[发明专利]用于确定增材制造的结构中的应力和形状偏差的方法

说明书

本发明涉及一种用于确定利用增材制造方法制造的结构(11)中的与制造有关的形状偏差(εsubgt;l,i/subgt;)和应力的方法，所述结构通过使连续的层(12)中的构造材料凝固来产生。此外，本发明涉及这种方法用于产生校正后的制造数据(19)的应用以及其在增材制造设备中的应用。此外，本发明面向用于执行这种方法的计算机可读的数据载体或计算机程序以及面向模拟器，这种计算机程序可以在模拟器中运行。在所述方法中，使用超级层(13)来减小进行模拟时的计算开销。为了在可接受的计算开销下保证具有足够精度的模拟结果，根据本发明还设置为，确定凝固的构造材料的有效收缩因子(αsubgt;i/subgt;或者αsubgt;l,i/subgt;)，以便在每个超级层(13)中计算有效热收缩(εsubgt;l/subgt;或者εsubgt;l,i/subgt;)。

技术领域

本发明涉及一种用于确定利用增材制造方法制造的结构中的、与制造有关的形状偏差和应力的方法。该结构通过熔化连续的层中的构造材料而产生。在此，处理器使用描述结构的几何结构的数据来产生有限元的网络。处理器布置有限元，使得其分别完全处于超级层中，其中，超级层分别由结构的多个要制造的层构成。处理器针对每个超级层确定冷却行为。处理器根据冷却行为通过有限元法(Finite-Elemente-Methode，下面简称为FEM)计算结构中由于热收缩而产生的应力和形状偏差。

此外，本发明涉及上面说明的用于产生描述结构的几何结构的校正后的数据的方法的应用，其中，对数据进行校正，使得在描述几何结构的数据中对由于与所希望的结构的几何结构有偏差的几何结构而发生的应变进行补偿。

此外，本发明涉及上面说明的方法用于利用校正后的数据增材地制造结构的应用。

最后，本发明涉及一种用于确定要增材地制造的结构中的与制造有关的形状偏差和应力的计算机可读的数据载体、计算机程序和模拟器，其中，也可以存储在计算机可读的数据载体上的计算机程序执行上面提到的方法。在模拟器、例如计算机中，可以对处理器进行编程，使得能够执行上面给出的方法。

背景技术

所述方法适合用于计算通过增材制造方法制造的结构，其逐层地通过进行熔化或者烧结(一般来说，凝固)获得。关于此，例如可以列举激光熔化、激光烧结、电子束熔化和激光涂层焊接。利用这些方法，例如可以在粉末床中或者通过直接在处于制造中的结构上涂覆粉末材料来产生结构。在此，结构不仅包括希望的构件，而且可能包括制造所需的辅助结构、例如支持结构，其与构件接合并且将在制造之后去除。结构也可以由在构造平台上并行制造的多个构件构成。

为了能够制造构件，针对所选择的增材制造方法准备描述构件的数据(CAD模型)。将这些数据转换为与制造方法匹配的构件的数据，以创建针对制造设备的指令，由此能够在制造设备中进行用于连续地制造构件的合适的处理步骤。为此准备数据，使得针对相应地要制造的构件的层(片)提供几何数据，这也称为分层。

作为增材制造的示例，可以列举选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，也缩写为SLS)、选择性激光熔化(Slective Laser Melting，也缩写为SLM)、电子束熔化(Electrone Beam Melting，也缩写为EBM)、激光粉末涂层焊接(Laser Metal Deposition(激光金属沉积)，也缩写为LMD)。这些方法特别适合用于处理可以用来制造结构构件的粉末形式的金属材料。

在SLM、SLS和EBM中，逐层地在粉末床中制造构件。因此，这些方法也称为基于粉末床的增材制造方法。相应地在粉末床中产生粉末层，随后通过能量源(激光或者电子束)在要形成构件的区域中局部熔化或者烧结该粉末层。因此，连续逐层地产生构件，并且可以在完成之后取出粉末床。

在LMD中，直接向要进行材料涂覆的表面施加粉末微粒。在LMD中，通过激光直接在该表面上的击中位置熔化粉末颗粒，并且在此形成要产生的构件的层。