CN111512249A - 用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品 - Google Patents

用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品 Download PDF

Info

Publication number
CN111512249A
CN111512249A CN201880082085.9A CN201880082085A CN111512249A CN 111512249 A CN111512249 A CN 111512249A CN 201880082085 A CN201880082085 A CN 201880082085A CN 111512249 A CN111512249 A CN 111512249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
component
angle
coating
parting plane
code
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.)
Granted
Application number
CN201880082085.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111512249B (zh
Inventor
O·盖森
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN111512249A publication Critical patent/CN111512249A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111512249B publication Critical patent/CN111512249B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/39Traceability, e.g. incorporating identifier into a workpiece or article
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus 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
    • B22F12/90Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/032Observing, e.g. monitoring, the workpiece using optical means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342Build-up welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE 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
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/38Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/80Data acquisition or data processing
    • B22F10/85Data acquisition or data processing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2203/00Controlling
    • B22F2203/15Controlling weight
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/06Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools
    • B22F7/062Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite workpieces or articles from parts, e.g. to form tipped tools involving the connection or repairing of preformed parts
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/49Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49018Laser sintering of powder in layers, selective laser sintering SLS
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Abstract

本发明提出了一种用于构件(100)的结构(10)的增材构造的方法,其中该方法包括以下步骤:在建筑板(2)上提供用于构件(100)的预制的部件(1),其中该部件(1)具有分型平面(TE);为该结构(10)提供由基础材料制成的粉末床(P);使建筑板(2)靠近涂覆装置(50);将加工面(BE)和部件(1)的分型平面(TE)定向,以防止在部件(1)和涂覆装置(50)之间发生碰撞;并且对粉末床的表面(O)进行光学测量。

