添加制造系統(tǒng)和制造方法
【專利說明】添加制造系統(tǒng)和制造方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2013年6月28日提交的美國專利申請序列號61/840，517的優(yōu)先權(quán)，該專利申請?zhí)卮艘砸玫姆绞秸w并入本文中。
[0003]背景
[0004]本公開大體上涉及添加制造系統(tǒng)和方法。
[0005]添加制造方法通常使用3D CAD數(shù)據(jù)和諸如大功率激光束的能量源來形成三維金屬部件，做法是在建造室內(nèi)熔化精細(xì)金屬粉末，該建造室在X、Y和Z維度上通常為約15英寸(381mm)。
[0006]許多航空部件(諸如附接至發(fā)動機進(jìn)氣區(qū)段、風(fēng)機定子、壓縮機定子、導(dǎo)向葉片、中介機匣、中間渦輪框架、渦輪排氣機匣、增強器、排氣混合器的支柱、支撐件、前緣部件和后緣部件及許多其它部件)往往包括形成外殼的薄壁，所述外殼上具有貫通的降溫孔。這些航空部件還需要位于其外向范圍和/或內(nèi)向范圍和/或上游端或下游端處的緊固方案。
[0007]這些航空部件的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)和外部幾何結(jié)構(gòu)可使得所述部件的準(zhǔn)確制造復(fù)雜化，且可需要后續(xù)的機械加工。另外，這些航空部件的附接區(qū)域可需要更多硬件來滿足取向要求。這些航空部件的大小也可由于添加制造方法而使得所述部件的制造復(fù)雜化。
[0008]概要
[0009]根據(jù)本公開的一個公開的非限制性實施方案提供一種添加制造方法。該方法包括:沿建造界面對代表部件的電子文件進(jìn)行電子分段，以便界定至少第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段；在添加制造建造室內(nèi)對該第一部件區(qū)段和該第二部件區(qū)段進(jìn)行制造；以及粘結(jié)該第一部件區(qū)段和該第二部件區(qū)段來形成部件。
[0010]在本公開的另一實施方案中，該方法可包括在建造室內(nèi)同時對第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段進(jìn)行添加制造。
[0011]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括添加犧牲材料至該第一部件區(qū)段和/或該第二部件區(qū)段，超出建造界面。
[0012]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括在粘結(jié)期間除去該犧牲材料。
[0013]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括在機械加工操作期間除去該犧牲材料。
[0014]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括沿建造界面添加厚度至該第一部件區(qū)段和/或該第二部件區(qū)段。
[0015]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括沿內(nèi)部肋界定建造界面。
[0016]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括圍繞孔徑界定建造界面。
[0017]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括跨部件界定建造界面。
[0018]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括橫向于部件的縱向長度界定建造界面。
[0019]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括沿部件的跨度界定建造界面。
[0020]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，電子文件可為計算輔助設(shè)計(CAD)文件。
[0021]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段的粘結(jié)可包括焊接。
[0022]根據(jù)本公開的另一公開的非限制性實施方案提供一種添加制造方法。該方法包括沿建造界面對代表部件的電子文件進(jìn)行電子分段，以便界定至少第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段，其中該第一部件區(qū)段和該第二部件區(qū)段各自被定大小，以便配合在添加制造建造室內(nèi)。該方法還包括在建造室內(nèi)對第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段進(jìn)行同時添加制造。
[0023]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括粘結(jié)第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段來形成部件。
[0024]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段的粘結(jié)可包括焊接。
[0025]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括在添加制造期間添加犧牲材料至該第一部件區(qū)段和/或該第二部件區(qū)段，超出建造界面。
[0026]在本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，該方法可包括在粘結(jié)期間除去該犧牲材料。
[0027]根據(jù)本公開的另一公開的非限制性實施方案提供一種由添加方法制造的部件。該添加方法可包括但不限于以上陳述的方法步驟中的一個或多個。該部件可為或包括增強器葉片。
[0028]本公開的前述實施方案的任一個的另一實施方案中，添加過程或方法可包括:添加犧牲材料至第一部件區(qū)段和/或第二部件區(qū)段，超出建造界面；以及粘結(jié)第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段，以使得犧牲材料被消耗。
[0029]前述特征和元件可以無排他性的各種組合方式進(jìn)行組合，除非另有明確指示。根據(jù)以下描述和附圖，這些特征和元件及其操作將變得更加顯而易見。然而，應(yīng)理解，以下描述和附圖本質(zhì)上為示例性的，且并不具有限制性。
[0030]附圖簡述
[0031]根據(jù)以下對公開的非限制性實施方案的詳細(xì)描述，各種特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。伴隨詳細(xì)描述的附圖可如下簡述:
[0032]圖1為添加制造系統(tǒng)的一般示意圖；
[0033]圖2為增強器區(qū)段的增強器葉片的放大截面視圖；
[0034]圖3為與圖2的增強器葉片一起使用的示例性燃?xì)鉁u輪發(fā)動機實施方案的一般示意圖；
[0035]圖4為添加制造方法的流程圖；
[0036]圖5為添加制造部件的示意性透視圖，該部件具有貫通該部件界定的建造界面，以便界定至少第一添加制造部件區(qū)段和第二添加制造部件區(qū)段；
[0037]圖6為位于建造室內(nèi)的第一添加制造部件區(qū)段和第二添加制造部件區(qū)段的示意性透視圖；
[0038]圖7為界定建造界面的第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段的放大示意性透視圖；并且
[0039]圖8為界定建造界面的第一部件區(qū)段和第二部件區(qū)段的放大示意性透視圖，其中有材料延伸超出該建造界面。
[0040]詳述
[0041]圖1示意性地說明添加制造系統(tǒng)20。系統(tǒng)20大體上包括建造室22，該建造室22具有粉末床24、諸如激光和控制件28的一個或多個能量源26 (均示意性地說明)。應(yīng)了解，如本文中所定義，“添加制造”方法包括但不限于選擇性激光熔融(SLM)、直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、粉末床電子束熔融(EBM)、電子束自由成形制造(EBF3)、激光加工凈成型(LENS)及其它。還應(yīng)了解，可另外或可選地提供各種部件和子系統(tǒng)。
[0042]例如，選擇性激光熔融(SLM)為自由成形制造、粉末床制造方法。硬件利用一種方法呈逐層形式構(gòu)建，該方法從將CAD文件切片成約20 μπι(0.8密耳)或更大的厚層開始。該改變的CAD文件被加載至控制件26中，該控制件26每次構(gòu)建一層硬件，如由新的CAD文件所定義。電子束熔融(ΕΒΜ)為粉末床添加制造方法。然而，ΕΒΜ使用電子束來在真空中熔融逐層沉積的粉末金屬，以便構(gòu)建三維部件。CAD文件被切片成50 μπι或70 μπι(2.0密耳或2.8密耳)厚的層，存儲為STL文件，然后被加載至ΕΒΜ機中。通過使鎢絲通電創(chuàng)建電子束，以便形成跨該電子束的電勢來卸去電子。借助于磁場將所述電子操縱和集中至建造板。缺少移動部件促成非常快速的掃描速度(例如，高達(dá)8000m/s)。這種系統(tǒng)的實例由位于德國利希騰費爾斯的Concept Laser公司和位于德國慕尼黑的E0S公司制造，例如直接金屬激光燒結(jié)或電子束熔融。應(yīng)了解，還可利用各種其它示例性添加制造系統(tǒng)。
[0043]添加制造系統(tǒng)20按順序構(gòu)建霧化合金粉末材料層，所述材料諸如但不限于呈霧化粉末材料形式的625合金、718合金、230合金、不銹鋼、工具鋼、鈷鉻合金、鈦、鎳、鋁及其它。諸如625合金、718合金、230合金的合金可用于在高溫度環(huán)境下操作的部件，所述環(huán)境諸如像航空部件和燃?xì)鉁u輪發(fā)動機部件通常會遭遇的環(huán)境。
[0044]參考圖2，一個示例性航空部件100為例如增強器區(qū)段104或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機106的渦輪區(qū)段(在圖3中示意性地說明)中的每個葉片102的后緣。葉片102在圓周上排列，且被徑向緊固在中心主體108與渦輪排氣機匣(TEC) 110之間。部分由于惡劣的環(huán)境條件、針對相關(guān)緊固方案的嚴(yán)格校準(zhǔn)要求、相對較薄的壁、相對復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和對于眾多降溫貫通孔的要求，這種示例性航空部件100及許多其它部件有益地通過添加制造方法在常見的建造室中制造，除了會阻礙制造的這種大尺寸航空部件100。也就是說，航空部件100可由添加制造方法200 (參見圖4)進(jìn)行修改，該方法促進(jìn)在較小的建造室內(nèi)發(fā)展航空部件100，或允許航空部件100被添加制造。
[0045]參考圖4，添加制造方法200最初包括沿建造界面120 (在圖5中示