DE102023101841A1

DE102023101841A1 - Techniken zur lösung von bauteilanalysen für die additive fertigung für pulverbettschmelztechniken

Info

Publication number: DE102023101841A1
Application number: DE102023101841.8
Authority: DE
Inventors: Alexandre Matei; Enrique Escobar
Original assignee: Ansys Inc
Current assignee: Ansys Inc
Priority date: 2023-01-09
Filing date: 2023-01-25
Publication date: 2024-07-11

Abstract

Diese Offenlegung bietet Modellierungstechniken für die genaue und zuverlässige Analyse von gedruckten Teilen. Genauer gesagt kann ein Modell mit einer Pulverdarstellung für die thermische Analyse verwendet werden, die Pulverdarstellung kann dann für die Durchführung der Strukturanalyse aus dem Modell entfernt werden. Obwohl die Pulverdarstellung für die Strukturanalyse aus dem Modell entfernt wird, werden bei der Strukturanalyse immer noch die thermischen Auswirkungen des Pulvers auf das Teil berücksichtigt, die durch die thermische Analyse ermittelt wurden. Die computergestützten Techniken der vorliegenden Offenbarung verbessern die Funktionsweise eines Computersystems im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, indem sie Analysen (z. B. thermische, mechanische, Konstruktions- und Wärmebehandlungsanalysen) ermöglichen, die genauer, effizienter (z. B. schneller, mit geringerem Speicherbedarf usw.) sind und/oder einen geringeren Verarbeitungsaufwand als herkömmliche Ansätze aufweisen.

Description

FELD
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich allgemein auf Geräte, Systeme und Verfahren zur Lösung von Analysen von Teilen für die additive Fertigung mit Hilfe der Pulverbettschmelztechnologie.
HINTERGRUND
Unter additiver Fertigung versteht man die Konstruktion eines dreidimensionalen Objekts auf der Grundlage eines computergestützten Designmodells (CAD). Die additive Fertigung kann mit einer Vielzahl von Verfahren erfolgen, bei denen Material computergesteuert aufgetragen, verbunden oder verfestigt wird, wobei das Material (z. B. Kunststoffe, Flüssigkeiten oder verschmolzene Pulverkörner) in der Regel Schicht für Schicht zusammengefügt wird. Das Pulverbettschmelzen (Powder Bed Fusion, PBF) ist eine additive Fertigungstechnik, bei der Materialien in einem Granulatbett selektiv verschmolzen werden. In der Regel werden bei diesem Verfahren Teile einer Schicht verschmolzen und dann im Arbeitsbereich nach oben verlagert, wobei eine weitere Granulatschicht hinzugefügt und der Vorgang wiederholt wird, bis das Teil fertiggestellt ist. Oftmals werden vor der Konstruktion des entsprechenden dreidimensionalen Objekts (oder Teils) verschiedene Analysen von CAD-Modellen durchgeführt. Diese Analysen dienen dazu, die Konstruktion von Teilen zu vermeiden, die verschiedene Konstruktionsziele nicht erfüllen.
ZUSAMMENFASSUNG
Computerimplementierte Systeme und Verfahren zur Verwendung eines Modells mit einer Pulverdarstellung für eine thermische Analyse eines Teils und zur Verwendung eines Modells ohne Pulverdarstellung für eine Strukturanalyse des Teils werden hier beschrieben. In einem Aspekt umfasst ein computerimplementiertes Verfahren die Durchführung einer thermischen Analyse für die simulierte additive Herstellung eines physischen Teils aus einem physischen Pulver unter Verwendung der Pulverbettfusion (PBF). Die thermische Analyse kann auf einem Modell des PBF beruhen. Das Modell kann Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des restlichen physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Fertigung noch nicht gedruckt wurde, enthalten. Die thermische Analyse kann thermische Eigenschaften für das physische Teil liefern. Das Modell kann aktualisiert werden, ohne das restliche, noch nicht gedruckte physikalische Pulver einzubeziehen. Das aktualisierte Modell des PBF kann eine Darstellung des physischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthalten. Unter Verwendung des aktualisierten Modells kann eine Strukturanalyse für den physischen Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften durchgeführt werden, um die strukturellen Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Einige Ausführungsformen umfassen die Einstellung eines oder mehrerer Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils aus dem physischen Pulver unter Verwendung von PBF auf der Grundlage der Strukturanalyse. In einigen derartigen Ausführungsformen umfasst das physische Teil ein erstes physisches Teil, und der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt werden, umfassen einen Abstand zwischen dem ersten physischen Teil und einem zweiten physischen Teil, das mit dem ersten physischen Teil additiv hergestellt wird. In verschiedenen derartigen Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt wurden, eine Dicke eines kontaktlosen Trägers, wobei der kontaktlose Träger aus einem Teil des physischen Pulvers besteht. In vielen Ausführungsformen wird die Strukturanalyse auf der Grundlage von zumindest einem Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt. In vielen derartigen Ausführungsformen umfasst der Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse die thermischen Belastungen, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist. In mehreren Ausführungsformen umfasst die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung, und die Netzdarstellung wird bei der Aktualisierung des Modells entfernt. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das aktualisierte Modell die Darstellung des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Vorrichtung einen Speicher, der Anweisungen speichert, und einen oder mehrere Prozessoren, die mit dem Speicher verbunden sind, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren die Anweisungen aus dem Speicher ausführen und der eine oder die mehreren Prozessoren so konfiguriert sind, dass sie ein Verfahren durchführen. Bei der Durchführung des Verfahrens kann eine thermische Analyse für die simulierte additive Herstellung eines physischen Teils aus einem physischen Pulver unter Verwendung von Pulverbettfusion (PBF) durchgeführt werden. Die thermische Analyse kann auf einem Modell des PBF beruhen. Das Modell kann Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des restlichen physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Fertigung noch nicht gedruckt wurde, enthalten. Die thermische Analyse kann thermische Eigenschaften für das physische Teil liefern. Das Modell kann aktualisiert werden, ohne das restliche, noch nicht gedruckte physikalische Pulver einzubeziehen. Das aktualisierte Modell des PBF kann eine Darstellung des physischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthalten. Unter Verwendung des aktualisierten Modells kann eine Strukturanalyse für das physische Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften durchgeführt werden, um die strukturellen Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Viele Ausführungsformen beinhalten die Einstellung eines oder mehrerer Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils aus dem physischen Pulver unter Verwendung von PBF auf der Grundlage der Strukturanalyse. In vielen derartigen Ausführungsformen umfasst das physische Teil ein erstes physisches Teil, und der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt werden, umfassen einen Abstand zwischen dem ersten physischen Teil und einem zweiten physischen Teil, das mit dem ersten physischen Teil additiv hergestellt wird. In einigen derartigen Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt sind, eine Dicke eines kontaktlosen Trägers, wobei der kontaktlose Träger aus einem Teil des physischen Pulvers besteht. In vielen Ausführungsformen wird die Strukturanalyse auf der Grundlage von zumindest einem Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt. In vielen derartigen Ausführungsformen umfasst der Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse die thermischen Belastungen, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist. In mehreren Ausführungsformen umfasst die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung, und die Netzdarstellung wird bei der Aktualisierung des Modells entfernt. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das aktualisierte Modell die Darstellung des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung speichert ein nicht-transitorisches maschinenlesbares Medium ausführbare Programmbefehle, die bei Ausführung durch ein Datenverarbeitungssystem das Datenverarbeitungssystem veranlassen, ein Verfahren durchzuführen. Bei der Durchführung des Verfahrens kann eine thermische Analyse für die simulierte additive Herstellung eines physischen Teils aus einem physischen Pulver unter Verwendung der Pulverbettfusion (PBF) durchgeführt werden. Die thermische Analyse kann auf einem Modell des PBF beruhen. Das Modell kann Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des restlichen physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Fertigung noch nicht gedruckt wurde, enthalten. Die thermische Analyse kann thermische Eigenschaften für das physische Teil liefern. Das Modell kann aktualisiert werden, ohne das restliche, noch nicht gedruckte physikalische Pulver einzubeziehen. Das aktualisierte Modell des PBF kann eine Darstellung des physischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthalten. Unter Verwendung des aktualisierten Modells kann eine Strukturanalyse für das physische Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften durchgeführt werden, um die strukturellen Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Mehrere Ausführungsformen umfassen die Einstellung eines oder mehrerer Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils aus dem physischen Pulver unter Verwendung von PBF auf der Grundlage der Strukturanalyse. In vielen derartigen Ausführungsformen umfasst das physische Teil ein erstes physisches Teil, und der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt werden, umfassen einen Abstand zwischen dem ersten physischen Teil und einem zweiten physischen Teil, das mit dem ersten physischen Teil additiv hergestellt wird. In einigen dieser Ausführungsformen umfassen der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt wurden, eine Dicke eines kontaktlosen Trägers, wobei der kontaktlose Träger aus einem Teil des physischen Pulvers besteht. In einigen Ausführungsformen wird die Strukturanalyse auf der Grundlage von zumindest einem Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt. In einigen derartigen Ausführungsformen umfasst der Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse die thermischen Belastungen, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist. In einigen Ausführungsformen umfasst die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung, und die Netzdarstellung wird bei der Aktualisierung des Modells entfernt. In verschiedenen Ausführungsformen enthält das aktualisierte Modell die Darstellung des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde.
Jedes der oben genannten Verfahren kann auf einem nicht-transitorischen, computerlesbaren Medium verkörpert werden, das mit ausführbaren Anweisungen programmiert ist, die, wenn sie ausgeführt werden, das Verfahren durchführen. Ein System kann mit ausführbaren Befehlen programmiert werden, die bei Ausführung durch ein Verarbeitungssystem, das mindestens einen Hardware-Prozessor enthält, jedes der oben genannten Verfahren durchführen können.
Die obige Zusammenfassung enthält keine erschöpfende Liste aller Ausführungsformen in dieser Offenbarung. Alle Systeme und Verfahren können aus allen geeigneten Kombinationen der verschiedenen oben zusammengefassten Aspekte und Ausführungsformen und auch aus den in der nachstehenden detaillierten Beschreibung offengelegten Ausführungsformen praktiziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird beispielhaft und ohne Einschränkung in den Abbildungen der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Referenzen ähnliche Elemente bezeichnen. Um die Erörterung eines bestimmten Elements oder Vorgangs leicht erkennen zu können, beziehen sich die höchstwertige(n) Ziffer(n) in einer Referenznummer auf die Nummer der Abbildung, in der dieses Element zuerst eingeführt wird.

1A zeigt einen logischen Ablauf, der gemäß einer oder mehrerer der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann, um ein Teil mit Hilfe eines Simulationssystems zu entwerfen oder zu bewerten.
1B zeigt ein beispielhaftes System zur Umsetzung einer oder mehrerer der hier beschriebenen Ausführungsformen.
2 zeigt verschiedene Aspekte eines beispielhaften Prozessablaufs zur Erzeugung von Strukturanalyseergebnissen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3A zeigt verschiedene Aspekte eines Ausgangsmodells gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3B zeigt verschiedene Aspekte eines aktualisierten Modells gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4A zeigt beispielhafte Aspekte der Ergebnisse der thermischen Analyse gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
4B zeigt beispielhafte Aspekte der Ergebnisse der Strukturanalyse gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
5 zeigt einen beispielhaften logischen Ablauf für die Durchführung von thermischen und strukturellen Analysen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die veranschaulichen eine mögliche Anwendung der offengelegten Techniken in Bezug auf die Nähe von Teilen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
Die veranschaulichen eine beispielhafte Anwendung der offengelegten Techniken in Bezug auf berührungslose Träger gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Die zeigen eine beispielhafte Anwendung der offengelegten Techniken in Bezug auf die Wärmebehandlungsanalyse gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
9 zeigt ein beispielhaftes System, das in Verbindung mit einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann.
10A-10C zeigen ein beispielhaftes System, das in Verbindung mit einer oder mehreren hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Computerimplementierte Systeme und Verfahren zur Verwendung eines Modells mit einer Pulverdarstellung für eine thermische Analyse eines Teils und zur Verwendung eines Modells ohne Pulverdarstellung für eine Strukturanalyse des Teils werden hier beschrieben. Der hier beschriebene Sachverhalt bietet viele technische Vorteile. Wie nachstehend näher beschrieben, verbessern die computergestützten Techniken der vorliegenden Offenbarung beispielsweise die Funktionsweise eines Computersystems im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, weil die Techniken Analysen (z. B. thermische und strukturelle Analysen) unterstützen, die genauer, effizienter (z. B. schneller, mit geringerem Speicherbedarf usw.) sind und/oder einen geringeren Verarbeitungsaufwand als herkömmliche Ansätze aufweisen.
Allgemeiner ausgedrückt, kann die thermische Analyse eines Teils die Herstellung des Teils simulieren, was es der thermischen Analyse ermöglicht, die thermischen Bedingungen, denen das Teil während der Herstellung ausgesetzt ist (z. B. Hot Spots), genau zu berücksichtigen. Bei einer Strukturanalyse hingegen kann die Einwirkung verschiedener Kräfte auf das Teil simuliert werden, so dass die Strukturanalyse das Verhalten des Teils als Reaktion auf die Einwirkung der Kräfte (z. B. Spannen, Biegen, Brechen usw.) genau vorhersagen kann. Die thermischen Bedingungen, denen das Bauteil ausgesetzt ist, können jedoch einen erheblichen Einfluss auf das Verhalten des Bauteils bei der Einwirkung von Kräften haben. Daher sind genaue und zuverlässige thermische Analysen in der Regel die Voraussetzung für genaue und zuverlässige Strukturanalysen.
Bei der Pulverbettschmelztechnologie muss eine genaue und zuverlässige thermische Analyse die thermischen Auswirkungen des Pulvers berücksichtigen, das das Teil umgibt und aus dem das Teil hergestellt wird. Daher ist es wichtig, die thermische Analyse eines Teils anhand eines Modells mit einer Pulverdarstellung durchzuführen, damit die thermische Analyse die thermischen Auswirkungen des Pulvers (z. B. isolierende Eigenschaften) berücksichtigen kann. Die Simulation eines Modells mit einer Pulverdarstellung ist jedoch wesentlich ressourcenintensiver als die Simulation eines Modells ohne Pulverdarstellung, und bei Strukturanalysen kann die Berücksichtigung der thermischen Auswirkungen des Pulvers während der Herstellung des Teils zwar von entscheidender Bedeutung sein, es ist jedoch nicht notwendig, ein Modell mit einer Pulverdarstellung zu verwenden. Die Einbeziehung einer Pulverdarstellung in ein Modell für eine Strukturanalyse kann nicht nur den erforderlichen Rechenaufwand beträchtlich erhöhen, sondern auch die Ergebnisse verfälschen, z. B. durch eine zu starke Versteifung des Strukturverhaltens der Teile. Dementsprechend verwenden verschiedene Ausführungsformen, die hier offengelegt werden, ein Modell mit einer Pulverdarstellung für die Durchführung thermischer Analysen und ein Modell ohne Pulverdarstellung für die Durchführung von Strukturanalysen, die dennoch die thermischen Auswirkungen des Pulvers auf das Teil aus den thermischen Analysen berücksichtigen.
Die Ergebnisse der thermischen und/oder strukturellen Analysen eines Teils können zur Verbesserung/Verfeinerung des Teils und/oder des Herstellungsprozesses vor der Herstellung des physischen Teils verwendet werden. So können beispielsweise die ScanStrategien und/oder die Bedingungen in der Baukammer auf der Grundlage der Analysen angepasst werden. In einem anderen Beispiel können auf der Grundlage der Analysen ein oder mehrere der folgenden Punkte verbessert oder optimiert werden: die Nähe zwischen den Teilen, das Design der Stützen (z. B. berührungslose Stützen und stützenfreie Designs), die Prozessparameter und die Verschachtelung der Teile.
Die computergestützten Verfahren der vorliegenden Offenlegung können die Simulationen der additiven Fertigung mit Hilfe der Pulverbettschmelztechnologie verbessern, da sie genaue, zuverlässige und effiziente Analysen ermöglichen, ohne dass eine CAD-Manipulation erforderlich ist. Folglich ist die vorgeschlagene Methode auf eine Vielzahl von Analysen zur additiven Fertigung anwendbar (z. B. Pulverbettschmelzen, Eigenspannungen, Sintern, Bindemittelausstoß usw.). Die hier beschriebenen Ausführungsformen können praktisch genutzt werden, um die Funktionsweise eines Computers zu verbessern und/oder den technischen Bereich der Modellsimulation und - analyse zu verbessern, z. B. die Modellanalyse für die simulierte additive Fertigung unter Verwendung der Pulverbettschmelztechnologie.
Die hierin beschriebenen computergestützten Techniken erreichen viele solcher Verbesserungen durch den Einsatz von Verfahren, die ein Ausgangsmodell in ein aktualisiertes Modell umwandeln. Die computergestützten Verfahren der vorliegenden Offenlegung transformieren ein Ausgangsmodell in einen anderen Zustand, indem sie Pulverrepräsentationen entfernen, um ein aktualisiertes Modell zu erzeugen. Außerdem wird durch die Transformation ein Satz physikalischer Bits, die das Ausgangsmodell darstellen, in einen anderen Satz physikalischer Bits umgewandelt, die das aktualisierte Modell darstellen. Außerdem werden die Pulverdarstellungen entfernt, ohne dass eine CAD-Manipulation erforderlich ist, da die Pulverdarstellung einfach aus dem für die thermische Analyse verwendeten Modell entfernt werden kann, was zu einem anpassungsfähigeren System führt, das keinen CAD-Manipulator benötigt.
Durch die Durchführung einer thermischen Analyse unter Verwendung eines Modells mit einer Pulverdarstellung und einer anschließenden Strukturanalyse unter Verwendung eines Modells ohne Pulverdarstellung, das aber dennoch die Ergebnisse der thermischen Analyse berücksichtigt, können Probleme bei der thermomechanischen Modellierung vermieden werden, und die Strukturanalyse kann auf effiziente Weise genau und zuverlässig durchgeführt werden, was im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen schneller ist und/oder weniger Speicher- oder Verarbeitungsressourcen erfordert.
Verschiedene Ausführungsformen und Aspekte werden unter Bezugnahme auf die nachstehend erörterten Details beschrieben, und die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen die verschiedenen Ausführungsformen. Die folgende Beschreibung und die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Es werden zahlreiche spezifische Details beschrieben, um ein umfassendes Verständnis der verschiedenen Ausführungsformen zu ermöglichen. In bestimmten Fällen werden jedoch bekannte oder konventionelle Details nicht beschrieben, um eine prägnante Diskussion der Ausführungsformen zu ermöglichen.
Wenn in der Beschreibung von „einer Ausführungsform“ oder „einer Ausführungsform“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform enthalten sein kann. Die Formulierung „in einer Ausführungsform“, die an verschiedenen Stellen der Beschreibung auftaucht, bezieht sich nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform. Die in den folgenden Abbildungen dargestellten Prozesse werden von einer Verarbeitungslogik ausgeführt, die Hardware (z. B. Schaltungen, spezielle Logik usw.), Software oder eine Kombination aus beidem umfasst. Obwohl die Prozesse im Folgenden in Form einiger sequentieller Operationen beschrieben werden, ist zu beachten, dass einige der beschriebenen Operationen in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden können. Darüber hinaus können einige Vorgänge auch parallel und nicht sequentiell durchgeführt werden.
Bei der additiven Fertigung mit Hilfe der Pulverbettschmelztechnologie können ein oder mehrere dreidimensionale Teile Schicht für Schicht hergestellt werden, z. B. durch Scannen eines Lasers über das Pulver, bis das endgültige Teil entstanden ist. Bei der additiven Fertigung gibt es viele Parameter, die sich auf die Qualität der endgültigen gedruckten Teile auswirken können. Zu diesen Parametern gehören Prozessparameter, Scanstrategien und die Bedingungen in der Baukammer.
