混合增材和减材制造制造技术

包括介质编码的计算机程序产品的用于使用混合增材和减材制造对物理结构进行计算机辅助设计和制造的方法、系统和设备在一个方面包括一种方法，所述方法包括：获得零件的3D几何形状的数据；模拟制造过程的至少一部分，所述至少一部分包括在第一阶段中添加第一材料以及在第二后续的阶段中移除第二材料，其中第二材料包括第一材料的一部分，移除第二材料包括在第一阶段和第二阶段中添加的材料之间进行混合，并且模拟在第一阶段和第二阶段中添加和移除材料的热效应；以及基于模拟的结果来调整所述部分的量，以防止零件偏离三维几何形状，所述偏离导致没有足够材料可用于混合。所述偏离导致没有足够材料可用于混合。所述偏离导致没有足够材料可用于混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合增材和减材制造
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年9月18日提交的名称为“HYBRID ADDITIVE AND SUBTRACTIVE MANUFACTURING WITH STAINLESS STEEL AND NICKEL ALLOY(不锈钢和镍合金的混合增材和减材制造)”的美国专利申请号62/902,320的优先权权益。
[0003]关于赞助研究或开发的声明
[0004]产生本申请的项目已经在第723538号拨款协议下收到欧盟Horizon 2020研究和创新计划的资助。

技术介绍

[0005]本说明书涉及使用增材和减材制造系统和技术对物理结构的计算机辅助设计和制造。
[0006]已经开发出计算机辅助设计软件和计算机辅助制造软件，并且使用所述计算机辅助设计软件和计算机辅助制造软件来生成零件的三维(3D)表示并例如使用计算机数控(CNC)制造技术来制造那些零件的物理结构。此外，增材制造，还称为实体自由成形制造或3D打印，是指在一系列二维层或横截面中由原始材料(一般是粉末、液体、悬浮液或熔融固体)构建3D零件的任何制造过程。增材制造的示例是熔融长丝制造(FFF)。3D挤压打印机通常使用FFF来以层的形式放下从线圈展开的材料(诸如塑料长丝或金属丝线)，以生产3D打印零件。
[0007]另外，减材制造是指通过切除物料(一般是大于3D零件的“坯件”或“工件”)的部分而由所述物料产生3D零件的任何制造过程。此类制造过程通常涉及在一系列操作中使用多个CNC机器切削工具，所述一系列操作始于粗加工操作、任选的半精加工操作和精加工操作。在粗加工操作期间，使用CNC机械加工系统的切削工具快速地(相对于半精加工操作和精加工操作)切除工件的大部分，以便接近所制造的零件的最终形状。另外，已经开发出组合了增材和减材制造的混合制造系统，诸如将激光金属沉积与高精度5轴自适应铣削进行组合的CNC机器。

技术实现思路

[0008]本说明书描述了与使用混合增材和减材制造系统和技术对物理结构的计算机辅助设计和制造相关的技术。
[0009]一般来说，在本说明书中描述的主题的一个或多个方面可在一种或多种方法中体现，所述方法包括：获得要通过包括增材制造工具和减材制造工具的混合增材和减材制造系统使用包括一系列两个或更多个阶段的制造过程由材料制造的零件的三维几何形状的数据，所述两个或更多个阶段中的每一者包括用增材制造工具添加材料以及用减材制造工具移除材料；根据所述数据和所述材料的物理性质来模拟所述制造过程的至少一部分，所述至少一部分包括在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用增材制造工具来添加第一材料，以及在所述两个或更多个阶段中的第二阶段中使用减材制造工具来移除第二材
料，其中第一阶段在第二阶段之前，其中第二材料包括第一材料的一部分，其中移除第二材料包括在第一阶段和第二阶段中添加的材料之间进行混合，并且其中所述模拟包括模拟在第一阶段和第二阶段中添加和移除材料的热效应；根据材料的物理性质基于所述模拟的结果来调整第二材料中包括的第一材料的所述部分的量，以防止零件在制造过程的部分期间偏离三维几何形状，所述偏离会导致没有足够的材料可用于混合；以及提供经调整的量以用于通过混合增材和减材制造系统制造零件。
[0010]所述制造过程的部分可包括在所述两个或更多个阶段中的第二阶段中使用增材制造工具来添加第三材料，以及在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用减材制造工具移除第四材料，其中第一材料包括第四材料，第二材料包括第三材料的一部分，模拟包括模拟至少在移除第二材料期间经历的振动，并且所述方法包括响应于振动过高而修改两个或更多个层以及因此修改所述两个或更多个阶段。模拟振动可包括基于预测的切削力和动态响应而模拟切削期间的不稳定性。
[0011]调整第二材料中包括的第一材料的部分的量可包括相对于零件的三维几何形状增加要在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用增材制造工具添加的第一材料的过度构建量。
[0012]所述制造过程的部分可包括在所述两个或更多个阶段中的第二阶段中使用增材制造工具来添加第三材料，以及在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用减材制造工具来移除第四材料，其中第一材料包括第四材料，第二材料包括第三材料的一部分，并且调整第二材料中包括的第一材料的部分的量包括减小第四材料的量并增加第二材料中包括的第一材料的部分。
[0013]所述零件可以是涡轮转子，所述涡轮转子包括被设计成在高温环境中操作的毂和叶片，并且模拟可包括模拟在所述两个或更多个阶段中在被包括作为毂的一体部分的叶根的顶部上使用增材制造工具构建的叶片的机械加工。
[0014]所述方法可包括用混合增材和减材制造系统制造零件。所述混合增材和减材制造系统可包括一个或多个计算机处理设备，所述一个或多个计算机处理设备包括至少一个非暂时性计算机可读介质，所述至少一个非暂时性计算机可读介质对计算机辅助设计程序进行编码，所述计算机辅助设计程序可操作以执行获得、模拟、调整、提供和制造。
[0015]所描述的方法可使用对指令进行编码的非暂时性计算机可读介质，所述指令可操作以致使数据处理设备执行所述方法的操作。另外，系统实施方式可包括数据处理设备(包括至少一个硬件处理器)和对实施所述方法的计算机辅助设计程序的指令进行编码的非暂时性计算机可读介质。最后，所述系统实施方式可包括混合增材和减材制造系统，并且计算机辅助设计程序的指令可被配置为致使数据处理设备用混合增材和减材制造系统来制造零件。
[0016]可实施在本说明书中描述的主题的特定实施方案以实现以下优点中的一或多者。在相应的增材加减材制造阶段中以一系列层构建结构允许使用较短和/或更常规的工具，这降低了复杂结构的制造成本。可以使用来自增材和减材制造的组合的数值模拟的反馈来更改制造计划，以便改进制造过程和/或改进所制造的结构的质量。
[0017]可修改制造阶段的数目和/或在阶段内和在阶段之间的增材减材制造之间的重叠，以防止增材沉积期间的不期望的不稳定性和变形，确保机械加工期间的统一材料移除
和/或提供减材机械加工期间的相对于振动和机械加工动力学的稳定性。可使用在此文献中描述的系统和技术来避免在减材制造期间的过高振动(这可能会损坏工件和/或工具)，例如通过切削力和数值模拟所使用的动态预测模型来告知所述过高振动，因此避免了零件不准确性、工具损坏/破裂，以及潜在地不得不完全报废工件。
[0018]可基于所构建的零件、可用工具的长度和强度以及制造过程的数值模拟(例如，切削工具的长度和强度和因此在减材制造期间的预期振动量)和最小化由增材制造与减材制造之间的转变而导致的制造中断的期望来修改混合制造阶段的数目(和/或由混合制造阶段覆盖的距离)以及调整在每个阶段中要完成的相应的增材制造和减材制造的量。使用在此文献中描述的混合阶段式制造系统和技术可导致用于构建零件的材料的减少、制造零件所需的机器时间的减少。可在单设置混合生产过程中实现这些和其他优势。
[0019本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种计算机实施的方法，所述计算机实施的方法包括：获得要通过包括增材制造工具和减材制造工具的混合增材和减材制造系统使用包括一系列两个或更多个阶段的制造过程由材料制造的零件的三维几何形状的数据，所述两个或更多个阶段中的每一者包括用所述增材制造工具添加所述材料以及用所述减材制造工具移除所述材料中的一些；根据所述数据和所述材料的物理性质来模拟所述制造过程的至少一部分，所述至少一部分包括在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用所述增材制造工具来添加第一材料以及在所述两个或更多个阶段中的第二阶段中使用所述减材制造工具来移除第二材料，其中所述第一阶段在所述第二阶段前面，其中所述第二材料包括所述第一材料的一部分，其中移除所述第二材料包括在所述第一阶段和所述第二阶段中添加的所述材料之间进行混合，并且其中所述模拟包括模拟在所述第一阶段和所述第二阶段中添加和移除所述材料的热效应；根据所述材料的所述物理性质，基于所述模拟的结果来调整所述第二材料中包括的所述第一材料的所述部分的量，以防止所述零件在所述制造过程的所述部分期间偏离所述三维几何形状，所述偏离导致没有足够的材料可用于所述混合；以及提供所述经调整的量以用于通过所述混合增材和减材制造系统制造所述零件。2.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述制造过程的所述部分包括在所述两个或更多个阶段中的所述第二阶段中使用所述增材制造工具来添加第三材料以及在所述两个或更多个阶段中的所述第一阶段中使用所述减材制造工具来移除第四材料，所述第一材料包括所述第四材料，所述第二材料包括所述第三材料的一部分，所述模拟包括模拟至少在所述移除所述第二材料期间经历的振动，并且所述方法包括：响应于所述振动过高而修改两个或更多个层以及因此修改所述两个或更多个阶段。3.如权利要求2所述的计算机实施的方法，其中模拟振动包括基于预测的切削力和动态响应来模拟切削期间的不稳定性。4.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中调整所述第二材料中包括的所述第一材料的所述部分的所述量包括相对于所述零件的所述三维几何形状增加要在所述两个或更多个阶段中的所述第一阶段中使用所述增材制造工具添加的所述第一材料的过度构建量。5.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述制造过程的所述部分包括在所述两个或更多个阶段中的所述第二阶段中使用所述增材制造工具来添加第三材料，以及在所述两个或更多个阶段中的所述第一阶段中使用所述减材制造工具来移除第四材料，所述第一材料包括所述第四材料，所述第二材料包括所述第三材料的一部分，并且调整所述第二材料中包括的所述第一材料的所述部分的所述量包括减小所述第四材料的量并增加所述第二材料中包括的所述第一材料的所述部分。6.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中所述零件是涡轮转子，所述涡轮转子包括被设计成在高温环境中操作的毂和叶片，并且所述模拟包括模拟在所述两个或更多个阶段中在被包括作为所述毂的一体部分的叶根的顶部上用所述增材制造工具构建的所述叶片的机械加工。7.如权利要求1所述的计算机实施的方法，所述计算机实施的方法包括使用所述混合
增材和减材制造系统来制造所述零件，其中所述混合增材和减材制造系统包括一个或多个计算机处理设备，所述一个或多个计算机处理设备包括至少一个非暂时性计算机可读介质，所述至少一个非暂时性计算机可读介质对计算机辅助设计程序进行编码，所述计算机辅助设计程序可操作以执行所述获得、所述模拟、所述调整、所述提供和所述制造。8.一种系统，所述系统包括：数据处理设备，所述数据处理设备包括至少一个硬件处理器；以及非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质对计算机辅助设计程序的指令进行编码，所述指令被配置为致使所述数据处理设备进行以下操作：获得要通过包括增材制造工具和减材制造工具的混合增材和减材制造系统使用包括一系列两个或更多个阶段的制造过程由材料制造的零件的三维几何形状的数据，所述两个或更多个阶段中的每一者包括使用所述增材制造工具来添加所述材料以及使用所述减材制造工具来移除所述材料中的一些，根据所述数据和所述材料的物理性质来模拟所述制造过程的至少一部分，所述至少一部分包括在所述两个或更多个阶段中的第一阶段中使用所述增材制造工具来添加第一材料以及在所述两个或更多个阶段中的第二阶段中使用所述减材制造工具来移除第二材料，其中所述第一阶段在所述第二阶段前面，其中所述第二材料包括所述第一材料的一部分，其中移除所述第二材料包括在所述第一阶段和所述第二阶段中添加的所述材料之间进行混合，并且其中所述模拟包括模拟在所述第一阶段和所述第二阶段中添加和移除所述材料的热效应，根据所述材料的所述物理性质，基于模拟的结果来调整所述第二材料中包括的所述第一材料的所述部分的量，以防止所述零件在所述制造过程的所述部分期间偏离所述三维几何形状，所述偏离会导致没有足够的材料可用于所述混合，以及提供所述经调整的量以用于通过所述混合增材和减材制造系统制造所述零件。9.如权利要求8所述的系统，其中所述制造过程的所述部分包括在所述两个或更多个阶段中的所述第二阶段中使用所述增材制造工具来添加第三材料，以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：欧特克公司，
类型：发明
国别省市：