用于优化增材制造工艺中的工艺参数的方法和系统与流程

技术特征：
1.一种用于确定增材制造(am)工艺中的显著工艺参数的最佳值的方法，所述增材制造(am)工艺用于从特定的工艺材料打印部件，所述方法包括：-限定待优化的目标输出材料特性集合，-识别与所述am工艺相关的初始工艺参数集合，-筛选阶段，包括：-基于应用于所述初始工艺参数集合的第一实验设计执行第一多次实验性打印运行，-通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第一输出响应，-基于所述第一输出响应，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集，以及-优化阶段，包括：-基于应用于所述显著工艺参数子集的第二实验设计执行第二多次实验性打印运行，-通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第二输出响应，以及-基于所述第二输出响应，确定所述显著工艺参数子集中的每个显著工艺参数的最佳值，对于最佳值预测所述目标输出材料特性的最大化或最小化。2.根据权利要求1所述的方法，-其中，所述第一实验设计包括二水平placket-burman设计，所述二水平placket-burman设计涉及所述初始工艺参数集合中的参数中的每个参数的至少“低”水平和“高”水平，-其中，第一实验性打印运行的次数至少为k 1，-其中，k是所述初始工艺参数集合中的工艺参数的数目。3.根据权利要求2所述的方法，-其中，所述第一实验设计另外包括多个基于中心点的实验性打印运行，所述多个基于中心点的实验性打印运行涉及所述初始工艺参数集合中的参数中的至少一些参数的“中”水平。4.根据权利要求2和3中任一项所述的方法，-其中，通过分析建模确定所述初始工艺参数集合的所述水平。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，-其中，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集包括执行与所述初始工艺参数集合中的工艺参数有关的所述第一多次实验性打印运行的所测量的输出响应的回归模型拟合。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，-其中，所述第二实验设计包括中心复合设计。7.根据权利要求6所述的方法，-其中，所述中心复合设计涉及所述显著工艺参数中的每一个显著工艺参数的三个水平，所述三个水平分别由“高”水平、“中”水平和“低”水平限定，-其中，在所述中心复合设计的因子空间中：-由相应显著工艺参数的所述“中”水平限定中心点，以及-在所述因子空间的边缘处限定用于估计曲率的附加点。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
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其中，确定每个显著工艺参数的最佳值包括：对与所述显著工艺参数有关的所述第二多次实验性打印运行的所测量的输出响应的拟合回归模型执行nelder-mead优化。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括验证阶段，所述验证阶段包括：-确定每个目标输出材料特性所需的重复次数，-基于所确定的重复次数，使用所确定的所述显著工艺参数的最佳值来执行第三多次验证打印运行，-通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第三输出响应，以及-基于所述第三输出响应与限定的预测区间和/或置信区间的比较来验证优化。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，-其中，所述am工艺包括激光粉末床融合(lpbf)工艺。11.根据权利要求10所述的方法，-其中，初始工艺参数包括以下中至少之一：预曝光参数、后曝光参数、核心参数和蒙皮参数。12.根据权利要求10和11中任一项所述的方法，-其中，初始工艺参数集合包括至少一个定性参数。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，-其中，待优化的所述目标输出材料特性集合包括以下中至少之一：密度、硬度、粗糙度、机械屈服强度、刚度和疲劳寿命。14.一种用于通过am工艺制造具有经优化的目标输出材料特性的部件的方法，包括：-通过根据前述权利要求中任一项所述的方法识别和确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数的最佳值，以及-基于所确定的所述显著工艺参数的最佳值经由所述am工艺执行一次或更多次生产打印运行。15.一种包括计算机可执行指令的计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令在由至少一个处理器执行时执行包括以下步骤的方法：-获得与使用特定的工艺材料的增材制造(am)工艺相关的初始工艺参数集合和待优化的目标输出材料特性集合，-生成应用于所述初始工艺参数集合的第一实验设计并传送与所述第一实验设计相关的第一指令集合，以执行第一多次实验性打印运行，-通过接收第一测量数据集合获得第一输出响应，所述第一测量数据集合包括每次打印运行的所述目标输出材料特性的测量值，-基于所述第一输出响应，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集，-生成应用于所述显著工艺参数子集的第二实验设计并传送与所述第二实验设计相关的第二指令集合，以执行第二多次实验性打印运行，-通过接收第二测量数据集合获得第二输出响应，所述第二测量数据集合包括每次打印运行的所述目标输出材料特性的测量值，以及-基于所述第二输出响应，确定所述显著工艺参数子集中的每个显著工艺参数的最佳值，对于最佳值预测所述目标输出材料特性的最大化或最小化。
16.一种用于从特定的工艺材料打印部件的增材制造(am)的系统，包括：-计算模块，-am模块，所述am模块通信地耦接至所述计算模块，并且被配置成响应于从所述计算模块接收的指令集合来通过所述am工艺从所述工艺材料打印具有特定几何形状的部件，以及-测量模块，所述测量模块包括用于测量通过所述am模块打印的部件的输出材料特性的一个或更多个测量装置，-其中，所述计算模块被配置成获得与所述am工艺相关的待优化的目标输出材料特性集合和初始工艺参数集合，-所述系统被配置成实现筛选阶段，其中：-所述计算模块被配置成生成应用于所述初始工艺参数集合的第一实验设计并将第一指令集合传送至所述am模块，-所述am模块被配置成基于所述第一指令集合执行第一多次实验性打印运行，-所述测量模块被配置成通过测量每次打印运行的目标输出材料特性来获得第一测量数据集合，以及-所述计算模块被配置成基于从所述测量模块接收的所述第一测量数据集合获得第一输出响应，并且基于所述第一输出响应，从所述初始工艺参数集合中确定影响所述目标输出材料特性的显著工艺参数子集，-所述系统还被配置成实现优化阶段，其中：-所述计算模块被配置成生成应用于所述显著工艺参数子集的第二实验设计并将第二指令集合传送至所述am模块，-所述am模块被配置成基于所述第二指令集合执行第二多次实验性打印运行，-所述测量模块被配置成通过测量每次打印运行的所述目标输出材料特性来获得第二测量数据集合，以及-所述计算模块被配置成基于从所述测量模块接收的所述第二测量数据集合获得第二输出响应，并且基于所述第二输出响应，确定所述显著工艺参数子集中的每个显著工艺参数的最佳值，对于最佳值预测所述目标输出材料特性的最大化或最小化。

技术总结
提供了用于确定增材制造(AM)工艺中的显著工艺参数的最佳值的方法，所述增材制造(AM)工艺用于从特定的工艺材料打印部件。该方法涉及限定待优化的目标输出材料特性集合，以及识别与AM工艺相关的初始工艺参数集合。该方法概括地包括筛选阶段和优化阶段。筛选阶段涉及生成和执行第一实验设计，以及基于第一输出响应确定影响目标输出材料特性的显著工艺参数子集。优化阶段涉及生成和执行第二实验设计，以及基于第二输出响应确定使目标输出材料特性最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。最大化或最小化的显著工艺参数的最佳值。


技术研发人员：阿利
受保护的技术使用者：滑铁卢大学
技术研发日：2019.03.29
技术公布日：2022/2/7