Zur Vorhersage von Defekten an gedruckten Teilen können verschiedene Modellierungsverfahren eingesetzt werden. Die thermomechanische Modellierung (TM) ist eine bestehende Technik für die thermische Analyse, die den thermischen Verlauf der Teile simuliert. Die TM-Modellierung bezieht sich im Allgemeinen auf eine einseitige Kopplung zwischen einer thermischen und einer strukturellen Analyse. Bei vielen bestehenden TM-Ansätzen werden Annahmen und Verallgemeinerungen verwendet, die zu ungenauen thermischen Analysen führen, z. B. wenn Teile auf der Grundplatte zu nahe beieinander liegen und/oder wenn Pulverbereiche während der Herstellung überhitzt werden (z. B. Hot Spots). So ist beispielsweise die thermomechanische (TM) Modellierung mit einem pauschalen Schichtansatz („lumped layer approach“) ein gängiges Verfahren für die thermische Analyse, das den thermischen Verlauf der Teile simuliert. Bei diesem Ansatz werden jedoch keine Laserpfade modelliert, sondern es werden mehrere Pulverschichten in eine Makroschicht eingebettet und jede Schicht wird entweder mit Temperatur oder Energie aktiviert. Die Genauigkeit und Zuverlässigkeit dieser Ansätze ist unzureichend, um einen oder mehrere Hotspots aufgrund der Nähe zwischen den Teilen, berührungslose Stützkonstruktionen, stützfreie Konstruktionen, Pulverisolationseffekte in wärmebehandelten Teilen, Optimierung der Prozessparameter und Verschachtelung von Teilen zuverlässig zu bewerten. Andererseits sind bestehende Ansätze, die das Pulver als Körper modellieren, unpraktisch. Beispielsweise erhöht die Verwendung einer Pulverdarstellung in makroskopischen Simulationen die Anzahl der Freiheitsgrade erheblich, was zu einem übermäßigen Bedarf an Rechenressourcen und inakzeptablen Rechenzeiten führt. Ein weiteres Beispiel ist die Verwendung einer Pulverdarstellung für Strukturanalysen, die zu einem übermäßig steifen Strukturverhalten der Teile führt.
Dementsprechend bietet der hier offengelegte Gegenstand Modellierungstechniken für die genaue und zuverlässige Analyse von gedruckten Teilen. Genauer gesagt, kann in verschiedenen Ausführungsformen ein Modell mit einer Pulverdarstellung für die thermische Analyse verwendet werden, das Modell kann dann für die Durchführung der Strukturanalyse manipuliert werden, beispielsweise durch Entfernen der Pulverdarstellung aus dem Modell. In vielen Ausführungsformen umfasst die thermische Analyse eine transiente thermische Berechnung. Auch wenn die Pulverdarstellung für die Strukturanalyse aus dem Modell entfernt wird, berücksichtigt die Strukturanalyse immer noch die thermischen Auswirkungen des Pulvers auf das durch die thermische Analyse bestimmte Teil. Wie im Folgenden näher beschrieben, verbessern die computergestützten Techniken der vorliegenden Offenbarung die Funktionsweise eines Computersystems im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, da die hierin beschriebenen Techniken Analysen (z. B. thermische, mechanische, Konstruktions- und Wärmebehandlungsanalysen) unterstützen, die im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen genauer, effizienter (z. B. schneller, geringerer Speicherbedarf usw.) sind und/oder einen geringeren Verarbeitungsaufwand aufweisen. Beispielsweise können die hier offengelegten Techniken zur zuverlässigen, effizienten und effektiven Bewertung von Hotspots aufgrund Nähe zwischen Teilen, berührungslosen Stützkonstruktionen, stützfreien Konstruktionen, Pulverisolationseffekten in wärmebehandelten Teilen, der Optimierung von Prozessparametern und der Verschachtelung von Teilen verwendet werden.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen können in Computersimulationen verschiedener physikalischer Systeme und Objekte (z. B. Teilefertigung, Anwendung von Lasten, Verformungen, Spannungen, Wärmeübertragung, Wärmebehandlung, Teilefertigung, rotierende Maschinen) verwendet werden, um festzustellen, ob eine bestimmte Konstruktion des Systems oder Objekts bestimmte Anforderungen an das System oder Objekt erfüllt. So kann es beispielsweise bestimmte Konstruktionsanforderungen an die physikalische Festigkeit eines mit Hilfe der Pulverbettschmelztechnologie hergestellten Teils geben, und es kann mit Hilfe einer Physiksimulation oder mehrerer Multiphysiksimulationen (z. B. thermische Analyse, Strukturanalyse, Analyse des Prozesses nach der Herstellung) ermittelt werden, ob eine bestimmte Konstruktion diese Konstruktionsanforderungen erfüllt.
In mehreren Ausführungsformen können die Computersimulationen genutzt werden, um durch den dreidimensionalen Druckprozess verursachte Fehler vorherzusehen und/oder zu vermeiden. So kann beispielsweise die Verformung eines Teils, die dazu führt, dass ein Teil nicht den Spezifikationen entspricht, durch Simulationen vorhergesehen werden. In einigen dieser Beispiele kann die Verformung des Teils durch Vorverformung der ursprünglichen CAD-Datei behoben werden, um die verbleibende Prozessverformung zu berücksichtigen (als Verformungskompensation bezeichnet). So kann zum Beispiel die strukturelle Konstruktion eines zu fertigenden Objekts angepasst oder aktualisiert werden, um die simulierte Verformung auszugleichen. In einem anderen Beispiel kann das Material eines Teils Defekte verursachen, wie z. B. Porosität, die durch Simulationen vorausgesehen und bewertet werden können. Infolgedessen können die Materialparameter des herzustellenden Objekts entsprechend den bei der Simulation ermittelten physikalischen Eigenschaften geändert werden. In verschiedenen solchen Beispielen können durch die Simulationen bessere Prozessparameter für die additive Fertigung ermittelt werden, um die Defekte zu vermeiden. Zu diesen Prozessparametern können beispielsweise Schichtdicke, Schraffurabstand („hatch spacing“), Laserleistung, Lasergeschwindigkeit, Scanstrategie, Abkühlzeit zwischen jeder neuen Schicht oder andere anwendbare Steuerungsparameter der additiven Fertigung gehören. Die beschriebene Simulation kann als Teil eines additiven Fertigungsprozesses durchgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann der thermische Gradient zu einem Versagen des Bauteils während des Drucks führen, z. B. durch Risse, die durch Simulationen vorhergesagt werden können. In vielen solchen Beispielen können Simulationen genutzt werden, um verschiedene Design-/Fertigungskonfigurationen anzupassen, ohne dass die Kosten für reale Experimente anfallen.
Zur Durchführung bestimmter Analysen eines computergestützten Modells (z. B. Finite-Elemente-Analyse usw.) kann eine Netzdarstellung des Modells erzeugt werden (z. B. eine polygonale Netzdarstellung). Eine polygonale Netzdarstellung ist eine stückweise Diskretisierung eines gegebenen Modells (z. B. eines gegebenen CAD-Modells), auf die hier Bezug genommen wird. Die polygonale Netzdarstellung kann z. B. ein kartesisches Netz oder eine andere Art von Netz umfassen, und verschiedene computergestützte Analysen können unter Verwendung des Netzes durchgeführt werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Simulationsaufbau alle Teile, die mit den Prozessparametern für einen gesamten Bau gedruckt werden. Die thermische Analyse kann eine instationäre (transiente) thermische Berechnung umfassen, die alle Teile und Pulverdarstellungen einschließt. Durch die Berücksichtigung der Wärmelasten aller Modellkomponenten (einschließlich des Pulvers) sind keine Annahmen für die Berechnung der Wärmelasten erforderlich. Darüber hinaus verwendet die Strukturanalyse dieselben Darstellungen (z. B. Netze), die für die instationäre thermische Berechnung verwendet werden, jedoch ohne die Pulverdarstellung (z. B. das Netz der Pulverdarstellung), indem sie aus den Berechnungen der Strukturanalyse gestrichen wird. Die Strukturanalyse berücksichtigt weiterhin die thermischen Lasten des gesamten Aufbaus und den Einfluss des Pulvermaterials auf die Wärmeleitung unter Verwendung der in der thermischen Analyse ermittelten thermischen Lasten. Diese Methodik führt zu einer genauen und zuverlässigen Simulation, die die Berechnungszeit drastisch reduziert.
1A zeigt ein Verfahren, bei dem diese Entwurfsanforderungen in Bezug auf einen bestimmten Entwurf eines Systems oder Objekts, das simuliert wird, getestet werden können. In Block 102 kann ein Datenverarbeitungssystem (z. B. ein Computer, der Simulationssoftware ausführt, um ein Simulationssystem bereitzustellen) Daten über einen Entwurf für ein System oder ein Objekt empfangen. Die Daten können in CAD-Software auf einem Datenverarbeitungssystem erstellt werden, und die Daten können Geometrieinformationen (z. B. Größen und Formen) über das System oder Objekt und Materialinformationen über das/die Material/e enthalten, die zur Herstellung des Systems oder Objekts verwendet werden.
In Block 104 kann das Datenverarbeitungssystem dann eine oder mehrere Analysen durchführen, einschließlich einer oder mehrerer Simulationen, um die Konstruktion des Objekts (z. B. des Teils) oder des Systems (z. B. der Sammlung von Teilen) zu bewerten. Die Simulationen können eine oder mehrere physikalische Simulationen oder MultiphysikSimulationen umfassen (z. B. Simulationen, bei denen verschiedene physikalische Solver über verschiedene Räume in den Simulationen verwendet werden). Diese Analysen und Simulationen können Ergebnisse oder Lösungsdaten liefern, die in den hier beschriebenen Aspekten und Ausführungsformen verwendet werden können oder verwendet werden sollen.
In Block 106 kann das Datenverarbeitungssystem und/oder der Konstrukteur die Ergebnisse einer oder mehrerer Analysen/Simulationen auswerten, um festzustellen, ob der Entwurf des Systems oder Objekts bestimmte gewünschte Kriterien für den Entwurf erfüllt. Diese Feststellung wird im Entscheidungsblock 108 angezeigt. Wenn die ein oder mehreren Kriterien erfüllt sind, kann das Datenverarbeitungssystem und/oder der Konstrukteur in Block 112 Daten über das System oder Objekt (einschließlich der Konstruktionsparameter) bereitstellen, um die Herstellung des Systems oder Objekts zu ermöglichen. Sind beispielsweise die ein oder mehreren Kriterien erfüllt, kann eine CAD-Datei erstellt werden, die beschreibt, wie das System oder Objekt zu bauen ist, und das System oder Objekt kann auf der Grundlage dieser CAD-Datei hergestellt werden. Wenn die im Entscheidungsblock 108 ermittelten Kriterien nicht erfüllt sind, kann das Datenverarbeitungssystem und/oder der Konstrukteur den Entwurf im Block 110 überarbeiten (z. B. durch Änderung von Größen, Abständen, Materialien und/oder Fertigungsparametern, die im System oder Objekt verwendet werden, usw.) und den Prozess wiederholen, indem zusätzliche weitere Analysen und/oder Simulationen durchgeführt werden, um das überarbeitete System oder Objekt zu bewerten. Dies kann wiederholt werden, bis die gewünschten Kriterien für das System oder Objekt erreicht sind.
In verschiedenen Ausführungsformen werden ein oder mehrere Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung eines physischen Teils aus einem physischen Pulver auf der Grundlage der Strukturanalyse festgelegt (z. B. Teileabstand, berührungslose Stützdicke usw.).
Der hier beschriebene Sachverhalt bietet viele technische Vorteile. Wie hier beschrieben, verbessern die computergestützten Techniken der vorliegenden Offenbarung die Funktionsweise eines Computersystems im Vergleich zu konventionellen Ansätzen, da die hier beschriebenen Techniken Analysen (z. B. thermische, strukturelle und/oder Nachbearbeitungsanalysen) auf eine Weise ermöglichen, die im Vergleich zu konventionellen Ansätzen genauer, zuverlässiger und/oder effizienter ist (z. B. schneller, mit geringeren Speicher- und Verarbeitungsanforderungen). Beispielsweise können die hier offengelegten Techniken zur zuverlässigen, effizienten und effektiven Bewertung von Hotspots aufgrund der Nähe zwischen Teilen, berührungslosen Stützkonstruktionen, stützfreien Konstruktionen, Pulverisolationseffekten in wärmebehandelten Teilen, der Optimierung von Prozessparametern und der Verschachtelung von Teilen verwendet werden.
Die computergestützten Techniken erzielen solche Verbesserungen, während sie die Notwendigkeit einer zusätzlichen/übermäßigen Verarbeitung verringern, die ein zeitaufwändiger und/oder rechenintensiver Prozess sein kann und erhebliche Verarbeitungs- und/oder Speicherressourcen erfordern kann. Dies wird zumindest teilweise dadurch ermöglicht, dass eine Pulverdarstellung aus einem Modell, das zur Durchführung einer thermischen Analyse verwendet wird, entfernt wird, um ein aktualisiertes Modell zu erstellen, und eine Strukturanalyse mit dem aktualisierten Modell durchgeführt wird, da der Ausschluss der Pulverdarstellung aus der Strukturanalyse den Bedarf an Rechenressourcen erheblich reduzieren kann.
1B zeigt ein System 100b, das eine oder mehrere der hier offengelegten Techniken implementieren kann, wie z. B. die Durchführung verschiedener Analysen und das Entfernen einer Pulverdarstellung aus einem Ausgangsmodell, um ein aktualisiertes Modell zu erstellen. Das System 100b kann eine Rechenvorrichtung 114 umfassen. Die Rechenvorrichtung 114 kann einen Speicher 116 zum Speichern von Befehlen zur Ausführung durch einen oder mehrere Datenprozessor/Prozessorkerne 118 enthalten. Die Rechenvorrichtung 114 kann auch eine Benutzereingabeschnittstelle 120 enthalten, die Anweisungen empfangen kann, die von einem Benutzereingabegerät 122 und/oder über eine grafische Benutzeroberfläche bereitgestellt werden. Das System 100b kann optional eine Anzeige 124 enthalten, die visuelle Informationen wiedergeben kann, die den Simulations- und/oder Analyseergebnissen entsprechen.
2 zeigt verschiedene Aspekte eines beispielhaften Prozessablaufs 200 zur Erzeugung von Strukturanalyseergebnissen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die dargestellte Ausführungsform umfasst einen thermischen Analysator 202, einen Strukturanalysator 204 und einen Modellmanipulator 206. Im Prozessablauf 200 kann der thermische Analysator 202 ein Ausgangsmodell 208 als Eingabe erhalten und thermische Analyseergebnisse 212 als Ausgabe erzeugen. Der Modellmanipulator 206 kann ebenfalls das Ausgangsmodell 208 als Eingabe erhalten und ein aktualisiertes Modell 210 als Ausgabe erzeugen. Der Strukturanalysator 204 kann die Ergebnisse der thermischen Analyse 212 oder zumindest einen Teil davon und das aktualisierte Modell 210 als Eingabe erhalten und die Ergebnisse der Strukturanalyse 214 als Eingabe erzeugen. Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kann das Ausgangsmodell 208 eine Pulverdarstellung enthalten, die der Modellmanipulator 206 entfernt, um das aktualisierte Modell 210 zu erzeugen. Die Ergebnisse der thermischen Analyse 212 können verschiedene thermische Eigenschaften eines hergestellten physischen Teils auf der Grundlage der Teiledarstellung schätzen und die Ergebnisse der strukturellen Analyse 214 können verschiedene strukturelle Eigenschaften des hergestellten physischen Teils auf der Grundlage der Teiledarstellung schätzen. In vielen Ausführungsformen können die geschätzten thermischen Eigenschaften eine oder mehrere der thermischen Belastungen, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist, die durchschnittlichen Temperaturen pro Elementschicht(en), die maximale Temperatur nach dem Drucken der obersten Schicht und die Abkühlungsraten umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen können die geschätzten strukturellen Merkmale eine oder mehrere Verformungen und Eigenspannungen umfassen. Die Ausführungsformen sind in diesem Zusammenhang nicht beschränkt.
Allgemeiner ausgedrückt, kann das Ausgangsmodell 208 die für die Durchführung der thermischen Analyse bereitgestellten Eingaben enthalten. In vielen Ausführungsformen wird das Ausgangsmodell 208 auf der Grundlage eines CAD-Modells erstellt, das als Eingabe bereitgestellt wird. Wie nachstehend näher erläutert, z.B. bei 5, kann das Ausgangsmodell 208 beispielsweise das Ergebnis des Simulationsaufbaus, der Vernetzung und der Erstellung von Kontaktdefinitionen nach Erhalt der Eingabe sein, die ein CAD-Modell mit den Teilen, Stützen, der Pulverdarstellung und der Grundplattengeometrie umfasst.
3A zeigt verschiedene Aspekte eines Ausgangsmodells 302 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das Ausgangsmodell 302 Teiledarstellungen 304a, 304b, 304c, eine Pulverdarstellung 306 und eine Grundplattendarstellung 308. In vielen Ausführungsformen kann das Ausgangsmodell 302 verwendet werden, um eine thermische Analyse von physischen Teilen durchzuführen, die den Teiledarstellungen 304a, 304b, 304c entsprechen. In vielen dieser Ausführungsformen nutzt die thermische Analyse die Pulverdarstellung 306, um die thermischen Auswirkungen eines entsprechenden physischen Pulvers zu berücksichtigen, das das physische Teil umgibt und zur Herstellung des physischen Teils verwendet wird, z. B. durch Lasersintern.
In verschiedenen Ausführungsformen beziehen sich die hier erörterten Modelle auf Modelle, die bei der Durchführung von Analysen von Aspekten eines additiven Fertigungsverfahrens und/oder eines additiv gefertigten Teils, wie z. B. eines Pulverbettschmelzverfahrens, verwendet werden. Beim Pulverbettschmelzen wird eine erste Pulverschicht auf eine Grundplatte aufgebracht, die dann selektiv aktiviert wird (z. B. mit einem Laser), um Teile der ersten Schicht selektiv zu verschmelzen und eine erste Schicht des oder der herzustellenden Teile zu erzeugen. Anschließend wird eine zweite Pulverschicht auf der Grundplatte über der ersten Schicht aufgebracht, und der Vorgang wird wiederholt, bis alle Schichten des oder der herzustellenden Teile fertiggestellt sind. Auf diese Weise kann ein physisches Teil aus einem Teil des physischen Pulvers auf der Grundplatte gedruckt werden, das (z. B. mittels Laser) aktiviert wurde. Nach der Herstellung können die ein oder mehreren Teile von dem verbleibenden ungeschmolzenen Pulver entfernt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Grundplatte nach unten bewegt werden, wenn weitere Schichten hinzugefügt werden.
Es versteht sich von selbst, dass eine oder mehrere „Darstellungen“ mit dem Namen der Komponente bezeichnet werden können, die sie darstellen. So kann beispielsweise die Darstellung des Teils 304a als Teil 304a und die Darstellung der Grundplatte 308 als Grundplatte 308 bezeichnet werden. Im Zusammenhang mit der Erörterung eines Modells (z. B. Modell 602, 702, 802) bezieht sich der Verweis auf eine Komponente, sofern nicht anders angegeben, auf die Darstellung im Modell, die der physischen Komponente im Modell entspricht. So bezieht sich beispielsweise Teil 604a des Modells 602 auf eine Darstellung eines entsprechenden physischen Teils im Modell 602.
3B illustriert verschiedene Aspekte eines aktualisierten Modells 310 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das aktualisierte Modell 310 die Teiledarstellungen 304a, 304b, 304c und die Grundplattendarstellung 308. In vielen Ausführungsformen kann das aktualisierte Modell 310 in Verbindung mit einem oder mehreren Teilen verwandter thermischer Analyseergebnisse (z.B. aus einer thermischen Analyse, die am Ausgangsmodell 302 durchgeführt wurde) verwendet werden, um eine Strukturanalyse der physischen Teile durchzuführen, die den Teiledarstellungen 304a, 304b, 304c entsprechen. In vielen derartigen Ausführungsformen wird bei der Strukturanalyse die Pulverdarstellung 306 nicht verwendet, um eine effiziente und genaue Erzeugung von Strukturanalyseergebnissen zu ermöglichen.
4A zeigt beispielhafte Aspekte der Ergebnisse der thermischen Analyse 402a gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Ergebnisse der thermischen Analyse 402a zeigen die maximalen Temperaturen, denen verschiedene Teile des Modells (z. B. das Ausgangsmodell 302) während der Herstellung ausgesetzt sind. Aufgrund der isolierenden Eigenschaften des beim Pulverbettschweißen verwendeten Pulvers müssen bei der genauen Durchführung einer Thermoanalyse eines durch Pulverbettschweißen hergestellten Teils die Auswirkungen des Pulvers berücksichtigt werden. Dementsprechend wird ein Modell mit einer Pulverdarstellung (z. B. das Ausgangsmodell 302) verwendet, um Thermoanalyseergebnisse 402a zu erzeugen, die eine Pulverdarstellung enthalten. In einigen Ausführungsformen können die Ergebnisse der thermischen Analyse 402a die thermische Belastung des vollständigen Aufbaus für das Ausgangsmodell 302 darstellen.
4B zeigt beispielhafte Aspekte der Ergebnisse der Strukturanalyse 402b gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Die Ergebnisse der Strukturanalyse 402b zeigen die Verformungen verschiedener Teile der hergestellten Teile im Modell (z. B. das aktualisierte Modell 310) aufgrund der simulierten Anwendung von Kräften während der entsprechenden Strukturanalyse. Wie weiter unten näher erläutert, z. B. in Bezug auf die 7A-7D, kann die Einbeziehung der Pulverdarstellung in die Strukturanalyse zu einer Überversteifung der Teile und zu inakzeptablen Bearbeitungszeiten und Ressourcenanforderungen führen. Dementsprechend wird ein Modell ohne Pulverdarstellung (z. B. das aktualisierte Modell 310) verwendet, um Strukturanalyseergebnisse 402b zu erzeugen, die die thermischen Belastungen berücksichtigen, denen die Komponenten gemäß der thermischen Analyse ausgesetzt sind. In vielen Ausführungsformen kann der thermische Verlauf an jedem Knoten aus der thermischen Berechnung importiert und als thermischer Gradient betrachtet werden. In vielen dieser Ausführungsformen kann sich ein Knoten auf einen Punkt im Raum beziehen, an dem die Freiheitsgrade definiert sind.
5 zeigt einen beispielhaften Logikfluss 500 zur Durchführung von thermischen und strukturellen Analysen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der Logikfluss 500 kann repräsentativ für einen Prozess zur Lösung von Strukturberechnungen bei der additiven Fertigung von Teilen unter Verwendung der thermischen Lasten vollständiger Aufbauten sein. Der logische Ablauf kann mit Block 502 beginnen. In Block 502 „Eingabe empfangen“ wird eine Eingabe empfangen. Zum Beispiel können Teile, Halterungen, Pulverdarstellung und Grundplattengeometrie bereitgestellt werden, z. B. in einem CAD-Modell.
In Block 504 „Simulation einrichten“ kann die Simulation eingerichtet werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Einrichten der Simulation eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: Verwendung von Bauprozessparametern für den gesamten Bauprozess, Zuweisung von Materialien zu verschiedenen Komponenten und Zuweisung von Materialeigenschaften für die Pulverdarstellung. Im weiteren Verlauf von Block 506 „Komponentendarstellungen erstellen“ können die Komponentendarstellungen auf der Grundlage der Eingaben erstellt werden. So können beispielsweise Netzdarstellungen für die Teile, die Stützen, das Pulver und die Grundplattengeometrie erzeugt werden.
In Block 508 „Kontaktdefinitionen erstellen“ können Kontaktdefinitionen erstellt werden. Beispielsweise können Kontaktdefinitionen für eines oder mehrere der folgenden Elemente erstellt werden: Teil(e) zu Stützen, Teil(e) zu Pulverdarstellung, Stütze(n) zu Pulverdarstellung und Teile, Stützen, Pulver zu Grundplattengeometrie. Weiter zu Block 510 „thermische Analyse durchführen“ kann eine thermische Analyse durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine instationäre thermische Analyse für die Herstellung aller Teile, einschließlich der Pulverdarstellung, gelöst werden. In vielen Ausführungsformen kann die Eingabe, die für die Durchführung der thermischen Analyse bereitgestellt wird, das Ausgangsmodell (z. B. Ausgangsmodell 208) umfassen.
In Block 512 „Pulverdarstellung entfernen“ kann die Pulverdarstellung entfernt werden. Zum Beispiel können alle Pulverelemente vor der Durchführung der Strukturanalyse gelöscht werden. In vielen Ausführungsformen kann die Eingabe für die Durchführung der Strukturanalyse nach dem Entfernen der Pulverdarstellung das aktualisierte Modell (z. B. die aktualisierten Modelle 210) umfassen. Weiter zu Block 514 „Strukturanalyse durchführen“ kann eine Strukturanalyse durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Strukturanalyse durchgeführt werden, die die Pulverdarstellung ausschließt.
Die zeigen eine beispielhafte Anwendung der offengelegten Techniken in Bezug auf die Nähe der Teile gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Genauer gesagt illustriert 6A ein Modell 600 mit Teilen 604a, 604b, Pulver 606 und einer Grundplatte 608; 6B illustriert den Abstand 610 zwischen Teil 604a und Teil 604b; 6C enthält ein Diagramm 612, das die Temperaturen verschiedener Teile des Modells 600 als Reaktion auf eine thermische Analyse illustriert, die mit einem bestimmten Teileabstand durchgeführt wurde; und 6D enthält ein Diagramm 614, das verschiedene Maximaltemperaturen illustriert, die sich aus verschiedenen Abständen 610 ergeben. Verschiedene Techniken, die hier offenbart werden, ermöglichen eine effiziente, genaue und zuverlässige Optimierung des Abstands 610 zwischen verschiedenen Teilen. Ganz allgemein erleichtert eine genaue und effiziente Strukturanalyse die Verwendung von Iterationen zur Optimierung einer Vielzahl von Prozess- und/oder Teileparametern. Durch die Optimierung der Abstände zwischen den Teilen kann zum Beispiel die Nutzung der Fläche der Grundplatte 608 optimiert werden, um das effizienteste Layout auf der Grundplatte 608 zu ermitteln.
Wie in 6A dargestellt, umfasst das Modell 602 ein Teil 604a, das neben einem Teil 604b auf der Grundplatte 608 angeordnet ist, wobei das Pulver 606 die Teile 604a und 604b umgibt und zwischen ihnen liegt. Es wird deutlich, dass das Pulver 606, welches sich bis zum Rand der Grundplatte 608 erstreckt, nicht dargestellt ist.
6B zeigt eine Draufsicht auf das Modell 602 mit variablem Abstand 610 zwischen den Teilen 604a, 604b. 6C zeigt das Diagramm 612, das die Höchsttemperaturen für einen bestimmten Teileabstand darstellt. Die Höchsttemperatur für den spezifischen Teileabstand liegt ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Teilen 604a, 604b. Dies kann zumindest teilweise auf die isolierenden Eigenschaften des Pulvers und die Nähe der Laserpfade zurückzuführen sein, die zur Erzeugung der einander zugewandten Seiten der Teile 604a, 604b verwendet werden.
In 6D zeigt das Diagramm 614 die Beziehung zwischen der maximalen Temperatur und dem Abstand 716 zwischen den Teilen 604a, 604b. Wie aus dem Diagramm 614 hervorgeht, ist die maximale Temperatur bei dem kleinsten Abstand 610 am höchsten und nimmt mit zunehmendem Abstand 610 ab, bis ein Schwellenwert erreicht ist. Beim Schwellenabstand (z. B. ~18 mm) pendelt sich die Höchsttemperatur ein, wobei die Temperatur stabil bleibt (z. B. zwischen 230 und 235 Grad). In verschiedenen Ausführungsformen kann dieser Schwellenabstand einen optimalen Abstand zwischen den Teilen darstellen. Beispielsweise kann ein Abstand unterhalb des Schwellenwerts dazu führen, dass die Teile übermäßig hohen Temperaturen ausgesetzt werden, und ein Abstand oberhalb des Schwellenwerts kann zu einer ineffizienten Anordnung (z. B. Platzverschwendung) auf der Grundplatte 608 führen.
Die zeigen eine beispielhafte Anwendung der offenbarten Techniken in Bezug auf berührungslose Halterungen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Genauer gesagt zeigt 7A ein Modell 702, das ein Teil 704, Pulver 706, einen Träger 708, eine Grundplatte 710 und einen Abstand 716 zwischen dem Teil 704 und dem Träger 708 enthält; 7B enthält ein Diagramm 712, das die maximale Hotspot-Temperatur in Abhängigkeit vom Abstand 716 zeigt; 7C enthält Ergebnisse der Strukturanalyse 714a, die unter Verwendung eines Modells mit Pulver 706 erzeugt wurden; und 7D enthält Ergebnisse der Strukturanalyse 714b, die unter Verwendung eines Modells erzeugt wurden, bei dem das Pulver 706 ausgeschlossen ist. Verschiedene hier offengelegte Techniken ermöglichen eine effiziente, genaue und zuverlässige Optimierung des Abstands 716 zwischen einem Träger 708 und einem Pulver 706. In vielen Ausführungsformen umfasst der Abstand eine Schicht des Pulvers 706. Ganz allgemein erleichtert eine genaue und effiziente Strukturanalyse die Verwendung von Iterationen zur Optimierung einer Vielzahl von Prozess- und/oder Teileparametern.
Wie in 7A dargestellt, umfasst das Modell 702 einen Träger 708, der eine berührungslose Unterstützung darstellt. In verschiedenen Ausführungsformen können berührungslose Träger die Verwendung einer Pulverschicht zwischen einem Teil und einem Träger umfassen. Kontaktlose Stützen können beim Pulverbettschmelzen verwendet werden, um Teile auf eine sauberere Art und Weise herzustellen, die weniger Nachbearbeitung erfordert, z. B. um Stützen und/oder Verbindungspunkte für Stützen zu entfernen, die bei der additiven Herstellung des Teils verwendet werden. Kontaktlose Stützen können Parameter einführen, die mit Hilfe einer oder mehrerer hier offengelegter Techniken effizient und effektiv optimiert werden können. Zum Beispiel kann der Abstand 716 zwischen dem Träger 708 und dem Teil 704 optimiert werden.
