造过程中存在重大挑战。使用SLM制造的零件频繁地遇到构建缺陷，诸如局部多孔性和层剥离（delamination）。公知的是，熔池特性和粉末层厚度对零件质量和制造过程期间创建的任何缺陷具有重大影响。在正常制造过程期间，粉末层厚度是恒定值，在零件制造初始之前预先选择该恒定值。调整粉末层厚度可能具有挑战性，这是因为粉末层厚度影响熔池特性。
发明内容
因此，需要一种系统用于模拟熔池特性，以通过调整期望粉末层厚度来更好地控制SLM制造。当模拟粉末层时，可以确定熔池特性，这允许对SLM制造的更好控制。
一个实施例提供了一种用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统。该系统包括选择性激光熔化装置和电子控制器，电子控制器被配置成：获得使用选择性激光熔化装置被制造的部件的先前层的表面几何结构，基于先前层的表面几何结构来模拟向部件对具有期望粉末层厚度的粉末层的添加，基于模拟的粉末层的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性，基于熔池特性来确定对模拟的粉末层的调整，以及基于模拟的粉末层和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置。
另一个实施例提供了一种用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的方法。该方法包括：利用电子控制器获得使用选择性激光熔化装置被制造的部件的先前层的表面几何结构；利用电子控制器、基于先前层的表面几何结构来模拟向部件对具有期望粉末层厚度的新粉末层的添加；利用电子控制器、基于模拟的新粉末层的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性；利用电子控制器、基于熔池特性来确定对模拟的新粉末层的调整；以及利用电子控制器、基于模拟的新粉末层和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置。
通过考虑详细描述和附图，其他方面、特征和实施例将变得清楚。
附图说明
该专利或申请文件包含至少一个以彩色制成的绘图。美国专利商标局将在请求并支付必要的费用后提供具有（一个或多个）彩色绘图的该专利或专利申请公布物的副本。
图1是图示了根据一个实施例的用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统的示意图。
图2是图示了根据一个实施例的电子控制器的示意图。
图3是图示了根据一个实施例的用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的方法的流程图。
图4A是图示了根据一个实施例的被制造的部件的先前固化层的绘图。
图4B是图示了根据一个实施例的被制造的部件的先前固化层降低的绘图。
图5A是图示了根据一个实施例的模拟的粉末层铺展（spread）的绘图。
图5B是图示了根据一个实施例的一旦铺展已发生的模拟的粉末层的绘图。
图5C是图示了根据一个实施例的在铺展已经发生之后在先前固化层之上铺展的模拟粉末的绘图。
图6A是图示了根据一个实施例的利用薄粉末层创建的熔池的绘图。
图6B是图示了根据一个实施例的利用厚粉末层创建的熔池的绘图。
图7是图示了用于各种层的熔池容积的条形图。
具体实施方式
在详细解释任何实施例之前，要理解的是，本公开不意图在其应用方面限于在以下描述中阐明的或在以下绘图中图示的部件的构造和布置细节。实施例能够具有其他配置并且能够以各种方式被实践或实施。
可以使用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同结构的部件来实现各种实施例。此外，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，出于讨论的目的，可以将所述电子部件或模块图示并且描述为如同大多数部件仅在硬件中被实现那样。然而，本领域普通技术人员并且基于对本详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施例中，可以在可由一个或多个处理器执行的（例如，存储在非暂时性计算机可读介质上的）软件中实现本发明的基于电子的方面。例如，说明书中描述的“控制单元”和“控制器”可以包括一个或多个电子处理器、包括非暂时性计算机可读介质的一个或多个存储器模块、一个或多个输入/输出接口、一个或多个专用集成电路（ASIC）以及连接各种部件的各种连接（例如，系统总线）。
图1是图示了根据一个实施例的用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统100的示意图。系统100包括选择性激光熔化装置105，选择性激光熔化装置105包括粉末输送系统110、制造区域115、推板120、激光器125和激光扫描系统130。
粉末输送系统110通过使用推板（blade）120将金属粉末层以期望的层厚度从粉末输送系统110推送到制造区域115来将金属粉末层输送到制造区域115。在一些实施例中，通过将推板120升高或降低到期望的高度来控制期望的层厚度。制造区域115允许借助于机械元件（诸如活塞）使金属粉末层（以及任何熔化的部分，如下面讨论的）降低。
金属粉末可以包括但不限于H13钢、钢、因科耐尔合金（Inconel）718和Ti-6Al-4V及其组合的粉末。
一旦金属粉末层在制造区域115内，激光器125就向激光扫描系统130提供高功率激光束（通常是具有数百瓦、激光速度和激光直径的激光束），激光扫描系统130利用扫描镜在X和Y方向上引导激光器125熔化金属粉末的所选部分。基于在激光扫描系统处接收的扫描路径来确定被熔化的金属粉末的所选部分。典型地，扫描路径作为计算机辅助设计（“CAD”）模型被接收并且被划分成层，所述层图示了对于每个层而言金属粉末的哪些部分应当被熔化。针对每个层熔化的部分基于金属粉末的层厚度（例如，CAD模型中的每个层具有与当前金属粉末层相同的厚度，以确保金属粉末的正确部分被熔化，从而创建正确的扫描路径）。
系统100还包括电子连接到选择性激光熔化装置105的电子控制器150。在图2中图示了电子控制器150的示例。
电子控制器150包括电子处理器205、输入/输出接口210和存储器215。电子处理器205执行指令以——除了其他事物之外——还执行如本文中描述的方法，并且可以是微处理器、专用集成电路等。电子处理器205电子连接到输入/输出接口210和存储器215。输入/输出接口210允许电子控制器150与系统100的其他电子部件（诸如选择性激光熔化装置105）通信。存储器215是存储可由电子处理器205执行的数据和指令的非暂时性计算机可读存储介质。
在一些实施例中，电子控制器150集成到选择性激光熔化装置105中。在其他实施例中，电子控制器150是系统100的单独的部件。要理解的是，可以在多个电子处理器、输入/输出接口和存储器之间划分电子控制器150的功能性。
现在返回到图1，系统100还可以包括传感器160。传感器160被配置成捕获固化的金属层和新的金属粉末层的数据，并且将该数据传输到电子控制器150。在一些实施例中，由激光扫描系统130的部件执行传感器160的功能性。传感器160可以将数据捕获为图像或者其他信号（诸如激光雷达、红外等）。
图3图示了根据一个实施例的对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的方法300。
方法300包括在电子控制器150处获得由选择性激光熔化装置105制造的部件的先前固化层的表面几何结构（在框305处）。例如，电子控制器150从传感器106接收指示先前固化层的表面几何结构的数据。图4A图示了被制造的部件的先前固化层405。图4B图示出：一旦确定了先前固化层405的表面几何结构，就可以（通过制造区域的机械元件，诸如活塞）使先前固化层405在制造区域115中降低，以允许新粉末层铺展在先前固化层405之上。
方法300还包括利用电子控制器150、基于先前固化层405的表面几何结构，来模拟向被制造的部件对具有期望粉末层厚度的新粉末层的添加（在框310处）。使用离散元方法（“DEM”）模型对新粉末层的添加进行模拟，该离散元方法模型是用于计算大量小颗粒（诸如新粉末层）的运动和效果的数值方法族。期望粉末层厚度是出于模拟目的而给予新粉末层的粉末层厚度的初始值。
图5A图示了在先前固化层405之上铺展新粉末层505的推板120。推板120以给定的平移速度移动并且被设置在给定的高度，从而以期望粉末层厚度（例如，20微米）铺展新粉末层505。
图5B图示了在铺展已经发生之后在先前固化层405之上铺展的新粉末层505。一旦粉末层铺展已发生，电子控制器150就被配置成使用例如传感器160收集关于新粉末层505的几何数据。
图5C图示了在铺展已发生之后在先前固化层405之上铺展的新粉末505的不同视图。
方法300包括利用电子控制器150、基于模拟的新粉末层505的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性（在框315处）。熔池特性可以是熔池尺寸，诸如长度、宽度、深度或容积。
电子控制器150使用复杂的热流体（“CFD”）模型来确定熔池特性。CFD模型使用移动高斯热量源、材料相变信息、表面张力、蒸发压力和热流体属性。新粉末层505的粉末层厚度（例如，期望粉末层厚度）显著影响粉末床热量传递，粉末床热量传递管控SLM过程中的熔池演变。
例如，图6A图示了在先前固化层405的顶部上利用薄粉末层610制成的熔池605。在激光器125（经由激光扫描系统130）经过薄粉末层610时，形成熔池605。
图6B图示了在先前固化层405的顶部上利用厚粉末层625制成的第二熔池620。如所示的，利用越厚的粉末层，形成越大的熔池。
图7图示了图表700，其示出了基于粉末层厚度的熔池容积的示例。第一条710示出了先前固化层405的熔池容积。如果新粉末层505具有与先前固化层405相同的粉末层厚度，则熔池容积中的改变可忽略，尽管由于公差和误差，一些改变是可能的（见第二条720）。相比之下，如果新粉末层505具有更大的粉末层厚度，则创建的熔池的容积大得多（见第三条730）。通过控制粉末层厚度，可以控制熔池的容积。
电子控制器150可以进一步基于激光器125的参数（诸如激光功率、激光速度和激光直径）来确定熔池特性。
方法300还包括利用电子控制器150、基于熔池特性确定对模拟的新粉末层505的调整（在框320处）。例如，如果对于较小的层而言需要较小的熔池容积（根据来自CAD模型的扫描计划），则电子控制器150确定需要较小的期望粉末层厚度。相比之下，如果较大的熔池容积是必要的，则电子控制器150确定需要较大的期望粉末层厚度。
方法300包括利用电子控制器150、基于模拟的新粉末层505和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置105（在框325处）。例如，如果确定的调整是模拟的新粉末层505需要具有较小的期望粉末层厚度，则电子控制器150驱动选择性激光熔化装置105，以将具有经调整的期望粉末层厚度的新粉末层505施加到被制造的部件。如果确定没有改变是必要的，则电子控制器150驱动选择性激光熔化装置105，以将具有初始期望粉末层厚度的新粉末层505施加到被制造的部件。如上面关于模拟的粉末层所描述的，推板120以给定的高度和给定的平移速度移动，以施加新粉末层505。通过这样做，可以更好地制造部件的各个层，这是因为基于粉末层厚度来动态调整由粉末创建层所需的熔池，从而允许对部件制造的更好控制。
因此，本文中的实施例提供了一种用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统和方法。
在所附权利要求中阐明了各种特征、优点和实施例。

Claims (20)

1.一种用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的系统，所述系统包括：
选择性激光熔化装置，以及
电子控制器，其被配置成：
获得使用选择性激光熔化装置被制造的部件的先前层的表面几何结构；
基于先前层的表面几何结构来模拟向部件对具有期望粉末层厚度的新粉末层的添加；
基于模拟的新粉末层的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性；
基于熔池特性来确定对模拟的新粉末层的调整；以及
基于模拟的新粉末层和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中熔池特性是熔池的尺寸。
3.根据权利要求1所述的系统，其中电子控制器被进一步配置成驱动选择性激光熔化装置，以使被制造的部件的先前层降低，从而允许新粉末层被铺展。
4.根据权利要求1所述的系统，其中使用离散元方法模型对新粉末层的添加进行模拟。
5.根据权利要求1所述的系统，其中对模拟的新粉末层的调整是模拟的粉末层的期望粉末层厚度中的改变。
6.根据权利要求1所述的系统，其中驱动选择性激光熔化装置包括基于所述调整以及模拟的新粉末层将新粉末层施加到被制造的部件。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，通过以给定的平移速度移动选择性激光熔化装置的推板，将新粉末层施加到部件。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述调整是新的期望粉末层厚度，并且新粉末层被施加有新的期望粉末层厚度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中对新粉末层的添加进行模拟包括假设粉末层具有假设为高斯分布的粉末直径分布。
10.根据权利要求1所述的系统，其中熔池特性进一步基于选择性激光熔化装置的激光器参数来被确定。
11.一种用于对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟的方法，所述方法包括：
利用电子控制器获得使用选择性激光熔化装置被制造的部件的先前层的表面几何结构；
利用电子控制器、基于先前层的表面几何结构来模拟向部件对具有期望粉末层厚度的新粉末层的添加；
利用电子控制器、基于模拟的新粉末层的几何信息和期望粉末层厚度来确定熔池特性；
利用电子控制器、基于熔池特性来确定对模拟的新粉末层的调整；以及
利用电子控制器、基于模拟的新粉末层和确定的调整来驱动选择性激光熔化装置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中熔池特性是熔池的尺寸。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括驱动选择性激光熔化装置，以使被制造的部件的先前层降低，从而允许模拟的新粉末层被铺展。
14.根据权利要求11所述的方法，其中使用离散元方法模型对新粉末层的添加进行模拟。
15.根据权利要求11所述的方法，其中对模拟的新粉末层的调整是模拟的新粉末层的期望粉末层厚度中的改变。
16.根据权利要求11所述的方法，其中驱动选择性激光熔化装置包括基于所述调整以及模拟的新粉末层将新粉末层施加到被制造的部件。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过以给定的平移速度移动选择性激光熔化装置的推板，将新粉末层施加到部件。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述调整是新的期望粉末层厚度，并且新粉末层被施加有新的期望粉末层厚度。
19.根据权利要求11所述的方法，其中对新粉末层的添加进行模拟包括假设粉末层具有假设为高斯分布的粉末直径分布。
20.根据权利要求11所述的方法，其中熔池特性进一步基于选择性激光熔化装置的激光器参数来被确定。
CN201911395323.4A 2018-12-31 2019-12-30 对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟 Active CN111375764B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/237125 2018-12-31
US16/237,125 US11565315B2 (en) 2018-12-31 2018-12-31 Simulating melt pool characteristics for selective laser melting additive manufacturing

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111375764A CN111375764A (zh) 2020-07-07
CN111375764B true CN111375764B (zh) 2024-03-12

Family

ID=71079833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911395323.4A Active CN111375764B (zh) 2018-12-31 2019-12-30 对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11565315B2 (zh)
CN (1) CN111375764B (zh)
DE (1) DE102019220370A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111761062B (zh) * 2020-07-16 2022-08-30 安徽哈特三维科技有限公司 一种用于模具钢粉末的选择性激光熔化方法
CN113334773A (zh) * 2021-06-11 2021-09-03 电子科技大学 一种基于自适应分层的3d打印成型方向多目标优化方法
CN115026310B (zh) * 2022-05-17 2023-07-04 西南交通大学 一种基于支持向量回归的slm增材制造铺粉孔隙率预测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103495729A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 航天特种材料及工艺技术研究所 大尺寸钛铝基合金的激光立体成形方法
CN104959604A (zh) * 2015-07-23 2015-10-07 华中科技大学 一种成形区域温度梯度可控的高能束选区熔化方法与设备
CN106480449A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 沈阳大陆激光工程技术有限公司 一种激光制造大型型材万能轧机水平辊的方法
CN107116790A (zh) * 2016-02-25 2017-09-01 通用电气公司 激光粉末床加性制造的多变量统计过程控制
CN207205270U (zh) * 2017-04-14 2018-04-10 华南理工大学 一种3d打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置
WO2018086882A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 SLM Solutions Group AG Method, use and apparatus for producing a single-crystalline work piece
CN108062432A (zh) * 2017-11-17 2018-05-22 西安铂力特增材技术股份有限公司 一种激光选区熔化过程的数值模拟方法
CN108399307A (zh) * 2018-03-14 2018-08-14 大连交通大学 一种激光3d打印有限元模拟方法
CN108399280A (zh) * 2018-01-30 2018-08-14 南京理工大学 一种预测激光选区熔化成型件变形的有限元仿真方法
CN108772562A (zh) * 2018-05-11 2018-11-09 上海大学 基于选区激光熔化的钴铬合金粉末成型方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9776282B2 (en) 2012-10-08 2017-10-03 Siemens Energy, Inc. Laser additive manufacture of three-dimensional components containing multiple materials formed as integrated systems
US10035220B2 (en) * 2013-03-15 2018-07-31 Carnegie Mellon University Process mapping of transient thermal response due to value changes in a process variable
EP2865465B1 (en) 2013-09-27 2018-01-17 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for manufacturing a metallic component by additive laser manufacturing
US9573224B2 (en) 2014-09-02 2017-02-21 Product Innovation & Engineering, LLC System and method for determining beam power level along an additive deposition path
US20170304895A1 (en) 2014-10-01 2017-10-26 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
US10112262B2 (en) 2014-10-28 2018-10-30 General Electric Company System and methods for real-time enhancement of build parameters of a component
DE102017101567A1 (de) * 2017-01-26 2018-07-26 Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Den Bundesminister Für Wirtschaft Und Energie, Dieser Vertreten Durch Den Präsidenten Der Bundesanstalt Für Materialforschung Und -Prüfung (Bam) Verfahren zum simulieren eines auftreffens von partikeln oder strahlung auf einem objekt, computerprogramm dafür, computersystem zur ausführung des computerprogramms, und verwendung eines computers
US10888924B2 (en) * 2017-01-27 2021-01-12 Raytheon Technologies Corporation Control for powder fusion
US20180345382A1 (en) 2017-06-06 2018-12-06 General Electric Company Systems and methods for fabricating a component with a simulated laser array
US20190070787A1 (en) * 2017-08-10 2019-03-07 William Marsh Rice University Machine learning enabled model for predicting the spreading process in powder-bed three-dimensional printing

