3D打印方法和工具与流程

3d打印方法和工具
技术领域
1.本发明涉及一种提供改进的制造时间/质量比率的3d打印方法。另外，本发明涉及一种根据本发明方法制造的组件。此外，本发明涉及一种适于提供这种方法的计算机程序产品。另外，本发明涉及一种包含这种计算机程序产品的存储装置。此外，本发明涉及一种适于执行这种方法的系统。另外，本发明涉及一种连接至这种计算装置或包含这种计算装置的3d打印装置。此外，本发明涉及适于实现本发明方法的制造指令的用途。


背景技术：

2.增材制造是非常灵活的制造方法，其通过在已有部分上添加材料或从零开始来构建产品。本文中，3d打印利用该方法通过在层上放置层构建组件的至少一部分来提供期望的组件。近年来，这种方法提供的可能性显著提高，并且这种制造产品的新方法以被引入工业过程中。尤其是，利用不可能使用传统制造方法实现的几何形状来构建结构的可能性显著增加了由此提供的益处。例如，3d打印利用被逐层地熔化的金属或金属组合物粉末来制造复杂3d结构。然而，利用这种方法制造产品所需的时间通常非常长。本文中，将会实现产品质量和时间的平衡。例如，通过在选择性激光熔化工艺中熔化较厚的粉末材料层来实现更快的制造速度。然而，这种决定例如导致重熔更深的层。此外，组件的相应部分的表面性质通常更粗糙。基于提供光滑化的表面所需的后处理步骤(如研磨步骤)，提高制造速度所赢得的时间可能会再次失去。假使结构稳定性受损，整个组件甚至可能不再可用。为了在确保例如所制造的组件的可用性的同时提供总体更好的结果，因此需要不断优化方法并提供改进的工艺。


技术实现要素：

3.通过下文和权利要求中所公开的产品和方法解决了这个和其他问题。在从属权利要求以及进一步的描述和附图中公开了其他有益实施例。这些益处可以用于使相应解决方案适于具体需要或解决另外的问题。
4.根据一个方面，本发明涉及一种提供制造指令的方法，所述制造指令用于使用3d打印制造组件，其中所述制造方法至少包含以下步骤：提供形成所述组件的至少一部分的多个层，其中所述多个层包含至少一个第一层部件和至少一个第二层部件，其中所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件已利用不同制造速度被制造。本文使用的术语“层部件”是指通过用于提供组件的3d打印制造方法提供的多个相邻的层。本文使用的术语“不同制造速度”是指制造组件的相当的量的不同速度。例如，制造了提供相同厚度的一层所述至少一个第一层部件和一层所述至少一个第二层部件，其中打印4cm2的该层所述至少一个第二层部件所需的时间减少20％。或者，该层所述至少一个第一层部件和该层所述至少一个第二层部件需要相同的时间来打印相同的表面区域，但第二层的厚度大40％。导致组件的包含第二层部件的部分的总体制造速度增大。因此，当前不同的制造速度导致了基于关于所需时间制造的组件的材料量的不同制造速度。本文中，优选地，时间考虑例如由于
施加要被熔化来提供组件的下一层的金属粉末层而产生的不可用时间。本文使用的术语“制造指令”是指可以由3d打印装置处理来制造该组件的数据。优选地，其还包含关于3d打印参数(如引入的能量、激光束或电子束的运动速度、激光束或电子束的运动模式等)的数据。
5.例如，这种不同的制造速度可以通过在相同时间期间提供更厚的原始材料层(如粉末层，优选地金属粉末层)和/或利用不同的束参数(如激光束参数或电子束参数)和/或沉积更大量的原始材料(如粘合剂喷射原始材料)来实现。增大例如激光束的强度允许提供更快的激光运动来熔化整个层。然而，这种快速运动和更强的能量引入会易于影响组件的该部分的性质，并且易于降低可由较慢熔化过程获得的精度。本文中，也可以相应地选择能量施加的类型。利用脉冲激光通常更慢且更精确，而连续激光更快且较不精确。此外，在如粘合剂喷射的过程期间，可以通过增大原始材料进给速率来提升原始材料施加速度。这例如可以通过增大相应喷嘴的压力以增大随时间沉积的原始材料量来实现。本文中，例如，基于在这种增大的压力下固体的组件-粘合剂混合物不均匀流动行为，增大这种沉积速率容易导致不可预见的偏差。另外，可预见其他特征，如提供不同几何形状的层的外部改变。
6.根据另一方面，本发明涉及一种根据本发明方法制造的组件。应注意，除了能够显著缩短这种组件的制造时间，相应组件可以相应地被设计并提供所需可靠性和质量。这允许显著提高3d打印和相应制造的组件的工业适用性。仍然可以例如通过提供特定组件的横截面并借助物理、化学或其他工艺分析各层来识别相应制造的组件。然而，除了制造时间缩短，在其预想应用中使用该组件的用户基于优化的设计和定制的特性不会注意到任何差异。
7.根据另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其有形地在机器可读存储介质中实现，包括可操作来使得计算实体执行本发明方法的指令。出人意料的是，应注意可以提供计算机程序产品来将制造指令的提供自动化。
8.将这种制造指令的提供自动化的优选方法利用获取的经验和数据来提供这种改进的层设计，减少了所需时间并同时尽可能小地或根本不降低质量。附加地或可替代地，可以例如使用机器学习来优化设计。
9.根据另一方面，本发明涉及一种用于提供本发明计算机程序产品的存储装置，其中所述装置存储该计算机程序产品和/或提供该计算机程序产品以供进一步使用。
10.根据另一方面，本发明涉及一种计算装置，其适于提供用于3d打印装置的制造指令，其中所述计算装置适于执行本发明方法或包含本发明计算机程序产品。应注意，例如，提供独立计算装置非常有益地用于所建立的3d打印车间中。本文中，这种计算装置例如设有分布式数据库并最终与分布式数据库交互。所建立的制造指令到3d打印装置的数据传送例如可以通过允许相应地处理数据的这种本发明计算装置来重新路由。所述计算装置可以被提供为独立于已经可用的现有硬件的单独单元。本文中，还可以实现下文描述的不同实施例。在应当进一步优化产品或者应当得到不同或附加的益处的情况下，所述计算装置可以被更换以在不中断工作流程的情况下立即改变该过程。
