提高增材制造补偿过程中的准确性和可制造性的系统和方法技术方案

一种用于通过增材制造创建预补偿零件的系统和方法，该系统和方法通过区域的用户指定选择或区域的自动选择在零件区域中提供更精确的补偿。增材制造系统首先生成计算机辅助设计(CAD)图像，然后测量部件的物理表示，然后确定要补偿的量，并在整个零件上使用多级b样条变形生成补偿场，以创建3

【技术实现步骤摘要】
提高增材制造补偿过程中的准确性和可制造性的系统和方法


[0001]本公开大体上涉及增材制造过程，并且更具体地，涉及包括基于测量的补偿的几何失真减轻制造过程和系统。

技术介绍

[0002]增材制造(AM)过程可用于由数字模型制造精密的三维部件。这种部件可以使用增材过程制造，其中连续的材料层一层一层地固化。AM的发展趋势正在从原型设计转向工具应用和复杂的最终用途零件生产。例如，金属粉末床AM过程自2014年以来发展了50％以上，这得益于AM的优势并能够按需制造。
[0003]在金属粉末床AM中仍有待解决的基本挑战是失真减轻。由快速凝固速率、严重温度梯度和与温度相关的相变中的一种或多种引起的AM过程中变形的影响是，在计算机辅助设计(CAD)图像可以转变成几何相关零件之前通常需要多次(例如，五次或更多次)补偿迭代。不幸的是，许多迭代通常需要几个月的时间来产生几何相关零件。
附图说明
[0004]图1示意性地描绘了根据本文所示和描述的一个或多个实施例的包括计算机系统的说明性分布式增材制造系统；
[0005]图2描绘了结合图1的计算机系统的用于增材制造的说明性系统；
[0006]图3描绘了用于使附加级别变形以补偿图1至图2的增材制造系统中的过拟合和欠拟合的说明性过程；
[0007]图4描绘了用于在图1至图2的增材制造系统中变形的两种说明性方法；
[0008]图5描绘了使用各种变形方法的增材制造零件的各种图像；和
[0009]图6描绘了图1的增材制造系统内的计算机系统。
具体实施方式
[0010]本公开大体上涉及用于通过生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像来在增材制造过程中进行补偿的装置、系统和方法。本公开的装置、系统和方法通过提供一种指定变形零件几何图形与数据的拟合程度的新方法来帮助创建更精确的预补偿零件并提供补偿零件的更好的可制造性和准确性。这是通过使用受约束的变形来实现的，这可以包括在零件区域上强制取向或高度、局部和全局到局部的变形，其中零件上有或多或少精细补偿的区域，这些区域由用户设置或自动设置，并通过结合产品和制造信息来指定需要更精确补偿的零件区域。
[0011]通常，迭代补偿方法和程序可以分为两种主要类型：基于测量数据的方法和基于模拟数据的方法。在关于AM类型制造的一些方面，CAD图像可以用作产生物理部件的基础。然而，当打印AM过程的产品时，由于一种或多种因素(例如，热变形等)，它通常至少部分地相对于CAD图像的尺寸变形或以其他方式失真。
[0012]传统的AM过程可包括基于CAD图像设计打印部件，测量产生的(即，打印的)部件以获得包括打印的物理部件和部件的理想CAD图像之间的偏差的测量数据，基于测量数据使CAD图像的几何图形变形(即，改变)(这是通过将测量的偏差反演并将其应用于CAD图像以获得补偿的几何图形)，将变形的CAD图像提交给AM打印过程，并重复上述操作进行多次迭代，以产生具有可接受的残余几何误差的部件。
[0013]当通过AM过程创建零件时，传统过程可能使用导致欠拟合和过拟合的无约束补偿。本公开的装置、系统和方法在变形过程中利用受约束的补偿，这意味着选择的几何特征以不同的级别变形，从而允许产生出更适合的零件。该方法可以包括自适应全局到局部补偿，其中在预定义区域中应用更高和更精细的变形级别，而对零件的其余部分应用更低或更粗略的变形级别。这可以创建更准确的零件并节省构建时间。
[0014]在某些方面，由AM过程产生的部件通常只是将单个b样条变形级别应用于要补偿的整个构建零件。(对b样条变形的任何参考可以参考US20170368753A1中的公开内容，其将b样条变形描述为在CAD图像中包括b样条表面几何图形以及使用具有多级b样条插值和逼近的b样条张量拟合，使用了三次、线性、二次、四次和其他b样条曲线，其中生成一系列b样条函数，并且可以使用精细化来组合这些函数)。此过程可能需要知识渊博的用户指定特定的全局级别，这需要有关特定零件及其环境的广泛知识。在某些情况下，部件或其部分可具有使用全局级别并响应于变形过程在各个区域中过度/欠补偿的趋势。
[0015]例如，如果部件正在变形以补偿一些失真(例如，1mm)，则主题部件的部分可能会比期望的1mm改变得更多，而部件的其他部分可能会通过比期望的1mm改变得更少来进行响应。也就是说，部件或其部分可能不会相同地(即，线性地)改变。在另一个示例中，单个全局级别可能导致在已经在公差范围内的区域/面中进行不必要的补偿，或者在具有严格公差的区域/面中导致补偿不足。不必要的补偿也可能导致迭代补偿过程的收敛速度较慢，因为零件几何图形往往对变形操作具有复杂的系统响应。此外，级别太高的变形会导致预补偿零件中的噪声测量数据，而级别太低的变形会平滑噪声测量数据，但代价是不适合存在于构建中的某些失真。
[0016]为了解决这个问题和其他问题，本公开的装置、系统和方法包括用户可以在零件上指定“精细化区域”的方法。在这些区域中，存在需要较高级别的变形的特征(例如，构建线或其他特征)。在这些区域中应用较高级别的变形，而对零件的其余部分应用较低级别的变形。由于可能希望在高级别和低级别的变形区域之间进行平滑过渡，同时限制它们之间的重叠，因此高级别的变形不应影响远离低级别的变形区域的点。该方法可以应用多级b样条变形操作，其中所有点将通过两个级别中的较低级别进行变形，而指定区域中的点将通过附加级别进行变形，终止于期望的高级别。
[0017]本公开的另一个实施例包括一种方法，该方法利用自动化来指定用于使整个零件变形的最佳全局级别，从而消除用户的责任。此方法从低级别开始将增量变形应用于整个零件。在第一次变形之后，根据一个或多个标准检查偏差残差。标准示例可以包括，例如，点的固定百分比在距离公差内，所有点在几何尺寸和公差(GD+T)标准内，并且所有点的均方根误差低于某个阈值。如果指定了所有标准，则执行更高级别的变形，直到满足所有标准。
[0018]本公开的第三实施例可以局部地而不是全局地自动确定正确的变形级别。这可以包括以下步骤：将公差信息分配给每个偏差数据点，以连续级别运行补偿并计算残余偏差，
去除满足局部公差的点(例如，给定点的残余偏差小于公差)，如果剩余的数据点数量大于0则连续移动通过这些点并返回至以连续级别运行补偿。这样，精细补偿仅应用于更严格的公差特征。如在本文公开的其他方法中，公差信息可以来自产品和制造信息(PMI)、GD+T、单个全局公差、用户指定的公差或类似变量。
[0019]另一个实施例可以包括向数据点添加权重，其中更严格的公差区域中的点将具有更大的权重。这些方法的优点可以包括较少的几何修改/补偿，以使零件尺寸在公差范围内，从而使用较少的迭代次数，因此花费较少的时间来开发可接受的补偿构建几何图形。
[0020]高级变形的示例可以包括局部、全局和受约束的变形的多种组合。全局变形可以定义为将相同的b样条变形参数应用于整个几何图形。局部变形可以定义为特定区域中的b样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机实现的方法，其特征在于，包括：生成部件的标称计算机辅助设计(CAD)图像；使用增材制造(AM)过程由所述标称CAD图像产生所述部件的物理表示；测量所述部件的所述物理表示以获得测量数据；确定所述标称CAD图像的几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的偏差；基于所确定的所述标称CAD图像的所述几何图形和所述部件的所述物理表示的所述测量数据之间的所述偏差确定补偿场；通过所述补偿场修改所述标称CAD图像，其中所述补偿场进一步使用约束变形来创建，其中如果未达到可接受的公差，则所述标称CAD图像的所有点通过多个级别中的一个级别变形，而用户指定区域中的点通过附加级别变形，并且如果达到可接受的公差，则不应用附加的b样条变形或改变级别；和由修改后的标称CAD图像产生所述部件的物理零件表示。2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法利用针对用户指定区域的变形，所述针对用户指定区域的变形考虑到产品和制造信息(PMI)、单个全局公差、用户指定公差或通过数据分析自动收集的公差。3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法利用多个不同的控制点间距或级别，所述多个不同的控制点间距或级别能够沿着x、y和z轴不同，应用于用户指定区域的单个变形中，并且所述控制点间距根据构建线的存在、测量数据质量、零件公差、壁或特征厚度或有限元网格间距进行修改。4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法包括自动选择最佳全局级别以使所述部件变形。5.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，其中，所述计算机实现的方法包括从低级别开始对整个部件应用增量变形，其中根据一组标准检查一组产生的偏差残差，所述一组标准包括：距离公差内的点的固定百分比，所有点是否在几何尺寸和公差标准内，以及如果所有点...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平海，肯尼思，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：