BR102015004077A2

BR102015004077A2 - métodos para fabricar uma peça

Info

Publication number: BR102015004077A2
Application number: BR102015004077A
Authority: BR
Inventors: Philip Woodfield Andrew; Henry Abbott David; Allen Ott Eric; Sloan Marte Judson; Froats Broderick Thomas; Chen Xiaobin; Li Yanmin; Wu Zhiwei
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2018-05-08
Also published as: CA3050793A1; CA2883188A1; US10780501B2; JP2020033649A; US20150283614A1; US20210039169A1; CN104858430A; EP2910324A2; EP2910324A3; JP2015161031A; EP2910324B1; CA2883188C; JP6619141B2; US11426792B2; EP3689509A1

Abstract

trata-se de um método para fabricar uma peça tridimensional. o método inclui: executar o processamento de densificação parcial no pó de usinagem solto, para formar um invólucro vedado e denso, em que ainda há pó de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; e executar o processamento de densificação geral no invólucro e no pó de usinagem no interior do invólucro, com a finalidade de implantar a adesão metalúrgica entre o pó de usinagem no interior do invólucro e o invólucro durante a densificação, formando, por meio disso, uma peça tridimensional alvo.

Description

(54) Título: MÉTODOS PARA FABRICAR UMA PEÇA (51) Int. Cl.: B22F 3/105; B22F 3/04; B22F 3/15; B22F 3/12; B22F 3/26; (...) (52) CPC: B22F 3/1055,B22F 3/04,B22F 3/15, B22F 3/12,B22F 3/26,B22F 7/04,B23K 15/0086 (30) Prioridade Unionista: 25/02/2014 CN 201410065130.3 (73) Titular(es): GENERAL ELECTRIC COMPANY (72) Inventor(es): ZHIWEI WU; ANDREW PHILIP WOODFIELD; DAVID HENRY ABBOTT; ERIC ALLEN OTT; JUDSON SLOAN MARTE; THOMAS FROATS BRODERICK; XIAOBIN CHEN; YANMIN LI (74) Procurador(es): PRISCILA DE BARROS THEREZA YAMASHITA (57) Resumo: Trata-se de um método para fabricar uma peça tridimensional. O método inclui: executar o processamento de densificação parcial no pó de usinagem solto, para formar um invólucro vedado e denso, em que ainda há pó de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; e executar o processamento de densificação geral no invólucro e no pó de usinagem no interior do invólucro, com a finalidade de implantar a adesão metalúrgica entre o pó de usinagem no interior do invólucro e o invólucro durante a densificação, formando, por meio disso, uma peça tridimensional alvo.

1/29 “MÉTODOS PARA FABRICAR UMA PEÇA”

Campo da Técnica [001] As realizações da tecnologia referem-se geralmente a métodos de fabricação e, em particular, a um método de fabricação de objeto tridimensional que usa produtos em pó.

Antecedentes da Invenção [002] Para a produção de artigos complexos e de alto desempenho, o processamento metalúrgico de pó tem sido usado e, muitas vezes, fornece vantagens significativas em comparação com outras rotas de processamento de forja e fundição. Múltiplas técnicas foram desenvolvidas para processar pó ou materiais particulados em artigos essencial e completamente densos volumosos que incluem pressionamento e sinterização, deformação e densificação, e fabricação de aditivo. Em cada uma dessas técnicas, a complexidade e o custo de produção do processamento precisam ser considerados na definição de rotas eficazes para a produção de artigos. O custo da matéria-prima e a quantidade de processamento de conformação ou usinagem após a densificação também podem afetar significativamente a seleção de rotas de processamento otimizadas. A rota de processamento também pode afetar as propriedades físicas, microestruturais e mecânicas resultantes do artigo e, então, o nível de desempenho do artigo também pode ser considerado na definição da rota de processo. A fim de produzir artigos complexos e de alto desempenho, várias técnicas típicas são conhecidas na técnica.

[003] Para artigos com formatos complexos, os processos de fabricação de aditivo têm sido usados por terem a capacidade de produzir formatos de rede ou quase rede diretamente. A fusão de feixe de elétron (EBM) e a fusão a laser de metal direta (DMLM) são exemplos de tipos de fabricação de aditivo para artigos tridimensionais, especialmente, para objetos metálicos.

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As mesmas são classificadas, muitas vezes, como métodos de fabricação rápida, devida ao fato de que também têm a vantagem de ter capacidade para produzir uma parte de uma definição eletrônica sem a necessidade de produzir ferramental especializado que pode, muitas vezes, levar a longos tempos de espera para a produção de artigos por outras rotas de processamento. Muitas das tecnologias de processamento aditivo que incluem tecnologias EBM e DMLM fabricam objetos tridimensionais por meio da fusão de pó camada por camada com um feixe de laser ou um feixe de elétron em uma camada de alto vácuo no caso de EBM, e em uma câmara, tipicamente sob gás inerte para DMLM. Por exemplo, uma máquina de EBM ou DMLM lê os dados a partir de um modelo tridimensional e assenta as camadas sucessivas de material em pó de acordo com o modelo tridimensional. Essas camadas de material em pó são fundidas juntamente utilizando-se um feixe de laser ou elétron controlado por computador. Desse modo, constrói-se o objeto tridimensional a ser fabricado. O processo ocorre a vácuo para EBM, enquanto DMLM pode ser realizado a vácuo ou gás inerte, tal como argônio, o que torna adequado fabricar objetos tridimensionais de materiais reativos com uma alta afinidade para oxigênio, por exemplo, titânio. Essas técnicas são particularmente bem adequadas para produção de números limitados de partes de volumes intermediários ou baixos devido às taxas de deposição típicas usadas. No entanto, quando o número dos objetos tridimensionais a ser fabricado é relativamente grande, o processo de fabricação total pode levar muito mais tempo. Isso irá exigir que mais máquinas de EBM e/ou DMLM sejam usadas para atender à produção que irá aumentar o investimento.

[004] Para artigos maiores e de formato mais simples, o processamento de enlatamento e densificação de pós também é usado. Com esses processos metalúrgicos de pó, os materiais são colocados tipicamente em uma lata que isola os materiais do ambiente circundante e fornece um meio

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3/29 de transferência para processos adicionais, como pressionamento isostático a quente (HIP) e forja isostática pneumática (PIF). As latas são fabricadas tipicamente a partir de materiais de folha e soldadas no formato de interesse para produzir um artigo. As latas são sobredimensionadas em comparação com o formato e o tamanho do produto final desejado para que seja considerado o encolhimento que ocorre durante a densificação. As latas podem ser preenchidas com pó solto ou podem ser usadas para encapsular pré-formas de pó prensadas ou semiporosas. As latas fornecem uma maneira na qual os materiais de pó podem ser prensados mecanicamente em um objeto semiporoso ou poroso, o que é adequado para manuseio, transferência e consolidação ou densificação em um objeto-alvo. No entanto, o uso da lata exige diversas etapas extras e resulta na maior perda de rendimento (devido, em parte, à interação entre os materiais e o material de lata) reduzindo, desse modo, a eficiência e aumentando o custo. O custo e a complexidade da lata podem contribuir significativamente para o custo total e o tempo necessário para produzir artigos ou objetos de pó.