Description

用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种用于构件的结构的增材构造的方法、一种相应的计算机程序产品、一种测量装置和一种固定装置。
背景技术
构件优选被设置用于流体机械中,优选用于燃气涡轮机的热气路径中。构件优选地由镍基合金或超合金构成,特别是镍基或钴基超合金。合金可沉淀硬化或分散硬化。
生成制造方法或增材制造方法例如作为粉末床工艺包括选择性激光熔化(SLM)或激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM)。
例如从EP 2 601 006 B1中已知一种用于选择性激光熔化的方法。增材制造方法已被证明特别有利于复合的或复杂的或微丝设计的构件,例如迷宫式结构、冷却结构和/或轻型结构。通过特别短的工艺步骤链进行增材制造是特别有利的,因为构件的生产步骤或制造步骤可直接在相应CAD文件的基础上进行。
此外,增材制造对于原型的开发或制造是特别有利的,而借助于传统的减材方法或切割方法或铸造技术无法制造原型或无法有效地制造原型。
该方法优选地涉及一种混合制造方法,其中借助于选择性激光熔化方法或电子束熔化方法来构造预制部件上的结构。该应用优选地涉及构件、特别是涡轮机零件的维修或修理过程。
为了将选择性激光熔化方法或电子束熔化方法用于所述应用,必须在建筑板或固定在其上的预制部件与待施加的新结构之间进行精确定向,因为通常限定SLM工艺的加工平面的涂覆机必须在几微米的严格精度公差内工作,以便在加工平面(粉末床)上涂覆新粉末。
例如,如果应在其上涂覆新粉末层的加工平面与由涂覆机的运动限定的涂层平面不完全平行,则会导致待构造的结构或整个构件的几何形状发生偏差。此外,在与所构造的结构定向不良的情况下,建筑板在精加工步骤或增材构造步骤中将无法或很难用于制造工艺的参考,因为在涂覆机或涂层装置与(预制)部件之间存在碰撞的风险。
发明内容
因此,本发明的目的是提出一种简化或实现在已经预制的部件上进行结构的增材构造的装置。在此说明的装置特别是可实现或简化在部件的加工面或涂层面与分型平面之间的精确定向。
该目的通过独立权利要求的主题内容实现。有利的设计方案为从属权利要求的主题内容。
本发明的一个方面涉及一种用于构件的结构的增材构造的方法,包括在建筑板上提供用于构件的预制的部件。该部件优选固定在建筑板上。此外,该部件还优选具有分型平面。分型平面优选为平坦的表面,分型平面将同时用于结构的增材构造,以使结构通过该平面(材料配合地)与部件连接。优选地通过机械加工步骤来限定或露出分型面或分型平面。
该方法还包括提供用于结构的由基础材料形成的粉末床。
该方法还包括使建筑板靠近涂层装置或涂覆机。
该方法还包括将部件的加工面(加工平面或涂层面)和分型平面定向,以防止在部件与涂层装置之间发生碰撞。
该方法还包括对粉末床的表面进行光学测量,例如借助于带光扫描仪。
在一种设计方案中,在通过涂覆装置以基础材料涂覆加工面期间对表面进行测量。这种设计方案可使光学测量过程以省时的方式并且与涂覆过程并行地进行。
在一个设计方案中,在涂覆装置的返回运动期间对表面进行测量。这种设计方案同样可使光学测量过程以省时的方式并且与涂覆过程并行地进行。
在一个设计方案中,在增材构造期间,优选地尽可能在每个被照射或固化的涂层之前或之后,对表面逐层地进行光学测量。通过这种设计方案可有利地监控结构的整个构造过程,并且还可以防止涂覆装置的碰撞和整个增材制造设备的损坏。此外,可以创建部件和/或结构的3D模型,并且例如作为数字孪生可以用于其他的增材构造方法或维修方法。
在一个设计方案中,确定在加工面与分型面之间的角度以进行定向。
在一种设计方案中,通过对部件的例如从加工面突出的部分进行光学测量来确定角度。这种设计方案有利地使得可以确定在加工面/涂层面与分型平面之间的角度。
在一个设计方案中,借助于挡光板使建筑板靠近涂覆装置。
在一个设计方案中,将建筑板逐渐抬高以使其靠近,直到所述挡光板受到干扰。通过这种设计方案使得可特别方便且有利地进行靠近。
在一个设计方案中,在测量期间在部件的分型平面中以光学方式识别或读取代码,该代码包含关于部件的几何形状和/或定向的信息。通过该设计方案,被设置用于对粉末床表面进行光学测量的仪器、测量装置或硬件可以同时有助于增材制造方法的自动化,并且可以将代码例如读取到相应的数据处理设备中。
在一个设计方案中,建筑板是不平的,并且加工面被定义为“最佳拟合”计算的结果。该设计方案有利地使得可以使用先前已用过的建筑板,该建筑板例如不一定为了进一步的增材制造工艺已通过复杂机械加工(特别是铣削、腐蚀或高精度磨削)而进行了平整化。通过在所述方法中使建筑板靠近涂覆装置,可以考虑到建筑板的不平度,并且例如即使建筑板的加工面不平坦也可以防止其与涂覆装置碰撞。
本发明的另一方面涉及一种用于构件的结构的增材构造的方法,包括将用于构件的预制部件固定在固定装置中,使得部件的分型平面定向为平行于在固定装置中被引导的支架的参考表面,支架例如为柱塞或活塞的夹紧面。
该方法还包括检测在加工面或涂层面与分型平面之间的角度。
该方法还包括提供用于该结构的由基础材料制成的粉末床。
该方法还包括在加工面上的结构的增材构造,其中通过测量或通过读取代码(参见上文)来检测角度,并且该角度被考虑用于增材构造,以使加工面特别是相对于部件的分型平面定向。
就部件的加工面和分型平面的定向而言,该方法可以代表上述方法的替代解决方案。
通过用于结构的增材构造的所述方法特别是呈现了增材制造方法的自动化或标准化的显著优点。附加或替代地,由此可以改善所述工艺、特别是基于粉末床的增材制造工艺以及相应制造的构件的可靠性、效率和质量。
在公司和客户之间的网络(“物联网”)越来越密集的工业变革过程中,所述方法可以进一步越来越多地用于增材制造方法的自动化和/或相应制造的构件的认证和相应数据采集的自动化,从而提供构件的“数字孪生”。
在一个设计方案中,支架是标准化的并且具有机器可读的代码,其中该代码可由装置读取。
在一种设计方案中,固定装置在背离支架的一侧是透明的。这有利地使得可借助于摄像机对所述角度(接触角)进行光学测量。
在一种设计方案中,部件通过特别是透明的填充材料被固定在固定装置中。除了例如通过所述测量装置可以测量角度之外,这种设计方案还使得可以有利地固定构件。
在一个设计方案中,借助于摄像机通过将支架优选地旋转360°并且存储部件和支架之间的最小角度来测量该角度。
本发明的另一方面涉及一种计算机可读的介质、计算机程序或计算机程序产品,包括指令,在通过计算机或数据处理设备运行程序时,该指令使得其将关于部件分型平面例如相对于加工面的相对位置的信息读取到计算机中,并且借助于CAM方法重新进行结构的涂层划分(“切片”)和/或辐照参数、特别是辐照矢量的确定。
本发明的另一方面涉及一种测量装置,该测量装置与用于涂覆加工面的涂覆装置耦连以进行增材构造,其中该测量装置还被设计用于如上所述的表面的逐层光学测量。
本发明的另一方面涉及一种装置或固定装置(如上所述),包括支架和引导部,引导部被设计用于直线地引导支架,其中该支架是标准化的并且具有机器可读的代码,例如QR代码和/或RFID代码。
此外,在本文中与方法有关的设计方案、特征和/或优点还可适用于计算机程序/计算机程序产品、测量装置和/或固定装置,反之亦然。
附图说明
下面将参考附图说明本发明的其他细节。其中:
图1示出了预制构件和涂覆装置的一部分的示意性剖视图或侧视图。
图2示出了构造在预制部件上的结构的示意性剖视图或侧视图。
图3示出了构造在预制部件上的结构的替代的示意性剖视图或侧视图。
图4示出了预制部件的示意性剖视图或侧视图。
图5示出了测量装置的示意性剖视图或侧视图。
图6示出了测量装置的替代图5的示意性剖视图或侧视图。
图7示出了具有支架的装置的示意性剖视图或侧视图,其中固定有部件。
图8示出了与图7相比旋转了180°的装置。
图9示出了装置的对于图8的替代设计方案。
图10以示例性设计方案示出了图7至图9的支架的示意图。
图11借助于装置示出了根据本发明的方法的方法步骤。
图12至图17进一步示出了根据本发明的方法的一部分。
图18示出了CAM方法的至少一部分作为增材工艺链的一部分。
图19至图21与图18类似地示出了根据本发明的方法的方法步骤。
具体实施方式
在实施例和附图中,相同或作用相同的元件可分别具有相同的附图标记。所示出的元件及其相互之间的大小关系原则上可视为不是按比例绘制,而是为了更好地表示和/或更好地理解,可能以夸张的较粗或较大的尺寸示出各个元件。
图1以示意性剖视图或侧视图示出了建筑板2,在建筑板2上布置有部件1。建筑板2具有平坦的表面(未明确标记)。部件1布置在该表面上,例如固定在其上。部件1优选地已布置在建筑板2上,以便通过基于粉末床的方法,特别是通过选择性激光熔化方法或电子束熔化方法进一步被构造或者以这种方式具有结构(参见附图中的附图标记10)。
在替代性设计方案中,建筑板2具有不平坦的表面,例如没有高精确地研磨或以其他方式加工的表面,使得如果将部件布置在建筑板2上,则在部件1的几何形状已知的情况下部件相对于建筑板的定向不是明确限定的。
部件1具有分型截面、分型面或分型平面TE。分型平面TE优选通过机械加工步骤而露出,其中例如去除了构件100的磨损部分区域。
在大多数情况下,该分型截面TE不平行于构件100或部件1的在此紧邻建筑板2的基面(未明确标记)。在图1中可看出,分型平面TE与建筑板2的表面不平行地延伸。此外,分型平面与加工平面或加工面BE被设定成或围成不为零的角度。加工面BE例如可以由涂覆机或涂覆装置50限定。
涂覆装置50还具有刮板51,刮板51优选沿X方向和/或Y方向在粉末床(参见附图中的P)上移动,以便为结构10的构造而涂覆新的粉末层或基础材料层。
如果例如部件1的一部分突出于虚线所示的加工平面之外,即例如从粉末床突出,则存在所述部分区域与刮板51碰撞的危险,该刮板为了结构的增材构造(涂层)例如从右向左沿加工平面BE移动或引导。
图2以侧视图或剖视图示出了构件100的目标几何形状。在构件1上优选地通过基于粉末床的增材方法(SLM或EBM)构造了结构10,即通过分型平面TE与部件1冶金连接。图2优选地示出了结构10在部件1上的正确定向。
图3示出了在不良定向的情况(实际几何形状)下构件100的几何形状或构造。例如,在图3的构件100中,已构造的结构10同样通过分型平面TE与部件1连接,然而与图2相比该构造使得所施加的涂层与分型平面TE不平行地延伸。换言之,可能的加工平面BE未与分型平面TE平行地定向。
图4示出了部件1的示意性剖视图或侧视图,其中分型截面TE(类似于图1中的图示)相对于部件1的其他表面以不为0°和90°的角度定向。
类似于图1中的图示,图5示出了建筑板2,并且例如在增材制造装置(未明确示出)中实施的根据本发明的涂覆装置50。此外,该涂覆装置50还具有测量装置20。替代地,测量装置20可以与涂覆装置50耦连,其中测量装置20还被设计用于对建筑板2或布置在建筑板2上的粉末床的表面逐层地进行光学测量。此外,测量装置20例如还可以具有带光扫描仪、线扫描仪、红外扫描仪和/或热成像设备或类似装置,例如用于测量涂层质量或构造质量。测量装置20或所述扫描仪优选地被设计为确定粉末床以及由照射装置、激光或电子束熔化的区域的不平度和/或拓扑结构。特别是可以在涂覆过程中(相应的运动在图5中由指向左侧的箭头表示)检测粉末床的拓扑结构(在此未明确标记),并且可以在返回运动(从左向右运动)中确定相应熔化的和/或压实的粉末或基础材料的拓扑结构。通过这种设计方案,可以确定并存储用于构件100的结构10的每个单独涂层的信息(参见图2和图3),其中同时可以记录对结构缺陷、收缩或变形、未熔化的区域、异物、瑕疵或台阶的及早识别。
涂覆装置50还可以包括挡光板(未明确标记),借助于该挡光板可使建筑板(在相应的生产设备中)靠近涂覆装置或加工平面。建筑板2特别是可通过所述靠近的方式向上逐步升高到加工平面BE,直到在图5中例如设置在刮板51附近的相应挡光板受到干扰。
为了自动定向建筑板2,必须在第一次“涂覆机运行”时避免碰撞。所述挡光板可以确保在涂覆机平面BE和建筑板2之间不会小于特定的距离,例如10mm。替代地或附加地,可以为X方向和Y方向设置多个挡光板。建筑板2会自动升高,直到挡光板的信号使该运动停止。如果在安装建筑板之后挡光板受到干扰,则建筑板会自动降低,直到产生距离并且信号再次使该运动停止。然后确定第一次运行中的角度。
通过围绕X轴和Y轴旋转,可以将建筑板定向为平行于加工平面BE。第二次“涂覆机运行”(返回运动)仍可以继续控制该定向。
图6示出了在建筑板2的表面上表明具有对应表面O的粉末床P的情况。例如正是在涂覆过程中由测量装置20对表面O进行光学测量。这可以对于每个或每两个涂层(参见附图中的附图标记11)通过测量装置20来进行。
例如,在对粉末床P的表面进行光学测量期间,可以在部件1的分型平面TE中以光学方式识别代码,其中该代码包含关于部件1的几何形状和/或定向的信息。替代地或附加地,可以从一开始就考虑该信息,以便避免在部件或结构10的一部分与涂覆装置50(特别是刮板51)之间的碰撞。
图7示出了本发明的另一方面。特别是示出了固定装置或装置30,利用固定装置可以改善例如在构件或预制部件上待施加的结构的定向。换言之,可以如上所述使分型平面TE和加工面BE或涂覆平面的定向得以简化和/或自动化。
测量装置30包括支架31。此外,测量装置30还包括引导部32。支架31优选沿所绘制的方向(在此为垂直方向)可移动地布置在引导部中。此外,部件1布置在引导部32中,使得部件1的分型平面TE优选地定向为平行于支架31的参考表面RO。部件1的分型平面TE在此优选是部件1的下表面,即与支架对置的一侧(参见图7)。支架31优选地将部件1至少部分地固定或夹紧在引导部32中。
此外,支架31可以是标准化的。支架31优选地还具有机器可读的代码C,例如QR代码和/或RFID代码。所述代码C可以有利地通过相应的介质由装置20读取,从而可识别支架31。
在一个设计方案中,装置30还可以具有透明的底部34或在背离支架31的一侧透明的结构。该底部例如可以由玻璃或丙烯酸玻璃形成或者包含这些材料。此外,底部34还优选地使得可以例如通过集成照明自动地读取在分型截面TE中引入的代码(参见上文)。特别是如果在装置30中支架的定向和位置或定向角(参见上文)是已知的并且该信息包含在代码中,则该信息例如可以被分配给支架31的所述代码并且可被读取。
图8示出了装置30相对于图7旋转了180°的设计方案。
在图9中示出了另一设计方案。根据该设计方案,可以通过开口33将填充材料37引入到装置30中,以用于固定部件1。填充材料37优选地被填充到装置30中,以便嵌入构件。
图10示出了支架31的俯视图或剖视图,其以内表面36表示。通过内表面36可以例如简化地进行支架31的旋转运动,该内表面36例如是非对称表面或偏离圆柱形的表面。
此外,在图11中还通过开口33附近的箭头表明了将填充材料37填充到引导部32中。
例如,在填充材料37硬化之后,可以将支架31和构件或部件1从引导部32中取出,这由未示出引导部32的图12表明。
此外,填充材料37可以是环氧树脂。替代地,填充材料可以具有例如可通过化学反应选择性地又被去除的材料。
图13以替代性设计方案示出了部件1还可以通过挂钩或钩子35与支架31连接。
此外,通过透明的底部34还可以优选以光学的方式检测在参考表面RO和部件1与之邻接的表面之间的角度α。
对于部件1上的结构的进一步增材构造,所述角度α可以对应于分型平面TE和加工面之间的角度(参见上文)。
例如参照图14所示的角度可特别是通过摄像机38以光学的方式被检测。图14中的弯曲箭头表明在测量角度α期间支架31优选地旋转360°,其中进一步测量并存储相应于最小接触面(参见图16中的圆圈)的角度。
分型截面TE的位置由长度L的高度测量(见图17)、旋转角度和相对于接触面的角度α决定,并且可以自动存储在系统中。
图15示出了支架31和部件1之间的角度α。
图16示出了支架31和部件1之间的接触面(参见圆圈)。
在图17中进一步标明了部件1的角度α和垂向长度L。
图18示出了由多个涂层11组成的构件100的示意图。
图19示出了构件100或构件模型的示意性剖视图或侧视图。
该模型可至少部分地构成CAD文件和/或CAM文件。所示构件的下半部分绘制为填满的,旨在表示上述部件1。构件100的上半部分以划线示出,即由单个涂层11组成,其旨在说明用于例如包括所谓“切片”的增材制造的CAM方法。此外还可看出,构件100的从下半部分到上半部分的过渡部和/或侧壁不是笔直的,而是下半部分(部件)和在其上构造和/或建模的上半部分(上层结构)未正确地定向(参见图3)。此外,在图19中还示出了角度β,角度β表明在部件1和增材构造(或结构10)之间的不良定向或相应的对称主轴线。角度β例如可以最大约为3°、5°、10°。
例如,可以在软件、计算机程序或计算机程序产品中提出、定义和/或存储所述角度β。
通过根据本发明的方法,优选地从大于或者大于等于3°(或5°、10°或者更大)的角度β开始例如借助于CAM(计算机辅助制造)方法自动化地进行构件100的涂层划分(参见图18),特别是辐射矢量的“切片”和重新计算。这优选以不影响构件质量(例如结构质量、缺陷密度、抗热裂性)的方式进行,否则构件的显著突出的区域可能受到影响。
如果例如分型截面TE的位置是已知的并且例如存储在过程控制和文档系统中,则此信息可以用于生成CAM文件。替代地,可以对构件100进行3D测量(扫描),并且可以将分型截面或其位置作为元素输出。该元素可以进一步被标记为SLM工艺的构造面。从关于构造面(分型截面)和最终构件的目标几何形状的信息中可以个体化地生成用于增材(SLM)构造的CAM文件。构件100优选地通过部件的倾斜角度和旋转角度被重新“切片”或划分为涂层(参见上文)。此外,通过分型截面TE的位置还可以确定应开始进行结构10的增材构造的涂层。
利用所述方法,在用于构造的CAM方法的最后步骤中可以采用X-Y位置(结构空间中的横向位置)和根据上述方法检测的角度。所需的信息例如可预先存储在数据库中。
所述方法可以在计算机程序中实现并且其结果可以由计算机程序产品描述,该方法特别是可以包括指令,该指令使得计算机将关于部件1的分型平面TE的相对位置的信息读取到计算机或数据处理设备(未明确标记)中,并且借助于CAM方法重新执行结构10的涂层划分11和/或辐照参数的确定。
不同于图19,在图20中特别是可以看出,构件100或其CAD模型在此在不限制构件100的通用性或几何形状自由性的情况下显示为十字形,其具有直线的侧面。就结构10的外轮廓而言,图20所示的涂层11的涂层划分优选地不同于图19。也就是说,根据所述方法已重新定义了涂层划分(参见上文)。
不同于图19,图21示出了根据本发明的在部件1和结构10之间的定向(目标几何形状)。图20中所示的构件100优选地借助于在此说明的工艺(在建模或CAD设计之后)也进行了增材构造。如上所述,构件100包括部件1和(增材构造的)结构10。该结构的上部区段以不同于下部区域的阴影线标记。此外还可看出,所述角度β等于0。换言之,该定向与图19所示的定向相比是最佳的。
在此根据本发明的方法特别是呈现了用于检测角度的替代解决方案(参见上文),这些方法特别是被提供用于构件100的结构10的增材构造,并且可以包括以下步骤/特征(参见图22):
–a)在建筑板2上提供用于构件100的预制的部件1,其中该部件1具有分型平面TE,
–b)为结构10提供由基础材料制成的粉末床P,
–c)使建筑板2靠近涂覆装置50,
–d)将加工面BE和部件1的分型平面TE定向,以防止在部件1和涂覆装置50之间发生碰撞,并且
–e)对粉末床的表面O进行光学测量。
此外还可包括以下方法步骤:
–f)将用于构件100的预制的部件1固定在固定装置30中,使得部件1的分型平面TE定向为平行于在固定装置10中引导的支架31的参考表面RO,
–g)检测在加工面BE和分型平面TE之间的角度α,并且
–h)在加工面BE上增材构造该结构10,其中通过测量或通过读取代码C来检测角度,并且该角度被考虑用于增材构造,以使加工面BE特别是相对于部件1的分型平面TE定向。
本发明不限于基于实施例的说明,而是包括任意新特征和特征的任意组合。这特别是包括专利权利要求中的特征的任意组合,即使该特征或该组合本身在专利权利要求或实施例中未明确指定。

Claims (16)

1.一种用于构件(100)的结构(10)的增材构造的方法,包括以下步骤:
–在一个建筑板(2)上提供用于所述构件(100)的一个预制的部件(1),其中所述部件(1)具有一个分型平面(TE),
–为所述结构(10)提供由基础材料制成的一个粉末床(P),
–使所述建筑板(2)靠近一个涂覆装置(50),
–将一个加工面(BE)和所述部件(1)的所述分型平面(TE)定向,以防止在所述部件(1)和所述涂覆装置(50)之间发生碰撞,并且
–对所述粉末床的一个表面(O)进行光学测量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在通过所述涂覆装置(50)以所述基础材料(P)涂覆所述加工面(BE)期间对所述表面(O)进行测量。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中在所述结构(10)的增材构造期间对所述表面(O)逐层地进行光学测量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中确定在所述加工面(BE)与所述分型平面(TE)之间的角度(α)以进行所述定向。
5.根据权利要求4所述的方法,其中通过对所述部件(1)的例如从所述加工面(BE)突出的部分进行光学测量来确定所述角度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中借助于一个挡光板进行所述建筑板(2)的靠近,并且将所述建筑板(2)逐渐抬高,直到所述挡光板受到干扰。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中在所述测量期间在所述部件(1)的所述分型平面(TE)中以光学方式识别一个代码(C),并且其中所述代码(C)包含关于所述部件(1)的几何形状和/或定向的信息。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述建筑板(2)是不平的,并且所述加工面被定义为“最佳拟合”计算的结果。
9.一种用于构件的结构(10)的增材构造的方法,包括以下步骤:
–将用于所述构件(100)的一个预制的部件(1)固定在一个固定装置(30)中,使得所述部件(1)的一个分型平面(TE)定向为平行于在所述固定装置(10)中引导的一个支架(31)的一个参考表面(RO),
–检测在一个加工面(BE)和所述分型平面(TE)之间的角度(α),并且
–为所述结构(10)提供由基础材料制成的一个粉末床(P),
–在所述加工面(BE)上增材构造所述结构(10),其中通过测量或通过读取一个代码(C)来检测所述角度(α),并且所述角度(α)被考虑用于所述增材构造,以使所述加工面(BE)特别是相对于所述部件(1)的所述分型平面(TE)定向。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述支架是标准化的并且具有一个机器可读的代码(C),并且其中所述代码(C)能够由所述装置(30)读取。
11.根据权利要求9所述的方法,其中所述固定装置(30)在背离所述支架(31)的一侧(34)是透明的。
12.根据权利要求9或10所述的方法,其中所述部件(1)通过填充材料(37)被固定在所述固定装置(30)中。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法,其中借助于一个摄像机(38)通过将所述支架(31)旋转360°并且存储所述部件(1)和所述支架(31)之间的最小角度(α)来测量所述角度(α)。
14.一种计算机程序产品,包括指令,在通过计算机运行所述程序时,所述指令使得所述计算机将关于部件(1)的分型平面(TE)的相对位置的信息读取到所述计算机中,并且借助于CAM方法重新进行结构(10)的涂层划分(11)和/或辐照参数的确定。
15.一种测量装置(20),所述测量装置(20)与用于涂覆加工面(BE)的一个涂覆装置(50)耦连以进行增材构造,其中所述测量装置(20)还被设计为根据权利要求1至13中任一项所述用于对表面(O)逐层地进行光学测量。
16.一种固定装置(30),包括一个支架(31)和一个引导部(32),所述引导部(32)被构造用于直线地引导所述支架(31),其中所述支架(31)是标准化的并且具有一个机器可读的代码(C),例如QR代码和/或RFID代码。
CN201880082085.9A 2017-12-19 2018-11-19 用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品 Active CN111512249B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017223223.4A DE102017223223A1 (de) 2017-12-19 2017-12-19 Verfahren für den additiven Aufbau einer Struktur und Computerprogrammprodukt
DE102017223223.4 2017-12-19
PCT/EP2018/081736 WO2019120810A1 (de) 2017-12-19 2018-11-19 Verfahren für den additiven aufbau einer struktur und computerprogrammprodukt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111512249A true CN111512249A (zh) 2020-08-07
CN111512249B CN111512249B (zh) 2023-12-15