11.根据另一方面，本发明涉及一种3d打印装置，其被连接以优选地包含本发明计算装置。本文中，这种连接优选地适于永久可用。例如，其可以为仅通过电子手段和/或临时通过硬件手段中断的某种硬件连接。这种中断连接的可能性通常由于数据安全性以及防止3d
打印装置可被直接篡改的原因而是有益的。此外，这种连接自然会因维护和/或更新而被中断。
12.根据另一方面，本发明涉及一种用于使用3d打印来制造组件的制造指令的用途，其中所述制造指令包含3d打印方法步骤，其中所述3d打印方法步骤包含提供形成了所述组件的至少一部分的多个层，其中所述多个层包含至少一个第一层部件和至少一个第二层部件，其中所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件已经以不同的制造速度制造。
附图说明
13.为简化对本发明的理解，参考下文的详细描述和附图以及对它们的描述。本文中，附图不应理解为对本发明范围的限制，而是公开了进一步说明本发明的优选实施例。
14.图1示出本发明方法的一个实施例的方案。
15.图2示出执行本发明方法的本发明系统的方案。
16.图3示出作为本发明组件的一个示例的轮叶的示意性侧视图，其中指示了不同的层部件。
17.图4示出作为本发明组件的一个示例的另一轮叶的示意性侧视图，其中提供了层部件的不同设置。
18.优选地，除非另有说明，下文的实施例均包含至少一个处理器和/或数据存储单元以实现本发明方法。
具体实施方式
19.在下文中，本发明将示例性地涉及连续流引擎，如压缩机或燃气轮机。应注意，本发明在这种领域中的应用尤为有益。更详细地，应注意，例如对该领域中利用的组件的总体质量的极端要求提供了重大挑战。同时，已收集了大量的数据和经验，允许例如预测相应组件的应变和磨损。此外，预期在不久的将来更加复杂的设计将被引入市场，从而有期望降低生产和维修成本以提供价格合理的改进系统。根据其他实施例，优选的是，本发明方法被用于连续流引擎的组件，如压缩机、燃气轮机和蒸汽轮机，更优选地燃气轮机和蒸汽轮机，甚至更优选地燃气轮机。应注意，本发明方法尤其有益地应用于在这种装置的维护期间要更换的组件。
20.根据一个方面，本发明涉及一种如上所述的方法。
21.尽管在工业应用中相对较新，但作为增材制造方法一部分的3d打印方法已具有稳固地位。这些方法提供了补充或代替现有的传统制造方法的高潜力。增材制造方法的特征在于，在没有一些限制元件(如一些铸模)的情况下施加材料以构建产品。也代表了3d打印方法的尤为有用的增材制造方法的示例是选择性激光熔化、电子束熔化和粘合剂喷射。例如，这样的方法利用在后面步骤中去除的材料(如对于粘合剂喷射所做的那样)来构建产品。对于当前应用非常有用的是，如选择性激光熔化和电子束熔化的3d打印增材制造方法以粉末构建产品，其中将粉末逐层熔化。通过对每一层重复该熔化工艺来提供三维产品。
22.应注意，表征由这种第一层部件和第二层部件提供的最小的层量通常是有益的。根据其他实施例，优选的是至少一个第一层部件和/或至少一个第二层部件包含至少10层，
更优选地至少20层，甚至更优选地至少40层。通常优选的是至少一个第一层部件和至少一个第二层部件提供了这种最小的层数。应注意，这显著简化和提高了关于所获取的组件特性的模拟和评估的可靠性。
23.此外，本发明方法可以用于使得组件在不同位置提供不同表面质量。根据其他实施例，优选的是，组件提供了该组件的包含所述至少一个第一层部件的至少一个第一部分、以及该组件的包含所述至少一个第二层部件的至少一个第二部分，其中第一部分和第二部分提供不同表面质量。通常优选的是，组件的所述至少一个第一部分由组件的所述至少一个第一层部件组成，并且组件的所述至少一个第二部分由所述至少一个第二层部件组成。应注意，这种利用导致这种修改的表面质量的调整的设计对于通常的实施例是有利的。在此背景下，区分需要高表面质量的区域和需要较低表面质量的区域允许显著减少制造时间并同时提供所需的组件总体质量。例如，这种表面质量可以被测量为表面粗糙度。
24.另外应注意，有利地考虑了后处理步骤。根据其他实施例，优选的是该方法考虑了可能的和/或所需的后处理步骤，其中所述至少一个第一层部件的位置和/或尺寸、和/或所述至少一个第二层部件的位置和/或尺寸考虑了由可能的和/或所需的后处理步骤导致的修改。例如，通过降低组件的易于后处理的部分的表面质量，可以节省大量时间。同时，例如考虑组件的难于后处理或甚至不可能后处理的部分，可以记住从这种优化中排除相应部分。尤其是考虑已可用的将被利用的后处理步骤以及相应地设计制造指令以使用相应后续校正步骤，出人意料地带来了显著改进。例如，用户可以通过单击来定义相应区域，而层部件的最终布置被自动进行。
25.此外，对于许多实施例，可以将不同材料质量引入这些不同层部件中。根据其他实施例，优选的是，所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件提供了不同材料质量。这种不同层质量的示例是机械稳定性和耐热性。这种不同材料质量可以由3d打印工艺期间利用的不同材料所引起，但优选地由导致了尤其第一层部件和第二层部件内的不同微结构的不同处理所引起。例如，3d打印工艺参数可以被严格控制和优化以提供某种微晶结构来生长并提供一个层部件内的改进特性。同时，在其他层部件中的工艺参数主要考虑高处理速度，导致性质略有下降的不太明确的微结构。例如，在不严格考虑所得材料特性的情况下，引入较高量的能量以在短时间内熔化原始材料的较厚粉末层。
26.还可能的是，3d打印工艺在所述至少一个第一层部件的3d打印期间的工艺参数可以不同于在所述至少一个第二层部件的3d打印期间的工艺参数。这易于在所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件内导致不同的材料性质。这出人意料地提供了多种益处。在此背景下，应注意益处不限于制造时间的优化。此外，应注意可以通过该方式优化整个工艺。考虑到越来越复杂的设计，定义组件的不太重要的层部件的可能性允许在对这种组件的最终性质进行模拟时显著降低所需处理能力。即使在初始设计期间，这种减少总体模拟的简化也提供了出人意料的显著影响。例如，其允许将模拟集中在最相关的部分上，得到要查看的结果，从而决定该设计是可以保留、修改还是忽略。基于当前的发展和对不久的将来的预期需求，这种可能性代表非常有价值的益处。
27.将被包括的层部件的可能差异是基于层部件的相应层的厚度。根据其他实施例，优选的是，基于层的数量，所述至少一个第一层部件的至少90％的层提供了比所述至少一个第二层部件的层厚度高至少10％、更优选地至少20％、甚至更优选地至少25％的厚度。通
常优选的是，基于层的数量，前述厚度的增加是指所述至少一个第一层部件的至少95％、甚至更优选地至少99％、甚至更优选地100％的层。一般而言，优选的是层内的厚度基本上相同。然而，更先进的工艺也可能提供不均匀厚度的这种层。在这种情况下，所述至少一个第一层部件的前述层厚度是指相应层的最厚部分。对于通常的制造工艺，熔化较厚原始材料层的可能性允许显著增大相应层的制造速度，然而通常这导致质量降低。因此，相应地定制设计允许在不影响组件的敏感部分的情况下容易地调整设计。
28.一般而言，通常优选的是第一层部件和第二层部件彼此靠近。根据其他实施例，优选的是所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件被最多100层、更优选地最多60层、甚至更优选地最多40层分隔开。尽管还可以包括复杂层结构(包括其间具有不同特性的多个附加层)，但对于许多实施例通常有益的是所定义的第一层部件和第二层部件彼此相对靠近。
29.对于不同层部件可以使用不同材料。然而，根据其他实施例，优选的是所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件由相同材料(如相同合金)组成。应注意，简单地优化3d打印工艺参数就提供了优化组件及其制造的可能性。同时，本发明允许最好地利用降低如下工作量的可能性：提供对这种用于工业用途的系统进行优化的现实方式所需的工作量。
30.此外，可以包括多个第一层部件和/或多个第二层部件。根据其他实施例，优选的是组件包含至少三个第一层部件和/或至少三个第二层部件，更优选的是至少五个第一层部件和/或至少五个第二层部件，甚至更优选的是至少10个第一层部件和/或至少10个第二层部件。这例如允许定义这样的第一层部件和/或第二层部件，它们借助简单优化过程关于尺寸来放置和修改。尤其是，提供低处理能力的硬件系统很好地利用了这种系统，降低了自由度，但同时显著减小了所需处理能力。这加速了整个过程，使其也可以在相当老旧的可用系统上使用。
31.此外，可以为第一层部件和/或第二层部件定义标准参数。根据其他实施例，优选的是该方法包含提供多个第一层部件和/或多个第二层部件，其中基于在时间间隔期间所处理的材料的质量，至少两个、更优选地至少三个第一层部件和/或至少两个、更优选地至少三个第二层部件的制造速度偏离小于10％，更优选地小于5％，其中该时间间隔通过不受工艺参数影响的静态时间要求来校正。例如，这种静态时间要求为在选择性激光熔化工艺期间使用重涂机提供新的金属粉末层所需的时间间隔。利用这种标准工艺参数允许显著减少自动提供优化的制造指令的建议所需的时间。尽管以这种方式总体时间节省通常会减少，但显著减少的所需处理粉末允许利用可用硬件作为后台过程执行相应的优化过程。这允许容易地实施本发明方法并提供关于通过本发明方法获取的潜在益处的第一印象。
32.进一步改进典型系统的结果的可能性是基于计划的用途和/或后处理来引入评价步骤。根据其他实施例，优选的是该方法包含步骤：
[0033]-基于组件的计划的用途和/或后处理来识别组件的提供不同要求的层部件，
[0034]-借助于包括至少一个第一层部件和至少一个第二层部件来优化制造指令。例如，通常尤其优选的是，定义要求较低精度或与结构稳定性不太相关从而要求较低质量的层部件。因此，构造该组件允许显著增大3d打印制造方法的速度而不损失所需性质。
[0035]
在提供制造指令期间要考虑的另一自由度是组件的定向。根据其他实施例，优选
的是制造指令的优化包括在3d打印工艺期间基于所述至少一个第一层部件和至少一个第二层部件选择组件的优化的定向。本文中，尤其优选的是，这种优化的定向考虑了通过相应地选择定向可以更快地打印的层的总量。在此背景下，这种优化的定向也可以要求附加的支撑结构或更大规模的支撑结构，导致例如3d打印工艺所需材料量增加。尽管这种材料通常十分昂贵，但尤其是减少组件制造时间的总体益处通常显著超过附加材料的损失。
[0036]
在3d打印被用于构建在现有组件的表面上的情况下，该改进的定向甚至可以导致在3d打印之前的另一处理步骤，以去除过剩的材料从而允许这种优化的定向。然而，优选地，在现有组件上进行3d打印的情况下，强烈考虑要用于3d打印的现有表面，以减少现有处理步骤和要打印的附加层。
[0037]
定义在本发明方法的后续应用中将使用的制造时间阈值会是有益的。根据其他实施例优选的是，该方法考虑预定义的制造时间阈值，其中制造时间阈值代表组件的制造时间的所需减少，其中该方法包含步骤：
[0038]
a)基于对组件的不同部分的不同要求，考虑将组件分成包含至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的多个层部件的可能性来模拟制造时间，
[0039]
b)将模拟的制造时间与制造时间阈值极限进行比较，
[0040]
c1)在模拟的第一制造时间不满足制造时间阈值极限的情况下，基于不同的至少一个第一层部件和至少一个第二层部件来模拟另一制造时间，以及
[0041]
d)在第一制造时间满足制造时间阈值极限的情况下，提供制造指令。这允许提供用于自动地优化制造指令的易于评估的特征。例如，它可以用于仅将满足这种要求的建议转发给用户以进行评价。出人意料的是，这可以容易地实现，同时显著减少了手动交互，从而节省附加的时间和成本。
[0042]
此外，应注意，例如基于与相应组件相关的预定义特性来提供质量指标会是另外或替代地有益的。根据其他实施例优选的是，该方法包含提供质量指标，允许评价所得产品的质量。例如，如果使用最高质量层均匀地制造，则这种质量指标可以基于组件的质量。本文中，其可以指如结构稳定性的机械性质或者基于如预期寿命的性质。尽管对这种质量指标及其来源的选择似乎具有挑战性，但由其获得的总体益处使得这种附加的工作量几乎无关紧要。尤其是其允许技术专家之间、技术专家与非技术专家之间、技术专家与销售员之间、供应商与客户之间等容易地进行信息交换。另外，其允许通过快速浏览而无需太多时间来评估情况。这种质量标识还可以以对其分配数字(如从1至10排序)的序级制的形式提供，或者以某种充分制(ample system)的形式提供，例如通过红色指示可靠性低的组件并通过绿色指示可靠性高的组件。提供这种质量标识的其他方法对于本领域技术人员来说是可得的，并且可以容易地实施以实现本发明的该实施例。对于典型实施例，优选的是将这种质量指标提供为相对于所定义的质量的百分比。
[0043]
此外，这种质量指标可以用于将优化过程自动化。根据其他实施例，优选的是方法考虑至少一个预定义的质量指标。
[0044]
c2)基于将组件分为多个层部件的预想来计算组件的至少一个质量指标，并在计算的至少一个质量指标不满足所述至少一个预定义的质量指标的要求的情况下，基于不同的至少一个第一层部件和至少一个第二层部件来模拟另一制造时间。这种预定义的质量指标例如可以针对特定组件、特定组件组、特定材料、特定应用等来定义。这允许基于当前需
要容易地调整制造，并自动地提供改进的制造指令。出人意料的是，由此获得的另一益处是容易地解决了自发请求(例如，对同一组件要求更高的利用率)的可能性。增加所需的质量指标、自动提供改进的制造指令、以及将其直接转发给3d打印装置允许在很短时间内解决这种挑战。这提供了显著减少响应时间的益处，最好地利用了3d打印所提供的可能性。
[0045]
附加地或替代地，调整设计以提供制造指令的方法可以考虑可用于组件的公差。根据其他实施例，优选的是该方法提供包括所述至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的制造指令，其中所述至少一个第二层部件提供了相比于所述至少一个第一层部件更高的制造速度，其中与所述至少一个第一层部件被分配到的该组件的一部分相比，所述至少一个第二层部件被分配到的该组件的至少一个部分提供了更高的公差。应注意，利用可用于组件的不同部分的公差允许至少初步了解将不同层部件分配至何处。尽管通常需要进一步分析所得的该组件的性质，但这种方式通常至少提供了一个提供改进的制造指令的良好起点。
[0046]
根据其他实施例，该方法包含步骤：
[0047]-查看与组件的不同部分相关联的公差，以及
[0048]-提供制造指令，其中所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件的位置至少部分地基于公差。与上述类似，这种方式出人意料地有益于基于通常可用的数据在较短时间范围内通常提供组件的优化设计。
[0049]
出人意料的是，应注意对于许多情况，可以在定义的重复次数之后停止优化。根据其他实施例，优选的是该方法考虑步骤c2)的预定义的最大重复次数，其中，在达到步骤c2)的最大重复次数的情况下，产生输出。这种输出例如可以包含关于可能降低预定义的质量指标的请求和/或不能满足相应的制造时间阈值容量的信息。附加地或替代地，这种输出可以在预定义的时间极限之后提供。应注意，对于许多实施例，这种在预定义的重复次数和/或时间之后提供结果的方法通常是非常有益的。这种输出还可以包含对可能修改的建议，其可以被包括以满足预定义的制造时间阈值。通常，优选的是这种输出还包含关于所模拟的最佳制造时间与预定义的制造时间阈值的偏差的信息。出人意料的是，还可以对需要多少附加时间以提供预定义的质量指标给出某种初步评价。
[0050]
此外，本发明可以包含关于预期要节省的制造时间的限制。根据其他实施例，优选的是该方法考虑预定义的制造时间减少，其中该方法包含步骤：
[0051]
g)考虑到基于组件的不同部分的不同要求将组件分成包含所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件的多个层部件的可能性，模拟至少一个制造时间，
[0052]
h)将模拟的至少一个制造时间与预定义的制造时间减少进行比较，以及
[0053]
i1)在模拟的至少一个制造时间满足预定义的制造时间减少的情况下，向用户提供可以通过应用相应的调整的制造方法来减少所述制造时间的信息。这种系统可以出人意料地非常有益地用于提供某种在后台工作的系统。本文中，用户接收可以利用制造指令的相应调整来提供改进的建议。应注意，这种系统非常受欢迎，并且很容易包括在现有工作流程中。这不仅允许平滑地改变现有系统，而且减少了这种改变期间的停机时间，并因此将这种过渡时间期间发生的相应损失减到最小。
[0054]
在此背景下，可以直接提供相应制造指令。根据其他实施例，优选的是该方法包含步骤：
[0055]
j)提供包括所述至少一个第一层部件和所述至少一个第二层部件的制造指令。本文中，这种制造指令不一定必须被传送给用户，但可以直接提供给3d打印装置。可能的是，用户可以直接选择其是否对包括优化的设计的相应制造指令感兴趣，从而仅提供设置的制造指令。然而，为了改进整个过程，典型实施例优选的是与正常制造指令一起提供这种优化的制造指令。这例如允许在稍后时点选择相应制造指令并立即开始制造过程。应注意，这是出人意料地有益的，例如其可以使得相应优化在夜间执行，而用户就在早上选择要打印的相应制造指令以监控后续制造过程。
[0056]
有利地，对于许多应用情况，本发明方法利用预定义的质量指标。根据其他实施例，优选的是该方法考虑至少一个预定义的质量指标。
[0057]
i2)基于将组件分为多个层部件的预想来计算组件的至少一个质量指标，并在计算的至少一个质量指标不满足所述至少一个预定义的质量指标的要求的情况下，基于不同的至少一个第一层部件和至少一个第二层部件来模拟另一制造时间。这种实施例进一步降低了用户所需的工作量并简化了他的评价。还应注意，技术专家利用这种质量指标不仅用于对结果分类，而且还用于识别要更仔细地评价的可能候选。出人意料的是，相应反馈可以与质量指标的优化相结合。例如，如上文和下文所述的这种系统或其他实施例可以与机器学习过程相结合。本文中，也可以利用在此背景下相应地获取的反馈来触发某种强化学习过程。
[0058]
通常有益的本发明方法的另一修改利用了根据特定情况自动选择质量指标的可能性。根据其他实施例，优选的是该方法确定与模拟的制造时间一起将至少一个质量指标提供给用户。应注意，根据要打印的部分以及制造时间的可能减少来提供相应质量指标通常是非常有益的。这允许用户容易地评价时间减少是否仍提供了所需的质量并应当被使用。出人意料的是，这还提供了最好地利用技术专家的技术经验的可能性。尽管在后台进行了计算，但缺乏相应经验的系统仅仅要求技术专家的意见。在此背景下作为团队工作的计算机系统和技术专家之间所实现的协作出人意料地有益且有效。
[0059]
对于许多应用，提供从其进行选择的多种可能性是更有益的。根据其他实施例，优选的是该方法包含至少两个、更优选地至少四个模拟的制造时间，并且可选地每个制造时间的至少一个质量指标被转发给用户，其中这种可选的至少一个质量管控指标可以在质量偏差被认为不相关的情况下被排除。通常优选的是，该方法包括在质量偏差不被认为是不相关的情况下提供这种至少一个质量指标。出人意料的是，应注意在硬件的典型不活动时间期间容易地提供相应模拟。向用户提供相应选择允许通过点击期望的制造时间减少(可选地，考虑一起提供的所述至少一个质量指标)来迅速且精确地优化制造过程。对相应的可选质量指标是否被认为不相关的评价可以基于相应的阈值和/或相应的模拟和测量的标准偏差。
[0060]
本发明方法通常有益地利用包含了先前3d打印指令的数据存储器。根据其他实施例，优选的是该方法包含步骤：
[0061]-从包含先前制造指令数据和/或3d打印过程结果数据的数据存储器中取得数据，
[0062]-识别类似的3d打印过程，以及
[0063]-至少部分地基于从数据存储器中取得的数据来提供制造指令。
[0064]
根据另一方面，本发明涉及一种根据本发明方法制造的组件。
[0065]
尤其有益地利用本发明方法的组件的一个示例源自于连续流引擎的领域。根据其他实施例，优选的是该组件是连续流引擎组件。本文中，应注意本发明方法例如可以非常有益地用于这种连续流引擎的热气体路径组件。例如，本发明可以用于制造压缩机轮叶、压缩机叶片、隔热屏、燃烧器、涡轮机轮叶和/或涡轮机叶片。
[0066]
为了提供这种组件，可以利用不同的3d打印方法。应注意，通常尤其有益地利用选择性激光熔化(slm)或电子束熔化(ebm)。根据其他实施例，优选的是已使用金属粉末或金属组合物粉末制造该组件。将本发明方法应用至相应制造方法出人意料地容易并实现非常好的结果。
[0067]
如本文所述的本发明方法及其实施例可以通过一计算机程序产品或多个计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品可以在单个计算机系统中或跨多个计算机系统以活动和非活动的各种形式而存在。例如，它们可以作为由源代码、目标代码、可执行代码、或用于执行一些所述步骤的其他格式的程序指令组成的(多个)软件程序而存在。上述中的任一个可以在计算机可读介质(其包括存储装置和信号)上以压缩或未压缩形式实现。
[0068]
根据另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其有形地在机器可读存储介质中实现，包括可操作来使得计算实体执行本发明方法的指令。
[0069]
术语“计算机”是指包括诸如通用中央处理单元(cpu)、专用处理器或微控制器之类的处理器的任何电子装置。处理器适于执行特殊计算任务，即用于提供负载偏度结果。计算机能够接收数据(输入)、在其上执行一序列的预定操作、以及由此产生具有数据或信号形式的结果(输出)。根据上下文，术语“计算机”将具体地意指处理器，或者可以更一般地指与在单个壳体或外壳内包含的相互关联元件的集合相关联的处理器。
[0070]
该计算机程序产品可以以分布式方式处理，比如某些步骤在第一计算实体上(例如在涡轮机处)执行，而其他步骤在第二计算实体上(例如在中央服务器上)执行。
[0071]
该计算机程序产品可以被提供、放置在市场上、使用、导入和/或存储为计算机程序产品(并且因此可以是其一部分)。因此，可以在存储介质(计算机可读介质，如计算机盘或记忆棒等)上提供该计算机程序产品。可替代地，该计算机程序产品可以借助于到服务器的相应网络连接经由下载来提供，该服务器通过向服务器提供其上存储有该计算机程序产品的链接来存储该计算机程序产品。“计算机可读介质”或“存储介质”可以是可以包含、存储、通信、传播或传输由指令执行系统、设备或装置使用或者与它们连接的程序的任何手段。该计算机可读介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备、装置、或传播介质。该计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽列表)可以包括以下：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。
[0072]
根据其他实施例的该计算机程序产品适于执行本发明方法的实施例和本发明系统的实施例。在此背景下，必须理解，如上所述的特定实施例中的每单个或组合可以用于修改所指定的计算机程序产品。
[0073]
根据其他实施例，优选的是，该计算机程序产品包含学习机制，其中该学习机制查看在先制造指令和/或本发明方法的在先结果，以提供新的制造指令。例如，这种学习机制可以基于一些人工智能。
[0074]
根据另一方面，本发明涉及一种用于提供本发明的计算机程序产品的存储装置，
其中该装置存储了该计算机程序产品和/或提供该计算机程序产品以供进一步使用。
[0075]
根据另一方面，本发明涉及一种包括处理器和非瞬态计算机可读介质的系统，所述非瞬态计算机可读介质包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在由所述处理器执行时使得所述系统执行操作，所述操作包括：
[0076]
提供用于使用3d打印来制造组件的制造指令，其中该制造方法至少包含提供形成了所述组件的至少一部分的多个层的步骤，其中所述多个层至少包含第一层部件和第二层部件，其中所述组件的包含所述至少一个第一层部件的部分和所述组件的包含所述至少一个第二层部件的部分已经以不同的制造速度制造。本文中，这种系统可以用于执行本发明的计算机程序产品。
[0077]
这种系统可以通常有益地连接到3d打印装置。根据其他实施例，优选的是，该系统适于连接到3d打印装置以将制造指令传送到该3d打印装置。尽管这种连接可以是直接的或间接的，但通常优选的是所述制造指令至少直接存储在永久连接到该3d打印装置的数据存储器上。这允许该3d打印装置在需要时取得数据，这是出人意料地有益的，因为注意到更复杂的设计容易提供在可用3d打印装置的有限存储空间上进行存储的问题。
[0078]
可替代地，该制造指令可以存储在仅临时连接到该3d打印装置的数据存储器上。应注意，这种实施例通常对于强烈依赖于与用户的交互动作的情况是有益的。本文中，用户可访问性变得出人意料地重要。应注意，这种系统可以有益地与处置许多要打印的组件的现有系统耦接。本文中，该系统例如可以恰在开始3d打印过程之前或在定义的时间检查相应的改进的制造指令是否可用于队列中的一个或多个打印作业。
[0079]
本发明系统还可以以适于控制3d打印装置的控制装置的形式来实现。在这种情况下，本发明系统直接连接到该3d打印装置并且自己执行制造指令。将其包括在相应的3d打印装置中需要相当大的处理能力才得以附加地包括在这种装置中，增加了其成本。出人意料的是，这种失配被认为不那么重要。容易在现有3d打印设施中实现的模块化系统易于被接受，因为它允许灵活地升级现有设施，这是出人意料地有益的。
[0080]
此外，本发明系统可以有益地利用包含历史数据的数据存储器。根据其他实施例，优选的是该系统连接到包含先前3d打印指令和/或与3d打印过程的结果相关的数据的数据存储器。这允许利用过去收集的经验，以例如进一步改进制造指令，和/或选择已经包含至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的某种布置的改进的设计起点，以加速提供优化的制造指令的过程。尤其应注意，出人意料地有益的是，减少了在细化阶段期间所需的重复次数以提供制造指令的期望优化。
[0081]
根据另一方面，本发明涉及一种计算装置，其适于提供用于3d打印装置的制造指令，其中所述计算装置适于执行本发明方法或者包含本发明计算机程序产品。所述计算装置的优选实施例实现关于本发明系统的上述实施例。
[0082]
根据另一方面，本发明涉及一种3d打印装置，其连接至、优选地包含本发明系统或计算装置。
[0083]
根据另一方面，本发明涉及一种包含本发明系统或本发明3d打印装置的增材制造车间。
[0084]
根据另一实施例，优选的是该3d打印装置适于从数据库、优选地分布式数据库取得制造指令，其中在开始3d打印过程之前，检查更新的制造指令是否可用于代替已被提供
来由该3d打印装置使用的制造指令。本文中，这种更新的制造指令包含提供至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的本发明设计。另一方面，已经可用的所述制造指令可以是不包含本发明层部件结构的一些简单制造指令。例如，这种制造指令仅提供将组件制造为均匀结构的指令。然而，已经可用的这种制造指令也可以是已经包含本发明的至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的一些制造指令。例如，可以进一步改进这种已经具有创造性的设计从而导致这种代替。此外，可以提供适于不同应用的替代的制造指令。
[0085]
在这种情况下，可以要求用户选择特定应用情况以允许该3d打印装置选择最佳优化的制造指令。此外，这种更新的制造指令例如可以基于修改的制造时间要求和/或质量要求。
[0086]
根据另一方面，本发明涉及用于使用3d打印制造组件的制造指令的用途，其中所述制造指令包含3d打印方法步骤，其中所述3d打印方法步骤包含提供形成所述组件的至少一部分的多个层，其中所述多个层至少包含第一层部件和第二层部件，其中所述组件的包含所述至少一个第一层部件的部分和所述组件的包含所述至少一个第二层部件的部分已经以不同的制造速度制造。
[0087]
例如，关于本发明方法描述的上述实施例可以被组合以在针对单个实施例描述的益处之外还获取附加的益处。
[0088]
仅以解释性目的进一步详细描述了本发明。然而，本发明不应理解为限于这些实施例，因为它们代表提供益处以解决特定问题或满足特定需要的实施例。保护范围应当理解为仅由所附权利要求限定。
[0089]
图1示出本发明方法的一个实施例的方案。在本文中，示出了燃气轮机轮叶的设计的优化过程。该设计被存储在数据库1a中。通过本发明系统从数据库1a取得这种设计。本发明系统执行本发明方法并提供步骤2中的用于使用3d打印来制造组件的制造指令。本文中，该系统根据本发明方法从数据库1b取得关于先前3d打印过程和/或优化过程的相当的数据。在认为有益的情况下，利用数据库1b的收集的数据来提供根据本发明的改进的制造指令。本文中，先前3d打印过程的单个元件可以用于相当的设计，并被分成不同层部件，用作为预想的组件提供特定布局的起点。
[0090]
该制造方法包含提供形成该组件的多个层。所提供的多个层包含多个第一层部件和一第二层部件，其中第一层部件和第二层部件每个均包含所述多个层中的多于30个层。该组件的包含第一层部件的各部分的制造速度与该组件的包含第二层部件的部分的制造速度不同，其中第二层部件的制造速度显著更高。已经利用选择性激光熔化装置执行了3d打印过程，其中镍超合金粉末逐层被熔化以制造燃气轮机轮叶。
[0091]
本发明系统在包括数据存储器的计算机上执行，该数据存储器存储了执行本发明方法的计算机程序产品。本文中，该计算机程序产品评价某些要求，如增加应变的区域、来自长期使用的经验、和维护数据，以提供适合特定组件的改进的设计。
[0092]
第一层部件和第二层部件的各层的不同制造速度是由于3d打印过程期间所利用的不同工艺参数造成的。在第一层部件的各层的3d打印期间，选择性激光熔化装置的激光器利用相对较低的能量输出，包括重熔已经可用的层部件以提供具有精确定义的几何形状和微结构的高质量层部件。相反，第二层部件的各层利用较高的激光能量输出来熔化，并且不包括重熔工艺。在相同时间内由激光器引入的更高量的能量允许加速该过程。因此，显著
减少了该组件的包含第二层部件的部分在处理与第一层部件相比的相当的量的材料时所需的制造时间。
[0093]
不同的工艺参数还导致第二层部件的外部的不同表面质量。本文中，第二层部件的外表面与第一层部件的外表面相比显著更粗糙。然而，增大的粗糙度对于之后的应用不太重要，因为第二层部件位于燃气轮机轮叶的受到后处理步骤(包括研磨，导致这种粗糙度被去除)的区域内。相反，第一层部件位于燃气轮机轮叶的通常不受这种后处理、且在该位置应用这种后处理步骤会提供显著附加的工作量的区域内。
[0094]
此外，第一层部件已经位于燃气轮机轮叶在预想的使用期间受到高度应变的部分内。由于精确受控的3d打印过程而造成的该特定的和定义的微结构增加了该组件在该位置处的整体强度。在第一层部件的位置处的该改进的性质减少了在使用期间后续损坏的机会，因此提供了增大维护间隔的可能性以及增大了该组件的整体寿命。然而，在第二层部件已被分配的部分的区域内的较低稳定性对该组件的使用和寿命几乎没有影响。基于该组件在所述区域内显著较低的应变，制造时间的减少不会不利地影响组件的适用性或寿命。必须注意，对于该示例涉及的特定情况，不仅仅考虑了一般性的使用。第一层部件和第二层部件的布置的特定布局还包括长期数据和由无基载发电厂的能量生产的应用引起的特定应变。考虑到关于特定的预想用途的收集的数据，表明与基载用途相比，在某些区域中应变增大。此外，注意到不同的磨损曲线。为解决这些问题，已经定位第一层部件，并且燃气轮机轮叶的相应重要元件加强所述部分，降低了磨损并增加了总体寿命。
[0095]
在步骤3期间，模拟由该组件的预想设计产生的制造时间。本文中，考虑了基于工艺参数打印特定层的制造时间以及相关要求，如影响微结构的冷却时段、下一粉末层的施加、其间的潜在相互作用步骤等。
[0096]
在步骤4期间，将模拟的制造时间与预定义的制造时间阈值比较，并评价其是否满足要求。在其不满足要求的情况下，触发动作9’，导致重新开始步骤2来提供用于评价的不同布局。
[0097]
在模拟的制造时间满足要求的情况下，进行步骤5，包含多个质量指标的确定。在参考年份的特定情况下，对机械稳定性和总体寿命(还包括在一定限度内与预想用途的可能偏差)进行评价以提供指示组件质量的总体评分。本文中，评分基于比较示例，其中所述比较示例代表以均匀质量制造的相同部分，排除了包括至少一个第一层部件和至少一个第二层部件的这种特定设计。
[0098]
在步骤6期间，自动评价所述质量指标是否满足要求并且最终触发动作9”，导致重新开始步骤2。
[0099]
在步骤7期间，进行用户的可选评估，其中用户评价模拟的制造时间以及质量指标。例如，在他考虑到质量指标而不满意节约的制造时间和/或不同意组件的适合性的情况下，该用户可以触发动作9
”’
以再次开始步骤2。此外，他还可以在步骤6的评价期间影响质量指标的阈值以提高要求。另外，用户可以手动地触发步骤10a以替换数据存储器1a中存储的修改的设计或附加地将修改的设计存储在数据存储器1a中。
[0100]
在用户对可选评价期间的结果满意的情况下，制造指令被转发到3d打印装置8。尽管3d打印装置不能借助10b也从数据库1a取得制造指令，但其在开始打印过程之前还检查更新的制造指令是否从上述的本发明方法可得。在特定示例中，所描述的制造数据直接被
转发到3d打印装置。此外，针对改进的制造优化的相应制造数据例如还可以存储在分布式数据库中，从而允许位于世界上某处的可用3d打印机取得相应制造指令并立即开始所需组件的制造。
[0101]
图2示出执行本发明方法的本发明系统22的方案。本文中，系统22适于借助连接31在数据库21中取得和存储数据。例如，系统22利用连接31从数据库21取得包括原始制造指令的原始设计数据。本文中，从数据库21取得的数据还包括组件的cad数据，其被转换为用于3d打印装置25的制造数据。本发明方法获取的制造指令还可以存储在数据库21中以供以后使用。
[0102]
此外，系统22适于与用户接口23交互。这使得用户能够查看本发明方法的过程，并最终例如基于所提供的质量指标或致使这种交互有益的其他观察结果来进行交互。此外，用户能够从系统请求数据。例如，用户可以取得正在根据本发明方法处理的制造指令的当前队列或者使用了多少时间和尝试来优化特定制造过程。另外，用户可以取得与在本发明方法的重复步骤期间实现的改进有关的数据，以获得强制进一步重复步骤是否合理的印象，以便有可能进一步减少所需制造时间。
[0103]
在图2的示例中示出的用户接口还能够手动地决定借助连接33将系统22提供的制造指令存储在分布式数据库24中。此外，可以手动地决定替换分布式数据库24中存储的制造指令。通常，在达到了某些阈值的情况下，系统22借助连接33将改进的制造指令存储在分布式数据库24中。这种阈值尤其是指制造时间和质量。在得到的益处被认为低于某个阈值的情况下，至少不替换已包含在分布式数据库24中的制造指令。要么在除了分布式数据库24中已有的制造指令之外还存储改进的制造指令，要么直接触发对用户的请求以决定是应当维持还是替换已经可用的制造指令。
[0104]
此外，系统22能够利用连接32向3d打印装置25告知更新的制造指令在分布式数据库24中可用。3d打印装置25本身可以从分布式数据库24取得相应制造指令，除非其已被分布式数据库24自动转发。为3d打印装置25提供新制造指令这种双重检查显著增大了可靠性，并且尤其排除了基于沿通信线路34的某种延迟或错误通信而阻止利用新制造指令的情况。此外，在用户仍必须查看是否要利用新制造指令的情况下，沿连接32提供的该信息允许相应地通知3d打印装置，并且还重新安排打印作业以使得能够利用该改进的制造指令。
[0105]
此外，分布式数据库24适于利用连接35将改进的制造指令存储在数据库21中。这允许系统22可以基于从数据库21获取的已经可用的改进来略过制造指令的相应优化。此外，系统22适于利用数据库21中已经可用的相应的改进的制造指令来提供改进的起点，以搜索可能在设计中引入的附加优化。对于是利用已有的优化的制造指令还是将优化的制造指令用作进一步优化过程的起点的决定，可以基于例如与制造指令一起提供的模拟的制造时间或质量指标，以及关于通过再次处理它是否具有很高的机会提供显著益处的评价。
[0106]
图3示出作为本发明组件的一个实例的燃气轮机轮叶47’的示意性侧视图，其中指示了不同的层部件。完整的轮叶47’由多个第一层部件42’和第二层部件41’组成。图中包括的线条指示了第一层部件与第二层部件之间的边界。边界线本身由少于10个层组成，没有明确地表示如第一层部件42’和第二层部件41’中使用的层。
[0107]
第二层部件41’用于在轮叶47’的底部和顶部上提供附接部分。此外，第二层部件41’位于轮叶47’的中间。第一层部件42’将处于底部和顶部的附接部分与轮叶47’的中间部
分连接。在简单的轮叶47’在连接部分处受到显著增加的应变导致在这些区域中断裂和损坏的量提高的情况下，这种设计尤其有用。此外，基于在连接元件之间的轮叶中间部分的较低曲率，显著简化了在该处去除表面粗糙度的后处理步骤。另一方面，位于底部和顶部的附接部分不受热气体路径的影响，并且其增大的表面粗糙度不会不利地影响轮叶47’的利用。这也通过针对轮叶47’的包括在cad文件中的该部分所提供的公差而被验证，表明本发明方法可以有益地利用该区域中的第二层部件。
[0108]
图4示出作为本发明组件的一个实例的另一轮叶47”的示意性侧视图，其中提供了层部件的不同设置。将位于底部和顶部的附接部分与轮叶47”的中间部分相连接的连接部分上的应变在该情况下显著降低。此外，对于图4所示的轮叶47”的特定应用，通过连续流引擎的热气体流较少受到附接部分的增大的表面粗糙度的影响。因此，其不会不利地影响在这些位置处相应地分配第二层部件。
[0109]
为了减少制造时间，例如第二层部件的各层的厚度已增加20％，并且选择性激光熔化3d打印装置的激光器的能量输出已增加来补偿要熔化的附加材料量。第二层部件41”在轮叶47”的较大部分上延伸。在第二层部件41”与第一层部件42”之间，布置了以中间速度制造的两个第三层部件43”.
[0110]
第一层部件42”提供了多个特定设计的膜冷却孔，其在图4中未示出。基于膜冷却孔的特定设计，必须非常小心地制造轮叶47”的该部分。3d打印过程的工艺参数被优化以提供该区域内的最高质量和精度。
[0111]
本发明的保护范围由所附权利要求指定，并且不受说明书中解释或附图中示出的特征的限制。