[005] Sendo processados por meio de processos de fabricação de aditivo ou por enlatamento de produtos compactos soltos parcialmente densificados, os materiais são submetidos frequentemente aos processos de densificação que utilizam temperatura e pressões elevada, ou ambas, a fim de densificar completamente a estrutura. Alguns exemplos de tal processamento incluem sinterização, pressionamento a quente e pressionamento isostático a quente (HIP). Adicionalmente, a Patente n^o U.S. 5.816.090 revela um processo para a consolidação de objetos de pó com uso de forja isostática pneumática (PIF). Em vez de aplicar calor e pressão simultaneamente durante um longo período de tempo, como no processo de HIP típico, a patente ‘090 depende de altas temperaturas e maiores pressões durante um curto período de tempo em um processo de forja isostática pneumática. A patente ‘090 descreve a vedação

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4/29 apenas parcialmente da superfície externa da peça de trabalho ou do revestimento da peça de trabalho com um material potencialmente reativo, antes da etapa de “pré-sinterização” revelada no mesmo. Portanto, a patente ‘090 revela soluções que se aplicam apenas ao processo descrito na mesma e depende de etapas extras não usadas nos processos de HIP típicos.

[006] Também são usados processos de sinterização e pressionamento através dos quais os pós são colocados em uma matriz e prensados em um formato, liberados da matriz e, então, sinterizados a altas temperaturas a fim de densificar por difusão. Nessa rota de processamento, os volumes de parte maiores podem ser viáveis, mas os artigos resultantes são limitados tipicamente em geometria e em nível de densidade final e podem ser inferiores a outras rotas de processamento metalúrgicas de pó.

[007] Frequentemente, o processamento metalúrgico de pó é usado a fim de produzir materiais de alto desempenho com propriedades difíceis ou impossíveis de serem alcançadas com o uso de métodos de processamento de forja e fundição padrão. As rotas de processamento que envolvem processamento de estado sólido (pressionamento e sinterização ou enlatamento e densificação, por exemplo) podem ser vantajosas em rotas de processamento de aditivo à base de fundição na medida em que os recursos microestruturais de fina escala podem ser mantidos através do processamento e nenhuma das estruturas do tipo solidificação pode ser produzida durante o processamento. Tais restrições também podem dificultar o processamento ideal para materiais complexos de alto desempenho.

[008] Por essas e outras razões, há uma necessidade pelo aumento de eficiência e economia de custos no campo de fabricação rápida e, em particular, nos processos de densificação que envolvem o processamento de metalurgia de pó e densificação subsequente por meio de processos como HIP e/ou PIF.

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Descrição da Invenção [009] Um ou mais aspectos são resumidos na presente invenção para facilitar um entendimento básico da presente invenção, em que uma indução da presente invenção do não estende a visão geral e também não se destina a identificar certos elementos da presente invenção, nem se destina a sair dessa faixa. Pelo contrário, a finalidade principal da indução é de apresentar alguns conceitos da presente invenção de uma forma simplificada antes das descrições mais detalhadas serem apresentadas abaixo.

[010] Um aspecto da presente invenção é fornecer um método para fabricar uma peça tridimensional. O método inclui: executar o processamento de densificação parcial no pó de usinagem solto, para formar um invólucro vedado e denso, em que ainda há pó de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; e executar o processamento de densificação geral no invólucro e o pó de usinagem no interior do invólucro, de modo a implantar a adesão metalúrgica entre o pó de usinagem no interior do invólucro e no invólucro durante a densificação, formando, por meio disso, uma peça tridimensional alvo.

[011] Outro aspecto da presente invenção é fornecer outro método para fabricar uma peça tridimensional. O método inclui: executar o processamento de densificação parcial no pó de usinagem solto por meio do uso de uma tecnologia de EBM, para formar um invólucro a vácuo vedado e densificado, em que ainda há pó de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; repetir a etapa anterior até que um número predeterminado dos invólucros que acomodam o pó de usinagem solto seja usinado; e executar o processamento de densificação geral simultaneamente no número predeterminado dos invólucros que acomodam o pó de usinagem solto, de modo a implantar a adesão metalúrgica entre o pó de usinagem no interior dos diversos invólucros e um invólucro correspondente durante a densificação,

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6/29 formando simultaneamente, desse modo, o número predeterminado de peças tridimensionais alvo.

[012] Ainda outro aspecto da presente invenção é fornecer outro método para fabricar uma peça tridimensional. O método inclui: executar o processamento de densificação parcial no pó de usinagem solto por meio do uso de uma tecnologia de fabricação de aditivo, para formar um invólucro denso com um tubo para passagem de ar, em que ainda há pó de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; conectar o tubo para passagem de ar a um aparelho de extração de ar para descarga de gás do invólucro; executar o processamento de vedação no invólucro após um grau a vácuo no interior do invólucro alcançar um valor predeterminado; repetir a etapa anterior até que um número predeterminado de invólucros vedados a vácuo que acomodam o pó de usinagem solto seja usinado; e executar o processamento de densificação geral simultaneamente no número predeterminado dos invólucros que acomodam o pó de usinagem solto, de modo a implantar a adesão metalúrgica entre o pó de usinagem no interior dos diversos invólucros e um invólucro correspondente durante a densificação, formando, desse modo, simultaneamente o número predeterminado de peças tridimensionais alvo.

[013] Ainda outro aspecto da presente invenção é fornecer outro método para a fabricação de uma peça tridimensional. O método inclui: executar o primeiro processamento de densificação no pó de usinagem solto, para formar uma peça meio-acabada porosa permeável que tem um primeiro nível de densidade; executar o segundo processamento de densificação em uma área de superfície externa da peça meio-acabada, para formar a área de superfície externa em um invólucro vedado que tem um segundo nível de densidade; e executar o processamento de densificação geral na área de superfície externa que tem o segundo nível de densidade e uma área interna que tem o primeiro nível de densidade, para formar uma peça tridimensional

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7/29 alvo.

[014] Em comparação ao estado da técnica, na presente invenção, uma peça tridimensional é fabricada e usinada em etapas. Primeiro, a usinagem de invólucro seletivo é realizada no pó de usinagem solto por meio do uso, por exemplo, de uma tecnologia de fabricação de aditivo. Dessa maneira, em uma situação em que uma grande quantidade de partes alvo devem ser usinadas, a eficiência é aprimorada significativamente e o consumo de energia é reduzido significativamente devido ao fato de que apenas uma seção de invólucro, que ocupa uma porção muito pequena da parte inteira, é usinada na etapa. Desse modo, em uma etapa subsequente de uma tecnologia de HIP ou PIF, o processamento de densificação geral é realizado simultaneamente nos invólucros numerosos anteriores que são acabados por usinagem e acomodam o pó de usinagem, de modo a usinar numerosas peças tridimensionais alvo de uma só vez. Devido ao fato de as peças meio-acabadas serem usinadas simultaneamente de uma vez só na etapa, a eficiência também é aprimorada e o consumo de energia também é reduzido. Além disso, a adesão metalúrgica entre o invólucro e o pó de usinagem no interior do invólucro é implantada na etapa sem aplicar uma lata convencional para auxiliar a usinagem. Dessa maneira, uma técnica de fabricação é simplificada significativamente.