Family

ID=64500352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880082085.9A Active CN111512249B (zh) 2017-12-19 2018-11-19 用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11583956B2 (zh)
EP (1) EP3676675B1 (zh)
CN (1) CN111512249B (zh)
DE (1) DE102017223223A1 (zh)
WO (1) WO2019120810A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113888716A (zh) * 2021-10-08 2022-01-04 广东工业大学 一种面向数字孪生的场景轻量化方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE2100059A1 (en) * 2021-04-22 2022-10-23 Sandvik Machining Solutions Ab Method and device for determining the position of a base device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040107080A1 (en) * 2001-03-02 2004-06-03 Nikolaj Deichmann Method for modelling customised earpieces
CN102186649A (zh) * 2008-10-17 2011-09-14 亨斯迈先进材料(瑞士)有限公司 针对快速成型设备的改进
CN104050314A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 西科尔斯基飞机公司 用于多功能组件的增材拓扑优化制造
CN105142827A (zh) * 2013-04-19 2015-12-09 联合工艺公司 用于增材制造的构建板和装置
CN105188993A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 麦特法布公司 用于增材制造装置的料盒和方法
EP3012603A1 (de) * 2014-10-21 2016-04-27 Qube Ing UG Verfahren und computerprogramm zur erfassung und quantifizierung von kenngrössen in einem produktionsprozess
US20170052534A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 George K. Ghanem System and method for joining workpieces to form an article
US20170120335A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Seurat Technologies, Inc. Variable Print Chamber Walls For Powder Bed Fusion Additive Manufacturing
DE102016200303A1 (de) * 2016-01-13 2017-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur und computerlesbares Medium

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19649865C1 (de) * 1996-12-02 1998-02-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers
DE102005025348B4 (de) * 2005-05-31 2007-08-02 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers sowie Sensoreinheit zu dessen Durchführung
EP2415552A1 (en) 2010-08-05 2012-02-08 Siemens Aktiengesellschaft A method for manufacturing a component by selective laser melting
DE102012011217A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
DE102013221385A1 (de) * 2013-10-22 2015-04-23 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung eines geometrisch dreidimensional strukturierten Werkstücks und Werkstück
WO2016040453A1 (en) 2014-09-10 2016-03-17 The Exone Company Three-dimensional printing progress verification methods and apparatuses
US20160085944A1 (en) * 2014-09-18 2016-03-24 Enki Technology, Inc. Glass coating specification library
DE102014014888A1 (de) * 2014-10-13 2016-04-14 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Verfahren zur Einrichtung und Justierung einer Bauplatte
DE102016121673A1 (de) * 2016-11-11 2018-05-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Positionieren einer Bauplattform in einer Vorrichtung zur generativen Fertigung
DE102017219559A1 (de) * 2017-11-03 2019-05-09 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur Vermessung eines Basiselements einer Bauzylinder-Anordnung, mit Ablenkung eines Messlaserstrahls durch eine Scanner-Optik

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040107080A1 (en) * 2001-03-02 2004-06-03 Nikolaj Deichmann Method for modelling customised earpieces
CN102186649A (zh) * 2008-10-17 2011-09-14 亨斯迈先进材料(瑞士)有限公司 针对快速成型设备的改进
CN104050314A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 西科尔斯基飞机公司 用于多功能组件的增材拓扑优化制造
CN105188993A (zh) * 2013-03-15 2015-12-23 麦特法布公司 用于增材制造装置的料盒和方法
CN105142827A (zh) * 2013-04-19 2015-12-09 联合工艺公司 用于增材制造的构建板和装置
EP3012603A1 (de) * 2014-10-21 2016-04-27 Qube Ing UG Verfahren und computerprogramm zur erfassung und quantifizierung von kenngrössen in einem produktionsprozess
US20170052534A1 (en) * 2015-08-21 2017-02-23 George K. Ghanem System and method for joining workpieces to form an article
US20170120335A1 (en) * 2015-10-30 2017-05-04 Seurat Technologies, Inc. Variable Print Chamber Walls For Powder Bed Fusion Additive Manufacturing
DE102016200303A1 (de) * 2016-01-13 2017-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Modellierung einer Kontaktstruktur und computerlesbares Medium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113888716A (zh) * 2021-10-08 2022-01-04 广东工业大学 一种面向数字孪生的场景轻量化方法
CN113888716B (zh) * 2021-10-08 2022-04-01 广东工业大学 一种面向数字孪生的场景轻量化方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019120810A1 (de) 2019-06-27
US20200391324A1 (en) 2020-12-17
DE102017223223A1 (de) 2019-06-19
EP3676675B1 (de) 2024-01-03
US11583956B2 (en) 2023-02-21
CN111512249B (zh) 2023-12-15
EP3676675C0 (de) 2024-01-03
EP3676675A1 (de) 2020-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Leach et al. Geometrical metrology for metal additive manufacturing
US20220355550A1 (en) Apparatus for manufacturing three dimensional shaped object, and method for manufacturing structure
EP3238865B1 (en) Additive manufacturing process with in situ inspection of metallic objects
Mercado Rivera et al. Additive manufacturing methods: techniques, materials, and closed-loop control applications
EP3084129B1 (en) Additive manufacturing apparatus and method
Neef et al. Low coherence interferometry in selective laser melting
US20180275634A1 (en) Improvements in or relating to the control of a chain of machines, including an additive manufacturing machine, in the manufacture of a workpiece
CN101219528B (zh) 燃气涡轮机轮叶和叶片的水射流剥离和再定轮廓
EP3366883A1 (en) Methods and system for turbine component repair with additive manufacturing
WO2015009397A1 (en) Quality control of additive manufactured parts
CN111512249B (zh) 用于结构的增材构造的方法和计算机程序产品
JP6822822B2 (ja) 構成部品をモニタリングするための方法
CN107206679A (zh) 用于制造三维结构件的方法
CN109937114B (zh) 用于对用于增材制造构件的构造平台进行位置确定的方法
EP3689502B1 (en) Tooling assembly for magnetically aligning components in an additive manufacturing machine
Zhang et al. Voxel-based geometry reconstruction for repairing and remanufacturing of metallic components via additive manufacturing
JP2020104524A (ja) 三次元造形物製造装置
CN111655461A (zh) 增材制造过程的验证
Bere et al. Methodology for evaluate the form deviations for formula one nose car
Selak et al. Evaluation of localization systems for CNC machining of large FRPC parts
CN114450584A (zh) 层叠造形系统
CN109562454B (zh) 用于增材制造构件的方法和设备
Dsouza Experimental evolutionary optimization of geometric integrity in Fused Filament Fabrication (FFF) Additive Manufacturing (AM) process
Böß et al. Design of individual re-contouring processes
JP6740319B2 (ja) 3次元の物体を付加製造する装置のための位置データを決定する方法

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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20211105

Address after: Munich, Germany

Applicant after: Siemens energy Global Co.,Ltd.

Address before: Munich, Germany

Applicant before: SIEMENS AG

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant