CN114929412B - 快速开发增材制造参数集的方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括控制系统，该控制系统限定具有多个特征类型的多个特征的测试零部件。控制系统控制增材制造(AM)机器打印测试零部件的多个副本，并且每个副本根据用作打印参数的相应的值集来打印。测量系统获得测试零部件的每个副本的计算机断层扫描(CT)图像。对于多个特征类型中的每个特征类型，分析系统分析CT图像以识别打印参数的选定值集。分析系统识别与第一特征相关的CT图像的一部分，并基于平均灰度值评估其密度。然后，控制AM机器针对产品零部件的每个特征类型、根据打印参数的选定值集打印产品零部件。

Description

快速开发增材制造参数集的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月18日提交的美国临时申请NO.62/937150的权益。上面引用的申请的全部公开内容通过引用并入于此。
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明由卡尔·蔡司工业计量有限责任公司(Carl Zeiss IndustrialMetrology LLC)和美国能源部橡树岭国家实验室的管理和运营承包商UT-Battelle有限责任公司之间的NFE-19-07705号开发协议做出。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开涉及元件制造，更具体地，涉及开发用于增材制造(additivemanufacturing)的制造参数的系统和方法。
背景技术
增材制造允许制造零部件、而不需要构造模子或模具的资本投资。这使得小批量零部件的制造成本更低，速度更快，并且设计和制造之间的交付时间更短。事实上，有了增材制造，甚至可以按需生产单个零部件。增材制造可允许形成在使用传统工艺时难以或不可能形成的零部件。
然而，增材制造带来了独特的挑战。使用增材制造的特定零部件的实际生产通常比传统制造工艺慢得多，因为增材制造依赖于一层又一层地构造零部件。这与铸造或注塑成型等传统技术形成对比，在传统技术中，整个零部件是一次生产的。
零部件的表面质量和内部特征可能因用于打印零部件的打印参数而异。减小打印扫描之间的间隔可以允许更精细的分辨率，但是减慢了制造过程，并且可能导致零部件质量的其他问题(例如，来自多个通道的重叠热负荷可能导致变形)。
零部件的不同部分可能需要不同的打印参数。例如，具有金属和/或聚合物成分的粉末可用于增材制造工艺，例如选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)。在示例性的基于激光的工艺中，可以调整扫描速度、激光功率、影线间距(hatch spacing)和层间距，以生产具有令人期望的表面光滑度且没有内部缺陷的成品零部件。开发这些参数是数周或数月的过程，并且对于增材制造的广泛部署以及保持所制造的零部件的质量一致而言，这是重大的负担。
在此提供的背景技术描述是为了总体呈现本公开的背景。在本背景技术部分的描述的程度上，当前署名的发明人的工作、以及在提交时可能不符合现有技术描述的各个方面，既非明确也非隐含地被认为是本公开的现有技术。
发明内容
在本说明书的以下概括中，根据一个或多个以下条款定义了本发明的重要方面。
一种设备，包括控制系统，该控制系统被配置为限定具有多个特征类型的多个特征的测试零部件。多个特征包括第一特征，该第一特征是主体类型。控制系统被配置为控制增材制造(AM)机器来打印测试零部件的多个副本。AM机器根据多个打印参数操作。控制系统被配置为针对多个副本中的每一副本生成多个打印参数的值集。控制系统被配置为控制AM机器根据多个打印参数的相应的值集来打印多个副本中的每一副本。该设备包括测量系统，该测量系统被配置为获得测试零部件的每个副本的计算机断层扫描(CT)图像。该设备包括分析系统，该分析系统被配置为针对多个特征类型中的每一特征类型分析CT图像以识别多个打印参数的选定值集。分析系统被配置为识别与第一特征相关的CT图像的一部分，并基于CT图像的该部分的平均灰度值评估第一特征的密度。控制系统被配置为控制AM机器针对产品零部件的每个特征类型、根据多个打印参数的选定值集来打印产品零部件(production parts)。
在其他特征中，控制系统被配置为响应于新的打印材料被引入AM机器，控制AM机器打印测试零部件的多个副本。在其他特征中，打印材料是粉末。在其他特征中，AM机器使用选择性激光烧结(SLS)。在其他特征中，对于多个副本中的每一副本，多个打印参数的值集不同于多个副本中的所有其他副本。在其他特征中，控制系统被配置为控制AM机器针对至少一个特征类型，响应于多个打印参数的选定值集导致至少一个品质特征低于阈值，打印测试零部件的第二批次的多个副本。
在其他特征中，该设备包括样品支架，该样品支架被配置为保持多个副本的第一部分。样品支架包括至少一个具有已知密度值的校准标准。分析系统被配置为根据至少一个校准标准的测量值和已知密度值之间的关系来校准CT图像的值。在其他特征中，多个特征类型包括主体类型、垂直翼片类型、孔类型和杆类型。在其他特征中，多个特征类型包括主体类型、垂直翼片类型、水平圆柱孔类型、垂直圆柱孔类型、水平杆类型和垂直杆类型。
在其他特征中，多个特征类型包括主体类型和倾斜翼片类型。从多个副本中移除具有倾斜翼片类型的特征。使用光学显微镜和坐标测量机中的至少一种来测量具有倾斜翼片类型的特征。在其他特征中，分析系统被配置为将测试零部件的每个副本的CT图像与测试零部件设计对准，以识别测试零部件的每个副本上的多个特征中的每个特征。
在其他特征中，分析系统被配置为通过读取测试零部件上的唯一标识符来识别测试零部件的每个副本。作为通过AM机器进行打印的一部分，创建测试零部件的副本的唯一标识符。在其他特征中，分析系统被配置为使用光学字符识别(OCR)来读取唯一标识符。在其他特征中，唯一标识符包括一维条形码和二维条形码中的至少一个。
在其他特征中，多个特征类型包括限定在测试零部件的外表面内的外围和距该外表面的预定距离。在其他特征中，分析系统被配置为使用X射线衍射成像、X射线对比断层扫描、基于扫描电子显微镜(SEM)的电子背散射衍射(EBSD)和光学(光)显微镜中的至少一种来分析测试零部件的每个副本的微观结构。
一种方法，包括定义具有多个特征类型的多个特征的测试零部件。多个特征包括第一特征，该第一特征是主体类型。该方法包括：控制增材制造(AM)机器来打印测试零部件的多个副本。AM机器根据多个打印参数操作。该控制步骤包括：针对多个副本中的每一副本生成多个打印参数的值集。该控制包括控制AM机器根据多个打印参数的相应的值集来打印多个副本中的每一副本。该方法包括：获得测试零部件的每个副本的计算机断层扫描(CT)图像。该方法包括：针对多个特征类型中的每一特征类型，分析CT图像以识别多个打印参数的选定值集。该分析包括：识别与第一特征相关的CT图像的部分，并基于CT图像的部分的平均灰度值评估第一特征的密度。该方法包括：控制AM机器针对产品零部件的每个特征类型、根据多个打印参数的选定值集来打印产品零部件。
在其他特征中，该方法包括：控制AM机器响应于新的打印材料被引入AM机器来打印测试零部件的多个副本。在其他特征中，打印材料是粉末。在其他特征中，AM机器使用选择性激光烧结(SLS)。在其他特征中，对于多个副本中的每一副本，多个打印参数的值集不同于多个副本中的所有其他副本。在其它特征中，该方法包括控制AM机器针对至少一个特征类型，响应于多个打印参数的选定值集导致至少一个品质特征低于阈值，打印测试零部件的第二批次的多个副本。
在其他特征中，该方法包括：根据至少一个校准标准的测量值和至少一个校准标准的已知密度值之间的关系来校准CT图像的值。在其他特征中，多个特征类型包括主体类型、垂直翼片类型、孔类型和杆类型。在其他特征中，多个特征类型包括主体类型、垂直翼片类型、水平圆柱孔类型、垂直圆柱孔类型、水平杆类型和垂直杆类型。
在其他特征中，多个特征类型包括主体类型和倾斜翼片类型。该方法包括：从多个副本中移除具有倾斜翼片类型的特征，并且使用光学显微镜和坐标测量机中的至少一个来测量具有倾斜翼片类型的特征。在其他特征中，该方法包括：将测试零部件的每个副本的CT图像与测试零部件设计对准，以识别测试零部件的每个副本上的多个特征中的每个特征。在其他特征中，该方法包括：通过读取测试零部件上的唯一标识符来识别测试零部件的每个副本。作为AM机器打印的一部分，创建测试零部件副本的唯一标识符。
在其他特征中，读取步骤包括光学字符识别(OCR)。在其他特征中，唯一标识符包括一维条形码和二维条形码中的至少一个。在其他特征中，多个特征类型包括限定在测试零部件的外表面内的外围和距该外表面的预定距离。在其他特征中，该方法包括：使用X射线衍射成像、X射线对比断层扫描、基于扫描电子显微镜(SEM)的电子背散射衍射(EBSD)和光学(光)显微镜中的至少一种来分析测试零部件的每个副本的微观结构。
一种非暂态计算机可读介质存储处理器可执行指令，该指令体现了上述条款之一的方法。一种设备被配置为实现上述条款之一的方法。上述每个特征可以在一个或多个其他特征中实现和/或与一个或多个其他特征相结合。
从详细说明、权利要求和附图中，本公开的进一步应用领域将变得显而易见。该详细说明和具体示例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明的范围。
附图说明
根据详细说明和附图，将更完整地理解本公开。
图1是根据本公开的原理的示例性自适应增材制造系统的功能框图。
图2A是示例性测试零部件的等轴视图。
图2B是图2A中测试零部件的主体部分的等轴视图。
图2C是图2A中测试零部件的倾斜翼片的等轴视图。
图2D是图2C中倾斜翼片的侧视图。
图3是用于倾斜翼片的样品支架的功能示意图。
图4是用于倾斜翼片的样品支架的功能示意图，其中暴露了翼片的相对面。
图5A是另一个示例性测试零部件的等轴视图。
图5B是图5A中测试零部件的俯视图。
图5C是图5A中测试零部件的截面图。
图6是包括测试零部件副本阵列的构造的等轴视图。
图7是另一测试零部件的等轴视图。
图8是另一测试零部件的等轴视图。
图9是另一测试零部件的等轴视图。
图10是另一测试零部件的等轴视图。
图11是另一测试零部件的等轴视图。
图12是另一测试零部件的等轴视图。
图13是操作本公开的增材制造系统的示例性方法的流程图。
图14是用于控制本公开的增材制造系统以开发参数集的示例性过程的流程图。
图15是根据本公开的原理在测试零部件上执行的示例性分析和测量过程的流程图。
图16是用于控制本公开的增材制造系统以开发参数集的另一示例性过程的流程图。
图17是根据本公开的原理的批量扫描测试零部件的示例性过程的流程图。
图18是根据本公开的原理在测试零部件上执行的另一示例性分析和测量过程的流程图。
在附图中，参考数字可以重复用于标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
本公开描述了用于快速开发和使用特定材料的增材制造参数集的系统和方法。虽然现有技术的增材制造参数集的开发周期的量级为数周或数月，但是本公开允许开发周期的量级为数天，并且在一些情况下，少于24或48小时。通过缩短这一设计周期的长度，制造商(即实施增材制造工艺的任何人)可以利用调整后的打印参数。
每当材料配方或材料供应商发生变化时，可调整或至少验证打印参数。然而，由于现有技术中存在较长的交付周期，一些制造商可能会跳过这一过程。此外，对于连续批次的相同材料配方，制造商通常没有时间测试每一批次的一致性。同时，根据本发明，每个新批次的材料(例如金属和/或聚合物粉末)都可以被测试，并且可被调整为针对该特定批次材料而开发的打印参数。
所有增材制造工艺都有多种多样的可调节的打印参数。例如，在选择性激光烧结(SLS)或选择性激光熔化(SLM)中，可以调整激光功率、扫描速度、影线间距和层间距。一些增材制造机器允许根据被打印的特征、在单层内调整这些参数。例如，如果零部件包括水平定向的杆和垂直定向的杆，可对其分别使用不同的打印参数以分别实现令人期望的品质因数(表面光滑度、尺寸精度等)。此外，可以在单个特征的不同区域中使用不同的打印参数，例如，一个打印参数集用于特征的中心部分，另一个不同的参数集用于该特征的外围。
测试零部件是由多个以各种方式测试增材制造过程的特征来定义的。基于打印机的尺寸和/或待打印的最终产品零部件的尺寸，可以以不同的尺寸打印测试零部件。图2A-2D、图5A-5C和图7-12更详细地描述了示例性测试零部件。为了提高测试产量，可以在构造板上一次打印测试零部件的多个副本。例如，可以同时打印这些测试零部件的阵列，例如图6所示的示例阵列。阵列中测试零部件的数量可能受到增材制造机器的打印尺寸限制的约束。一些增材制造机器可能在打印区域的边缘附近表现出不同的或降级的属性。对于这种机器，可以避免在这些区域放置测试零部件。这样，可以减少或消除测试打印区域边缘附近的机器变化。
当可打印区域是正方形并且测试零部件具有正方形基部时，可以打印测试零部件的正方形网格，例如7×7网格或10×10网格。可以使用不同的打印参数集来打印每个零部件。例如，将使用不同的激光功率来打印每个零部件中的垂直定向的杆。在一些实施方式中，多个参数随测试零部件而变化。例如，可以使用激光功率、扫描速度和阴影间距的独特集来打印每个测试零部件的垂直定向的杆。
在测试零部件阵列被打印在构造板上之后，测试零部件从构造板上分离，并且每个测试零部件被分析。产生最佳特征的打印参数被选择用于将来的打印。如果对于特定类型的特征，没有任何参数集产生可接受的品质因数，则可以使用新的打印参数阵列来生成新的测试零部件阵列。每个特征类型(如杆、孔等)的可接受参数(可将其确定为最佳打印参数)被注意到并用于制造非测试零部件(产品零部件)。
每当收到新批次的打印材料时，可以构造另一测试零部件阵列并进行测试，以确认打印参数的适当性。如果现有打印参数的变化导致测试零部件的品质特性得以改善，则这些变化的参数可以用于以新批次的打印材料打印非测试产品零部件。
如果接收到新的供应商或打印材料配方，可以忽略现有的打印参数，并且可以使用新的开环打印参数集，例如供应商推荐的那些参数，作为基线。这些基线打印参数的较大变化可用于生成测试零部件阵列，以优化测试零部件的各种特征的生产。对于先前未知的打印材料，打印参数的较大变化被用来避免优化到局部最大值而不是全局最大值。
可以根据实验设计(DoE)来打印测试零部件阵列并对其进行分析，而不是为了接收新批次的打印材料。例如，可以构造和分析测试零部件阵列，以确定新的产品零部件(具有相同或不同打印材料)的初始参数，优化现有产品零部件的参数，分析增材制造机器故障，何时修改打印策略(例如打印的顺序和方向)和/或优化或识别构造包络(例如构造板上打印的位置)。
在图1中，增材制造(AM)机器100基于来自参数控制系统104的打印参数进行操作。为了开发参数集，AM机器100构造测试零部件阵列。零部件移除装置108从构造板上分离各个零部件。例如，零部件去除装置108可以包括锯(例如带锯)或激光器。零部件移除装置108还可以从测试零部件移除倾斜的(成角度的)翼片。
样品支架112包括将测试零部件保持在已知方位的基准，使得可以测量测试零部件的任何变化，而无需考虑零部件如何固定在样品支架112中。样品支架112可以在移除翼片之前或之后保持测试零部件。在各种实施方式中，可以使用多个样品支架来容纳多个零部件。在各种实施方式中，样品支架112可以一次保持一个以上的零部件。可以同时测量一个或多个样品支架中的这些测试零部件，以提高产量。
倾斜的翼片被装载到翼片支架116中，其暴露翼片的表面以用于测量。在各种实施方式中，翼片支架116可以颠倒旋转以暴露翼片的相对面。在其他实施方式中，第二翼片支架(未示出)可以用于固定翼片以暴露翼片的相对面。多个测试零部件的翼片可以由一个或多个翼片支架保持。
测量系统120包括一个或多个测量样品支架112中的测试零部件和/或翼片支架116中的翼片的装置。例如，测量系统120可以包括传统的X射线计算机断层扫描(CT)装置124、X射线微型CT装置128、坐标测量机(CMM)132、X射线显微镜136、光学显微镜140(也称为光显微镜)、共焦显微镜144(例如激光共焦显微镜或光学共焦显微镜)以及扫描电子显微镜(SEM)148。如在此使用的，“CT装置”通常可以指常规CT装置124、微型CT装置128或常规CT装置124和微型CT装置128二者。测量系统120的每个装置可用于测量样品支架112、翼片支架116和/或其他支架中的测试零部件。在各种实施方式中，CT装置124、微型CT装置128、X射线显微镜136、SEM 148用于测量样品支架112中的零部件，而CMM 132、光学显微镜140和/或激光或光学共焦显微镜144用于测量翼片支架116中的翼片的表面。测量系统120向分析系统152提供测量数据。
分析系统152评估每个测试零部件的各种特征的构造质量，并识别打印参数以实现每个特征的可接受的或令人期望的特性。打印参数被提供给参数控制系统104，用于将来的打印。如果需要额外调整打印参数，AM机器100将使用新的打印参数阵列打印新的零部件阵列。分析系统、测量系统120和参数控制系统104一起形成控制AM机器100选择打印参数的设备。在各种实施方式中，分析系统152、测量系统120和参数控制系统104中的两个或更多个可以组合，或者其每个可都以实施为单独的系统。在各种实施方式中，分析系统152、测量系统120和参数控制系统104中的每一个都可以使用一个或多个计算系统来实施和/或由一个或多个计算系统来控制，每个计算系统都包括处理器硬件和存储器硬件。
在图2A中，示出了示例性测试零部件200。主体部分202是固体材料，并允许在打印过程中分析孔隙率。不同厚度的笔直翼片204允许分析厚度和尺寸精度以及孔隙率。倾斜翼片208允许确定顶面(上表皮)和底面(下表皮)二者的表面粗糙度。因为增材制造是分层打印的，所以可以以开始看起来像楼梯台阶的方式打印更大角度的倾斜翼片。
本示例中包括垂直杆212-1和水平杆212-2来评估尺寸精度和分辨率，其是圆柱形的并且具有变化的直径。该示例中，垂直孔216-1和水平孔216-2也是圆柱形的并且具有变化的直径，允许确定尺寸精度和分辨率。
测试零部件200被打印在沿方向220彼此叠置的层中。各特征可以位于测试零部件200上，使得在打印期间最有可能失败的特征被最后打印(或者与特征的其他实例相比被布置在方向220上的最远处)。因此，在各个方面，水平杆212-2被打印为使得最大直径的杆在最前、最小直径的杆在最后(即：最小直径的杆相对于最大直径的杆设置在方向220上)。水平孔216-2被打印为使得最小直径的孔在最前、最大直径的孔在最后(即：最大直径的孔相对于最小直径的孔设置在方向220上)。
在各种实施方式中，每个特征的不同区域可以被视为待优化的不同特征。例如，图2B示出了与测试零部件200的其余部分分开的主体部分202。外围224被限定在主体部分202内。外围224不是单独的部件，而是类似三维外壳的用户定义的区域。外围224被限定在主体部分的外表面228内以及外表面228内的预定距离232处。将外围224与主体部分202分开作为一个整体来分析可能是有用的，因为主体部分的特性在外表面228处和外表面228附近处可能不同于主体部分202的其余部分。
每个特征可以定义其自己的外围。在一些示例中，在两个特征(例如主体和笔直翼片)的交点附近分析两个特征的外围。在各种实施方式中，预定距离在0.5微米-10毫米的范围内(例如，0.5微米-5微米、5微米-50微米、50微米-100微米、100微米-500微米、500微米-1毫米、1毫米-2毫米、2毫米-5毫米或5毫米-10毫米)。在各种实施方式中，特征(例如主体部分)在正交坐标系中定义三维。预定距离被定义为三个维度中最大维度的百分比。例如，百分比可能是10-6–0.1％(例如，10-6–10-5％，10-5–10-4％，10-4–0.001％，0.001–0.01％，或0.01％–0.1％)。
在图2C-2D中，翼片208与测试零部件200的其余部分分开示出。翼片208包括单独的翼片208-1、208-2、208-3、208-4、208-5、208-6和208-7。翼片208-1被设置成基本平行于垂直方向，而每个其他翼片被打印成与垂直方向成递增的角度，并且翼片208-7被设置为相对于垂直方向成最大角度。此外，每个翼片208具有特定的凹口轮廓210-1、210-2、210-3、210-4、210-5、210-6(或者，对于翼片208-7，没有凹口)，这允许各翼片在与主体部分202分离时彼此区分。此外，因为凹口是不对称的，一旦翼片208从主体部分202分离，翼片208的各个面也可以被识别。
尤其是对于偏离垂直方向最多的翼片(尤其是翼片2087)，打印限制可能会阻止翼片(以及相应的凹口)被完全打印。为了允许识别翼片，可以在翼片208中制造唯一标识符：凸起的或凹进的。唯一标识符可以识别哪个翼片是哪个翼片，以及它来自哪个测试零部件。可以在凹口210之外额外还使用唯一标识符，也可将唯一标识符作为凹口210的替代物。每个测试零部件还可以被定义为包括唯一标识符，以将一个测试零部件与另一个区分开。
在图3中，示出了翼片支架240的功能示意图。虽然可以保持更多或更少的翼片，但是示例性翼片支架240被设计用于六个翼片，这不同于图2A和2C-2D的示例，其示出了七个倾斜的翼片。
在图4中，翼片支架244暴露翼片的相对面。在支架240和244中，为翼片的不同角度指定了特定的位置。在该特定示例中，倾斜翼片的打印角度分别为0°、5°、10°、20°、30°和40°。在各种实施方式中，翼片支架240和翼片支架244可为相同的物理结构，其中翼片支架244只是翼片支架240的颠倒取向。
在图5A-5C中，示出了另一个示例测性试零部件260。测试零部件260包括主体部分264、笔直翼片268、倾斜翼片272和垂直杆276。主体部分264是水平的圆柱形部分。也就是说，主体部分264通常是具有平坦面280的圆柱形。平坦面280与样品支架的接合可以减少或防止测试零部件260在样品支架内的旋转。平坦面280可以被可靠地打印，并且因此，即使在存在表面粗糙和/或变形时，也可以允许将测试零部件260插入样品支架中。
各笔直翼片268的厚度不同，并且可以类似于图2A的测试零部件的笔直翼片204。每个倾斜翼片272包括邻近主体部分264的圆角284。垂直杆276通常是圆柱形的，并且直径不同。
在图6中，示出了示例性测试零部件构造300。构造300包括构造板304和测试零部件阵列308。在各种实施方式中，该测试零部件类似于图5A-5C的测试零部件260。
在图7中，示出了另一个示例性测试零部件330。测试零部件330类似于图5A-5C中的测试零部件260。更具体地，测试零部件330包括与图5A-5C中的测试零部件260的主体部分264、笔直翼片268、倾斜翼片272和垂直杆276相似的主体部分334、笔直翼片338、倾斜翼片342和垂直杆346。然而，倾斜翼片342没有邻近主体部分334的圆角。
在图8中，示出了另一个示例性测试零部件360。测试零部件360包括类似于图5A-5C中的测试零部件260的主体部分264、笔直翼片368和垂直杆276的主体部分364、笔直翼片368和垂直杆372。
在图9中，示出了另一个示例性测试零部件400。测试零部件400包括主体部分404、笔直翼片408和垂直杆412。笔直翼片408和垂直杆412类似于图5A-5C中的测试零部件260的笔直翼片268和垂直杆276。
在图10中，示出了另一个示例性测试零部件440。测试零部件440包括主体部分444、笔直翼片448和垂直杆452。笔直翼片448和垂直杆452类似于图5A-5C中的测试零部件260的笔直翼片268和垂直杆276。
主体部分444包括圆柱形部分456和截头圆锥形部分460。笔直翼片408和垂直杆412直接从圆柱形部分456延伸。在截头圆锥形部分460和圆柱形部分456的交叉点464处，截头圆锥形部分460的直径大于圆柱形部分456的直径。截头圆锥形部分460限定了邻近交叉点464的凹口468。凹口468可以接合样品支架，以减少或防止测试零部件440在样品支架内的旋转。
在图11中，示出了另一个示例性测试零部件500。测试零部件500包括主体部分504、笔直翼片508和垂直杆512。笔直翼片508和垂直杆512类似于图5A-5C中的测试零部件260的笔直翼片268和垂直杆276。主体部分504包括圆柱形部分516和截头圆锥形部分520，类似于图10中的测试零部件440的圆柱形部分456和截头圆锥形部分460。然而，截头圆锥形部分520没有凹口或其他防旋转特征。
在图12中，示出了另一个示例性测试零部件540。测试零部件540包括主体部分544、笔直翼片548、第一垂直杆552和第二垂直杆556。每个笔直翼片548具有与其它笔直翼片548基本相同的厚度。第一垂直杆552具有圆柱形状。第二垂直杆556具有方形横截面的长方体形状。
主体部分544包括第一圆柱形部分560、截头圆锥形部分564和第二圆柱形部分568。截头圆锥形部分564位于第一和第二圆柱形部分560、568之间。笔直翼片548以及第一和第二垂直杆552、556直接从第一圆柱形部分560延伸。
第一圆柱形部分560包括邻近截头圆锥形部分564的凸缘572。凸缘572限定了凹口576。凹口576可以接合样品支架，以减少或防止测试零部件540在样品支架中的旋转。
如上述示例所示，测试零部件可包括诸如主体部分、笔直翼片、倾斜翼片、垂直孔、水平孔、垂直杆和/或水平杆的特征。测试零部件可以包括特征的单个实例或该特征的多个实例。特征的多个实例可以基本相同或具有不同的尺寸，例如厚度或直径。此外，具有特征类型的测试部分的区域可以被定义为是不同的特征，例如一个或多个特征的外围(例如，主体部分外围)。根据本公开的原理的测试零部件可以具有与上述不同的或额外的特征。在一些示例中，可以基于待打印的产品零部件的特征从库中选择特征。在其他示例中，特征可以被设计为模仿待打印的最终产品零部件的特征。
流程图
图13描绘了根据本公开的原理操作增材制造(AM)机器的方法。本公开还提供了开发AM参数集的方法。图13-14描绘了开发AM参数集的第一示例性方法。图15-17描绘了开发AM参数集的第二示例性方法。根据本公开的开发AM参数集的方法可以省略一些步骤和/或包括额外的步骤。
在图13中，AM系统的总体控制开始于590。在590中，控制确定是否要制造新的产品零部件。如果是，控制转移到592；否则，控制方法转移到594。例如，控制可以基于用户输入或者响应于CAD设计的变化来确定是否要制造新的产品零部件。
在592中，控制执行开发AM参数集的方法，例如图14-15中描述的方法或图16-18中描述的方法。控制转移到596，其中控制基于分析调整每个特征的打印参数。控制转移到598。在598中，控制使用特征特定的打印参数制造非测试零部件(产品零部件)。换句话说，零部件是用开发的打印参数制造的，这些打印参数可以根据零部件的特征而变化。例如，零部件中的水平圆柱体可以使用不同于零部件中的垂直圆柱体的打印参数来构造。
在594中，控制确定是否已经接收到新的打印材料。如果是，控制转移到592；否则，控制转移到600。在各种实施方式中，打印材料是粉末。新的打印材料可以是新批次的打印材料。新批次的打印材料也可以具有不同的供应商和/或不同的配方。
在600中，控制确定是否需要机器验证。如果是，控制转移到592；否则，控制转移到602。在598中，控制基于用户输入和/或AM机器上预定条件或事件的发生来确定机器验证是令人期望的。
在602中，控制确定是否期望用户启动的参数开发。如果是，控制转移到592；否则，控制转移到602。在各种实施方式中，用户启动的参数开发对于现有产品零部件的参数集的优化(例如，改变诸如孔隙率的特性)、打印策略的修改(包括打印的顺序和方向)和/或优化或识别构造包络(例如构造板上打印的位置)可能是令人期望的。控制基于用户输入确定是否期望用户启动的参数开发。
在图14中，AM系统的总体控制开始于620。仅为了说明的目的，图14中的打印材料被认为是粉末。用户选择要待使用的粉末。测试零部件可以根据所选择的材料进行缩放，以获得最大的X射线透射率。用户选择研究范围，并通过选择测试部分创建测试对象，每个测试部分将包括至少一个特征类型的一个或多个特征(例如，直径不同的垂直圆柱体的集)。在一些实施方式中，该特征对应于待打印的最终零部件(例如，活塞、喷嘴等)的特征。
在620中，控制选择实验设计(DoE)以用于参数优化。DoE包括每个单独测试零部件的打印参数。例如，在基于激光的工艺中，打印参数可以包括扫描速度、激光功率、影线间距和层间距。DoE还可以包括定义每个测试零部件在构造板上的位置。
DoE可以包括该构造中至少两个测试零部件的不同参数(例如，DoE可以包括至少5个测试零部件、至少10个测试零部件、至少25个测试零部件或至少50个测试零部件的不同参数)。在一些实施方式中，每个测试零部件都使用不同的参数集来打印。不同的参数可以是不同的参数集，其中如果该参数集中的至少一个参数不同，则该参数集不同于其他参数集(例如，第一和第二参数集包括相同的激光功率和扫描速度，但是不同的影线间距)。
控制可基于用户定义的DoE或控制创建的DoE来选择DoE进行参数优化。在一些示例中，用户可以根据本公开的原理在软件中设计CAD，并输出CAD以用于打印，然后将DoE值输入到参数控制系统104中。在其他实施方式中，用户可以根据本公开的原理在软件中设计CAD和DoE，从该软件中导出最终的构造文件。在其他实施方式中，控制至少部分地基于粉末配方(例如，粉末供应商或AM机器供应商建议的、作为起始点的默认打印参数，其可以是特征特定的，对于不同的特征推荐不同的参数)、待打印的特征、期望的特性和/或来自先前构造的数据来创建DoE。
在624中，控制设计测试零部件。试验零部件被设计成具有在DoE中选定的特性。在一些实施方式中，可以在620中创建DoE之前，执行在624中设计测试零部件。
在628中，控制在构造板上打印测试零部件阵列。根据DoE，用不同的打印参数集打印每个测试零部件。例如，可以用可变打印参数的特定值集来打印每个零部件和每个区段。直观表示参见下方表格:
在632中，测试零部件与构造板物理分离。在636中，选择第一测试零部件。在640中，从选定的测试零部件移除倾斜翼片。例如，这些移除可以通过锯或激光来执行。在644中，控制将选定的测试零部件的剩余部分固定在样品支架中。在648中，控制将倾斜翼片固定到翼片支架中。在各种其他实施方式中，样品支架容纳包括该倾斜翼片的测试零部件。
在652中，测量和分析包括倾斜翼片的测试零部件。图15描述了这种测量和分析的示例。在656中，控制确定是否可对另一测试零部件进行测量。如果是，控制转移到660，在那里选择下一个测试零部件，并且控制返回到640；否则，控制在664中继续。
在664中，控制选择第一零部件特征类型。例如，特征类型列表可能包括主体、笔直翼片、倾斜翼片、杆和孔。在各种实施方式中，倾斜翼片的每个角度可以被认为是单独的特征类型。类似地，杆或孔的每个尺寸可以被认为是单独的特征类型。类似地，笔直翼片的每个厚度可以被认为是单独的特征类型。在各种其他实施方式中，水平取向的杆的组被认为是单一特征类型，而垂直取向的杆的组被认为是单一特征类型。类似地，水平孔的组可以是一个特征类型，而垂直孔的组是另一个特征类型。在一些示例中，测试零部件包括不同的或额外的特征类型。各特征类型可以模仿待打印的产品零部件的特征。
在各种实施方式中，包括外围以作为针对至少一个特征类型的不同特征，比如主体部分(例如，参见图2B的主体部分202的外围224)。在一些示例中，对多个特征类型(例如，主体部分、垂直杆和倾斜翼片)进行整体分析和外围内分析。
控制在668中继续。在668中，控制确定是否存在来自一个或多个测试零部件的用于选定特征的可接受的打印参数。控制根据用户输入做出这些决定。例如，比如孔隙率、表面粗糙度、粒度和尺寸精度的测量值可以与阈值最大或最小可接受值进行比较。在一些实施方式中，控制可以寻找某些特征的存在或不存在，比如微观结构分析中的一个或多个缺陷类型，或者第二相。
在672中，控制确定是否存在待评估的另一个零部件特征。如果是，控制转移到680，在其中控制选择下一个零部件特征并返回到668；否则，控制在684中继续。
在684中，控制确定是否针对所有特征识别了可接受的打印参数。如果是，控制转移到688；否则，控制转移到620。控制基于668处的确定结果来确定是否为每个特征识别了可接受的打印参数。对于某些增材制造机器，打印参数可能不容易在单个层内进行调整，因此需要确定单个打印参数集，以在所有零部件特征上实现足够的品质。这可能需要例如大大降低生产速度。
在688中，控制选择最优或最佳打印参数。可以基于用户输入选择最佳打印参数。例如，可以选择最佳打印参数来最大化或最小化某些值，确保某些值在预定或期望的范围内，减少或消除特性(例如缺陷或二次微观结构相)，或者确保特性(例如二次微观结构相)的存在。最佳打印参数的选择可以包括基于期望的特性对测试零部件或特征进行归类排列。在各种实施方式中，最佳打印参数由用户手动选择。在各种其他实施方式中，省略最佳打印参数的选择，并且该方法在为所有特征识别出可接受的打印参数之后结束。
在图15中，描述了测试零部件的测量和分析的示例性控制。控制开始于704，在其中扫描选定的零部件，例如通过使用计算机断层扫描(CT)来生成CT图像。在708中，控制识别样品支架中的校准标准。例如，样品支架的特定区域可以以高精度制造，从而具有非常特定的密度。然后，这些密度可以作为已知量与参数进行比较。在各种其他方面，校准标准独立于样品支架。
在712中，控制基于校准标准的已知值来校准密度的读数(例如CT值)。例如，可以生成线性、二次或指数方程，使得校准标准的测量值与校准标准的已知值相匹配。然后，该映射可应用于选定零部件的测量值。
在716中，对选定零部件的主体部分202进行灰度分析。传统上，两倍于测量分辨率的特征(例如孔隙)在图像中是可见的，而小于该分辨率的孔隙在图像中仅作为中间灰度值出现。这就产生了一个问题，因为扫描的分辨率决定了要识别什么样的孔隙。例如，如果以每体素10μm的分辨率成像，将出现大约50μm孔隙大小的样品，但是如果以每体素100μm的分辨率成像，样品将不可见。
本公开提出了一种不依赖分辨率的方式来从CT图像量化孔隙率。并非明确地只将非常暗的区域识别为孔隙，而是通过评估主体区域的平均灰度、得到指示主体部分孔隙率的平均密度。例如，可以计算主体区域的所有体素(voxel)的平均值，以产生平均灰度值。基于校准标准，该平均灰度值可被转换成特定密度，其与期望材料的密度相结合，可指示材料的孔隙率。
在720中，控制在可见孔隙和亚分辨率孔隙之间分割主体的表观孔隙体积。可见孔隙可被识别为是低于特定阈值的暗区域。一旦记录了可识别的孔隙，剩余的总孔隙率被认为是由亚分辨率孔隙造成的。
在724中，控制执行CAD对准以识别测试零部件的特征。通过将CT图像与包括测试零部件的特征类型的预定义几何形状进行比较来执行CAD对准。CAD对准还可以包括：基于外表面的识别和距该表面的预定距离来定义外围特征(壳区域)类型，这可以由用户定义。
在728中，控制选择待分析的第一特征。示例性特性包括孔隙率、缺陷形态、测试零部件标识、尺寸精度、表面粗糙度和微观结构。
在732中，控制测量和/或分析选定的特性。一些特性的分析可以在没有任何额外的测量的情况下进行。其他特性的分析可能需要对样品支架中的测试零部件或翼片支架中的翼片进行额外的测量，如下所述。可以以任何顺序和/或并行地测量和分析特性。
选定的特性可以是孔隙率。基于CT图像(例如常规CT图像和/或显微CT图像)确定孔隙率。更具体地，基于CT分割和校准的灰度分析来确定孔隙率。如上所述，该分析包括可见孔隙和亚分辨率孔隙的识别。在各种实施方式中，控制可以最终分析孔隙率以识别用于最大化或最小化总孔隙率、可见孔隙和/或亚分辨率孔隙的打印参数。
选定的特性可以是缺陷形态。可以由CT图像(例如常规CT图像和/或显微CT图像)计算缺陷形态。缺陷形态可以包括孔隙尺寸和孔隙形状的分类。孔隙尺寸和形状对应于缺陷类别(如未熔合、气孔、裂纹、小孔孔隙、夹杂物等)。在各种实施方式中，控制可以最终分析缺陷形态，以减少或消除一个或多个缺陷类型、最大化或最小化孔隙尺寸、和/或实现预定或期望的孔隙形状。
选定的特性可以是测试零部件标识。每个测试零部件都与测试零部件上存在的不同的唯一标识符相关联。唯一标识符用于将测试零部件与用于构造测试零部件的参数集相关联。测试零部件的每个副本的3D模型可以被编程修改以包括唯一标识符，使得测试零部件的副本的唯一标识符作为AM机器打印的一部分被创建。
在测试零部件识别期间，控制使用CT图像和CAD对准来识别唯一标识符的区域。控制使用机器或读取器来解释或读取唯一标识符，从而识别测试零部件。在各种实施方式中，测试零部件识别包括光学字符识别(OCR)。
唯一标识符可以是一维、二维或三维代码，例如条形码、QR码或文本。三维代码可以是凸起的、凹进的或者凸起和凹进的组合。在一些示例中，唯一标识符包括与测试零部件的其余部分不同的材料、与测试零部件的其余部分不同的颜色和/或与测试零部件的其余部分不同的物理属性。不同的属性可以通过工艺变化来实现，例如激光速度、烧伤和/或过度曝光或曝光不足。包括不同属性的唯一标识符不需要在视觉上可被识别。
在一些示例中，测试零部件标识分析消除了每个测试零部件的唯一标识符的手动输入。在一些示例中，测试零部件识别分析通过将预期标识符(例如用户输入的标识符)校正为实际标识符(检测到的)来减少或消除识别测试零部件中的错误。在各种实施方式中，测试零部件识别也可用于读取每个倾斜翼片上的唯一标识符，并识别每个倾斜翼片。
选定的特性可以是尺寸精度。尺寸精度可以通过将CT图像与测试零部件的CAD对准进行比较来确定。可对整个试验零部件或单个特征(如孔、杆和/或翼片)的尺寸精度进行评估。任何偏差都可以被认为是误差，因此最终可以选择偏差最小的打印参数。
选定的特性可以是表面粗糙度。测量和分析倾斜翼片的第一和第二面中每一面的表面粗糙度。这些测量可以在翼片处于翼片支架中时使用触觉测量的激光或光学共焦显微镜(例如使用CMM)来执行。在各种实施方式中，倾斜翼片可以在翼片支架中，该翼片支架可以容易地颠倒旋转，以允许测量相对的面。在其他实施方式中，倾斜翼片可能需要从第一翼片支架上移除，颠倒过来，并放置到第二翼片支架中，用于第二表面的测量。在其他示例中，例如当翼片保留在测试零部件上时，可以使用CT图像(例如常规CT或微型CT)或X射线显微图像来测量表面粗糙度。
控制分析倾斜翼片的表面粗糙度。随着翼片的角度偏离垂直方向，表面粗糙度可能会增加。导致所有倾斜翼片的最小表面粗糙度的打印参数集可以被选择作为期望的打印参数。在其他实施方式中，如在图15中更详细描述的，可以为相对于垂直方向的不同倾斜程度选择单独的打印参数。例如，使用第一打印参数集，可以产生大于20°的倾角，而使用第二打印参数集，可以产生小于20°的角度。在各种实施方式中，控制可以最终分析表面粗糙度以识别最小化表面粗糙度的参数。
选定的特性可以是微结构。控制使用X射线衍射成像和X射线对比断层扫描、基于SEM的电子背散射衍射(EBSD)和/或光学(光)显微镜来测量微观结构。从CT装置124和/或微型CT装置128获得X射线衍射成像和X射线对比断层扫描。可对整个测试零部件、各个单独的特征(比如垂直翼片)或专门用于微观结构分析的不同特征进行微观结构分析。
微观结构的分析包括测量晶粒尺寸(例如平均晶粒尺寸)、识别晶界、识别二次相(例如二次相的组成、二次相的量和二次相的特性)，以及分析和/或分类织构(texture)。在各种实施方式中，控制最终基于最大化或最小化平均晶粒尺寸、实现预定或期望的晶界特性、最大化或最小化第二相的量、消除第二相的存在、最大化或最小化第二相的尺寸和/或实现预定或期望的织构来优化微观结构特性。
在744中，控制从分析中推断缺陷。这些缺陷可能表明打印参数和其他因素(如温度控制)有问题。可以对图像应用人工观察和机器学习，以对缺陷的来源进行分类。例如，球形孔隙可以指示气体孔隙率。拉长的孔隙可能表明未熔合或有裂纹。含有夹杂物的孔隙可能表明粉末未烧结或未熔合。同时，成排的孔隙或孤立的孔隙可能只是不可重复的缺陷，可以忽略。
此外，可以使用各种机制来可视化结果。例如，可以以选自2D、3D、条形图、二进制、三进制、蜘蛛图等的图形格式显示品质因数，取决于上下文和用户选择。可以基于CAD对准在坐标中报告缺陷。然后，控制方法结束。
图16描述了开发AM机器参数集的另一种方法。相同的附图标记用于标识相似或相同的步骤。该方法开始于620。在620中，控制选择DoE用于参数优化。在624中，控制设计测试零部件。在628中，控制打印测试零部件。
在808中，控制选择第一批次的测试零部件。构造可能包括测试零部件阵列。根据样品支架的容量，该阵列可以包括一批或多批测试零部件。在812中，该批次的测试零部件从构造板分离并被扫描。图17示出了用于分离和扫描测试零部件的示例性方法。
在816中，控制从该批次中选择第一测试零部件。在640中，控制从选定的测试零部件中移除倾斜翼片。在648中，控制将倾斜翼片固定在翼片支架中。在820中，控制测量和分析选定的测试零部件。图18示出了测量和分析选定的测试零部件的示例性方法。
在824中，控制确定该批次的另一测试零部件是否可用。如果是，则控制转移到828，在828中，控制选择下一个测试零部件并返回到640；否则，控制转移到832。在832中，控制确定来自该构造的另一批次是否可用。如果是，则控制转移到836，在836中，控制选择下一批次并返回到812；否则，控制转移到664。
在664中，控制选择第一零部件特征。在668中，控制确定是否为选定的特征识别了可接受的打印参数。在672中，控制确定是否有另一个特征要分析。如果是，控制转移到680，在680中，控制选择下一个零部件特征并返回到668；否则，控制转移到684。在684中，控制确定是否已经为所有特征识别了可接受的打印参数。如果是，控制转移到668，在668中，选择最佳打印参数；否则，控制转移到620。
参考图17，在904中，控制从构造板分离该批次的测试零部件，例如通过使用锯或激光。在908中，控制从该批次中选择第一测试零部件。在912中，控制将选定的测试零部件放置在样品支架中。在916中，控制确定该批次中的另一个测试零部件是否可被放置在样品支架中。如果是，则控制转移到920，在920中，控制选择下一个测试零部件并返回到912；否则，控制转移到924。
在924中，控制选择第一扫描或测量类型。例如，扫描或测量类型可以包括CT、微型CT、光学(光)显微镜、共焦显微镜(激光或光学)、SEM、X射线显微镜和CMM。在828中，控制从待扫描的批次中选择第一测试零部件。在932中，控制在选定的测试零部件上执行选定的扫描(例如CT)。
在936中，控制确定该批次中的另一测试零部件是否可被扫描。如果是，则控制转移到940，在940中，控制选择下一个测试零部件并返回到932；否则，控制转移到944。在944中，控制确定另一类型的扫描是否可用。如果是，则控制转移到948，在948中，控制选择下一扫描类型并返回到928；否则，控制结束。
参考图18，控制以与上面参考图15的方法描述的类似或相同的方式执行步骤708、712、716、720、724、728、732、736、740和744。
结论
前面的描述本质上仅仅是说明性的，决不是为了限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以多种形式实现。因此，虽然本公开包括特定的示例，但是本公开的真实范围不应该被如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求后，其他修改将变得显而易见。应当理解的是，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行。此外，虽然每个实施例在上文中被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个特征可以在任何其他实施例的特征中实现和/或与任何其他实施例的特征组合，即使该组合没有被明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
使用各种术语描述了元件之间(例如，模块之间)的空间和功能关系，包括“连接的”、“接合的”、“接口的”和“耦合的”。除非明确描述为“直接地”，否则当在以上公开中描述第一和第二元件之间的关系时，该关系包括在第一和第二元件之间不存在其他介入元件的直接关系，以及在第一和第二元件之间存在一个或多个介入元件(在空间上或功能上)的间接关系。如在此使用的，短语“A、B和C中的至少一个”应该被解释为表示使用非排他逻辑“或”的逻辑(A或B或C)，而不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个和C中的至少一个”
在附图中，箭头所指的箭头方向通常表示与图示相关的信息流(如数据或指令)。例如，当元素A和元素B交换各种信息、但与图示相关的是从元素A传输到元素B的信息时，箭头可以从元素A指向元素B。该单向箭头并不意味着没有其他信息从元素B传输到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对该信息的请求或接收确认。术语“子集”并不一定需要合适的子集。换句话说，第一集的第一子集可以与第一集同延(相同)。
在本申请中，包括下面的定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”代替。术语“模块”可以指执行代码的处理器硬件(共享的、专用的或成组的)和存储由处理器硬件执行的代码的存储器硬件(共享的、专用的或成组的)，或者是它们的一部分或包括它们。
模块可以包括一个或多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以实现连接到局域网(LAN)或无线个人区域网(WPAN)的有线或无线接口。局域网的示例是电气和电子工程师协会(IEEE)标准802.11-2016(也称为WIFI无线网络标准)和IEEE标准802.3-2015(也称为以太网有线网络标准)。WPAN的示例是IEEE标准802.15.4(包括来自ZigBee联盟的ZIGBEE标准)和来自蓝牙特别兴趣组(SIG)的蓝牙无线网络标准(包括来自蓝牙SIG的核心规范版本3.0、4.0、4.1、4.2、5.0和5.1)。
模块可以使用接口电路与其他模块通信。尽管模块在本公开中可以被描述为直接与其他模块进行逻辑通信，但是在各种实施方式中，该模块实际上可以经由通信系统进行通信。通信系统包括物理和/或虚拟网络设备，例如集线器、交换机、路由器和网关。在一些实施方式中，通信系统连接到或穿过广域网(WAN)，例如互联网。例如，通信系统可以包括使用包括多协议标签交换(MPLS)和虚拟专用网(VPN)的技术、通过互联网或点对点租用线路相互连接的多个LAN。
在各种实施方式中，模块的功能可以分布在通过通信系统连接的多个模块中。例如，多个模块可以实现由负载平衡系统分配的相同功能。在另一个示例中，模块的功能可以在服务器(也称为远程或云)模块和客户端(或用户)模块之间划分。
上面使用的术语代码可以包括软件、固件和/或微码，并且可以指程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。共享处理器硬件包含运行来自多个模块的部分或全部代码的单个微处理器。组处理器硬件包括微处理器，该微处理器与附加的微处理器相结合，运行来自一个或多个模块的一些或全部代码。对多个微处理器的引用包括分立管芯上的多个微处理器、单个管芯上的多个微处理器、单个微处理器的多个内核、单个微处理器的多个线程或者上述的组合。
共享存储器硬件包括存储来自多个模块的部分或全部代码的单个存储器装置。组存储器硬件包括存储器装置，其与其他存储器装置相结合，存储来自一个或多个模块的一些或所有代码。
术语存储器硬件是术语计算机可读介质的子集。这里使用的术语“计算机可读介质”不包括通过介质(例如在载波上)传播的瞬态电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质被认为是有形的和非暂态的。非暂态计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器装置(例如闪存装置、可擦除可编程只读存储器装置或屏蔽只读存储器设备)、易失性存储器装置(例如静态随机存取存储器装置或动态随机存取存储器装置)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或者硬盘驱动器)和光存储介质(例如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中描述的设备和方法可以部分或全部由专用计算机实现，该专用计算机是通过配置通用计算机来执行计算机程序中包含的一个或多个特定功能而创建的。上面描述的功能块和流程图元素充当软件规范，其可以通过熟练的技术人员或程序员的日常工作被转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括或依赖于存储的数据。计算机程序可以包含与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动程序、一个或多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台应用程序等。
计算机程序可以包括：(i)待解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象符号)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由实时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、/>HTML5(超文本标记语言第五修订版)、Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、/>Visual/>Lua、MATLAB、SIMULINK和的语言的语法来编写。/>

Claims (34)

1.一种用于增材制造的设备，包括：
控制系统，被配置为：
定义具有多个特征类型的多个特征的测试零部件，其中所述多个特征包括第一特征，所述第一特征是主体类型，并且
控制增材制造机器打印所述测试零部件的多个副本，
其中，所述增材制造机器根据多个打印参数操作，
其中，所述控制系统被配置为针对所述多个副本中的每一副本生成所述多个打印参数的值集，并且
其中，所述控制系统被配置为控制所述增材制造机器根据所述多个打印参数的相应的值集来打印所述多个副本中的每一副本；
测量系统，被配置为获得所述测试零部件的每一副本的计算机断层扫描图像；以及
分析系统，被配置为针对所述多个特征类型中的每一特征类型分析所述计算机断层扫描图像以识别所述多个打印参数的选定值集，
其中，所述分析系统被配置为识别与所述第一特征相关的计算机断层扫描图像的一部分，并且基于所述计算机断层扫描图像的所述部分的平均灰度值来评估所述第一特征的密度，并且
其中，所述控制系统被配置为控制所述增材制造机器针对产品零部件的每一特征类型、根据所述多个打印参数的所述选定值集来打印所述产品零部件。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制系统被配置为控制所述增材制造机器响应于新的打印材料被引入所述增材制造机器来打印所述测试零部件的多个副本。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述打印材料是粉末。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述增材制造机器使用选择性激光烧结。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，对于所述多个副本中的每一副本，所述多个打印参数的所述值集不同于所述多个副本中的所有其他副本。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制系统被配置为控制所述增材制造机器、针对至少一个特征类型、响应于所述多个打印参数的所述选定值集导致至少一个品质特征低于阈值、打印所述测试零部件的第二批次的多个副本。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括被配置为保持所述多个副本的第一部分的样品支架，其中，所述样品支架包括具有已知密度值的至少一个校准标准，并且其中，所述分析系统被配置为根据所述至少一个校准标准的测量值和所述已知密度值之间的关系来校准所述计算机断层扫描图像的值。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个特征类型包括主体类型、垂直翼片类型、孔类型和杆类型。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个特征类型包括所述主体类型、所述垂直翼片类型、水平圆柱孔类型、垂直圆柱孔类型、水平杆类型和垂直杆类型。
10.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述多个特征类型包括主体类型和倾斜翼片类型；
从所述多个副本中移除具有所述倾斜翼片类型的特征；并且
使用光学显微镜和坐标测量机中的至少一种来测量具有所述倾斜翼片类型的特征。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析系统被配置为将所述测试零部件的每一副本的计算机断层扫描图像与测试零部件设计对准，以识别所述测试零部件的每一副本上的多个特征中的每一特征。
12.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述分析系统被配置为通过读取所述测试零部件上的唯一标识符来识别所述测试零部件的每一副本，并且
所述测试零部件的副本的唯一标识符被创建以作为所述增材制造机器打印的一部分。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述分析系统被配置为使用光学字符识别来读取所述唯一标识符。
14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述唯一标识符包括一维条形码和二维条形码中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个特征类型包括限定在所述测试零部件的外表面内的外围，以及距所述外表面的预定距离。
16.根据权利要求1所述的设备，其中，所述分析系统被配置为使用X射线衍射成像、X射线对比断层扫描、基于扫描电子显微镜的电子背散射衍射和光学显微镜中的至少一种来分析所述测试零部件的每一副本的微观结构。
17.一种用于增材制造的方法，包括：
定义具有多个特征类型的多个特征的测试零部件，其中所述多个特征包括第一特征，所述第一特征是主体类型；
控制增材制造机器以打印所述测试零部件的多个副本，其中所述增材制造机器根据多个打印参数操作，其中，所述控制包括：
针对所述多个副本中的每一副本，生成所述多个打印参数的值集，以及
控制所述增材制造机器根据所述多个打印参数的相应的值集来打印所述多个副本中的每一副本；
获得所述测试零部件的每一副本的计算机断层扫描图像；
针对所述多个特征类型中的每一特征类型，分析所述计算机断层扫描图像以识别所述多个打印参数的选定值集，其中，所述分析包括：
识别与所述第一特征相关的计算机断层扫描图像的一部分，并且
基于所述计算机断层扫描图像的所述部分的平均灰度值来评估所述第一特征的密度；以及
控制所述增材制造机器针对产品零部件的每一特征类型、根据所述多个打印参数的所述选定值集来打印所述产品零部件。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括控制所述增材制造机器响应于新的打印材料被引入所述增材制造机器来打印所述测试零部件的所述多个副本。
19.根据权利要求18的方法，其中，所述打印材料是粉末。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述增材制造机器使用选择性激光烧结。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，对于所述多个副本中的每一副本，所述多个打印参数的值集不同于所述多个副本中的所有其他副本。
22.根据权利要求17所述的方法，还包括控制所述增材制造机器、针对至少一个特征类型、响应于所述多个打印参数的选定值集导致至少一个品质特征低于阈值、打印所述测试零部件的第二批次的多个副本。
23.根据权利要求17所述的方法，还包括根据至少一个校准标准的测量值和所述至少一个校准标准的已知密度值之间的关系来校准所述计算机断层扫描图像的值。
24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多个特征类型包括所述主体类型、垂直翼片类型、孔类型和杆类型。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述多个特征类型包括所述主体类型、所述垂直翼片类型、水平圆柱孔类型、垂直圆柱孔类型、水平杆类型和垂直杆类型。
26.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述多个特征类型包括所述主体类型和倾斜翼片类型，并且
所述方法进一步包括：
从所述多个副本中移除具有所述倾斜翼片类型的特征；并且
使用光学显微镜和坐标测量机中的至少一种来测量具有所述倾斜翼片类型的特征。
27.根据权利要求17所述的方法，还包括将所述测试零部件的每一副本的计算机断层扫描图像与测试零部件设计对准，以识别所述测试零部件的每一副本上的多个特征中的每一特征。
28.根据权利要求17所述的方法，还包括：
通过读取所述测试零部件上的唯一标识符来识别所述测试零部件的每一副本，
其中，所述测试零部件的副本的唯一标识符被创建以作为所述增材制造机器打印的一部分。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述读取包括光学字符识别。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述唯一标识符包括一维条形码和二维条形码中的至少一个。
31.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多个特征类型包括限定在所述测试零部件的外表面内的外围，以及距所述外表面的预定距离。
32.根据权利要求17所述的方法，还包括使用X射线衍射成像、X射线对比断层扫描、基于扫描电子显微镜的电子背散射衍射和光学显微镜中的至少一种来分析所述测试零部件的每一副本的微观结构。
33.一种存储处理器可执行指令的非暂态计算机可读介质，所述处理器可执行指令体现根据权利要求17-32中的一项所述的方法。
34.一种用于增材制造的设备，被配置为实施根据权利要求17-32中的一项所述的方法。
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