CN111655461A - 增材制造过程的验证 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及验证部件(202)的构建的方法，在所述方法中，所述部件(202)在增材制造过程中通过材料分层固结进行构建。所述方法包括在所述增材制造过程中构建(101)验证制品(201)连同所述部件(202)，用表面感测探头(18)测量(103，104)所述验证制品(202)的特征以确定所述特征的测量几何尺寸，以及基于所述特征的测量几何尺寸与期望尺寸之间的比较来判定所述部件(202)的构建合格与否。本申请还涉及一种用于所述方法的验证制品(201)。

Description

增材制造过程的验证
技术领域
本发明涉及用于验证增材制造过程的方法和设备，具体地但非排他地涉及确定增材构建是否在可接受的加工窗口内进行。
背景技术
用于生产部件的增材制造或快速成型方法包括可流动材料的逐层固化。存在不同的增材制造方法，包括粉末床系统，诸如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(eBeam)和光固化立体造型；以及非粉末床系统，诸如熔融沉积造型，包括丝材电弧增材制造(WAAM)。
在选择性激光熔化中，将粉末层沉积在构建室中的粉末床上，并且用激光束扫描粉末层的与正在构造的工件的截面(剖切面)相对应的部分。激光束将粉末熔化或烧结以便形成固化的层。在层的选择性固化之后，使粉末床降低新固化的层的厚度，并且根据需要在表面上铺展另一层粉末并使其固化。在单一构建中，可以构建不只一个部件，这些部件在粉末床中间隔开。
增材制造的优点在于可以构建使用减材制造技术不可能构建或构建起来极其困难的部件。例如，增材制造可以用于构建部件内的复杂的格子结构、多孔结构、以及适形冷却通道。确定此类特征是否按规格构建(例如，使用常规接触探测技术)可能是困难的(如果不是不可能的话)，这是因为例如对感兴趣的特征的接触可能极其受限。在减材制造中，为了机加工某一特征，应用工具来机加工表面。对表面有足够的接触来进行机加工通常意味着对该表面会有足够的接触以进行探测。然而，对于增材制造并非如此。
可以使用非接触方法(例如CT扫描)用于分析增材构建的部件，但这些方法昂贵且耗时，因此不适用于部件的批量生产。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种验证部件的构建的方法，在该方法中，该部件在增材制造过程中通过材料分层固结进行构建，该方法包括在增材制造过程中验证制品连同部件的构建，用表面感测探头测量该验证制品的特征以确定该特征的测量几何尺寸，以及基于该特征的测量几何尺寸与期望尺寸之间的比较来判定该部件的构建合格与否。
验证制品的特征作为使用表面感测探头较难或不可能测量的部件的特征尺寸的代用品。验证制品上的特征被布置成使用表面感测探头容易且相对快速地测量，并且用于产生提供对部件中使用表面感测探头较难测量的至少一个特征的洞察的数据。
该期望尺寸可以包括可接受的尺寸范围(比如，约为平均值的范围)，并且判定该部件的构建合格与否可以包括将该测量几何尺寸与该可接受的尺寸范围进行比较。
判定构建合格与否可以包括确定构建是否不合规格(即，构建规格)，这种不合规格可能构成构建失效(符合/不符合条件)。在特征的几何尺寸中的偏差与构建的失效模式之间可能存在已知的相关性。这种已知的相关性可以存储在查找表中。该方法可以包括使用偏差搜索查找表来识别是否已经出现失效模式。
判定构建合格与否可以包括确定部件是否应经受另外的测试(比如CT扫描)，以确定部件是否满足预设部件规格。
表面感测探头可以是需要从探头感测元件到正被测量的表面的“视线”以便对该表面进行测量的探头，例如探头无法对通过固体材料(例如验证制品的材料)与探头感测元件分开的表面进行测量。表面感测探头可以包括接触式或触觉式表面感测探头，例如接触触发式探头或扫描探头，其中，接触元件与表面发生接触。替代性地，表面感测探头可以包括非接触式探头，比如视觉探头、电容式感测探头或涡流感测探头。
该方法可以包括在坐标定位机(例如坐标测量机、机床或计量仪，比如英国雷尼绍(Renishaw)公司的EquatorTM计量系统)上测量验证制品的特征。
测量尺寸可以是验证制品的特征与标准(或“金制的”)制品的标称相同的特征的偏差。标准制品可以是具有相应特征的机加工制品，或是在增材制造过程中构建的、例如通过使用其他(可能更慢的)测试方法(例如CT扫描)被验证为可接受的验证制品的另一个(标称相同的)制品。标准制品的尺寸可以使用坐标定位机(CMM)确定，而(非标准)制品的绝对尺寸可能无法确定而是在测定过程中与标准制品的尺寸进行比较。这种测定过程可以与在通过援引并入本文的WO 2011/107729和WO 2011/107746中描述的方法一致。
可以将测量尺寸与在多个增材制造过程中构建的、被验证为可接受的多个其他验证制品的(标称相同的)特征的统计数据(比如平均尺寸)进行比较。统计数据可以包括尺寸的平均(中心)值以及特征的尺寸的可接受值的标准偏差。该方法可以包括确定测量尺寸是否落在根据平均值和标准偏差值确定的可接受的加工窗口之外。这类统计数据可以通过基于合适的实验设计(DOE)的构建进行收集，以捕获在符合构建规格的构建中可能出现的预期变化。
将验证制品与标准制品进行比较可以包括在测量期间将验证制品和标准制品定位在坐标定位机内的大概相同的位置。相应地，该方法可以包括在该验证制品和该标准制品中每一者的测量期间，使用相同的夹具以将该标准制品和该验证制品两者都安装在该坐标定位设备中的大致相同的位置。
在增材制造过程期间，验证制品可以被构建在可移除的构建基板(比如，如在US5753274中描述的构建基板)上，并且其上具有验证制品的可移除的构建基板被安装在坐标定位机中以用于测量验证制品。验证制品可以构建在构建基板上的多个预设位置中的一个预设位置上。相应地，验证制品可以出现在坐标定位设备的测量体积内的多个位置中的一个位置。为了将标准制品(其可以是未被连接至构建基板的机加工部件)定位在大致相同位置上，该方法可以包括：使用安装板将标准制品安装在坐标定位设备中，该安装板上具有对齐特征，当构建基板安装在坐标定位设备中时这些对齐特征用于将标准制品定位在与构建基板上的验证制品的预设位置相对应的多个位置中的任一位置。以此方式，针对验证制品在测量体积中的多个位置，单个标准制品可以用于主导坐标定位设备。
替代性地，至少一个特征的尺寸可以与按设计规格(例如CAD模型等)限定的标称尺寸进行比较。
可以根据测量几何尺寸确定以下构建属性中的一个或多个构建属性：
1)部件在评估方向上的缩放误差(材料从粉末到液体然后到固体的相变致使材料体积收缩。相应地，考虑到这种收缩，增材制造的部件典型地构建成稍大尺寸(或缩放))；
2)光斑补偿误差(熔池典型地比用于形成熔池的能量束的光斑直径大。相应地，在部件的边缘，调节光斑的定位，以确保熔池不会将部件的期望范围之外的材料凝固。这种调节被称为光斑补偿)；
3)构建该验证制品的、因此也是该部件的受控环境的属性，例如环境的湿度、用于移除在增材制造过程中产生的颗粒的气流的适当性、环境中的氧含量；
4)构建板与构建(Z)方向的对齐误差；
5)扫描参数的适当性；
6)能量束品质；
7)构建期间光学元件的清洁度；
8)束偏转；
9)定量异常；
10)能量束扫描仪校准的漂移，例如激光束扫描仪的转向光学元件漂移；
11)能量束扫描仪聚焦光学元件的漂移，例如激光束扫描仪动态聚焦光学元件的漂移。
这些属性是构建的特征，理想情况下这些属性在构建之间以及在机器之间是固定的，但事实上，这些属性可以变化并且区别于扫描参数(比如激光功率、扫描速度、曝光时间、点距离和光斑大小)，这些扫描参数可以作为构建设计的一部分、由操作者改变，以便获得希望的结果。
该特征可以包括至少两个平行的平面表面，该至少两个平行的平面表面在与这两个或更多个平面表面垂直的评估方向上间隔开。该方法包括在评估方向上测量该至少两个平行的平面表面的相对位置，以及确定测量相对位置与期望相对位置之间的偏差。该偏差可以提供验证制品在评估方向的缩放(如果有的话)的测量。该方法可以包括如果验证制品在评估方向的缩放落在可接受的加工窗口之外，则确定在部件的构建中出现失效。
评估方向可以是与工作平面垂直的方向(以下称为“Z方向”，以用于确定Z缩放)，在增材制造过程中在该工作平面中形成层。
评估方向可以是与工作平面平行的方向(用于确定XY缩放)，在增材制造过程中在该工作平面中形成这些层。
可以通过对至少两个平行的平面表面所确定的多个偏差进行求平均来确定缩放。
在该增材制造过程期间，该验证制品可以被构建为与部件分开的物体(验证制品和部件两者可以被构建成连接至同一构建基板，但稍后在从构建基板上拆卸时分开)。替代性地，验证制品可以被构建成在增材制造过程期间集成到部件中(并且可选地，稍后与其分开)。
该方法可以包括将对关于该构建的信息进行编码的标记构建到验证制品中。例如，信息可以包括构建设置，例如构建时间和日期中的一个或多个；材料参数；验证制品被构建的增材制造机器的标识号、机器设置(例如，扫描参数)；唯一制品标识号以及验证制品在增材制造机器的构建体积中的构建位置。标记可以通过使用表面扫描探头读取。该标记可以包括一个或多个编码特征，每个编码特征在该验证制品的表面上具有设定形状(比如凸起的点)，其中，通过形成不同尺寸的该设定形状(比如高度、深度或宽度)来对该信息进行编码。尺寸变化不必是二进制变化(低-高或宽/窄)，而是包括大于2的多个尺寸变化，这允许使用基数大于2的一系列凸起的特征对信息进行编码(尽管应当理解的是，本发明不限于使用位置计数法对数据进行编码的系统，例如，可以使用具有编码特征的可能不同尺寸中的每个尺寸对不同的数量级进行编码)。
该方法可以包括在与验证制品一起构建的部件上构建编码特征，从而使部件与验证制品相关联。以此方式，如果部件在今后(例如在使用期间)失效，
根据本发明的第二方面，提供了一种验证部件的构建的方法，在该方法中，该部件在增材制造过程中通过材料分层固结进行构建，该部件与具有用表面感测探头可测量的特征的验证制品一起构建，该方法包括接收通过用该表面感测探头测量该特征所获得的该特征的测量几何尺寸，确定该特征的测量几何尺寸与期望尺寸的偏差，以及基于该偏差判定该部件的构建合格与否。
根据本发明的第三方面，提供了一种确定在本发明的第一方面或第二方面的方法中使用的期望尺寸的方法，该方法包括：执行多次构建，其中，每次构建包括部件连同验证制品的构建，用表面感测探头测量每个制品的特征以确定该特征的测量几何尺寸，验证每个部件以确定该部件是否满足该部件的预先确定的规格，以及根据与被认为满足预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的测量几何尺寸来确定期望尺寸。
每次构建可以包括构建标称相同的制品和包括具有标称相同的扫描参数的标称相同的部件。然而，其他因素可能不同，比如环境温度、湿度、粉末状况及年限(潜在地影响颗粒大小分布、氧化作用、以及保湿性)、用于从气体流中移除颗粒的过滤器的年限、构建基板与执行构建的增材制造机器的对齐。可以进行实验设计以便捕获构建规格内的预期的变化。
该期望尺寸可以包括与被认为满足这些预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的测量几何尺寸的平均值。这些期望尺寸还可以包括测量几何尺寸关于平均值的标准偏差和/或几何尺寸关于平均值的可接受的值的范围。
可以使用与表面感测装置不同的或附加的感测装置或用于测量每个制品的特征的不同手段来验证每个部件。例如，可以使用来自CT扫描的测量值对部件进行验证，或者可以对部件进行破坏性测试。
通过执行此方法，验证制品的几何尺寸可以与标称相同的部件的合格相关，使得对于未来的构建，仅测量验证制品并且将测量几何尺寸与期望尺寸进行比较就足以验证部件的构建。
该方法可以包括在部件的后续批量制造的加工窗口内、在变化的条件下执行多次构建。例如，构建可以在多个不同的针对批量制造的类型的机器上、在不同环境条件下、以及用不同批次的材料等进行。
根据本发明的第四方面，提供了一种确定在本发明的第一方面或第二方面的方法中使用的期望尺寸的方法，该方法包括接收多个制品的特征的测量几何尺寸，每个制品是在多个标称相同的构建中使用增材制造过程与部件一起构建的，这些测量几何尺寸是通过用表面感测探头测量该特征确定的，接收验证每个部件是否满足该部件的预先确定的规格的数据，以及根据与被认为满足这些预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的测量几何尺寸来确定期望尺寸。
根据本发明的第五方面，提供了一种实行增材制造设备的变化管理的方法，该方法包括用增材制造设备执行多次构建，其中，每次构建包括对验证制品的构建，每个制品具有标称相同的特征，用表面感测探头测量每个制品的标称相同的特征以确定该特征的测量几何尺寸，以及基于在整个该多次构建中测量几何尺寸的趋势生成需要维护该增材制造设备的标志。
根据本发明的第六方面，提供了一种实行增材制造设备的变化管理的方法，该方法包括接收多个制品的标称相同的特征的测量几何尺寸，每个制品在增材制造设备中在单独的构建中构建，这些测量几何尺寸是通过用表面感测探头测量该标称相同的特征确定的，以及基于在整个该多次构建中测量几何尺寸的趋势生成需要维护该增材制造设备的标志。
根据本发明的第七方面，提供了一种将在增材制造设备的整个构建体积中的构建结果相关联的方法，该方法包括在构建体积中在不同位置处构建多个标称相同的制品，用表面感测探头测量这些验证制品中的每个验证制品的特征的几何尺寸，以及比较每个制品的测量几何尺寸以获得该构建体积中的一个位置的构建结果与该构建体积中的其他位置的构建结果之间的关联性。
构建结果可能是针对上述属性中的一个或多个属性。
该方法可以允许操作者根据构建体积中的一个位置处的验证制品的构建结果插补在构建体积中的其他位置处的构建性质。相应地，根据在未来构建的构建体积中的一个位置中对应制品的构建，可能获得在构建体积的其他位置处的构建结果的“健康性”的指示。
根据本发明的第八方面，提供了一种将在增材制造设备的整个构建体积中的构建结果相关联的方法，该方法包括接收用表面感测探头测量的多个标称相同的制品中的每个标称相同的制品的特征的几何尺寸，在该构建体积中在不同位置处构建该多个标称相同的制品，以及比较每个制品的测量几何尺寸以获得该构建体积中的一个位置的构建结果与该构建体积中的其他位置的构建结果之间的关联性。
根据本发明的第九方面，提供了一种数据载体，指令存储在该数据载体上，当处理器执行这些指令时，使所述处理器执行本发明第二方面、第四方面、第六方面和/或第八方面的方法。
数据载体可以是用于向机器提供指令的合适介质，诸如非暂态数据载体，例如软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、Blu Ray(TM)光盘、存储器(诸如Memory Stick(TM)、SD卡、紧凑型闪存卡等)、磁盘驱动器(诸如硬盘驱动器)、磁带、任何磁性/光学存储器；或暂态数据载体，诸如在导线或光纤上的信号或无线信号，例如在有线或无线网络上发送(诸如互联网下载、FTP传输等)的信号。
根据第十方面，提供了一种与本发明的第一方面至第八方面的方法结合使用的验证制品，该验证制品包括可用表面感测探头测量的特征。
验证制品可以被设计成具有在增材制造过程期间通常不会由于下垂或热应力而失效的特征。
根据本发明的第十一方面，提供了一种将信息编码到使用增材制造过程构建的物体中的方法，其中，该物体通过材料分层固结进行构建，该方法包括将对关于该构建的信息进行编码的标记构建到验证制品中，该标记可使用表面扫描探头读取。
例如，信息可以包括构建设置，例如构建时间和日期中的一个或多个；材料参数；验证制品被构建的增材制造机器的标识号、机器设置(例如，扫描参数)；唯一制品标识号以及验证制品在增材制造机器的构建体积中的构建位置。
该标记可以包括一个或多个编码特征，每个编码特征在该验证制品的表面上具有设定形状(比如凸起的点)，其中，通过形成不同尺寸的该设定形状(比如高度、深度或宽度)来对该信息进行编码。尺寸变化不必是二进制变化(低-高或宽/窄)，而是包括大于2的多个尺寸变化，这允许使用基数大于2的一系列凸起的特征对信息进行编码(尽管应当理解的是，本发明不限于使用位置计数法来对数据进行编码的系统，例如，可以使用具有编码特征的可能不同尺寸中的每个尺寸对不同的数量级进行编码，而不是单个数量级内的不同数位，其中，编码特征的位置表示量级)。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施例的方法的流程图；
图2是根据本发明的实施例的验证制品的透视图；
图3是图2所示的验证制品的平面视图；
图4是图2所示的验证制品的侧视图；
图5是图2所示的验证制品沿平面A-A的截面视图；
图6是图2所示的验证制品沿平面B-B的截面视图；并且
图7是图2所示的验证制品沿平面C-C的截面视图。
具体实施方式
参见附图，根据本发明的实施例的验证部件的构建的方法包括在增材制造过程中构建101验证制品201连同部件202，其中，部件通过材料分层固结进行构建。在此实施例中，增材制造过程是粉末床熔融过程，其中，能量束(比如激光或电子束118)在工作平面110上扫描，以在粉末床104中在选定位置处熔化粉末床104的粉末。可供用于构建的构建体积是由构建平台112在构建套筒111中可降低的程度来限定。
在构建基板105上构建验证制品201和部件202。验证制品201通过支撑件227a至227d连接至构建基板105，并且验证制品在验证过程结束时或在验证过程期间可从构建基板上拆卸。部件202也可以通过易碎支撑件可拆卸地附接至构建基板105，使得该部件可以从构建基板上移除、或者构建基板105(整个或一部分)可以形成最终部件的一部分。部件202可能包括使用表面感测探头(比如接触式探头18)无法容易测量的特征，例如内部适形通道209a、209b。
在增材制造过程已经完成之后，构建基板105、与附接至其上的验证制品201和部件202从增材制造设备上移除，以便使用坐标定位机的接触式探头18测量验证制品201。在此实施例中，坐标定位机是计量仪8(比如RenishawTM EquatorTM计量仪)，该计量仪通过将部件的测量值与标称相同的标准制品进行比较来验证部件。
计量仪8典型地是坐标定位机，该坐标定位机可能无法在部件的范围之外提供精确测量，但是可以在小的测量空间(例如几毫米的体积)内提供可复验的测量。这使得这种计量仪适合于比较性测量，其中，期望在正被测量的部件与标准制品之间的偏差等于或小于可以实现可复验的测量的测量空间的大小。
为了进行这种比较，通过用计量仪8测量标准制品206来首先“校正”102计量仪8。标准制品206可以是具有与增材制造制品的特征相对应的特征(但不一定与那些相对应的特征完全相同)的机加工部件(例如，该机加工部件可以包括圆边沉孔(这些圆边沉孔易于机加工但是难以使用增材制造可靠地构建)而不是泪珠状沉孔(这些泪珠状沉孔可以使用增材制造可靠地构建但是难以机加工))，或者标准制品206可以是根据已经通过其他手段检查满足构建规格的构建的增材制造制品。
标准制品206是由与验证制品201相同的材料构建，使得制品201、206两者均经受相似的热膨胀和收缩。
在计量仪8的测量体积内、在某一位置测量标准制品206，该位置大致与随后测量验证制品201的位置相对应。可以在构建基板105上在多个预先确定的位置中的一个位置上构建验证制品201。使用安装板207确保标准制品206在测量体积中在对应的位置定位。安装板207包括对齐特征，这些对齐特征用于将标准制品206与预先确定的位置中的任一位置对齐(虚线指示将标准制品206在安装板207上在另一个位置定位)。在替代性实施例中，验证制品201从构建基板205移除，并且标准制品206和制品201两者均安装在测量体积中的共同的夹具中。当构建基板的厚度是未知的或可变时，后一实施例可能是优选的。
于是，构建基板105(其上附接有验证制品201和部件202)安装在计量仪8上的测量体积中，并且使用计量仪8测量103验证制品201的特征。构建基板105可以具有与安装板207相同的截面，使得使用与用于安装该安装板207相同的夹具来将构建基板105安装在构建体积中，从而确保两者都安装在测量体积中的相同的位置。由于验证制品201被构建在构建基板105上的特定位置，所以以此方式固定构建基板105应该确保验证制品201位于测量体积中的所需位置。
将验证制品201的特征的几何测量值与标准制品206的对应特征的几何测量值进行比较，并且如在下文中更详细讨论的，基于这种比较来判定部件202的构建合格与否。构建未能满足预设要求可能导致部件202的报废。对于多次构建1至N，可以按103至104相继执行此验证。
测量步骤102至104可以在控制器22的控制之下是半自动或全自动的。控制器22可以包括在软件的控制之下的处理器，当执行该软件时控制器使处理器执行如本文所描述的方法。
在验证之后，验证制品201可以与构建基板105分开并且被存储为构建过程的记录。对验证制品201的存储允许在今后(例如在部件202失效的情况下)重新测量制品。
以此方式，不是通过测量部件202本身而是通过测量验证制品201来验证部件的构建，该验证制品作为部件202的不可测量或难以测量的特征是否已正确构建的代用品。验证制品201的特征可以设计成使得这些特征可以使用接触式探头18容易地测量。
参照图2至图6，在此实施例中，验证制品201包括通过四个直立柱221a至221d、以及四个泪珠状特征232、233、234、235连结的两个平行的平面220a、220b。下平面220a的面积比上平面220b的面积大。上平面220b、直立柱221a至221d、以及四个泪珠状特征222a至222d形成从下平面220a延伸的大致立方体部分229。上平面表面220b具有两个沉孔224、228，在这两个沉孔中在孔内在不同深度分别具有平行的平面表面224a、224b以及228a、228b。这些表面224a、224b、228a、228b还与平面220a、220b平行。
验证制品201包括对齐特征，这些对齐特征有助于操作者将验证制品201在坐标定位设备中定向。在此实施例中，立方体区段229具有三个被倒角的拐角225a至225c以及一个直角拐角225d。这些倒角具有不同的几何比例，在此实施例中具有不同尺寸。这些拐角225a至225d提供可视和可测量特征，以用于将验证制品201在希望的取向上正确对齐。
四个泪珠状特征232、233、234、235也包括沉孔，这些沉孔在孔内的不同深度分别具有平行的平面表面232a、232b；233a、233b；234a、234b以及235a、235b。平面表面232a、232b；233a、233b；234a、234b；235a、235b与平面220a、220b、平面表面224a、224b、以及228a、228b垂直。每个泪珠状特征232、233、234、235的后部面以与被指定用于目标材料增材构建的下垂阈值角度相等或比其大的角度延伸。在此实施例中，阈值角度与水平成45度或更大，使得这些后部面最终汇聚在一起，以形成对于上平面220b的组合支撑。然而，在不同材料的情况中可以使用不同的阈值角度，因此验证制品201可以针对不同的材料改变。
角撑(angular strut)223a至223d以某一角度(比如45度)从每个柱221a至221c的两侧延伸至上平面220b。
下平面表面220a由总体形状为倒金字塔的格子结构226支撑。五个支撑件227a至227d从下平面表面220a和/或格子结构226下方延伸。大多数面向下的表面与水平以大于阈值角度的角度延伸，小于该阈值角度，则在熔融过程期间熔化的材料将有下垂的可能性。验证制品的原理是，如果增材制造设备被校准且正确运行，则将使用所选的增材制造过程构建该验证制品。验证制品被设计成使得即使构建正好在预先确定的规格外运行，验证制品的构建也不太可能出现下垂、裂纹或扭曲。面向下的表面的角度、小的水平桥接表面的角度、以及良好支撑的平面表面的角度确保了这种情况。(典型地在增材制造过程的选择中将不使用验证制品，例如选择合适的扫描参数/扫描条件用于构建该部件。其他制品可以用于这类开发，例如拉伸测试棒)。
关于构建的信息，例如构建时间和日期中的一个或多个；材料参数；验证制品被构建的增材制造机器的标识号、机器设置(例如，扫描参数)；唯一制品标识号以及验证制品在增材制造机器的构建体积中的构建位置可以被硬编码到验证制品201中。在此实施例中，在平面表面220a中形成了呈凸起的圆形“点”240形式的编码特征。这些编码特征可以通过接触式探头18来测量。每个点的高度被赋予值。在此实施例中，这些点包括两个可能的高度，从而允许以二进制16位字格式对信息编码。例如，不同高度可以是粉末床各层的层厚度的不同倍数。典型地，层厚度将为20微米至100微米，并且这类差异可以使用坐标定位机容易地得以解决，尽管可能必须考虑“飞溅”以及烧结的粉末颗粒引入的噪音。在此实施例中，高度差为0.5mm或大约10层。立方体区段229的不同成形的拐角225a至225d用作识别16位字从哪里开始和结束的标识符。然而，应当理解的是，编码特征的开始和结束可以通过其他唯一几何特征来识别。
在此实施例中，被编码在编码特征240内的16位字是用于该验证制品201的唯一标识符，并且可以用于识别数据库内的记录，在该数据库中存储了几何制品的测量值。
可以使用相同或不同的唯一标识符将与验证制品一起构建的部件类似地链接至验证制品和/或数据库记录。这种标识符可以在增材制造过程期间被结构性地编码到部件中或者可以在后续过程中应用至部件。
通过比较验证制品201的几何尺寸与标准制品206的对应特征的偏差，可以验证多个构建属性在构建规格内。这可以由计算机程序自动执行。这些属性可以包括：
Z缩放
对制品201的平面表面220a、220b、224a、224b、228a和228b的相对位置的测量给出了在垂直于工作平面110的Z-方向上构建的缩放是否已经正确补偿了部件202在Z-方向上出现的收缩。验证制品201的这些相对位置与标准制品206的那些相对位置的比较提供了与“金制的”或“理想的”构建的构建偏差的测量。如果偏差在构建的可接受的过程变化之外，则可以认为部件的构建失败。
XY缩放
对制品201的平面表面232a、232b；233a、233b；234a、234b和235a、235b的相对位置的测量给出了在与工作平面110平行的XY方向上构建的缩放是否已经正确补偿了部件202在XY方向上出现的收缩。验证制品201的这些相对位置与标准制品206的那些相对位置的比较提供了与“金制的”或“理想的”构建的构建偏差的测量。如果偏差在构建的可接受的过程变化之外，则可以认为部件的构建失败。
光斑补偿
一旦缩放已经被考虑到竖直平面表面232a、232b；233a、233b；234a、234b以及235a、235b的测量值中，则可以根据这些表面232a、232b；233a、233b；234a、234b以及235a、235b的测量位置与标准制品的平均偏差来确定对光斑补偿的测量。
为了根据标准制品确定可接受的过程变化，可以执行一系列构建并使用单独的测量技术进行测试，以确定构建是否满足构建规格。例如，可以使用标准技术(比如CT扫描和破坏性测试)测量这些构建的部件。然后对根据测试被认为是成功的构建的验证制品进行测量，例如通过与标准制品206的对比性测量值，并且确定几何尺寸与标准制品的几何尺寸之间的可接受的过程变化。可以将多个制品构建为实验设计的一部分，以识别成功构建时出现的过程变化。
确定可接受的过程变化可以进一步包括在整个构建体积的不同位置处构建多个制品，以使验证制品的几何尺寸的变化与构建体积中的位置相关。
应理解的是，在不背离本文所描述的本发明的情况下，可以对所描述的实施例进行改变和修改。

Claims (31)

1.一种验证部件的构建的方法，在所述方法中，所述部件在增材制造过程中通过材料分层固结进行构建，所述方法包括：在所述增材制造过程中构建验证制品连同所述部件；用表面感测探头测量所述验证制品的特征以确定所述特征的测量几何尺寸；以及基于所述特征的测量几何尺寸与期望尺寸之间的比较来判定所述部件的构建合格与否。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望尺寸包括可接受的尺寸范围，并且判定所述部件的构建合格与否包括将所述测量几何尺寸与所述可接受的尺寸范围进行比较。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，判定所述构建合格与否包括确定所述构建是否不合规格。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，判定所述构建合格与否包括确定所述部件是否应进行另外的测试。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面感测探头包括接触式或触觉式表面感测探头。
6.根据权利要求5所述的方法，包括在坐标定位机上测量所述验证制品的所述特征。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述验证制品的所述特征的测量尺寸与标准制品的标称相同的特征的尺寸进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，包括在测定过程中将所述验证制品的所述特征的测量尺寸与所述标准制品的标称相同的特征的尺寸进行比较。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述测量尺寸与在多个增材制造过程中构建的被验证为可接受的多个其他所述验证制品的所述特征的统计数据进行比较。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述验证制品和所述标准制品中的每一者的测量期间，使用相同的夹具以将所述标准制品和所述验证制品两者都安装在所述坐标定位设备的大致相同的位置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述增材制造过程期间将所述验证制品构建在可移除的构建基板上，以及将所述可移除的构建基板与其上的所述验证制品安装在所述坐标定位机的设定位置上以测量所述验证制品。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述测量几何尺寸确定以下构建属性中的一个或多个构建属性：
i.部件在评估方向上的缩放；
ii.光斑补偿误差；
iii.构建所述验证制品的、因此也是构建所述部件的受控环境的属性；
iv.构建板与构建方向的对齐；
v.扫描参数的适当性；
vi.能量束品质；
vii.所述构建期间光学元件的清洁度；
viii.束偏转；
ix.定量异常；
x.能量束扫描仪校准的漂移；以及
xi.能量束扫描仪聚焦光学元件的漂移。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述特征包括至少两个平行的平面表面，所述至少两个平行的平面表面在与所述至少两个平面表面垂直的评估方向上间隔开，所述方法包括测量所述至少两个平行的平面表面在所述评估方向上的相对位置，以及确定所述测量的相对位置与期望的相对位置之间的偏差。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述评估方向是与工作平面垂直的方向，在所述增材制造过程中所述层形成在所述工作平面中。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述评估方向是与工作平面平行的方向，在所述增材制造过程中所述层形成在所述工作平面中。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述增材制造过程期间，所述验证制品被构建为与所述部件分开的物体。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括将对关于所述构建的信息进行编码的标记构建到所述验证制品中，所述标记可使用所述表面扫描探头读取。
18.一种验证部件的构建的方法，在所述方法中，所述部件在增材制造过程中通过材料层状固结进行构建，所述部件与具有用表面感测探头可测量的特征的验证制品一起构建，所述方法包括：接收通过用所述表面感测探头测量所述特征所获得的所述特征的测量几何尺寸；确定所述特征的测量几何尺寸与期望尺寸的偏差；以及基于所述偏差判定所述部件的构建合格与否。
19.一种确定有待在前述权利要求中任一项所述的方法中使用的期望尺寸的方法，所述方法包括：执行多次构建，其中，每次构建包括部件连同验证制品的构建；用表面感测探头测量每个制品的特征以确定所述特征的测量几何尺寸；验证每个部件以确定所述部件是否满足所述部件的预先确定的规格；以及根据与被认为满足所述预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的测量几何尺寸来确定期望尺寸。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，每次构建包括构建标称相同的制品和包括具有标称相同的扫描参数的标称相同的部件。
21.根据权利要求19或权利要求20所述的方法，其中，所述期望尺寸包括与被认为满足所述预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的平均测量几何尺寸。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述期望尺寸还包括几何尺寸关于平均值的标准偏差和/或几何尺寸关于平均值的可接受的值的范围。
23.一种确定有待在权利要求1至18中任一项所述的方法中使用的期望尺寸的方法，所述方法包括：接收多个制品的特征的测量几何尺寸，每个制品在多次标称相同的构建中使用增材制造过程与部件一起构建，所述测量几何尺寸通过用表面感测探头测量所述特征确定；接收验证每个部件是否满足所述部件的预先确定的规格的数据；以及根据与被认为满足所述预先确定的规格的部件一起构建的验证制品的测量几何尺寸来确定所述期望尺寸。
24.一种实行增材制造设备的变化管理的方法，所述方法包括：用所述增材制造设备执行多次构建，其中，每次构建包括对验证制品的构建，每个验证制品具有标称相同的特征；用表面感测探头测量每个制品的标称相同的特征以确定所述特征的测量几何尺寸；以及基于在整个所述多次构建中所述测量几何尺寸的趋势生成需要维护所述增材制造设备的标志。
25.一种实行增材制造设备的变化管理的方法，所述方法包括：接收多个验证制品的标称相同的特征的测量几何尺寸，每个验证制品在所述增材制造设备中在单独的构建中构建，所述测量几何尺寸通过用表面感测探头测量所述标称相同的特征确定；以及基于在整个所述多次构建中所述测量几何尺寸的趋势生成需要维护所述增材制造设备的标志。
26.一种将在增材制造设备的整个构建体积中的构建结果相关联的方法，所述方法包括：在所述构建体积中不同位置处构建多个标称相同的制品；用表面感测探头测量所述验证制品中的每个验证制品的特征的几何尺寸；以及比较每个制品的所述测量几何尺寸以获得所述构建体积中的一个位置的构建结果与所述构建体积中的其他位置的构建结果之间的关联性。
27.一种将在增材制造设备的整个构建体积中的构建结果相关联的方法，所述方法包括：接收用表面感测探头测量的多个标称相同的制品中的每个标称相同的制品的特征的几何尺寸，所述多个标称相同的制品在所述构建体积中不同位置处构建；以及比较每个制品的所述测量几何尺寸以获得所述构建体积中的一个位置的构建结果与所述构建体积中的其他位置的构建结果之间的关联性。
28.一种数据载体，所述数据载体上存储有指令，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行权利要求18、23、25和27中任一项所述的方法。
29.一种与权利要求1至27中任一项所述的方法结合使用的验证制品，所述验证制品包括用表面感测探头可测量的特征。
30.一种将信息编码到使用增材制造过程构建的物体中的方法，其中，所述物体通过材料层状固结进行构建，所述方法包括将对关于所述构建的信息进行编码的标记构建到所述验证制品中，所述标记可使用表面扫描探头读取。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述标记包括一个或多个编码特征，每个编码特征在所述验证制品的表面上具有设定形状，其中，通过形成不同尺寸的所述设定形状来对所述信息进行编码。
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