Breve Descrição dos Desenhos [015] Esse e outros recursos, aspectos e vantagens da presente tecnologia se tornarão mais bem entendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos anexos nos quais os ca racteres similares representam partes similares por todos os desenhos, em que:

a Figura 1 é uma vista esquemática de uma máquina de EBM exemplificativa para fabricar uma carcaça que contém pó de um objeto-alvo;

a Figura 2 é uma vista esquemática de diferentes situações de

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8/29 fabricação da carcaça do objeto-alvo fabricado pela máquina de EBM da Figura 1;

a Figura 3 é uma vista esquemática de diferentes situações de fabricação da carcaça do objeto-alvo fabricado pela máquina de EBM da Figura 1 em outro aspecto;

a Figura 4 é uma vista esquemática de uma máquina de HIP exemplificativa para fabricar a carcaça que contém pó do objeto-alvo fabricado pela máquina de EBM da Figura 1 em uma situação inicial;

a Figura 5 é uma vista esquemática de uma máquina de HIP exemplificativa para fabricar a carcaça que contém pó do objeto-alvo fabricado pela máquina de EBM da Figura 1 em uma situação finalizada;

a Figura 6 é um fluxograma de um método para fabricar um objeto tridimensional, de acordo com uma realização;

a Figura 7 é uma vista esquemática de um modelo tridimensional original e um modelo tridimensional compensado, de acordo com uma maneira de implantação da invenção;

as Figuras 8 e 9 são duas vistas esquemáticas de diferentes situações de fabricação de uma carcaça que contém o pó de um objeto-alvo fabricado por um método de SLM, de acordo com uma maneira de implantação da invenção;

a Figura 10 é uma vista esquemática de uma máquina de HIP exemplificativa para fabricar the carcaça que contém pó do objeto-alvo tridimensional fabricado pelo método de fusão a laser seletiva (SLM) das Figuras 8 e 9 em uma situação inicial;

a Figura 11 é uma vista esquemática de um processo para cortar uma parte de duto de um objeto-alvo de acordo com uma maneira de implantação da invenção;

a Figura 12 é uma vista esquemática de uma carcaça que contém

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9/29 pó de um objeto-alvo, de acordo com outra realização;

a Figura 13 é um fluxograma de um método para fabricar um objeto-alvo, de acordo com outra realização;

a Figura 14 é uma vista esquemática de uma carcaça que contém pó de um objeto-alvo, de acordo com ainda outra realização;

a Figura 15 é uma vista esquemática de uma carcaça que contém pó de um objeto-alvo, de acordo com ainda outra realização;

a Figura 16 é uma vista esquemática de uma carcaça que contém pó de um objeto-alvo, de acordo com ainda outra realização;

a Figura 17 mostra diversos estágios de um método para formar um objeto-alvo; e a Figura 18 mostra diversos estágios de uma realização alternativa de um método para formar um objeto-alvo.

Descrição de Realizações da Invenção [016] As realizações da presente invenção serão descritas com referência aos desenhos anexos. Na descrição subsequente, as construções ou funções bem conhecidas não são descritas em detalhes para evitar obscurecer a invenção em detalhes desnecessários.

[017] A menos que seja definido o contrário, os termos científicos e técnicos usados no presente documento têm o mesmo significado que é comumente entendido por uma pessoa de habilidade comum na técnica a qual essa invenção pertence. Os termos “primeiro”, “segundo” e similares, conforme usado no presente documento não denotam qualquer ordem, qualidade ou importância, mas são usados preferencialmente para distinguir um elemento de outro. Além disso, os termos “um” e “uma” não denotam uma limitação de quantidade, mas denotam preferencialmente a presença de pelo menos um dos itens e termos referenciados como “frontal”, “traseiro”, “inferior” e/ou “superior”, a menos que observado de outro modo, são simplesmente usados

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10/29 para conveniência da descrição, e não são limitados a qualquer uma posição ou orientação espacial. Além disso, os termos “acoplado” e “conectado” não se destinam a se distinguir entre uma conexão/acoplamento indireto ou direto entre dois componentes. Preferencialmente, tais componentes podem ser direta ou indiretamente acoplados/conectados a menos que seja indicado o contrário.

[018] Com referência à Figura 1, uma máquina de EBM exemplificativa 10 para fabricar objetos tridimensionais é mostrada. Para facilidade de explicação, apenas certas partes da máquina de EBM 10 são mostradas na Figura 1. Como um exemplo, a máquina de EBM 10 inclui uma pistola de feixe de elétron 11, uma câmara a vácuo 12, uma mesa de construção 13, um recipiente de pó 14 e um controlador 15. Em outras realizações, a máquina de EBM 10 pode ter outras configurações diferentes. Além disso, em vez de utilizar uma máquina de EBM, as realizações alternativas podem utilizar qualquer maneira possível de emitir energia ou calor, incluindo, mas sem limitação, fusão a laser de metal direto, sinterização a laser e infravermelho.

[019] A pistola de feixe de elétron 11 é usada para gerar um feixe de elétron 112 para fundir o pó 142 localizado na mesa de construção 13 camada por camada de acordo com um modelo tridimensional armazenado no controlador 15, para construir um objeto-alvo tridimensional que tem o mesmo formato do modelo tridimensional. O recipiente de pó 14 é usado para conter o pó 142 e distribuir o pó 142 na mesa de construção 13 camada por camada de acordo com os sinais de controle do controlador 15. O controlador 15 controla a pistola de feixe de elétron 11, a câmara a vácuo 12, a mesa de construção 13 e o recipiente de pó 14 de acordo com programas de controle predeterminados, e o processo de fabricação completo está sob ambiente a vácuo na câmara a vácuo 12. Entende-se que a máquina de EBM 10 pode incluir outras partes de

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11/29 aditivo, como fontes de alimentação, interfaces de comunicação, etc.

[020] Com referência às Figuras 1, 2 e 3 juntas, algumas situações de fabricação diferentes de uma carcaça 24 que contém o pó 142 de um objeto-alvo 20 fabricado pela máquina de EBM 10 são mostradas. Para facilidade de explicação, um objeto-alvo 20 mostrado na Figura 5 é um elemento sólido de coluna. Em outras realizações, o formato do objeto-alvo 20 pode variar de acordo com diferentes requisitos. O objeto-alvo 20 mostrado nas Figuras 2 e 3 é um objeto-alvo não finalizado 20. Nas Figuras 2 e 3, a carcaça 24 do objeto-alvo 20 não é exatamente em formato de coluna visto que a carcaça 24 precisa ser compensada nesse processo de fabricação de EBM antes do processo de fabricação de HIP subsequente. Após o pressionamento isostático a quente da carcaça 24 que contém o pó 142 fabricada pela máquina de EBM 10, o objeto-alvo 20 pode ser fabricado para o formato de coluna esperado, o que será descrito nos parágrafos a seguir.

[021] Na situação inicial (A) da Figura 2, uma primeira camada do pó 142 é distribuída em uma plataforma de construção 132 da mesa de construção 13, por exemplo, por meio do uso a operador de laminador 134 para empurrar sem dificuldade o pó 142 na plataforma de construção 132. Após a primeira camada do pó 142 estar disposta na plataforma de construção 132 de modo uniforme, uma superfície inferior 21 da carcaça 24 é fabricada por meio do uso do feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente da primeira camada do pó 142 de acordo com o modelo tridimensional, conforme mostrado na situação (B) da Figura 2, e também mostrado na situação (A) da Figura 3.

[022] Após a superfície inferior 21 da carcaça 24 ser finalizada, uma superfície lateral 22 da carcaça 24 é fabricada por meio do uso de feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente do pó subsequente 142 camada por camada de acordo com o modelo tridimensional. Conforme mostrado na

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12/29 situação (B) da Figura 3, uma segunda camada do pó 142 é colocada na plataforma de construção 132 e uma primeira camada da superfície lateral 22 é fabricada por meio do uso do feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente da segunda camada do pó 142 de acordo com o modelo tridimensional conforme mostrado na situação (C) da Figura 3. As camadas restantes da superfície lateral 22 são formadas pelo mesmo método de fabricação da primeira camada e não são descritas em quaisquer detalhes adicionais. Tanto a situação (C) da Figura 2 quanto a situação (D) da Figura 3 mostram uma situação intermediária que é para fabricar uma camada da superfície lateral 22.

[023] Após a superfície lateral 22 ser finalizada, uma superfície superior 23 da carcaça 24 é fabricada por meio do uso do feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente da última camada do pó 142 de acordo com o modelo tridimensional. Conforme mostrado na situação (D) da Figura 2 e na situação (E) da Figura 3, a última camada do pó 142 está disposta na plataforma de construção 132 e, então, a superfície superior 23 é fabricada por meio do uso do feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente da última camada do pó 142 de acordo com o modelo tridimensional. Finalmente, uma carcaça completa 24 é finalizada e a mesma também contém o pó solto 142 ou uma mistura do pó solto e padrões suportados rapidamente sinterizados dentro, conforme descrito em maiores detalhes abaixo. Em outras palavras, após a fabricação de EBM, o objeto-alvo 20 que inclui a carcaça 24 e o pó 142 no interior da carcaça 24 conforme mostrado na situação (F) da Figura 3 é finalizado. O pó solto 142 também pode ser sinterizado com uso de uma velocidade de varredura rápida abaixo de uma densidade predeterminada, por exemplo 80%. A carcaça 24 é formada, então, como uma carcaça tridimensional vedada a vácuo que tem uma porosidade interna predeterminada.

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13/29 [024] Em comparação ao objeto-alvo 20, uma carcaça 24 ainda não está finalizada e tem pelo menos uma parte não finalizada que contém o pó solto 142 ou uma mistura de pó solto e padrões de suporte rapidamente sinterizados que será fabricado por um método de fabricação adicional. No presente documento, o objeto-alvo 20 é fabricado adicionalmente por meio do pressionamento isostático a vácuo conforme descrito abaixo. No entanto, em outras realizações, o processo de tratamento e densificação pode ser diferente do HIP. Por exemplo, o PIF ou outro processo de densificação pode ser utilizado.

[025] Com referência à Figura 4, a carcaça 24 é colocada em uma vasilha de confinamento de alta pressão 42 de uma máquina de HIP 40. A máquina de HIP 40 pode incluir adicionalmente um controlador 44 usado para controlar a temperatura e pressão no interior da vasilha 42, que pode fornecer uma força de HIP à carcaça 24 cheia de pó 142 e quaisquer padrões de suporte que podem estar presentes. Entende-se que a máquina de HIP 40 pode incluir outras partes de aditivo, como fontes de alimentação, interfaces de comunicação, etc.

[026] Em uma situação inicial mostrada na Figura 4, o formato da carcaça 24 ainda mantém o formato compensado, que é maior do que o formato esperado do objeto-alvo 20. De acordo com o programa predeterminado, o controlador 44 irá controlar a temperatura e a pressão na vasilha 42, para fornecer um tratamento de HIP à carcaça 24. Durante o processo de tratamento de HIP, a carcaça 24 irá pressionar o pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte presentes para tornar o mesmo sólido e metalurgicamente ligado com a carcaça 24. Após finalizar o tratamento de HIP, um objeto-alvo sólido 20 é fabricado conforme mostrado na Figura 5. Na Figura 5, o pó 142 tornou-se o idêntico ou quase idêntico em densidade como da carcaça 24, o que significa que a carcaça 24 e o pó solto 142 e quaisquer

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14/29 padrões de suporte se tornaram um objeto-alvo 20 a ser fabricado e o formato do objeto-alvo 20 se tornou o formato de coluna esperado como um exemplo.

[027] Com referência à Figura 6, um fluxograma de um método 60 para fabricar o objeto-alvo tridimensional 20, de acordo com uma realização, é mostrado. O método 60 começa na etapa 61, um modelo tridimensional original é emitido/armazenado preferencialmente no controlador de uma máquina de EBM. O modelo tridimensional original é o mesmo do objeto-alvo 20. Por exemplo, a Figura 7 mostra um modelo tridimensional original X1 que está em formato de coluna. Em algumas realizações, o modelo tridimensional é um modelo de projeto com auxílio de computador tridimensional (CAD).

[028] Na etapa 62, o modelo tridimensional original X1 é analisado para determinar que a alteração de encolhimento/distorção 29 seria após a carcaça 28, que contém pó solto que tem o mesmo formato do modelo tridimensional original X1, ser tratada pelo processo de HIP. Entende-se que a análise da alteração de encolhimento da carcaça que contém pó pode ser simulada e analisada com base nos algoritmos apropriados, como por meio do uso de uma ferramenta de método de elemento finito (FEM) do software de ANSYS. O processo de análise detalhada não é revelado no presente documento.

[029] Na etapa 63, de acordo com o resultado de análise de alteração de encolhimento acima, um modelo tridimensional compensado é calculado com base nos algoritmos apropriados, como também por meio do uso do software de ANSYS. Por exemplo, a Figura 7 mostra um modelo tridimensional compensado X2 que é maior do que o modelo tridimensional original em formato de coluna X1.

[030] Na etapa 64, o modelo tridimensional compensado X2 é analisado para determinar se uma carcaça que contém pó que tem o mesmo formato do modelo tridimensional compensado X2 será alterada para o mesmo

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15/29 formato como o modelo tridimensional original X1 após ser tratado pelo processo de HIP. Se sim, o processo segue para a próxima etapa 65. Caso contrário, o processo retorna para a etapa 63 anterior. Entende-se também que essa análise pode ser simulada com base nos algoritmos apropriados, como, por meio do uso da ferramenta de FEM do software de ANSYS, que não são descritos no presente documento. Entende-se também que, nessa e em outras realizações, a distribuição de tamanho de pó é um fator-chave que afeta o a densidade de empacotamento e encolhimento subsequente. Preferencialmente, as análises nas etapas 61 a 64 são incorporadas ao controlador da máquina de EBM. Alternativamente, a análise nas etapas 61 a 64 pode ser realizada em um sistema separado, então, a saída é transferida para o controlador para as etapas subsequentes 65 em diante.

[031] Na etapa 65, uma carcaça 24 cheia de pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte adicionais são fabricados por meio do uso do método de EBM com base no modelo tridimensional compensado X2, que foi descrito acima.

[032] Na etapa 66, a carcaça 24 que contém o pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte são formados no objeto-alvo tridimensional 20 por meio do uso do método de HIP, que também foi descrito acima.

[033] De acordo com o método 60 acima, um objeto-alvo 20 (por exemplo mostrado na Figura 5) é fabricado por meio da combinação do método de EBM e do processo de HIP. À medida que apenas a carcaça 24 é fabricada pelo processo de EBM, e não todo o objeto-alvo 20, o pó usado pelo feixe de elétron 112 é reduzido e o tempo também pode ser poupado. Se diversos objeto-alvos 20 necessitarem ser fabricados, aquelas carcaças correspondentes 24 com o pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte podem ser de tratado com HIP na vasilha 42 ao mesmo tempo, que pode aumentar a eficiência. Além disso, a carcaça 24 se tornará uma parte do objeto-alvo 20

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16/29 através da adesão metalúrgica com o pó 142 após o tratamento de HIP, que pode simplificar adicionalmente o processo de fabricação.

[034] Em outras realizações, em vez de usar o método de EBM, a carcaça 24 juntamente com o pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte podem ser fabricados por meio de outros métodos de fabricação rápida, como os métodos de fusão a laser seletiva (SLM) e a fusão a laser de metal direto (DMLM) sob condições não a vácuo, que são executados respectivamente em uma máquina de SLM e uma máquina de DMLM. Notavelmente, no entanto, tanto SLM quanto DMLM também podem ser executados a vácuo.

[035] Com referência às Figuras 8 e 9, duas vistas esquemáticas para mostrar diferentes situações de fabricação da carcaça 24 fabricada pelo Método de SLM são mostradas. Em comparação ao método de EBM mostrado na Figura 2, o método de SLM da Figura 8 pode ser realizado em condição não a vácuo. Além disso, o método de SLM pode fabricar adicionalmente um duto 25 que pode se estender a partir da superfície superior 23. Em outras realizações, o duto 25 pode se estender a partir da superfície lateral 22.

[036] Com referência à Figura 9, após a carcaça 24 que inclui o duto 25 e que contém o pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte serem finalizados, uma bomba de ar (não mostrada) é usada para bombear o ar e/ou gás inerte remanescente da carcaça 24 através de um cano 90 comunicado com o duto 25, o que faz com que o espaço interno da carcaça 24 esteja vazio (consulte situação (e1) da Figura 9). Em algumas realizações, o duto 25 é um tanto longo ou o cano 90 é um tanto longo ao longo da direção vertical, desse modo, o pó solto 142 não pode ser removido fora da carcaça 24. Em algumas realizações, a carcaça 24 pode ser colocada em uma grande vasilha que tem uma saída (não mostrada), desse modo, a bomba de ar é usada para bombear o ar da grande vasilha através da saída, desse modo, o ar no interior da carcaça 24 é bombeado indiretamente para fora sem remover o pó solto 142. O

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17/29 ar no interior da carcaça 24 também pode ser bombeado para fora de acordo com outros modos.

[037] Quando um nível a vácuo do espaço interno da carcaça 24 é preenchido de acordo com um valor predeterminado, por exemplo, quando um nível a vácuo é inferior a cerca de 0,01 Pascal, o duto estendido 25 é vedado através de métodos apropriados, como por um método de soldagem apropriado (consulte situação (f1) da Figura 9). Particularmente, o espaço interno da carcaça 24 é vedado por uma parte de solda 29. Desse modo, a parte de solda 29 é cortada através de métodos de corte apropriados (consulte situação (g1) da Figura 9), o que faz com que a carcaça 24 esteja vazia, similar à carcaça 24 mostrada na Figura 4. Nota-se que, o cano pode ser aquecido localmente e frisado de modo a ficar fechado, garantindo, assim, que o vácuo seja mantido no interior da carcaça 24. O cano pode ser cortado acima da linha da dobra.

[038] Com referência à Figura 10, a carcaça vedada 24 cheia de pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte são tratados pela máquina de HIP 40 para formar o objeto-alvo 20. O processo de fabricação é similar àquele mostrado na Figura 4 e, desse modo, o processo não é descrito novamente.

[039] Com referência à Figura 11, após o processo de HIP, um objeto-alvo sólido 20 é formado, mas uma parte de duto 26, devido ao duto 25, é uma parte adicional no objeto-alvo 20. A parte de duto 26 pode ser cortada por meio de métodos de corte apropriados, por exemplo, um método de corte hidráulico, etc. Após o corte da parte de duto 26, o objeto-alvo 20 é finalizado. Similar ao método de EBM que combina o método de HIP, o método de SLM que combina o método de HIP também pode alcançar um objeto-alvo 20 que liga metalurgicamente a carcaça 24 e o pó 142. Para maior clareza, os processos de deposição como DMLM, SLM e EBM podem ser praticados com ou sem o duto dentro do escopo desta invenção.

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18/29 [040] Nas realizações mencionadas acima, apenas a carcaça externa 24 é finalizada durante o processo de EBM ou SLM. No entanto, em outras realizações, um pouco do pó 142 no interior da carcaça 24 também pode ser fundido ou sinterizado em diferentes níveis de densidade. Nesse contexto, com referência à Figura 12, a carcaça 24 de um objeto-alvo 20 que contém pó solto ou pó parcialmente consolidado 142, de acordo com outra realização, é mostrada. Em comparação à carcaça 24 mostrada na Figura 4, a carcaça 24 da Figura 12 não é uma carcaça sólida uniforme, mas inclui pelo menos duas camadas de nível de densidade diferente. Como uma realização exemplificativa mostrada na Figura 12, a carcaça ilustrada 24 inclui três camadas de nível de densidade diferente 241, 242 e 243 de fora para dentro. O nível de densidade da camada 241 para 243 é reduzido gradualmente. Por exemplo, o nível de densidade da primeira camada 241 é cerca de 100%, o nível de densidade do objeto-alvo da segunda camada 242 é cerca de 90% e o nível de densidade da terceira camada 243 é cerca de 80%. Em outras realizações, o número das camadas de nível de densidade, o nível de densidade de cada camada e a espessura de cada camada podem ser ajustados com base nos algoritmos apropriados, tal como por meio do uso da ferramenta de FEM do software de ANSYS, que não são descritos no presente documento.

[041] Com referência à Figura 13, um fluxograma de um método 70 para fabricar um objeto tridimensional, de acordo com outra realização, é mostrado. Em comparação ao método 60, as etapas 71 a 73 do método 70 são as etapas 61 a 63 do método 60. Desse modo, as etapas 71 a 73 não são descritas no presente documento.

[042] Na etapa 74, com base no modelo tridimensional compensado, a carcaça 24 é calculada para determinar o número de camadas de nível de densidade (similar às camadas 241, 242, 243) da carcaça 24, o

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19/29 nível de densidade de cada camada e a espessura de cada camada. Conforme mencionado acima, aqueles parâmetros podem ser calculados com base nos algoritmos apropriados, tal como, por meio do uso da ferramenta de FEM do software de ANSYS, que não são descritos no presente documento.

[043] Na etapa 75, o modelo tridimensional compensado é analisado para determinar se uma carcaça que contém pó e quaisquer padrões de suporte que têm o mesmo formato do modelo tridimensional compensado serão alterados para o mesmo formato do modelo tridimensional original após serem tratadas pelo processo de HIP. Se sim, o processo segue para a próxima etapa 76. Caso contrário, o processo retorna para a etapa 73 anterior. Essa etapa 75 é similar à etapa 64 mencionada acima.

[044] Na etapa 76, a carcaça 24 que contém pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte é fabricada por meio do uso do método de EBM. À medida que a carcaça 24 inclui pelo menos duas camadas de nível de densidade diferente, o feixe de elétron 112 irá fundir as camadas de nível de densidade diferente por meio do uso de diferentes níveis de pó de feixe de elétrons de acordo com os parâmetros calculados acima da carcaça 24. Embora a carcaça 24 mostrada na Figura 12 seja mais espessa que a carcaça 24 mostrada na Figura 4, o pó usado pelo feixe de elétron 112 ainda é reduzido e pode poupar tempo comparado aos métodos de EBM convencionais.

[045] Na etapa 77, a carcaça 24 que contém pó solto 142 e quaisquer padrões de suporte é fabricada por meio do uso do método de HIP. Após o processo de HIP, um objeto sólido alvo 20 (similar ao objeto 20 mostrado na Figura 5) é finalizado. Visto que a carcaça 24 é fabricada para diversas camadas de nível de densidade diferente durante o processo de EBM, o processo de HIP pode alcançar mais eficaz e facilmente o objeto sólido-alvo 20 em comparação ao método 60.

[046] Em outras realizações, o formato do objeto 20 pode não ser

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20/29 regular, tal como um formato de lágrima. A Figura 14 mostra um objeto-alvo 20 como um exemplo. No processo de EBM, o objeto 20 da Figura 14 pode ser fabricado a partir de uma carcaça similar a carcaça 24 mostrada na Figura 4, isto é, a partir de uma carcaça de uma única densidade. Deve-se verificar que o objeto-alvo 20 da Figura 14 também pode ser fabricado a partir de uma carcaça que tem diversas camadas de nível de densidade diferente, tais como 241,242, 243 e 244 mostradas na Figura 14. Os parâmetros detalhados podem ser calculados com base nos algoritmos apropriados, tal como, por meio do uso da ferramenta de FEM do software de ANSYS, que não são descritos no presente documento.

[047] Em outras realizações, quando a carcaça 24 é projetada para incluir diversas camadas de nível de densidade diferente, cada camada também pode incluir diferentes partes de nível de densidade com base no material da carcaça 24, no processo de HIP e em outros parâmetros relacionados. A Figura 15 mostra uma realização exemplificativa de um objetoalvo 20 fabricado pelo processo de EBM. A carcaça 24 do objeto-alvo 20 da Figura 15 inclui três camadas 241, 242 e 243. O nível de densidade da primeira camada 241 é cerca de 100%. A segunda camada 242 inclui duas partes de nível de densidade 2421 e 2422, a primeira parte 2421 está no meio de cada lado da segunda camada 242. Como um exemplo, o nível de densidade da primeira parte 2421 é cerca de 100%; o nível de densidade da segunda parte 2422 é cerca de 90%. Isto é, o nível de densidade da primeira parte 2421 é maior que a segunda parte 2422. De modo similar, a terceira camada 243 pode incluir uma primeira parte 2431 com cerca de 90% de nível de densidade e uma segunda parte 2432 com cerca de 80% de nível de densidade. A disposição do parâmetro acima é calculada na etapa 74 do método 70 conforme mencionado acima.

[048] Em outras realizações, em comparação à realização

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21/29 mostrada na Figura 16, a carcaça 24 pode incluir adicionalmente algumas aletas de suporte 27 estendidas a partir do interior das superfícies para o interior oposto das superfícies da carcaça 24. Essas aletas de suporte 27 também podem ser fabricadas com uso do feixe de elétron 112 para fundir a parte correspondente do pó 142 de acordo com um modelo tridimensional que tem aletas de suporte. Em outras realizações, a carcaça 24 que contém pó 142 pode ser projetada em diferentes tipos de acordo com os parâmetros relacionados, mas sem limitação como nas realizações descritas acima.

[049] Em relação à Figura 17, em outra realização, o método para fabricar um objeto-alvo inclui formar um objeto poroso 300 a partir de um pó solto para ter um primeiro nível de densidade, que pode ser pelo menos aproximadamente 30% e pode ser mais do que aproximadamente 50% em outras realizações. Na realização mostrada, o nível de densidade do objeto poroso 300 é aproximadamente 70%. A fim de formar os poros ou o objeto “précompactado” 300, uma quantidade de pó solto pode ser direcionada em uma matriz de constrição (não mostrada) e densificada ao primeiro nível de densidade. O pó solto pode ser um elementar, elementar mesclado que pode conter o produto metalúrgico de pó de liga ou liga-mãe. Em uma realização preferencial, uma região de superfície externa 302 do objeto poroso tem uma porosidade de superfície que tem poros finamente distribuídos. Os poros podem ter tamanhos entre aproximadamente 10 micrômetros e aproximadamente 100 micrômetros, que, conforme entendido na técnica, depende do tamanho dos produtos metalúrgicos de pó e do nível de densidade do objeto. A fim de aumentar o nível de densidade de uma porção do objeto, o objeto poroso 300 é tratado para definir, desse modo, uma região tratada 304 que tem um segundo nível de densidade. Mais especificamente, uma região de superfície externa 302 é tratada para ter o segundo nível de densidade. Conforme descrito no presente documento, a “região de superfície externa” é

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22/29 destinada a descrever uma região do objeto que começa na superfície externa e atravessa o interior do corpo do objeto em direção a um eixo imaginário da mesma. Além disso, ao fazer referência à “região de superfície externa” no presente documento, tal termo abrange toda a região de superfície externa 302 conforme revelado acima ou, alternativamente, apenas uma porção da mesma. Portanto, em uma realização, a região tratada 304 pode abranger toda ou parte da região de superfície externa 302. Alternativamente, a região tratada 304 pode estar situada em outras partes do objeto 300.

[050] Em pelo menos uma realização, uma vez que a região de superfície externa 302 é tratada, o nível de densidade da região tratada 304 ou o segundo nível de densidade, é pelo menos cerca de 95% para que os poros que existiram antes do tratamento sejam eliminados substancialmente. Com um nível de densidade de pelo menos cerca de 95% e uma espessura entre aproximadamente 0,025 mm e aproximadamente 1 mm, a região tratada 304 atua essencialmente como uma vedação hermética para a porção interna 306, que ainda tem o primeiro nível de densidade. A espessura da região tratada 304 é suficiente para que a vedação possa ser formada e que a resistência suficiente esteja presente para manter a vedação através da transportação, tratamento e processamento adicionais, tal como por HIP ou PIF, ou quaisquer outros processos ou métodos de tratamento por meio dos quais um objeto pode ser densificado ou consolidado. Uma vez que o objeto poroso 300 é tratado, o objeto 300 é densificado ou consolidado para formar o objeto-alvo 308 que tem pelo menos cerca de 95% do nível de densidade e preferencialmente cerca de 100% da densidade. Particularmente, o encolhimento do objeto-alvo 308 após o processo de HIP ou PIF será considerado de uma mesma maneira ou de maneira similar conforme descrito acima em relação à outra realização. Será verificado que a diferença de tamanho e formato que o objeto-alvo 308 pode possuir em relação ao objeto

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23/29 poroso 300 após o tratamento de HIP ou PIF, mas antes de o encolhimento ocorrer, não é mostrada. Também será verificado que embora a região não tratada interna 306 possa incluir o primeiro nível de densidade e a região tratada 304 possa incluir o segundo nível de densidade, pode não haver um ponto exato de delimitação entre a primeira e a segunda densidades. Em vez disso, pode haver uma alteração gradual ou gradiente de densidade, do segundo nível de densidade para o primeiro nível de densidade.

[051] Tal abordagem de vedar essencialmente o objeto poroso 300 evita que as fontes de contaminante e ambientais penetrem no objeto poroso 300 antes da consolidação ou densificação do objeto 300 a um tamanho ou formato de objeto-alvo. Além disso, a abordagem, conforme revelado no presente documento, permite o uso de materiais de nível de densidade de empacotamento inferior. Será verificado que a região tratada 304 é essencialmente uma lata in situ que provavelmente não exige o uso de uma lata descrita no presente documento, à medida que é uma prática normal na técnica. Finalmente, desde que nenhuma lata seja exigida, a usinagem do objeto-alvo 308 após a densificação para remover o excesso de material (causado pela interação entre o objeto e a lata) é desnecessária, poupando, assim, tempo e reduzindo a perda de rendimento. Além disso, as economias de custo são realizadas quando considera-se que, em vez de substituir processos bem conhecidos por novos processos para criar objeto-alvos densificados, a invenção no presente documento ensina uma abordagem que é complementar aos processos de metalurgia de pó existentes tal como HIP ou PIF.

[052] Em uma realização, o tratamento do objeto poroso 300 inclui utilizar um processo de fundição de material. A fim de efetuar o tratamento da região de superfície externa 302, uma penetração do processo de fundição é limitada a uma certa profundidade para que apenas a região de superfície externa 302 seja tratada. Tais processos de fundição de material

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24/29 podem incluir, mas sem limitação, micro-onda, fusão a laser, fusão de feixe de elétron (EB), fusão de TIG, aquecimento infravermelho e outros processos do tipo cobertura de solda que envolvem uma varredura rastreada da superfície que produzem zonas de fundição sobrepostas e uma camada de superfície de alta qualidade. A camada de fundição local também pode ser formada por meio de processos que incluem, mas sem limitação, a sinterização de fase líquida transitória e a fusão por indução.

[053] Em outra realização, o tratamento do objeto poroso 300 envolve o processamento de estado sólido por meio de sinterização e difusão na região de superfície externa 302. Tais processos incluem, mas sem limitação, sinterização de micro-ondas, sinterização por indução e sinterização a laser controlada. Em ainda outra realização, o tratamento do objeto poroso 300 inclui a formação de uma camada de fundição local na região de superfície externa 302.

[054] Em ainda outra realização, o tratamento do objeto poroso 300 inclui deformar plástica, mecânica e seletivamente a região de superfície externa 302. A deformação pode ser executada por meio de processos que incluem, mas sem limitação, martelagem, polimento, extrusão a frio, extrusão a quente ou outros processos de deformação através dos quais a porção de superfície externa 302 é deformada para que o nível de densidade dos mesmos seja pelo menos cerca de 95%.

[055] Em ainda outra realização, o tratamento do objeto poroso 300 inclui revestir a região de superfície externa 302 com uma camada de revestimento. Preferencialmente, a camada de revestimento é não reativa com os materiais a partir dos quais o objeto poroso 300 é produzido. Tal material não reativo pode incluir vidro ou alumínio. Alternativamente, um material que reage com a superfície para formar uma camada de revestimento estável que tem capacidade para transferir uma carga a temperaturas de aproximadamente

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1/2 da temperatura de fusão do material a partir do qual o objeto poroso é produzido ou maior quando o mesmo difunde no material de base ou com o mesmo, pode ser usado. A camada de revestimento pode revestir a região de superfície externa inteira 302 ou, alternativamente, apenas uma porção da mesma.

[056] Em ainda outra realização, o tratamento do objeto poroso 300 inclui processos do tipo recobrimento. Tais processos do tipo recobrimento incluem, mas sem limitação, recobrimento a laser, cobertura de TIG, recobrimento de folha de brasagem, aspersão a frio, pintura de metal, etc. Opcionalmente, uma vez que o processo do tipo recobrimento ocorre, a região de superfície externa 302 pode ser opcionalmente tratada de modo térmico para difundir o produto de metalurgia de pó com os materiais do tipo recoberto em um modelo controlado a fim de formar uma camada de revestimento alternativo. Em outra realização, com referência à Figura 18, o tratamento de um objeto poroso 400 e, especificamente, o tratamento de uma região de superfície 401 inclui encapsular o objeto poroso 400 em um saco 402, feito de borracha, silicone, elastómero ou outro material similar. O objeto poroso 400 e o saco 402 são evacuados através do que os mesmos são submetidos a um processo a vácuo. O objeto poroso 400 e o saco 402 são aquecidos, então, a uma temperatura elevada por um período de tempo para que o saco 402 e a região de superfície externa 401 do objeto poroso 400 alcancem a temperatura elevada, mas a porção interna 403 do objeto poroso 400 está a uma temperatura abaixo da temperatura elevada (isto é, à temperatura ambiente). Em uma realização, a temperatura elevada está entre aproximadamente 315,56 °C (600 °F) e aproximadamente 371,11 °C (700 °F). Uma vez que o objeto poroso 400 é aquecido apenas conforme descrito, o objeto poroso aquecido 400 é submetido a um processo de PIF. Devido à tensão de fluxo da região de superfície aquecida 401 ser inferior à tensão de fluxo da porção

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26/29 interna mais fria, o processo de PIF apenas resulta na densificação da região de superfície 401. Similar às outras realizações, após a região de superfície externa 401 ser tratada, uma carcaça 404 é formada. A densidade da carcaça 404 é pelo menos aproximadamente 95% para que a carcaça 404 forneça uma vedação hermética para a região não tratada interna 406, que tem uma densidade de pelo menos aproximadamente 30%. Como antes, pode haver um gradiente de densidade entre a região tratada (carcaça 404) e a região interna não tratada 406. Uma vez que a região de superfície externa 401 é tratada, para que a carcaça 404 seja formada, que forma essencialmente uma lata in situ, o objeto 400 pode ser densificado de acordo com os processos tal como HIP, PIF ou outros processos. Por exemplo, em um processo de PIF, o objeto 400 pode ser aquecido até uma temperatura elevada que é uma função do ponto de fusão do(s) material(is) dos quais o objeto é composto. O objeto 400 é removido, então, da fonte de calor e submetido à pressão entre aproximadamente 34,4 MPa (5.000 psi) e 413,6 MPa (60.000 psi) para densificar o objeto poroso 400 a uma densidade de pelo menos aproximadamente 95% e, preferencialmente, densidade de 100%, para que um objeto-alvo 408 seja formado.

[057] Em qualquer uma das realizações descritas no presente documento, o processamento de HIP pode ser realizado em pressões na faixa de até cerca de 310,2 MPa (45 ksi) e a temperaturas acima de cerca de uma metade da temperatura de fusão, mais abaixo do solidus do material que é submetido ao HIP. Outras considerações de material específico também podem limitar adicionalmente a faixa de temperaturas HIP usada e, portanto, o processamento de HIP não é limitado às pressões e temperaturas descritas no presente documento. As condições de PIF podem estar na faixa de cerca da pressão de 68,9 MPa (10 ksi) a até cerca de 413,6 MPa (60 ksi) e temperaturas preaquecidas acima de cerca de uma metade da temperatura de fusão, mas

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27/29 abaixo do solidus do material que é submetido ao processo de PIF. As considerações de material específico similares também podem limitar adicionalmente a faixa de temperaturas de PIF usada e, portanto, as pressões e temperaturas preaquecidas, descritas no presente documento, em relação à PIF não se destinam a serem limitantes.

[058] A invenção descrita no presente documento pode ser usada em combinação com outras técnicas de processamento que incluem aquelas reveladas na Patente n²¹ U.S. 6.737.017, 7.329.381 e 7.897.103, incorporadas ao presente documento em sua totalidade a título de referência. A invenção, conforme descrito no presente documento, é útil particularmente para a consolidação dos materiais de liga de titânio de alta qualidade, mas também é aplicável aos outros sistemas de material incluindo Al, Fe, Ni, Co, Mg e outras combinações de materiais. O processo, conforme revelado no presente documento, cria essencialmente uma vedação na região de superfície externa 302 de um objeto poroso 300 (também denominado no presente documento como um “formato pré-compactado”) do material de pó solto (elementar, elementar mesclado que pode conter liga-mãe ou liga) que mantém seu próprio formato em todos os lados sem o uso de um recipiente tal como uma lata. O formato pré-compactado pode ser qualquer formato que inclui um cilindro, prisma retangular, cilindro hexagonal ou outro formato tridimensional que é apropriado para consolidação a jusante e o uso. O processo pode ser aplicado aos produtos de fresa (barras, tarugos, placa, folha, tubo, cano, etc.) que podem ser adicionalmente processados em componentes ou diretamente aos componentes de rede ou de formato aproximado de rede. Os componentes de interesse incluem peças de motor de turbina tais como discos, anéis, empolas, eixos, lâminas, pás, capas, tubos e outros componentes; em que os componentes automotivos incluem partes de corpo e motor; componentes industriais; artigos biomédicos; mercadorias esportivas e outras aplicações. No

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28/29 entanto, essas realizações da invenção não são limitadas às aplicações específicas.

[059] Em cada uma das realizações, a carcaça pode ser selecionada para ser fina ou espessa, ter uma interface abrupta com o material interno à carcaça ou ter uma interface de densidade graduada, pode ser feita do mesmo material do pó que é consolidado ou feito de um material diferenciado, a carcaça pode ser mantida na parte industrial final ou pode ser removida por meio da usinagem convencional ou outros processos dissolução ou de gravura a água forte. Além disso, a carcaça pode conter um duto inteiro que pode ser usado para evacuar a cavidade interna do objeto inicial e, então, vedado antes do processamento de densificação a fim de permitir a remoção das espécies gasosas indesejadas das porções internas do material de granel antes da densificação. Adicionalmente, os artigos densificados produzidos por esse método podem ser formato de rede, formato aproximado de rede ou podem exigir processamento adicional significativo por meio de forja, usinagem e/ou outras rotas de processamento antes do uso. Preferencialmente, o artigo é formado de um material metálico e, mais preferencialmente, de um material de liga metálica, mas o escopo dessa invenção não é tão limitado.

[060] Embora a tecnologia tenha sido descrita com referência às realizações exemplificativas, será entendido por aquele técnico no assunto que várias alterações podem ser realizadas e os equivalentes podem ser substituídos por elementos da mesma sem se afastar do escopo das invenções reivindicadas. Além disso, muitas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação particular ou material aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo da invenção reivindicada. Portanto, verifica-se que as invenções reivindicadas não são limitadas às realizações particulares reveladas, mas que as invenções reivindicadas incluem todas as realizações que estão dentro do escopo das reivindicações anexas.

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29/29 [061] Deve-se entender que não necessariamente todos os objetivos ou vantagens descritos acima podem ser alcançados de acordo com qualquer realização particular. Desse modo, por exemplo, aqueles técnicos no assunto reconhecerão que os sistemas e técnicas descritos no presente documento podem ser incorporados ou realizados de uma maneira que alcance ou otimize uma vantagem ou grupo de vantagens conforme ensinado no presente documento, sem que alcance necessariamente outros objetivos ou vantagens que podem ser ensinados ou sugeridos no presente documento.

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Claims

Reivindicações

1. MÉTODO (70) PARA FABRICAR UMA PEÇA tridimensional, caracterizado pelo fato de que o método compreende:

executar o processamento de densificação parcial em pó (142) de usinagem solto, para formar um invólucro vedado e denso, em que ainda há pó (142) de usinagem solto acomodado no interior do invólucro; e executar o processamento de densificação geral no invólucro e no pó (142) de usinagem no interior do invólucro, com a finalidade de implantar a adesão metalúrgica entre o pó (142) de usinagem no interior do invólucro e o invólucro durante a densificação, formando, por meio disso, uma peça tridimensional alvo.
2. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma etapa da execução do processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto é implantada através do uso de uma tecnologia de fabricação de aditivo.
3. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a tecnologia de fabricação de aditivo é uma tecnologia de fusão de feixe de elétron(112).
4. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a execução de processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto através do uso da tecnologia de fusão de feixe de elétron (112) para formar um invólucro compreende:

transferir uma camada de pó (142) de usinagem para uma mesa de usinagem;

executar usinagem defusão de feixe de elétron (112) na camada de pó (142) de usinagem com base em um modelo espacial tridimensional compensado; e retornar para a etapa (a) até que o invólucro que acomoda o pó

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2/5 (142) de usinagem seja acabado por usinagem.
5. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a execução do processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto através do uso da tecnologia de fusão de feixe de elétron (112) para formar um invólucro compreende adicionalmente calcular o modelo espacial tridimensional compensado compreende:

armazenar um modelo espacial tridimensional original, em que o modelo espacial tridimensional original e a peça tridimensional alvo que espera-se usinar estão no mesmo formato;

analisar se uma alteração de formato do invólucro que acomoda o pó de usinagem tem o mesmo formato que o do modelo espacial tridimensional original e continua após a usinagem de densificação geral subsequente;

calcular o modelo espacial tridimensional compensado com base na alteração de formato anterior; e analisar se uma alteração de formato do invólucro que acomoda o pó (142) de usinagem tem o mesmo formato que o do modelo espacial tridimensional compensado e continua após a usinagem de densificação geral subsequente, finalizar o cálculo se um formato após a alteração de formato for igual ao do modelo espacial tridimensional original, de outro modo, retornar para calcular o modelo espacial tridimensional compensado com base na alteração de formato anterior.
6. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a tecnologia de fabricação de aditivo compreende uma tecnologia de fusão a laser seletiva, uma tecnologia de fusão a laser de metal direta ou tecnologia de fusão infravermelha.
7. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a execução do processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto para formar um invólucro compreende:

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3/5 usinar o pó (142) de usinagem camada por camada através da tecnologia de fabricação de aditivo, para formar um invólucro que compreende um tubo para passagem de ar, em que o invólucro usinado acomoda o pó (142) de usinagem;

conectar o tubo para passagem de ar a um aparelho de extração de ar para descarregar gás do invólucro; e executar o processamento de vedação no invólucro após um vácuo no interior do invólucro alcançar um valor predeterminado.
8. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a execução do processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto é implantada através do uso de uma tecnologia seletiva de usinagem por deformação plástica e mecânica.
9. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a tecnologia seletiva de usinagem por deformação plástica e mecânica compreende martelagem, polimento, extrusão a frio ou extrusão a quente.
10. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a execução do processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto é implantada através do uso de uma tecnologia de forja isostática pneumática e/ou a execução do processamento de densificação geral no invólucro e no pó (142) de usinagem no interior do invólucro é implantada através do uso de uma tecnologia de pressionamento isostático a quente ou tecnologia de forja isostática pneumática.
11. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um nível de densidade de uma camada mais externa do invólucro que acomoda o pó (142) de usinagem é maior que 95%.
12. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o invólucro que acomoda o pó (142) de

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4/5 usinagem compreende pelo menos duas camadas e os níveis de densidade são gradativamente reduzidos de fora para dentro.
13. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que cada camada de outras camadas exceto a camada mais externa do invólucro que acomoda o pó (142) de usinagem compreende pelo menos duas seções com diferentes níveis de densidade, em que um nível de densidade de uma seção central é maior que um nível de densidade de uma seção lateral.
14. MÉTODO (70), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a execução da densificação geral no invólucro e no pó (142) de usinagem no interior do invólucro compreende executar o processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem no interior do invólucro durante a densificação do invólucro, para usinar uma estrutura de sustentação para sustentar o invólucro.
15. MÉTODO (70) PARA FABRICAR UMA PEÇA tridimensional (20), caracterizado pelo fato de que compreende:

executar o processamento de densificação parcial no pó (142) de usinagem solto através do uso de uma tecnologia de fabricação de aditivo, para formar um invólucro denso (24) com um tubo para passagem de ar (25), em que ainda há pó (142) de usinagem solto localizado no interior do invólucro;

conectar o tubo para passagem de ar (25) a um aparelho de extração de ar para descarregar gás do invólucro;

executar o processamento de vedação no invólucro após um vácuo no interior do invólucro alcançar um valor predeterminado;

repetir a etapa anterior até que um número predeterminado de invólucros vedados a vácuo que acomodam o pó (142) de usinagem solto seja usinado; e executar o processamento de densificação geral simultaneamente

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5/5 no número predeterminado dos invólucros que acomodam o pó (142) de usinagem solto, com a finalidade de implantar a adesão metalúrgica entre o pó (142) de usinagem no interior dos vários invólucros e um invólucro correspondente durante a densificação, formando, por meio disso, simultaneamente o número predeterminado de peças tridimensionais alvo.

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