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103495729A (zh) * 2013-09-03 2014-01-08 航天特种材料及工艺技术研究所 大尺寸钛铝基合金的激光立体成形方法
CN104959604A (zh) * 2015-07-23 2015-10-07 华中科技大学 一种成形区域温度梯度可控的高能束选区熔化方法与设备
CN106480449A (zh) * 2015-09-02 2017-03-08 沈阳大陆激光工程技术有限公司 一种激光制造大型型材万能轧机水平辊的方法
CN107116790A (zh) * 2016-02-25 2017-09-01 通用电气公司 激光粉末床加性制造的多变量统计过程控制
WO2018086882A1 (en) * 2016-11-14 2018-05-17 SLM Solutions Group AG Method, use and apparatus for producing a single-crystalline work piece
CN207205270U (zh) * 2017-04-14 2018-04-10 华南理工大学 一种3d打印逐层检测反求零件模型及定位缺陷装置
CN108062432A (zh) * 2017-11-17 2018-05-22 西安铂力特增材技术股份有限公司 一种激光选区熔化过程的数值模拟方法
CN108399280A (zh) * 2018-01-30 2018-08-14 南京理工大学 一种预测激光选区熔化成型件变形的有限元仿真方法
CN108399307A (zh) * 2018-03-14 2018-08-14 大连交通大学 一种激光3d打印有限元模拟方法
CN108772562A (zh) * 2018-05-11 2018-11-09 上海大学 基于选区激光熔化的钴铬合金粉末成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11565315B2 (en) 2023-01-31
DE102019220370A1 (de) 2020-07-02
US20200206814A1 (en) 2020-07-02
CN111375764A (zh) 2020-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111375764B (zh) 对用于选择性激光熔化增材制造的熔池特性进行模拟
Bikas et al. Additive manufacturing methods and modelling approaches: a critical review
US10449632B2 (en) Spatter reduction laser scanning strategy in selective laser melting
JP7009706B2 (ja) 熱及び歪みモデリングを用いて付加製造スキャンパスを生成する方法及び装置
JP5015326B2 (ja) 三次元物体の製造方法
JP2018536560A (ja) 付加製造プロセスおよび装置のための機械制御
EP3710187B1 (en) Methods and systems for repairing powder containment structures
US11230051B2 (en) Homogenization of the energy input
US11850661B2 (en) Method of segmenting object to be manufactured by energy input parameter and passing energy beam across segments
JP6384826B2 (ja) 三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および三次元積層造形プログラム
EP3094472B1 (en) Processing slice data for an additive manufacturing system
CN109072600B (zh) 3d打印
CN110814341B (zh) 具有动态辊旋转速度调节的粉末床熔合增材制造系统和方法
TW201843031A (zh) 決定列印程序參數值之方法、控制3d列印機之方法、電腦可讀式儲存媒體及3d列印機
US20190091935A1 (en) Generative layer construction method having improved detail resolution, and device for carrying out the same
US20210206068A1 (en) 3d printer and build module
WO2018052297A1 (en) Apparatus for producing an object by means of additive manufacturing and method of using the apparatus
US20220032367A1 (en) Additive manufacturing systems and methods including build characteristic contribution profiles
US20220032549A1 (en) Additive manufacturing systems and methods including build characteristic contribution profile
US20240082920A1 (en) Thermal stress and substrate damage reducing additive manufacturing method
JP2023528956A (ja) 作業手段、特にスキージの移動速度が重要な領域で減少する、３ｄ構造物を作製する方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant