BR102016019180A2

BR102016019180A2 - métodos e aparelho para gravação direta de metais e superligas de cristal único

Info

Publication number: BR102016019180A2
Application number: BR102016019180A
Authority: BR
Inventors: Gerard Konitzer Douglas; Jay Rockstroh Todd; Thomas Carter William
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2017-02-21
Also published as: US10443115B2; EP4234154A2; JP2017066023A; EP3132885B1; US20170051386A1; CN106552939B; EP4234154A3; US11661644B2; CA2939733C; CN106552939A; CA2939733A1; EP3132885A1; JP6310515B2; US20190323111A1

Abstract

trata-se de métodos para gravação direta de metais e superligas de cristal único. o método pode incluir: aquecer um substrato (23) posicionado em uma placa de base (22) a uma predeterminada temperatura com o uso de um primeiro aquecedor (24); usar um laser (26) para formar um depósito em fusão (34) em uma superfície do substrato (23); introduzir um pó de superliga (32) para o depósito em fusão (34); medir a temperatura do depósito em fusão (34); receber a temperatura medida em um controlador (40); e usar uma fonte de calor auxiliar (41) em comunicação com o controlador (40) para ajustar a temperatura do depósito em fusão (34). a temperatura predeterminada está abaixo do ponto de fusão do substrato. o laser (26) e a placa de base (22) são móveis um em relação ao outro, em que o laser (26) é usado para direcionar deposição de metal. um aparelho (20) também é geralmente fornecido para gravação direta de metais e superligas de cristal único.

Description

“MÉTODOS E APARELHO PARA GRAVAÇÃO DIRETA DE METAIS E SUPERLIGAS DE CRISTAL ÚNICO” Campo da Invenção [001] A presente revelação refere-se a um aparelho e método para gravação direta de metais e superligas de cristal único.

Antecedentes da Invenção [002] A seção de turbina de um motor de turbina a gás se localiza a jusante de uma seção de combustor e contém um eixo de rotor e um ou mais estágios de turbina, sendo que cada tem um disco de turbina (rotor) montado ou, de outro modo, transportado pelo eixo e lâminas de turbina montados e que se estendem radialmente a partir da periferia do disco. Os componentes dentro das seções são de combustor e turbina frequentemente formados de materiais de superliga para fornecer propriedades mecânicas aceitáveis enquanto em temperaturas elevadas que resultam dos gases de combustão quentes. Temperaturas de saída de compressor mais altas em motores de turbina a gás modernos com alta razão de pressão também podem necessitar do uso de superligas de níquel de alto desempenho para discos de compressor, discos laminados e outros componentes. Composições e microestruturas de liga adequada para um dado componente dependem das temperaturas, tensões e outras condições específicas às quais o componente é submetido.

[003] Por exemplo, componentes de aerofólio tal como lâminas e pás são frequentemente formados de superligas equíaxiais, direcionalmente solidificadas (DS), ou de cristal único (SX). Os aerofólios de turbina direcionalmente solidificados (DS) ou de cristal único (SX) têm resistibilidade à deformação, resistência à fadiga térmica assim como resistência à corrosão muito superiores em comparação com duplicatas de cristal equiaxial. Em usos específicos, aerofólios de turbina DS ou SX provaram ter tanto quanto nove vezes mais vida útil relativa em termos de resistibilidade à deformação e resistência à fadiga térmica e mais de três vezes mais vida útil relativa à resistência à corrosão, em comparação com duplicatas de cristal equiaxial.

[004] Entretanto, a fusão de cristal único é um processo lento e dispendioso. No evento de uma mudança em design, um novo molde deve ser fabricado. Devido à alta temperatura de fusão da superliga de níquel, moldes de cerâmica frequentemente dispendiosos são exigidos. Por outro lado, métodos de fabricação digital, caso aplicados de forma bem-sucedida, podem produzir um cristal único sem um molde e, desse modo, permitir uma mudança de design econômica.

Descrição Resumida da Invenção [005] Os aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.

[006] Os métodos são geralmente fornecidos para gravação direta de metais e superligas de cristal único. Em uma realização, o método inclui: aquecer um substrato posicionado em uma placa de base a uma predeterminada temperatura com o uso de um primeiro aquecedor; usar um laser para formar um depósito em fusão em uma superfície do substrato; introduzir um pó de superliga no depósito em fusão; medir a temperatura do depósito em fusão; receber a temperatura medida em um controlador; e usar uma fonte de calor auxiliar em comunicação com o controlador para ajustar a temperatura do depósito em fusão. A temperatura predeterminada está abaixo do ponto de fusão do substrato. O laser e a placa de base são móveis um em relação ao outro, em que o laser é usado para direcionar deposição de metal.

[007] Em uma realização, o método inclui: aquecer um substrato a uma predeterminada temperatura com o uso de um primeiro aquecedor; usar um laser para formar um depósito em fusão em uma superfície do substrato que é posicionado em uma placa de base; introduzir um pó de superliga no depósito em fusão; medir a temperatura do depósito em fusão; receber a temperatura medida em um controlador; e usar uma fonte de resfriamento em comunicação com o controlador para ajustar a temperatura do substrato. A temperatura predeterminada está abaixo do ponto de fusão do substrato. O laser e a placa de base são móveis um em relação ao outro, em que o laser é usado para direcionar deposição de metal.

[008] Um aparelho também é geralmente fornecido para gravação direta de metais e superligas de cristal único. Em uma realização, o aparelho inclui: um laser que tem uma saída de potência; uma placa de base configurada para reter um substrato na mesma; uma cabeça de DMD configurada para suprir um fluxo de pó de superliga no substrato; uma fonte de aquecimento por indução posicionada para aquecer o substrato na placa de base a uma predeterminada temperatura; pelo menos um dentre um meio de aquecimento auxiliar e um meio de resfriamento; e um controlador para controlar o pelo menos um dentre os meios de aquecimento auxiliares e os meios de resfriamento, em que o controlador é responsivo a uma temperatura medida de pelo menos um dentre um depósito em fusão no substrato e o substrato.

[009] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão mais bem compreendidos com referência à descrição a seguir e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram realizações da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

Descrição Resumida das Figuras [010] Uma revelação completa e viabilizadora da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, destinada a uma pessoa de habilidade comum na técnica, é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às Figuras anexas, nas quais: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um artigo, tal como uma lâmina de turbina a gás, de acordo com uma realização da invenção; A Figura 2 ilustra um aparelho exemplificativo de acordo com uma realização; A Figura 3 ilustra um processo de controle de temperatura do depósito em fusão de acordo com uma realização que utiliza o aparelho da Figura 2; A Figura 4 é um fluxograma de um algoritmo para o controlador de temperatura do depósito em fusão de acordo com uma realização; A Figura 5 ilustra outro aparelho exemplificativo de acordo com uma realização; A Figura 6 ilustra um processo de controle de temperatura do depósito em fusão de acordo com uma realização que utiliza o aparelho da Figura 5; A Figura 7 ilustra outro aparelho exemplificativo de acordo com uma realização; A Figura 8 ilustra um processo de controle de temperatura do depósito em fusão de acordo com uma realização que utiliza o aparelho da Figura 7; e A Figura 9 é um fluxograma de um algoritmo para o controlador de temperatura do depósito em fusão de acordo com uma realização.

[011] O uso repetido de caracteres de referência no presente relatório descritivo e nas figuras tem como objetivo representar os recursos e elementos iguais ou análogos da presente invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [012] As referências serão feitas agora em detalhe às realizações da invenção, sendo que um ou mais exemplos da mesma estão ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção e não como limitação da invenção. De fato, ficará evidente para aqueles versados na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo ou espírito da invenção. Por exemplo, os recursos ilustrados ou descritos como parte de uma realização podem ser usados com outra realização para proporcionar ainda outra realização. Portanto, a presente invenção se destina a abranger tais modificações e variações, conforme incluídas no escopo das reivindicações anexas e nos equivalentes das mesmas.

[013] A deposição de metal direta (DMD), um processo de fabricação de aditivo digital, usa um sistema de retroalimentação em laço fechado inteligente para fornecer uma solução econômica para tecnologia avançada de turbina a gás. Os métodos e aparelho são geralmente fornecidos no presente documento para a gravação direta de formatos de cristais únicos tridimensionais facilitada por manter o gradiente de temperatura na interface de líquido sólido dentro de uma janela muito estreita próxima a ser uma constante.

[014] Tais formatos de cristal único tridimensional têm uma utilidade específica como uma lâmina de um motor de turbina a gás. Em referência aos desenhos, a Figura 1 retrata um artigo 10 de um motor de turbina a gás, ilustrado como uma lâmina de turbina a gás. A lâmina de turbina a gás 10 inclui um aerofólio 12, uma plataforma que se estende lateralmente 16, uma fixação 14 na forma de um encaixe para fixar a lâmina de turbina a gás 10 a um disco de turbina (não mostrado). Em alguns componentes, um número de canais de resfriamento se estende através do interior do aerofólio 12, até as aberturas 18 na superfície do aerofólio 12.

[015] Em uma realização exemplificativa, o artigo de componente 10 é substancialmente um cristal único. Isto é, o artigo de componente 10 é pelo menos cerca de 80 por cento por volume e, mais preferivelmente, pelo menos cerca de 95 por cento por volume, um único grão com uma única orientação cristalográfica. Pode haver frações de volume menores de outras orientações cristalográficas e também regiões separadas por limites de ângulo baixo. A estrutura de cristal único é preparada pela solidificação direcional de uma composição de liga, geralmente de uma semente ou outra estrutura que induz o crescimento do cristal único e a orientação do único grão.

[016] O uso de composições de liga exemplificativas discutidas no presente documento não se limita à lâmina de turbina a gás 10, e pode ser empregado em outros artigos tal como bocais, pás, invólucros ou outros componentes de turbina a gás para motores de turbina a gás.

[017] Em referência à Figura 2, um aparelho 20 é geralmente mostrado para fornecer um gradiente de temperatura e ambiente estável para crescimento de SX com o uso de um processo similar ao método de zona de flutuação usado para fabricar semicondutores. O aparelho 20 geralmente inclui uma mesa de trabalho 21 com a qual outros componentes são dispostos. Uma placa de base de cristal único 22 é usada para iniciar o crescimento epitaxial. Um substrato de cristal único 23 é mostrado posicionado em uma plataforma 27 na placa de base de cristal único 22. A placa de base de cristal único 22 é móvel na direção vertical em relação ao aparelho 20. Conforme mostrado, um estágio de movimento linear 25 é posicionado na mesa de trabalho 21 para controlar o movimento vertical da placa de base de cristal único 22.

[018] Em uma realização, o substrato é uma semente de cristal único que tem substancialmente a mesma composição que o depósito. Por exemplo, tanto o substrato como o material depositado podem ser uma superliga com base em níquel, tal como a superliga com base em níquel comercialmente conhecida como René N5, revelada na Patente n° U.S. 6.074.602.

[019] Uma fonte de calor por indução 24 é introduzida de modo a manter um gradiente de temperatura estável no substrato de cristal único 23. Conforme mostrado, a fonte de calor por indução 24 é uma bobina de aquecimento que está estática em relação ao aparelho 20. Dessa forma, a placa de base de cristal único 22 pode ser movida verticalmente em relação à fonte de aquecimento por indução 24 para controlar a distância do substrato de cristal único 23 a partir da fonte de aquecimento por indução 24. Quando posicionado na plataforma 27, o substrato 23 pode ser posicionado dentro da fonte de calor por indução 24.

[020] Um laser 26 é mostrado por sair da cabeça de DMD 28 para crescer um cristal único no substrato de cristal único 23. Conforme mostrado, um laser 4 kW 26 é usado para formar exemplares de superliga com base em Ni de cristal único. Entretanto, qualquer laser ou fonte de calor tal como feixe de elétron com potência suficiente para fundir pó metálico será adequado para o processo. Os experimentos descritos na realização mostrada somente usam poucas centenas de watts de 4 kW. A cabeça de DMD 28 é móvel no plano horizontal, em ambos os eixos X e Y, para permitir o controle da localização do laser 26. Portanto, o aparelho 10 possibilita um estágio de movimento em 3 eixos para formar exemplares de cristal único.

[021] Conforme mais particularmente mostrado na Figura 3, a cabeça de DMD 28 utiliza um sistema de liberação de metal em pó DMD 30 para fluir um pó de superliga 32 para o depósito em fusão 34 gerado pelo laser 26. Em uma realização, o pó de superliga 32 inclui um pó de superliga com base em níquel. Entretanto, qualquer superliga adequada pode ser incluída no pó 32 conforme desejado.

[022] Através do uso da fonte de aquecimento por indução 24, a temperatura do substrato de cristal único 23 é aumentada para próximo à temperatura de fusão (por exemplo, cerca de 1200 °C quando o substrato 23 é uma superliga com base em Ni). A fonte de aquecimento por indução 24 auxilia a manter o gradiente térmico na interface de sólido e líquido.

[023] O pó 32 é então depositado sobre o substrato de cristal único 23 quando um depósito em fusão 34 é formado a partir da camada com índice de refração mais baixo (cladding) 33 devido à adição do laser 26 que faz contato com o pó 32 e o substrato 23. Isto é, a adição de energia do laser 26 eleva a temperatura local do pó 32 e do substrato de cristal único 23 para formar o depósito em fusão 34.

[024] A camada com índice de refração mais baixo (cladding) é uma composição similar à composição do substrato. O pó metálico é geralmente pó metálico atomizado por gás de um tamanho e composição química adequados para alcançar a química desejada na camada com índice de refração mais baixo (cladding).

[025] Em uma realização específica, a atmosfera de deposição é formada a partir de um gás inerte (por exemplo, Ar, He, N2, etc.) para proteção contra oxidação. Por exemplo, um gás inerte pode fluir através da câmara de deposição (não mostrado) que contém o aparelho 10.

[026] Agora, em referência à Figura 3, um controlador de temperatura do depósito em fusão 36 é geralmente mostrado. O controlador de temperatura do depósito em fusão 36 é configurado para manter uma temperatura substancialmente constante do depósito em fusão, o que mantém o gradiente térmico na interface de sólido e líquido. Um pirômetro 38 e sua lente 39 medem uma temperatura do depósito em fusão 34 e envia um sinal analógico para o controlador 36. O controlador 36 processa a conversão do sinal analógico para temperatura real do depósito em fusão 34 e compara entre as temperaturas de depósito em fusão 34 e uma temperatura de referência, o que concede a melhor qualidade de deposição.

[027] Caso a temperatura de depósito em fusão 34 seja mais alta que a temperatura de referência, o controlador 36 envia uma tensão inferior de um sinal para o controlador de potência do laser 40 para diminuir a potência do laser. No caso de a temperatura do depósito em fusão ser mais baixa que a temperatura de referência, o controlador 36 aumenta uma potência do laser. Conforme o cristal cresce, a parte inferior ira iniciar a resfriar visto que a fonte de calor do laser está afastada, o que resulta em irregularidade do gradiente de temperatura da interface de sólido-líquido. A fonte de aquecimento por indução 24 retifica esse problema.

[028] As Figuras 2 e 3 mostram uma realização que inclui uma fonte de calor auxiliar 41, mostrada na forma de laser 43, em comunicação com o controlador 36 para ajustar a temperatura do depósito em fusão. Caso a temperatura de depósito em fusão 34 seja mais alta que a temperatura de referência, o controlador 36 envia uma tensão inferior de um sinal para a fonte de calor auxiliar 41 para diminuir a potência do laser auxiliar 43. Caso a temperatura de depósito em fusão 34 seja mais baixa que a temperatura de referência, o controlador 36 envia uma tensão mais alta de um sinal para a fonte de calor auxiliar 41 para aumentar a potência do laser auxiliar 43.

[029] A Figura 4 mostra um método exemplificativo 42 para uso pelo controlador 36. Em 44, a entrada analógica de pirômetro é lida para determinar a temperatura do depósito em fusão. Em 46, o processo de deposição inicia. Em 48, a temperatura do depósito em fusão é comparada à temperatura de referência. Caso a temperatura do ponto de fusão seja mais alta que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para que o controlador de potência do laser diminua a potência do laser em 50 e/ou para que o controlador de fonte de calor auxiliar (por exemplo, um controlador de potência do laser auxiliar) diminua a potência da fonte de calor auxiliar (por exemplo, um laser auxiliar) em 51. Em contrapartida, caso a temperatura do ponto de fusão seja mais baixa que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para que o controlador de potência do laser aumente a potência do laser em 52 e/ou para que o controlador de fonte de calor auxiliar (por exemplo, um controlador de potência do laser auxiliar) aumente a potência da fonte de calor auxiliar (por exemplo, um laser auxiliar) em 53. Em 54, a temperatura do depósito em fusão é medida, e o processo se repete. Portanto, a temperatura do depósito em fusão pode ser controlada em tempo real durante a deposição.

[030] As Figuras 5 a 8 mostram realizações que incluem uma fonte de resfriamento, mostrada na forma de uma câmara de resfriamento 60, em comunicação com o controlador 36 (as Figuras 6 e 8) para ajustar a temperatura do substrato 23. Através do posicionamento do substrato 23 dentro da câmara de resfriamento 60, o gradiente térmico no substrato 23 pode ser controlado por aquecimento por indução e/ou aquecimento auxiliar em uma extremidade do substrato 23 (por exemplo, no depósito em fusão 34) e resfriamento na extremidade oposta do substrato 23. O resfriamento do substrato 23 e aquecimento do depósito em fusão 34 separados que leva a um gradiente térmico dentro do substrato em crescimento pode ser alcançado e mantido conforme desejado para um predeterminado gradiente térmico. Em uma realização, o gradiente térmico predeterminado é escolhido de modo a alcançar crescimento de cristal epitaxial.

[031] Na realização mostrada nas Figuras 5 e 6, a câmara de resfriamento 60 é configurada para reter o substrato 23 na mesma, com a fonte de calor por indução 24 posicionada em uma extremidade aberta da câmara de resfriamento 60. Por exemplo, a câmara de resfriamento 60 pode ser uma câmara fechada que inclui uma extremidade aberta voltada ao laser 26. A câmara de resfriamento 60 pode utilizar radiação para resfriar o substrato 23, tal como em uma fornalha Bridgman utilizada em métodos de fusão convencionais, para o resfriamento do substrato 23. Em referência à Figura 6, a câmara de resfriamento 60 é mostrada como uma fornalha que resfria e aquece o substrato 23 através de radiação a partir de suas superfícies laterais e/ou de fundo, a temperatura das quais é ajustada pelo controlador 63. Por exemplo, caso a temperatura do substrato 23 seja mais alta que uma temperatura de referência (por exemplo, o gradiente de temperatura entre o substrato 23 e o depósito em fusão 34 não é suficiente), o controlador 63 diminui a temperatura da câmara 60 de modo a resfriar o substrato 23. Alternativamente, caso a temperatura do substrato 23 seja mais baixa que uma temperatura de referência (por exemplo, o gradiente de temperatura entre o substrato 23 e o depósito em fusão 34 é muito grande), o controlador 63 envia um sinal para diminuir a temperatura da câmara 60 de modo a aquecer o substrato 23.

[032] Alternativamente, a realização das Figuras 7 e 8 mostra a câmara de resfriamento 60 por incluir uma linha de suprimento de gás 61 que fornece um gás de resfriamento 62 no interior da câmara de resfriamento 60 para controlar a temperatura do substrato 23. Em referência à Figura 8, uma válvula 64 está na linha de suprimento 61 e está em comunicação com o controlador 36 para ajustar o fluxo de gás de resfriamento 62 para a câmara de resfriamento 60. Caso a temperatura de substrato 23 seja mais alta que a temperatura desejada (por exemplo, não há gradiente de temperatura suficiente entre o depósito em fusão 34 e o substrato 23), o controlador 36 envia um sinal para a válvula ajustável 64 no tubo de suprimento 60 para aumentar a taxa de fluxo dos jatos de gás 62. Caso a temperatura de substrato 23 seja mais baixa que a temperatura desejada (por exemplo, gradiente de temperatura demais entre o depósito em fusão 34 e o substrato 23), o controlador 36 envia um sinal para a válvula ajustável 64 no tubo de suprimento 60 para diminuir a taxa de fluxo dos jatos de gás 62.

[033] A temperatura do substrato 23 pode ser medida por qualquer dispositivo adequado, tal como um pirômetro, um dispositivo de imageamento térmico, etc., que pode ser o mesmo dispositivo que mede a temperatura do depósito em fusão ou um dispositivo diferente. Em uma realização, um dispositivo de imageamento térmico pode ser utilizado não somente para medir a temperatura do substrato 23 em um único ponto, mas também medir a temperatura do substrato em múltiplos pontos para determinar o gradiente de temperatura ao longo do substrato 23.

[034] A Figura 9 mostra um método exemplificativo 72 para uso pelo controlador 36. Em 74, o processo de deposição inicia. Em 78, a temperatura do depósito em fusão é comparada à temperatura de referência. Caso a temperatura do ponto de fusão seja mais alta que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para que o controlador de potência do laser diminua a potência do laser em 80. Em contrapartida, caso a temperatura do ponto de fusão seja mais baixa que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para que o controlador de potência do laser aumente a potência do laser em 82. Em 84, a temperatura do depósito em fusão é medida, e o processo se repete. Portanto, a temperatura do depósito em fusão pode ser controlada em tempo real durante a deposição. Simultaneamente, a temperatura do substrato é medida em 76 e comparada a uma temperatura de referência. Caso a temperatura do substrato seja mais baixa que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para a câmara de resfriamento para diminuir o resfriamento em 79. Em contrapartida, caso a temperatura do substrato seja mais alta que a temperatura de referência, então um sinal é enviado para a câmara de resfriamento para aumentar o resfriamento em 77. Em 81, a temperatura do substrato é medida, e o processo se repete. Dessa forma, monitoramento em tempo real tanto da temperatura do depósito em fusão e do substrato pode ser medido e ajustado, que pode levar ao controle do gradiente de temperatura entre os mesmos.

[035] Deve-se notar que as realizações mostradas nas Figuras 2 a 8 podem ser combinadas em um único sistema. Isto é, tanto uma fonte de calor auxiliar 41 como uma fonte de resfriamento 62 podem ser utilizadas no aparelho 20 simultaneamente e em conjunto uma com a outra.

[036] Em uma realização, o controlador 36 e/ou o controlador de potência do laser 40 podem compreender um computador ou outra unidade de processamento adequada. Portanto, em diversas realizações, o controlador 36 pode incluir instruções legíveis por computador adequadas que, quando implantadas, configuram o controlador 36 para realizar várias funções diferentes, tal como receber, transmitir e/ou executar sinais de controle de saída de potência de laser, sinais de controle de potência da fonte de calor auxiliar e/ou sinais de controle de fonte de resfriamento.

[037] Um computador geralmente inclui um processador(es) e uma memória. O(s) processador(es) pode(m) ser qualquer dispositivo de processamento conhecido. A memória pode incluir qualquer meio ou mídia legível por computador adequado, que inclui, mas não se limita, a RAM, ROM, discos rígidos, pen drives ou outros dispositivos de memória. A memória armazena informações acessíveis por processador(es), inclusive instruções que podem ser executadas por processador(es). As instruções podem ser qualquer conjunto de instruções que, quando executadas pelo(s) processador(es), fazem com que o(s) processador(es) forneça(m) funcionalidade desejada. Por exemplo, as instruções podem ser instruções de software renderizadas em uma forma legível por computador. Quando o software é usado, qualquer programação, scripting, ou outro tipo de linguagem ou combinação de linguagens adequada pode ser usada para implantar os ensinamentos contidos no presente documento. Alternativamente, as instruções podem ser implantadas por lógica hard-wired ou outro conjunto de circuitos, inclusive, mas não limitado a circuitos de aplicação específica.

[038] A memória também pode incluir dados que podem ser recuperados, manipulados ou armazenados por processador(es). Por exemplo, após receber a temperatura medida a partir do pirômetro, a memória pode armazenar as informações de temperatura. Adicionalmente, a memória pode armazenar temperaturas de referência para vários materiais de substrato e/ou materiais em pó.

[039] O dispositivo de computação pode incluir uma interface de rede para acessar informações por uma rede. A rede pode incluir uma combinação de redes, tal como rede Wi-Fi, LAN, WAN, a Internet, rede de celular e/ou outra rede adequada e pode incluir qualquer número de ligações de comunicação com ou sem fio. Por exemplo, o dispositivo de computação podería se comunicar através de uma rede com ou sem fio com o pirômetro, o controlador de potência do laser, o controlador de fonte de calor auxiliar e/ou o controlador de fonte de resfriamento.

[040] A taxa de crescimento do cristal único depende do gradiente de temperatura no sólido conforme mostrado na Equação 1: Rmax — (Ks'Gs)/(Ps’H) em que: Rmax é a taxa de crescimento de cristal máxima, Ks é a condutividade térmica do cristal depositado sólido, Gs é o gradiente de temperatura na interface de sólido-líquido, Psé a densidade de sólido e H é o calor latente de fusão. Deve-se notar que Ks, Ps e H são propriedades de materiais e não podem ser controladas pelo processo, mas Gs pode ser. Portanto, a combinação de Laser e Aquecimento por indução fornece parâmetros adicionais para aumentar a taxa de crescimento.

[041] Os presentes ensinamentos removem, desse modo, a necessidade de um molde dispendioso para crescer cristal único e, desse modo, o tempo de espera do conceito para a realização. Portanto, o sistema de aquecimento duplo fornece a flexibilidade de processo e rota para aumentar a produtividade. Prevê-se que, em algumas realizações, fontes de calor alternativas, diferentes de Laser e Indução, podem ser usadas. Tais fontes de calor alternativas podem incluir feixe de elétron, arco de Plasma, arco elétrico, aquecimento resistivo etc. Entretanto, um algoritmo de controle revisado pode ser exigido para a fonte de calor específica usada.

[042] Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para habilitar qualquer indivíduo versado na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e a usar quaisquer dispositivos ou sistemas e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estarem dentro do escopo das reivindicações caso os mesmos incluam elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações ou caso os mesmos incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais em relação às linguagens literais das reivindicações.

Lista de Componentes 10 artigo 12 aerofólio 14 fixação 16 plataforma 18 aberturas 20 aparelho 21 mesa de trabalho 22 placa de base 23 substrato de cristal único 24 fonte de calor por indução 25 estágio de movimento linear 26 laser 28 cabeça de DMD 30 sistema de liberação de metal em pó 32 pó de superliga 33 revestido 34 depósito em fusão 36 controlador de temperatura do depósito em fusão 38 pirômetro 39 lente 40 controlador de potência do laser 41 fonte de calor auxiliar 43 laser 42 método 44 etapa 46 etapa 48 etapa 50 etapa 51 etapa 52 etapa 53 etapa 54 etapa 60 câmara de resfriamento 61 linha de suprimento 62 gás de resfriamento 63 controlador 72 método 74 etapa 78 etapa 80 etapa 82 etapa 84 etapa 76 etapa 77 etapa 79 etapa 81 etapa Reivindicações

Claims

1. MÉTODO PARA GRAVAÇÃO DIRETA DE METAIS E SUPERLIGAS DE CRISTAL ÚNICO, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: aquecer um substrato (23) a uma predeterminada temperatura com o uso de um primeiro aquecedor (24), em que a temperatura predeterminada está abaixo do ponto de fusão do substrato; usar um laser (26) para formar um depósito em fusão (34) em uma superfície do substrato (23), em que o substrato (23) é posicionado em uma placa de base (22) e em que o laser (26) e a placa de base (22) são móveis um em relação ao outro, sendo que o laser (26) é usado para direcionar deposição de metal; introduzir um pó de superliga (32) no depósito em fusão (34); medir a temperatura do depósito em fusão (34); receber a temperatura medida em um controlador (36); e usar uma fonte de calor auxiliar (41) em comunicação com o controlador (36) para ajustar a temperatura do depósito em fusão (34).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura medida é mais baixa que a temperatura de referência, e em que usar a fonte de calor auxiliar (41) para ajustar a temperatura do depósito em fusão (34) compreende: aumentar a potência para a fonte de calor auxiliar (41).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura medida é mais alta que a temperatura de referência, e em que usar a fonte de calor auxiliar (41) para ajustar a temperatura do depósito em fusão (34) compreende: diminuir a potência para a fonte de calor auxiliar (34).

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor auxiliar (41) é um segundo laser.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: usar uma fonte de resfriamento (60) em comunicação com o controlador (36) para ajustar a temperatura do depósito em fusão (34).

6. MÉTODO PARA GRAVAÇÃO DIRETA DE METAIS E SUPERLIGAS DE CRISTAL ÚNICO, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: aquecer um substrato (23) a uma predeterminada temperatura com o uso de um primeiro aquecedor (24), em que a temperatura predeterminada está abaixo do ponto de fusão do substrato; usar um laser (26) para formar um depósito em fusão (34) em uma superfície do substrato (23), em que o substrato (23) é posicionado em uma placa de base (22) e em que o laser (26) e a placa de base (22) são móveis um em relação ao outro, sendo que o laser (26) é usado para direcionar deposição de metal; introduzir um pó de superliga no depósito em fusão (34); medir a temperatura do depósito em fusão (34); receber a temperatura medida em um controlador (36); e usar uma fonte de resfriamento (60) em comunicação com o controlador (36) para ajustar a temperatura do substrato (23).

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fonte de resfriamento (60) é um gás de resfriamento (62) direcionado no substrato (23) com um fluxo de gás variável.

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a fonte de resfriamento (60) é uma fornalha e em que o substrato é posicionado dentro da fornalha (60).

9. APARELHO (20) PARA GRAVAÇÃO DIRETA DE METAIS E SUPERLIGAS DE CRISTAL ÚNICO caracterizado pelo fato de que compreende: um laser (26) que tem uma saída de potência; uma placa de base (22) configurada para reter um substrato (23) na mesma; uma cabeça de DMD (28) configurada para suprir um fluxo de pó de superliga (32) no substrato (23); uma fonte de aquecimento por indução (24) posicionada para aquecer o substrato (23) na placa de base (22) a uma predeterminada temperatura; pelo menos um dentre um meio de aquecimento auxiliar (41) e um meio de resfriamento (60); e um controlador (36) para controlar o pelo menos um dentre os meios de aquecimento auxiliares (41) e os meios de resfriamento (60), em que o controlador (36) é responsivo a uma temperatura medida de pelo menos um dentre um depósito em fusão (34) no substrato (23) e o substrato (23).

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende os meios de resfriamento (60), em que os meios de resfriamento (60) compreendem uma fornalha na qual o substrato (23) é posicionado.