In 7B zeigt das Diagramm 712 die Beziehung zwischen der maximalen Hotspot-Temperatur und dem Abstand 716 zwischen dem Träger 708 und dem Teil 704. Wie in Diagramm 712 dargestellt, steigt die maximale Hotspot-Temperatur mit zunehmendem Abstand zwischen dem Teil 704 und dem Träger 708.
Wie bereits erwähnt, kann die Einbeziehung von Pulverdarstellungen in Strukturanalysen zu übersteifen Ergebnissen führen, die die Verformung des Teils nicht genau wiedergeben. Das Entfernen der Pulverdarstellungen aus dem Modell vor der Durchführung der Strukturanalyse kann jedoch zu Ergebnissen führen, die die Teileverformung genau wiedergeben.
7C zeigt die Ergebnisse der Strukturanalyse 714a, die unter Verwendung des Modells 702 mit Pulver 706 erstellt wurden. 7D zeigt die Ergebnisse der Strukturanalyse 714b, die unter Verwendung des Modells 702 bei entferntem Pulver 706 erstellt wurden. In den Ergebnissen der Strukturanalyse 714a wird das Teil 704 um 0,00041649 mm verformt. In den Ergebnissen der Strukturanalyse 714b wird das Teil 704 jedoch um 0,25116 mm verformt. Dementsprechend veranschaulichen die Ergebnisse der Strukturanalyse 714a, wie die Einbeziehung von Pulverdarstellungen zu übersteifen Strukturanalyseergebnissen führen kann, bei denen die Verformung des Teils schlecht abgeschätzt wird. Andererseits veranschaulichen die Ergebnisse der Strukturanalyse 714b, wie der Ausschluss von Pulverdarstellungen gemäß den hier offengelegten Techniken bei der Durchführung einer Strukturanalyse zu zuverlässigeren und effizienteren Ergebnissen führen kann, die die Verformung des Teils genau erfassen.
Die zeigen eine beispielhafte Anwendung der offengelegten Techniken in Bezug auf die Wärmebehandlungsanalyse gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Genauer gesagt zeigt 8A ein Modell 802 mit einem Teil 804, Pulver 806 und einer Grundplatte 808; 8B enthält Ergebnisse der strukturellen thermischen Analyse 810, die die maximalen Temperaturen veranschaulichen, die sich aus der Herstellung des Teils 804 zu einem bestimmten Zeitschritt der Simulation ergeben; 8C enthält Ergebnisse der Wärmebehandlungsanalyse 812a zu Beginn einer simulierten Wärmebehandlung und Ergebnisse der Wärmebehandlungsanalyse 812b am Ende der simulierten Wärmebehandlung; und 8D enthält ein Diagramm 814, das die für die Wärmebehandlungsanalyse berücksichtigte Eingangstemperatur veranschaulicht. Verschiedene hier offengelegte Techniken ermöglichen eine effiziente, genaue und zuverlässige Bestimmung der Eigenspannungen nach der Herstellung (z. B. als Teil einer Strukturanalyse des Teils, die durch eine thermische Analyse des Teils informiert wird), was wiederum die Simulation von Wärmebehandlungen mit genauen Ergebnissen ermöglicht. Noch allgemeiner kann eine genaue und effiziente Strukturanalyse, die durch die hier offenbarten Techniken erzeugt wird, eine genaue Simulation und Analyse einer Vielzahl von Prozessen nach der Fertigung ermöglichen, ohne die Rechenzeit zu erhöhen.
Wie in 8A dargestellt, umfasst das Modell 802 ein Teil 804, das von Pulver 806 umgeben ist. Es wird deutlich, dass das Pulver 806, das die Außenseite des Teils 804 umgibt und sich bis zum Rand der Grundplatte 808 erstreckt, nicht dargestellt ist.
8B zeigt die Ergebnisse der thermischen Analyse 810, die auf der Grundlage des Modells 802 erzeugt wurden. Diese Ergebnisse der thermischen Analyse 810 können für eine Strukturanalyse des Teils 804 verwendet werden. Insbesondere können die Temperaturen, denen verschiedene Teile des Teils 804 während der Herstellung ausgesetzt waren, zur Bestimmung der inneren Spannungen des Teils 804 herangezogen werden.
In 8C sind die Ergebnisse der Wärmebehandlungsanalyse 812a vom Beginn der simulierten Wärmebehandlung und die Ergebnisse der Wärmebehandlungsanalyse 812b vom Ende der Wärmebehandlung. Genauer gesagt veranschaulichen die Wärmebehandlungsanalyseergebnisse 812a die inneren Spannungen des Teils 804 nach der simulierten additiven Fertigung und die Wärmebehandlungsanalyseergebnisse 812b die inneren Spannungen des Teils 804 nach der Wärmebehandlung. Verschiedene Techniken, die hier offengelegt werden, ermöglichen eine effiziente, genaue und zuverlässige Simulation von Wärmebehandlungen durch eine effiziente, genaue und zuverlässige Strukturanalyse, die durch eine effiziente, genaue und zuverlässige thermische Analyse unterstützt wird. Allgemeiner ausgedrückt kann eine effiziente und genaue Strukturanalyse, die durch die hier offengelegten Techniken erzeugt wird, eine genaue Simulation und Analyse einer Vielzahl von Nachbearbeitungsprozessen ermöglichen.
In 8D zeigt das Diagramm 814 die für die Wärmebehandlungsanalyse berücksichtigte Eingangstemperatur. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung ein Glühverfahren umfassen. Der Glühprozess kann beispielsweise die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften eines Materials verändern, um seine Duktilität zu erhöhen und seine Härte zu verringern, so dass es sich besser bearbeiten lässt. Typischerweise umfasst das Glühen das Erhitzen eines Materials über eine Rekristallisationstemperatur, das Halten einer geeigneten Temperatur über einen angemessenen Zeitraum und das anschließende Abkühlen.
Die hier beschriebenen Methoden und Systeme können unter Verwendung jedes geeigneten Verarbeitungssystems mit jeder geeigneten Kombination von Hardware, Software und/oder Firmware implementiert werden, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die nicht einschränkenden Beispiele von 9, 10A, 10B und 10C beschrieben.
9 zeigt eine computerimplementierte Umgebung 900, in der Benutzer 902 mit einem System 908 interagieren können, das auf einem oder mehreren Servern 906 über ein oder mehrere Netzwerke 904 gehostet wird. Der oder die Server 906 sind mit einem oder mehreren Datenspeicher(n) 910 verbunden. In einigen Ausführungsformen sind der eine oder die mehreren Datenspeicher 910 mit dem einen oder den mehreren Servern 906 über das eine oder die mehreren Netzwerke 904 gekoppelt. Der/die Datenspeicher 910 kann/können Daten speichern, die vom System 908 verwendet werden, wie z. B. erste Daten 912 und zweite Daten 914. Das System 908 enthält Softwareoperationen oder -routinen. Die Benutzer 902 können mit dem System 908 auf verschiedene Weise interagieren, z. B. über ein oder mehrere Netzwerke 904. Ein oder mehrere über das/die Netzwerk(e) 904 zugängliche(r) Server 906 können das System 908 hosten. Es versteht sich, dass das System 908 auch auf einem eigenständigen Computer („stand-alone computer“) für den Zugriff durch einen Benutzer bereitgestellt werden kann.
10A-10C zeigen Beispielsysteme zur Verwendung bei der Implementierung eines Systems. Beispielsweise zeigt 10A ein beispielhaftes System 1000a, das eine eigenständige Computerarchitektur umfasst, in der ein Verarbeitungssystem 1002 (z. B. ein oder mehrere Computerprozessoren, die sich in einem bestimmten Computer oder in mehreren Computern befinden, die voneinander getrennt und verschieden sein können) ein System 1012 (z. B. einen oder mehrere thermische Analysatoren 202, strukturelle Analysatoren 204 und Modellmanipulatoren 206) umfasst, das auf ihm ausgeführt wird. Das Verarbeitungssystem 1002 hat zusätzlich zu einem oder mehreren Datenspeicher(n) 1006 Zugriff auf einen nicht transitorischen computerlesbaren Speicher 1004. Der eine oder die mehreren Datenspeicher 1006 können erste Daten 1008 (z.B. ein Ausgangsmodell 208 und/oder ein aktualisiertes Modell 210) sowie zweite Daten 1010 (z.B. thermische Analyseergebnisse 212 und/oder strukturelle Analyseergebnisse 214) enthalten. Bei dem Verarbeitungssystem 1002 kann es sich um eine verteilte parallele Rechenumgebung handeln, die zur Verarbeitung sehr großer Datensätze verwendet werden kann.
10B zeigt ein System 1000b, das eine Client-Server-Architektur umfasst. Ein oder mehrere Benutzer-PCs 1014 greifen über ein oder mehrere Netzwerke 1016 auf einen oder mehrere Server 1018 zu, auf denen ein System 1028 (z. B. ein oder mehrere thermische Analysatoren 202, Strukturanalysatoren 204 und Modellmanipulatoren 206) auf einem Verarbeitungssystem 1020 läuft. Der oder die Server 1018 können auf einen nichtübertragbaren computerlesbaren Speicher 1030 sowie auf einen oder mehrere Datenspeicher 1022 zugreifen. Der eine oder die mehreren Datenspeicher 1022 können erste Daten 1024 (z.B. ein Ausgangsmodell 208 und/oder ein aktualisiertes Modell 210) sowie zweite Daten 1026 (z.B. thermische Analyseergebnisse 212 und/oder strukturelle Analyseergebnisse 214) enthalten.
10C zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften Hardware für eine eigenständige Computerarchitektur 1000c, wie die in 10A dargestellte Architektur, die verwendet werden kann, um die Programmanweisungen von Systemausführungen der vorliegenden Offenbarung zu enthalten und/oder zu implementieren. Ein Systembus 1058 kann als Informationsautobahn dienen, die die anderen dargestellten Komponenten der Hardware miteinander verbindet. Ein als CPU (Central Processing Unit) bezeichnetes Verarbeitungssystem 1048 (z. B. ein oder mehrere Computerprozessoren) kann Berechnungen und logische Operationen durchführen, die zur Ausführung eines Programms erforderlich sind. Ein nicht transitorisches, computerlesbares Speichermedium, wie z. B. ein Festwertspeicher (ROM) 1046 und ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 1044, kann mit der CPU 1048 in Verbindung stehen und eine oder mehrere Programmieranweisungen enthalten. Optional können Programmanweisungen auf einem nicht transitorischen, computerlesbaren Speichermedium wie einer Magnetplatte, einer optischen Platte, einem beschreibbaren Speichergerät, einem Flash-Speicher oder einem anderen physischen Speichermedium gespeichert werden. Computeranweisungen können auch über ein Kommunikationssignal oder eine modulierte Trägerwelle übermittelt werden, so dass die Anweisungen dann auf einem nicht transitorischen, computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden können.
Ein Disk-Controller 1050 verbindet ein oder mehrere optionale Diskettenlaufwerke mit dem Systembus 1058. Diese Diskettenlaufwerke können externe oder interne Diskettenlaufwerke wie das Diskettenlaufwerk 1054, externe oder interne CD-ROM-, CD-R-, CD-RW- oder DVD-Laufwerke wie 1052 sein. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei diesen verschiedenen Laufwerken und Steuerungen um optionale Geräte. Eine oder mehrere der hier beschriebenen Komponenten können eine Softwareanwendung enthalten, die in einem oder mehreren der mit dem Disk-Controller 1050 verbundenen Laufwerke, dem ROM 1046 und/oder dem RAM 1044 gespeichert ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann die CPU 1048 auf jede Komponente nach Bedarf zugreifen.
Eine Anzeigeschnittstelle 1042 kann die Anzeige von Informationen aus dem Systembus 1058 auf einem Display 1040 in Audio-, Grafik- oder alphanumerischem Format ermöglichen. Die Kommunikation mit externen Geräten kann optional über verschiedene Kommunikationsanschlüsse 1034 erfolgen.
Die Hardware kann auch Dateneingabegeräte umfassen, wie z. B. die Tastatur 1032 und ein oder mehrere andere Eingabegeräte 1038, wie z. B. ein Mikrofon, eine Fernbedienung, einen Zeiger, eine Maus, einen Touchscreen und/oder einen Joystick.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, doch fallen auch andere Varianten in den Anwendungsbereich der Offenlegung. So können die Systeme und Verfahren beispielsweise Datensignale enthalten und nutzen, die über Netzwerke (z. B. lokales Netzwerk, Weitverkehrsnetzwerk, Internet, Kombinationen davon usw.), Glasfasermedien, Trägerwellen, drahtlose Netzwerke usw. zur Kommunikation mit einem oder mehreren Datenverarbeitungsgeräten übertragen werden. Die Datensignale können alle oder einen Teil der hierin offengelegten Daten übertragen, die an ein oder von einem Gerät geliefert werden.
Die hier beschriebenen Methoden und Systeme können auf vielen verschiedenen Arten von Verarbeitungsgeräten durch Programmcode implementiert werden, der Programmanweisungen enthält, die von dem Verarbeitungssystem des Geräts ausgeführt werden können. Die Softwareprogrammanweisungen können Quellcode, Objektcode, Maschinencode oder andere gespeicherte Daten enthalten, die ein Verarbeitungssystem veranlassen, die hier beschriebenen Methoden und Operationen durchzuführen. Es können alle geeigneten Computersprachen verwendet werden, wie z. B. C, C++, Java usw., wie von Fachleuten anerkannt wird. Es können jedoch auch andere Implementierungen verwendet werden, wie z. B. Firmware oder sogar entsprechend gestaltete Hardware, die so konfiguriert ist, dass sie die hier beschriebenen Methoden und Systeme ausführt.
Die Daten der Systeme und Methoden (z. B. Assoziationen, Zuordnungen, Dateneingabe, Datenausgabe, Datenzwischenergebnisse, Datenendresultate usw.) können in einer oder mehreren verschiedenen Arten von computerimplementierten Datenspeichern gespeichert und implementiert werden, wie z. B. verschiedene Arten von Speichergeräten und Programmierkonstrukten (z. B. RAM, ROM, Flash-Speicher, flache Dateien, Datenbanken, Programmierdatenstrukturen, Programmiervariablen, WENN-DANN- (oder ähnliche) Anweisungskonstrukte usw.). Es wird darauf hingewiesen, dass Datenstrukturen Formate für die Organisation und Speicherung von Daten in Datenbanken, Programmen, Speicher oder anderen nicht transitorischen computerlesbaren Medien zur Verwendung durch ein Computerprogramm beschreiben.
Die hier beschriebenen Computerkomponenten, Softwaremodule, Funktionen, Datenspeicher und Datenstrukturen können direkt oder indirekt miteinander verbunden sein, um den für ihre Operationen erforderlichen Datenfluss zu ermöglichen. Es wird auch darauf hingewiesen, dass ein Modul oder Prozessor eine Code-Einheit umfasst, die eine Software-Operation durchführt und beispielsweise als Unterprogramm-Code-Einheit oder als Software-Funktions-Code-Einheit oder als Objekt (wie in einem objektorientierten Paradigma) oder als Applet oder in einer Computer-Skriptsprache oder als eine andere Art von Computer-Code implementiert werden kann, aber nicht darauf beschränkt ist. Die Softwarekomponenten und/oder -funktionen können sich je nach Situation auf einem einzigen Computer befinden oder über mehrere Computer verteilt sein.
Ein oder mehrere Aspekte oder Merkmale des hier beschriebenen Gegenstands können in digitalen elektronischen Schaltungen, integrierten Schaltungen, speziell entwickelten anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGAs), Computerhardware, Firmware, Software und/oder Kombinationen davon realisiert werden. Diese verschiedenen Aspekte oder Merkmale können in einem oder mehreren Computerprogrammen implementiert sein, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind, das mindestens einen programmierbaren Prozessor umfasst, der für spezielle oder allgemeine Zwecke eingesetzt werden kann und so gekoppelt ist, dass er Daten und Befehle von einem Speichersystem empfängt und Daten und Befehle an ein Speichersystem überträgt, sowie mindestens ein Eingabegerät und mindestens ein Ausgabegerät. Das programmierbare System oder Rechensystem kann Clients und Server umfassen. Ein Client und ein Server sind im Allgemeinen voneinander entfernt und interagieren normalerweise über ein Kommunikationsnetz. Die Beziehung zwischen Client und Server entsteht dadurch, dass Computerprogramme auf den jeweiligen Computern laufen und eine Client-Server-Beziehung zueinander haben.
Diese Computerprogramme, die auch als Programme, Software, Softwareanwendungen, Komponenten oder Code bezeichnet werden können, enthalten Maschinenbefehle für einen programmierbaren Prozessor und können in einer prozeduralen Hochsprache, einer objektorientierten Programmiersprache, einer funktionalen Programmiersprache, einer logischen Programmiersprache und/oder in Assembler/Maschinensprache implementiert sein. Der hier verwendete Begriff „maschinenlesbares Medium“ bezieht sich auf jedes Computerprogrammprodukt, jeden Apparat und/oder jedes Gerät, wie z. B. Magnetplatten, optische Platten, Speicher und programmierbare Logikbausteine (PLDs), die verwendet werden, um einem programmierbaren Prozessor Maschinenbefehle und/oder Daten zu liefern, einschließlich eines maschinenlesbaren Mediums, das Maschinenbefehle als maschinenlesbares Signal empfängt. Der Begriff „maschinenlesbares Signal“ bezieht sich auf jedes Signal, das zur Bereitstellung von Maschinenbefehlen und/oder Daten für einen programmierbaren Prozessor verwendet wird. Das maschinenlesbare Medium kann solche Maschinenbefehle nicht-flüchtig speichern, wie beispielsweise ein nicht-flüchtiger Festkörperspeicher oder eine magnetische Festplatte oder ein gleichwertiges Speichermedium. Das maschinenlesbare Medium kann alternativ oder zusätzlich solche Maschinenbefehle vorübergehend speichern, wie z. B. einen Prozessor-Cache oder einen anderen Speicher mit wahlfreiem Zugriff, der mit einem oder mehreren physischen Prozessorkernen verbunden ist.
In den obigen Beschreibungen und in den Ansprüchen können Ausdrücke wie „mindestens eines von“ oder „eines oder mehrere von“ vorkommen, gefolgt von einer konjunktiven Liste von Elementen oder Merkmalen. Sofern der Kontext, in dem ein solcher Satz verwendet wird, nicht implizit oder explizit etwas anderes besagt, ist damit jedes der aufgeführten Elemente oder Merkmale einzeln oder jedes der genannten Elemente oder Merkmale in Kombination mit einem der anderen genannten Elemente oder Merkmale gemeint. So sind beispielsweise die Ausdrücke „mindestens eines von A und B“, „eines oder mehrere von A und B“ und „A und/oder B“ jeweils gleichbedeutend mit „A allein, B allein oder A und B zusammen“. Eine ähnliche Auslegung ist auch für Listen mit drei oder mehr Punkten vorgesehen. So sind beispielsweise die Ausdrücke „mindestens eines von A, B und C“, „eines oder mehrere von A, B und C“ und „A, B und/oder C“ jeweils gleichbedeutend mit „A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen oder A und B und C zusammen“. Darüber hinaus soll die Verwendung des Begriffs „basierend auf“ oben und in den Ansprüchen „zumindest teilweise basierend auf“ bedeuten, so dass auch ein nicht genanntes Merkmal oder Element zulässig ist.
Der hier beschriebene Gegenstand kann je nach gewünschter Konfiguration in Systemen, Geräten, Verfahren und/oder Artikeln verkörpert werden. Die in der vorstehenden Beschreibung dargelegten Implementierungen stellen nicht alle Implementierungen dar, die mit dem hier beschriebenen Gegenstand vereinbar sind. Vielmehr handelt es sich lediglich um einige Beispiele, die mit Aspekten des beschriebenen Gegenstands übereinstimmen. Obwohl einige Variationen oben im Detail beschrieben wurden, sind weitere Änderungen und/oder Ergänzungen möglich. Insbesondere können weitere Merkmale und/oder Variationen zusätzlich zu den hier dargelegten vorgesehen werden. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Implementierungen auf verschiedene Kombinationen und Unterkombinationen der offengelegten Merkmale und/oder Kombinationen und Unterkombinationen mehrerer weiterer hier offengelegter Merkmale ausgerichtet sein. Darüber hinaus erfordern die in den begleitenden Abbildungen dargestellten und/oder hierin beschriebenen logischen Abläufe nicht notwendigerweise die dargestellte oder sequentielle Reihenfolge, um die erwünschten Ergebnisse zu erzielen. Andere Ausführungsformen können in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche fallen.
Wie in der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen verwendet, schließt die Bedeutung von „ein“, „ein“ und „der/die/das“ den Plural ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt. Wie in der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen verwendet, schließt die Bedeutung von „in“ auch „in“ und „am“ ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Schließlich schließen die Bedeutungen von „und“ und „oder“ in der vorliegenden Beschreibung und in den folgenden Ansprüchen sowohl den Konjunktiv als auch den Disjunktiv ein und können austauschbar verwendet werden, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes vorschreibt; die Formulierung „ausschließlich oder“ kann verwendet werden, um auf Situationen hinzuweisen, in denen nur die disjunktive Bedeutung gelten kann.
Die vorangehenden detaillierten Beschreibungen werden in Form von Algorithmen und symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Gerätespeicher dargestellt. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Werkzeuge, die von Fachleuten der Datenverarbeitungsbranche verwendet werden, um anderen Fachleuten den Inhalt ihrer Arbeit am effektivsten zu vermitteln. Ein Algorithmus wird hier und im Allgemeinen als eine in sich konsistente Folge von Operationen verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führt. Bei den Operationen handelt es sich um solche, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Normalerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, haben diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Zuweilen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder Ähnliches zu bezeichnen, hauptsächlich aus Gründen des allgemeinen Sprachgebrauchs.
Es sollte jedoch bedacht werden, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den entsprechenden physikalischen Größen in Verbindung gebracht werden müssen und lediglich praktische Bezeichnungen für diese Größen sind. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, wie aus der obigen Diskussion ersichtlich, wird davon ausgegangen, dass sich Diskussionen, die Begriffe wie „Empfangen“, „Bestimmen“, „Senden“, „Beenden“, „Warten“, „Ändern“ oder ähnliches verwenden, in der gesamten Beschreibung auf die Aktionen und Prozesse eines Geräts oder eines ähnlichen elektronischen Rechengeräts beziehen, das Daten, die als physikalische (elektronische) Größen in den Registern und Speichern des Geräts dargestellt werden, manipuliert und in andere Daten umwandelt, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen in den Speichern oder Registern des Geräts oder in anderen derartigen Geräten zur Speicherung, Übertragung oder Anzeige von Informationen dargestellt werden.
Die hier vorgestellten Verfahren und Anzeigen sind nicht von Natur aus an ein bestimmtes Gerät oder eine andere Vorrichtung gebunden. Verschiedene Allzwecksysteme können mit Programmen in Übereinstimmung mit den hier beschriebenen Lehren verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, ein spezielleres Gerät zu konstruieren, um die beschriebenen Vorgänge durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme wird aus der Beschreibung ersichtlich sein. Darüber hinaus wird die Offenbarung nicht unter Bezugnahme auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Offenbarung wie hier beschrieben zu implementieren.
In der vorstehenden Beschreibung wurden spezifische beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Es wird offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass der breitere Geist und der Anwendungsbereich, der in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist, verlassen wird. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind dementsprechend eher in einem illustrativen als in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.

Claims

Ein computerimplementiertes Verfahren für Simulationen zur thermomechanischen Modellierung (TM), umfassend: Durchführen einer thermischen Analyse für eine simulierte additive Herstellung eines physikalischen Teils aus einem physikalischen Pulver unter Verwendung einer Pulverbettfusion (PBF), wobei die thermische Analyse auf einem Modell der PBF basiert, wobei das Modell Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des verbleibenden physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Herstellung noch nicht gedruckt wurde, enthält, wobei die thermische Analyse thermische Eigenschaften für das physikalische Teil bereitstellt; Aktualisieren des Modells der PBF ohne Einbeziehung des verbleibenden, noch nicht gedruckten physikalischen Pulvers, wobei das aktualisierte Modell der PBF eine Darstellung des physikalischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthält; und Durchführen einer Strukturanalyse für das physische Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften unter Verwendung des aktualisierten Modells, um strukturelle Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 1 umfassend Festlegen eines oder mehrerer Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils aus dem physischen Pulver unter Verwendung von PBF auf der Grundlage der Strukturanalyse.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 2, wobei das physikalische Teil ein erstes physikalisches Teil umfasst und der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physikalischen Teils festgelegt sind, einen Abstand zwischen dem ersten physikalischen Teil und einem zweiten physikalischen Teil, das mit dem ersten physikalischen Teil additiv hergestellt wird, umfassen.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt sind, eine Dicke eines kontaktlosen Trägers umfassen, wobei der kontaktlose Träger aus einem Teil des physischen Pulvers besteht.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Strukturanalyse auf der Grundlage mindestens eines Teils der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt wird.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 4, wobei die durch die thermische Analyse bereitgestellten thermischen Eigenschaften thermische Belastungen umfassen, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung umfasst und die Netzdarstellung bei der Aktualisierung des Modells entfernt wird.
Das computerimplementierte Verfahren nach Anspruch 1, wobei das aktualisierte Modell die Darstellung des aus dem physikalischen Pulver gedruckten physischen Teils enthält.
Eine Vorrichtung, umfassend: Speicher, der Anweisungen speichert; und einen oder mehrere Prozessoren, die mit dem Speicher verbunden sind, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren die Anweisungen aus dem Speicher ausführen, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren konfiguriert sind, ein Verfahren durchzuführen, das Folgendes umfasst: Durchführen einer thermischen Analyse für eine simulierte additive Herstellung eines physikalischen Teils aus einem physikalischen Pulver unter Verwendung einer Pulverbettfusion (PBF), wobei die thermische Analyse auf einem Modell der PBF basiert, wobei das Modell Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des verbleibenden physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Herstellung noch nicht gedruckt wurde, enthält, wobei die thermische Analyse thermische Eigenschaften für das physikalische Teil bereitstellt; Aktualisieren des Modells der PBF ohne Einbeziehung des verbleibenden, noch nicht gedruckten physikalischen Pulvers, wobei das aktualisierte Modell der PBF eine Darstellung des physikalischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthält; und Durchführen einer Strukturanalyse für das physische Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften unter Verwendung des aktualisierten Modells, um strukturelle Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so konfiguriert sind, dass sie das Verfahren einschließlich der Festlegung eines oder mehrerer Herstellungsparameter für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils aus dem physischen Pulver unter Verwendung von PBF auf der Grundlage der Strukturanalyse durchführen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das physikalische Teil ein erstes physikalisches Teil umfasst und der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physikalischen Teils festgelegt sind, einen Abstand zwischen dem ersten physikalischen Teil und einem zweiten physikalischen Teil, das mit dem ersten physikalischen Teil additiv hergestellt wird, umfassen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der eine oder die mehreren Herstellungsparameter, die für die tatsächliche additive Herstellung des physischen Teils festgelegt sind, eine Dicke eines kontaktlosen Trägers umfassen, wobei der kontaktlose Träger aus einem Teil des physischen Pulvers besteht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Strukturanalyse auf der Grundlage von mindestens einem Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse thermische Belastungen umfasst, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung umfasst und die Netzdarstellung bei der Aktualisierung des Modells entfernt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das aktualisierte Modell die Darstellung des physikalischen Teils enthält, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde.
Mindestens ein nicht-transitorisches, maschinenlesbares Medium, das ausführbare Programmbefehle speichert, die, wenn sie von einem Datenverarbeitungssystem ausgeführt werden, das Datenverarbeitungssystem veranlassen, ein Verfahren durchzuführen, wobei das Verfahren umfasst: Durchführen einer thermischen Analyse für eine simulierte additive Herstellung eines physikalischen Teils aus einem physikalischen Pulver unter Verwendung einer Pulverbettfusion (PBF), wobei die thermische Analyse auf einem Modell der PBF basiert, wobei das Modell Darstellungen des physikalischen Teils, das aus dem physikalischen Pulver gedruckt wurde, und des verbleibenden physikalischen Pulvers, das bei der simulierten additiven Herstellung noch nicht gedruckt wurde, enthält, wobei die thermische Analyse thermische Eigenschaften für das physikalische Teil bereitstellt; Aktualisieren des Modells der PBF ohne Einbeziehung des verbleibenden, noch nicht gedruckten physikalischen Pulvers, wobei das aktualisierte Modell der PBF eine Darstellung des physikalischen Teils in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften enthält; und Durchführen einer Strukturanalyse für das physische Teil in Verbindung mit den thermischen Eigenschaften unter Verwendung des aktualisierten Modells, um strukturelle Eigenschaften des physischen Teils zu bestimmen.
Das mindestens eine nichttransitorische computerlesbare Medium nach Anspruch 17, wobei die Strukturanalyse auf der Grundlage mindestens eines Teils der Ergebnisse der thermischen Analyse durchgeführt wird.
Das mindestens eine nicht-transitorische computerlesbare Medium nach Anspruch 18, wobei der Teil der Ergebnisse der thermischen Analyse thermische Belastungen enthält, denen die Darstellung des physischen Teils während der simulierten additiven Herstellung des physischen Teils ausgesetzt ist.
Das mindestens eine nichttransitorische computerlesbare Medium nach Anspruch 17, wobei die Darstellung des verbleibenden physikalischen Pulvers eine Netzdarstellung umfasst und die Netzdarstellung bei der Aktualisierung des Modells entfernt wird.