基于由3D打印过程生成的测试块对形成为一件式的结构进行机械测试的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于对形成为一件式的结构（1、10）进行机械测试的方法，包括以下步骤：a）识别所述形成为一件式的结构（1、10）中的子元件（2、11）以生成要经受机械测试的测试元件（3、3'），其中所述子元件（2、11）仅代表所述形成为一件式的结构（1、10）的一部分，b）确定所述子元件（2、11）的空间几何结构，c）至少部分地或完全借助3D打印过程基于所述子元件（2、11）的所述空间几何结构生成所述测试元件（3、3'），d）在所生成的测试元件（3、3'）上执行至少一种机械测试。本发明专利技术的另一主题是一种用于修改形成为一件式的结构（1、10）的结构设计数据的方法，其中从前述方法中获得的机械测试的数据被用于修改所述结构（1、10）的结构设计数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于由3D打印过程生成的测试块对形成为一件式的结构进行机械测试的方法本专利技术涉及对形成为一件式的结构进行机械测试的方法，包括如下步骤：a）识别所述形成为一件式的结构中的子元件来生成要经受机械测试的测试元件，其中所述子元件仅代表所述形成为一件式的结构的一部分，b）确定所述子元件的空间几何拓扑结构，c）至少部分地或完全借助3D打印过程基于所述子元件的空间几何拓扑结构生成所述测试元件，d）对所生成的测试元件实施至少一种机械测试。本专利技术的另一个主题是一种用于改变形成为一件式的结构的结构设计数据的方法，其中从前述方法中获得的机械测试数据被用于改变所述结构的结构设计数据。本领域充分熟知对较大的结构的各个区域进行材料测试的方法。为此目的，用惯用方法移除要发生非常高的机械载荷的对应区域，比如通过锯掉或切掉。然后，被移除的区域接着经受机械加载测试，所述测试对应于在该位置处通常发生的机械载荷。以这种方式，可以研究较大机构的机械行为，该结构例如太大而不能在测试机器中被整体研究。如果在该部件的几个关键位置处都执行这些测试，那么可以在所得结果的基础上近似地总结出整个结构的承载能力。部件越来越多地由计算机开发和设计。计算机辅助设计和模拟软件在功能说明的基础上提出了优化几何结构，功能说明例如是机械力的布局、温度流和作用在该部件上的电流。这些优化几何结构中的许多不再能由传统的生产过程高效地生产，比如已知用于处理塑料和金属的那些过程（注射成型、挤压、铸造、冷成型等）。越来越多地，增材制造技术和减材制造技术被用于生产具有优化部件几何形状的系列产品。未来主要在计算机上基于性能模拟对越来越复杂的部件进行测试。甚至在今天，前述的经常使用的对经典测试块的测试方法也不总是适合于生成能够可靠地预测允许的载荷循环和临界失效参数的数据。当前的测试几何形状和测试方法与高复杂度的部件的测试和预测越来越不相关。因此，经常是必须让整个部件经受测试。但是，尤其是对于仅要小批量生产或者甚至是个性化生产的部件来说，破坏性的部件测试在经济上是不高效的。现有技术中已知用于识别可能的虚弱点的合适的分析方法。因此，WO2014/066538描述了这样的方法，其中对三维物体执行所谓的“虚弱点分析”。该文中描述的方法适合于生产3D打印部件或它们的期望的机械承载能力。US2015/0154321A1公开了一种用于生产3D打印物体的方法，其中该三维物体的结构先被数学地划分成多个二维区域，并且通过模拟来计算该物体的机械性能。然后该计算的结果再被用于控制该3D打印过程，以此方式来改善整体结构的稳定性。现有技术中的方法具有各种缺点。在每次都使整体结构经受机械测试的方法的情况下，可能被证明不利的是，不得不为每次单独的测试生成新的测试结构。而且，有时这种情况的问题在于可能的关键位置不能被最优地夹在测试装置内。而且，一些要被研究的结构的尺寸对于在惯用测试机器中研究来说也是成问题的。为此而必需的更大的测试机器代价高，这可使得整个测试程序成本非常高。尤其是，用目前已知的方法不再能以经济上可接受的方式测试设计越来越复杂的部件。在其它方法的情况下，在这些方法中从整个结构上切下部分以单独地研究这些部分，经常出现的问题是切下这一操作已经引起机械变化，这些机械变化能影响该子段在边缘区域处发生的机械行为。而且，对于不同的测试机器来讲，必须将合适的连接元件附接到要被研究的测试块上，以能够首先将该测试块加载到测试机器中。取决于材料，这些保持元件的附接可能是成问题的，例如因为焊接在测试块上可能引起微结构的局部改变，这可能最终影响测试结果。在这种程度上，附接可能歪曲测量结果。本专利技术的一个目的是至少部分地改善现有技术的至少一些缺点。本专利技术的另一目的因此是提供用于对形成为一件式的结构进行机械测试的方法，该方法允许对该结构的期望发生特定机械载荷的子区域处进行快速且低成本的研究。这些设计为尤其是与部件失效相关的机械载荷。该方法优选地还用于提供单独地研究该结构的子区域的可能性，以及由此可以以尽可能多地不对要被研究的子部分本身的机械性能带来任何改变的方式附接不同测试机器的连接元件。打算使本方法应该优选地甚至在复杂设计的部件的情况下都能经济地实施。该目的由一种用于对形成为一件式的结构进行机械测试的方法实现，包括如下步骤：a）识别所述形成为一件式的结构中的子元件来生成要经受机械测试的测试元件，其中所述子元件仅代表所述形成为一件式的结构的一部分，b）确定所述子元件的空间几何拓扑结构，c）至少部分地或者完全借助3D打印过程基于所述子元件的所述空间几何拓扑结构生成所述测试元件，d）对所生成的测试元件实施至少一种机械测试。如本专利技术所规定的，形成为一件式的结构被理解为意味着三维体，该三维体不包括任何能够被可逆地彼此分开的结构元件，也就是说，例如通过螺钉彼此连接的两个元件。本专利技术规定的形成为一件式的结构可由不同的材料或材料层制成，只要这些层不能被非破坏性地彼此分开。本专利技术规定的形成为一件式的结构本身当然进而可以是更大的物体的组成部分。形成为一件式的结构在此可借助所有可能的连接方法被连接到该更大物体的其它部件，准确地说是借助可逆的连接技术和不可逆的连接技术两者，例如熔焊、粘接剂结合或者插塞连接或螺钉连接。因此，本专利技术规定的形成为一件式的结构例如可以是鞋的鞋底的鞋跟部。然后这可被熔焊到鞋底的前部以完成更大的物体，也就是说整个鞋，并且被连接到该鞋的上部。本专利技术基于如下认识，即可通过3D打印过程容易地且便宜地复制例如与形成为一件式的结构的失效相关的区域，并且可对这些区域进行机械研究。在此，形成为一件式的结构甚至不必由与3D打印的测试元件一样的材料制成。因此，例如，可以想到借助3D打印过程在子区域中复制加强结构，例如飞机的铝框架，以生成对应的测试元件，并且然后使该区域经受机械测试。即使在3D打印中使用的铝和塑料具有不同的机械性能，但仍可以利用关于基本机械差异的知识来得出关于在这个区域中的飞机框架的机械行为的结论。这些研究得出的结果可作为数据返回到结构设计中，从而用在测试中测得的性能补充计算得到的性能，由此来重新执行几何形状的优化。在这种情况下，计算机生成的设计、识别关键部件区域，也就是说对应的子区域、生产对应的测试元件、关于预定的临界失效参数来测试在该部件区域的期望生产过程中所生产的测试元件以及将从部件测试中得到的数据反馈到结构的计算机生成的设计中这一循环，如果需要的话，可被执行数次，并且在优化过程中，可探测出该部件中的新的关键区域，并将其3D打印、测试并进而反馈到优化中。在这种情况下，多材料解决方案因此也是可行的。因此，本专利技术的另一主题是一种用于修改形成为一件式的结构的结构设计数据的方法，其中i）首先使形成为一件式的结构经受根据本专利技术的用于机械测试的方法，ii）接着机械测试的数据被用于修改所述形成为一件式的结构的结构设计数据，以及iii）任选地，基于经修改的结构设计数据生成经修改的结构，步骤i）到iii）优选地被重复至少一次。在根据本专利技术的用于机械测试的方法的情况下，规定了可至少部分地或完全借助3D打印过程来执行基于子元件的空间几何拓扑结构生成测试元件。只要在子元件的结构也是部分地通过传统方式且部分地借助3D打印来生成时，借助3D打印过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对形成为一件式的结构（1、10）进行机械测试的方法，包括以下步骤：a）识别所述结构（1、10）中的子元件（2、11）以生成要经受机械测试的测试元件（3、3'），其中所述子元件（2、11）仅代表所述结构（1、10）的一部分，b）确定所述子元件（2、11）的空间几何拓扑结构，c）至少部分地或完全借助3D打印过程基于所述子元件（2、11）的所述空间几何拓扑结构生成所述测试元件（3、3'），d）在所生成的测试元件（3、3'）上执行至少一种机械测试。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.24 EP 16176212.51.一种用于对形成为一件式的结构（1、10）进行机械测试的方法，包括以下步骤：a）识别所述结构（1、10）中的子元件（2、11）以生成要经受机械测试的测试元件（3、3'），其中所述子元件（2、11）仅代表所述结构（1、10）的一部分，b）确定所述子元件（2、11）的空间几何拓扑结构，c）至少部分地或完全借助3D打印过程基于所述子元件（2、11）的所述空间几何拓扑结构生成所述测试元件（3、3'），d）在所生成的测试元件（3、3'）上执行至少一种机械测试。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述测试元件（3、3'）上提供适合于被连接到用于机械测试的设备的至少一个适配器元件（4、4'）。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，借助3D打印过程生成所述适配器元件（4、4'），尤其是与生成所述测试元件（3、3'）一起在一个工作步骤中。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述适配器元件（4、4'）选自耳状物、孔眼、销、搭板、圆筒、抓手、保持器、螺纹、网眼，尤其是选自能从测量方面看被牢固地且合适地连接到经典机械测试机器中的形式。5.如权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，提供至少两个适配器元件（4、4'）。6.如权利要求2-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述适配器元件（4、4'）被定位在力矢量的施加点处，在该施加点处尤其要出现与所述形成为一件式的结构（1、10）上的部件失效相关的机械加载，与部件失效相关的机械加载借助载荷和失效的FEM模拟确定。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述形成为一件式的结构（1、10）至少部分是3D打印的，其中所述子元件（2、11）优选地完全位于所述结构（1、10）的3D打印的部分中。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用于打印所述测试元件（3、3'）的3D打印过程对应于用于至少部分地打印所述形成为一件式的结构（1、10）的3D打印过程。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，基于结构设计数据，尤其是CAD数据或者对所述形成为一件式的结构（1、10）的至少部分结构分析的结果，确定所述子元件（2、11）的所述空间几何拓扑结构，所述分析尤其借助于层析成像的层成像过程，尤其借助电子、离子或x-射线分析、核磁共振分析（...

【专利技术属性】
技术研发人员：D阿克滕，T比斯根，D迪克斯特拉，N德乔治，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE