BR102016019817A2

BR102016019817A2 - aparelho e método de fabricação de um componente ou porção do mesmo

Info

Publication number: BR102016019817A2
Application number: BR102016019817A
Authority: BR
Inventors: David Deal Andrew; Allen Cheverton Mark; Kevin Meyer Mark; Francis Xavier Gigliotti Michael; Jyoti Kalita Samar; Thomas Carter William
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2017-03-01
Also published as: CN106475560B; US20200023631A1; CA2940033A1; CN106475560A; JP2017053025A; EP3135408A1; US11583931B2; US20170056975A1; EP3135408B1; JP6334621B2; EP3608040B1; EP3608040A1; US10343392B2; CA2940033C

Abstract

aparelho e método de fabricação de um componente ou porção do mesmo. trata-se de um aparelho (10) para fabricar um componente metálico (c) e métodos correspondentes. o aparelho (10) pode incluir uma placa de construção (26) com uma superfície de construção (36) e um aparelho (38). o aparelho (10) também pode incluir um atuador (55) operável para transladar um componente metálico (c), de modo que uma porção de extremidade (64) do componente metálico (c) seja posicionada no orifício (38) da placa de construção (26) e abaixo da superfície de construção (36). o aparelho (10) pode incluir adicionalmente uma vedação (28) acoplada no interior do orifício (38) da placa de construção (26) e configurada para se engatar à porção de extremidade (64) do componente metálico (c). o orifício (38) da placa de construção (26), a vedação (28) e a porção de extremidade (64) do componente metálico (c) podem cooperar para formar um leito de pó (60) para reter pó metálico (p) no mesmo. o aparelho (10) também pode incluir um mecanismo de controle de calor externo (30) operável para formar um perfil de temperatura predeterminado da porção de extremidade (64) do componente (c) para impedir a rachadura do componente (c).

Description

“APARELHO E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE OU PORÇÃO DO MESMO” Antecedentes da Invenção [001] A presente revelação refere-se geralmente a um aparelho e métodos para fabricação aditiva de leito de pó. Mais particularmente, esta revelação se refere a um aparelho e método para fabricação aditiva de leito de pó para formar um componente substancialmente livre de rachaduras. Avanços significativos em materiais de alta temperatura foram alcançados através da formulação de ligas à base de Co, à base de Ni, à base de Ti e à base de Fe, conhecidas convencionalmente como “superligas”. Essas ligas são modeladas de modo tipicamente primário para atender exigências de propriedade mecânica, como resistência à deformação e resistibilidade à fadiga. Desse modo, as ligas de metal modernas encontraram um amplo uso em aplicações de alta temperatura, como uso em motores de turbina a gás.

[002] Os componentes de ligas de metal, como componentes de motores de turbina a gás, são tipicamente fundidos e/ou usinados. Tipicamente, um processo de matriz de núcleo descartável (DCD) é utilizado para fundir componentes de liga de metal. Um método de fundição de DCD comumente implica o uso de métodos aditivos ou outros métodos de fabricação para criar uma carcaça descartável que é utilizada para formar um núcleo de cerâmica e, então, usar subsequentemente o núcleo de cerâmica para fundir convencionalmente os componentes. As pás de turbina de alta pressão são tipicamente fabricadas com o uso de tal método. Entretanto, os conjuntos de procedimentos atuais de fundição de componente de liga de metal, como DCD, exigem ferramentas dispendiosas e incluem altos custos de fabricação. Ademais, os conjuntos de procedimentos atuais de fundição de componente de liga de metal são limitados quanto à complexidade e às geometrias de modelo de componente devido às limitações de ângulo de inclinação, a necessidade de evitar protuberâncias e outras limitações que são inerentes ao processo de fundição.

[003] Recentemente, os métodos de fabricação aditiva para produzir componentes de liga de metal surgiram como alternativas para os métodos de fundição e usinagem. A fabricação aditiva também é chamada de “fabricação em camadas”, “sinterização a laser”, “usinagem reversa” e “impressão em 3-D”. Alguns termos são tratados como sinônimos para propósitos da presente revelação. Em um nível básico, as tecnologias de fabricação aditiva têm por base o conceito de acumular material de uma maneira de camada por camada em corte transversal para formar um componente em 3D. É comum às tecnologias de fabricação aditiva o uso de um software de modelagem em 3D (Computer Aided Design ou CAD), equipamento de máquina e material de formação de camadas. Uma vez que um esboço de CAD for produzido, o equipamento de máquina lê em dados do arquivo de CAD e usa camadas sucessivas de um material desejado para fabricar o componente em 3D.

[004] Diferente de processos de fundição, a fabricação aditiva não é limitada pela necessidade de fornecer ângulos de inclinação, evitar protuberâncias etc. A fabricação aditiva também simplifica e reduz os custos associados à fabricação de componente de liga de metal em comparação com métodos típicos de fundição e usinagem. Por exemplo, a fabricação aditiva de pás de turbina e outros componentes de turbina de alta temperatura elimina as ferramentas dispendiosas necessárias para fundição e usinagem, que resulta em reduções significativas de custos e tempo de ciclo.

[005] Alguns processos de fabricação aditiva específicos empregam um conjunto de procedimentos de fusão de leito de pó para fundir pó de liga de metal em etapas aditivas para produzir um componente. Por exemplo, alguns processos de fabricação aditiva utilizam um feixe de energia para fundir uma camada de pó de liga de metal em um leito de pó em etapas aditivas. Alguns exemplos de tais processos de fabricação aditiva de leito de pó incluem sinterização a laser/fusão de metal direta (DMLS)/(DMLF), sinterização a laser/fusão seletiva (SLS)/(SLF) e fusão de feixe eletrônico (EBM). Nesses processos, uma camada de pó de liga de metal no leito de pó é fundida com um componente parcialmente formado subjacente (ou um componente de origem) para adicionar uma nova camada ao componente. Uma nova camada de pó de liga de metal é depositada no leito de pó e sobre a camada formada anteriormente do componente parcialmente formado e a nova camada de pó de liga de metal é fundida de modo similar ao componente. O procedimento de depósito e fusão é repetido inúmeras vezes para produzir uma pluralidade de camadas no componente parcialmente formado para, por fim, formar o componente de liga de metal.

[006] Infelizmente, os componentes de liga de metal formados por conjuntos de procedimentos de fabricação aditiva de fusão de leito de pó podem experimentar rachadura durante a formação (isto é, durante o procedimento de depósito e fusão) e durante os processos de pós-construção ou uso. Por exemplo, alguns conjuntos de procedimentos de fabricação aditiva de fusão de leito de pó podem não manter perfis térmicos aceitáveis nas camadas adicionadas que formam o componente durante o processo de construção, como a taxa de resfriamento de uma camada recém-fundida de pó de liga de metal ou um gradiente térmico entre uma camada recém-fundida de pó de liga de metal e uma porção adjacente do componente. Os perfis térmicos inaceitáveis das camadas de um componente formado através de fabricação aditiva tendem a induzir estresses térmicos que têm uma tendência a produzir rachaduras no componente.

[007] Consequentemente, é desejável fornecer conjuntos de procedimentos de fabricação aditiva aprimorada, como aparelho e métodos de fabricação aditiva de fusão de leito de pó, que reduzem a tendência do componente de liga de metal formado a rachar - tanto durante o processo de construção quanto pós-construção. Ademais, é desejável fornecer componentes de liga de metal para uso em motores de turbina a gás de alta temperatura de modo rápido e eficaz. Outras funções e características desejáveis da revelação irão se tornar aparentes a partir da descrição detalhada subsequente e das reivindicações anexas, tomadas em conjunto com os desenhos anexos e estes antecedentes da invenção.

Descrição Resumida da Invenção [008] Em um aspecto, a presente revelação fornece um aparelho para fabricar um componente metálico ou porção do mesmo. O aparelho inclui uma placa de construção que inclui uma superfície de construção, uma superfície de fundo e um orifício que se estende através da placa de construção entre a superfície de fundo e a superfície de construção. O aparelho inclui adicionalmente um atuador operável para transladar um componente metálico em relação à placa de construção, de modo que uma porção de extremidade do componente metálico seja posicionada no interior do orifício da placa de construção e abaixo da superfície de construção. O aparelho também inclui uma vedação acoplada no interior do orifício da placa de construção e configurada para engatar a porção de extremidade do componente metálico. O aparelho inclui adicionalmente um mecanismo de controle de calor externo posicionado próximo à superfície de fundo da placa de construção e operável para formar um perfil de temperatura predeterminado da porção de extremidade para impedir a rachadura do componente. O orifício da placa de construção, a vedação e a porção de extremidade do componente metálico cooperam para formar um leito de pó configurado para reter pó metálico de uma composição predeterminada no mesmo.

[009] Em algumas realizações, o orifício da placa de construção inclui um primeiro corte transversal que define uma área que não é maior do que 135% de uma área definida por um segundo corte transversal da porção de extremidade do componente metálico. Em algumas realizações, o mecanismo de controle de calor externo está em uma relação posicionai fixa em relação à placa de construção. Em algumas realizações, a placa de construção é não metálica. Em algumas realizações, o aparelho inclui adicionalmente um mecanismo de retroalimentação de temperatura que controla a temperatura da porção de extremidade por meio do mecanismo de controle de calor externo de acordo com o perfil de temperatura. Em algumas dessas realizações, o mecanismo de retroalimentação de temperatura inclui um dispositivo de medição de temperatura que mede a temperatura da porção de extremidade.

[010] Em algumas realizações, a vedação veda o orifício em relação pelo menos ao pó metálico no leito de pó. Em algumas realizações, o aparelho inclui adicionalmente uma fonte de energia direcionada operável para produzir um feixe de energia adequado para fundir o pó metálico no leito de pó sobre a porção de extremidade do componente metálico. Em algumas dessas realizações, o aparelho inclui adicionalmente um mecanismo de direcionamento de feixe operável para direcionar o feixe de energia sobre o pó metálico em um padrão correspondente a uma camada em corte transversal do componente metálico. Em algumas realizações, o aparelho inclui adicionalmente um invólucro de construção hermético que forma uma atmosfera substancialmente livre de oxigênio, em que pelo menos o leito de pó é posicionado na atmosfera substancialmente livre de oxigênio.

[011] Em algumas realizações, o aparelho inclui adicionalmente uma fonte do pó metálico da composição predeterminada e um mecanismo de transferência operável para transferir pó metálico a partir da fonte e substancialmente preencher o leito de pó com o pó metálico. Em algumas realizações, o mecanismo de controle de calor externo inclui pelo menos uma bobina de indução que se estende ao redor do componente metálico quando o componente metálico está posicionado no interior do orifício. Em algumas dessas realizações, a placa de construção é formada a partir de um material de isolamento elétrico que é operável para impedir que a pelo menos uma bobina de indução aqueça a placa de construção a uma temperatura de sinterização do pó metálico.

[012] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um método para fabricar um componente ou porção do mesmo. O método inclui transladar um componente em relação a uma placa de construção que inclui uma superfície de construção, uma superfície de fundo, um orifício que se estende entre a superfície de construção e a superfície de fundo, e uma vedação acoplada no interior do orifício, de modo que uma porção de extremidade do componente esteja engatada com a vedação e posicionada no interior do orifício abaixo da superfície de construção; O método inclui adicionalmente depositar pó metálico de uma composição predeterminada no orifício da placa de construção e sobre a vedação e a porção de extremidade do componente. O método também inclui direcionar um feixe de uma fonte de energia direcionada para fundir uma porção do pó metálico depositado em um padrão para formar uma camada em corte transversal do componente sobre a porção de extremidade. O método inclui adicionalmente formar um perfil de temperatura da camada em corte transversal formada com um mecanismo de controle de calor externo posicionado abaixo da superfície de fundo da placa de construção para impedir a rachadura do componente.

[013] Em algumas realizações, o translado do componente, o depósito do pó metálico, o direcionamento do feixe da fonte de energia direcionada e a formação do perfil de temperatura formam um ciclo e o método inclui adicionalmente realizar o ciclo uma pluralidade de vezes para adicionar uma pluralidade de camadas ao componente. Em algumas realizações, a placa de construção é não metálica, o mecanismo de controle de calor externo inclui pelo menos uma bobina de indução que se estende ao redor do componente metálico e a vedação impede que o pó metálico depositado passe através do orifício. Em algumas realizações, o orifício da placa de construção, a vedação e a porção de extremidade do componente metálico cooperam para formar um leito de pó que retém o pó metálico depositado. Em algumas realizações, o componente é uma pá de turbina, e a camada em corte transversal formada é uma porção de uma porção de ponta da pá de turbina.

[014] Em outro aspecto, a presente revelação fornece um método para formar uma porção de ponta de uma pá de turbina. O método inclui transladar uma porção de base de pá de turbina em relação a uma placa de construção que inclui uma superfície de construção, uma superfície de fundo, um orifício que se estende entre a superfície de construção e a superfície de fundo e uma vedação acoplada no interior do orifício de modo que uma porção de extremidade da base de pá de turbina esteja em engate com a vedação e posicionada no interior do orifício abaixo da superfície de construção. O método inclui adicionalmente depositar pó metálico no orifício da placa de construção e sobre a vedação e a porção de extremidade da porção de base de pá de turbina. O método também inclui direcionar um feixe em um padrão a partir de uma fonte de energia direcionada para fundir uma camada do pó metálico depositado para a porção de extremidade para formar uma porção de uma porção de ponta sobre a porção de base de pá de turbina. O método inclui adicionalmente formar um perfil de temperatura da camada em corte transversal formada com um mecanismo de controle de calor externo próximo à superfície de fundo da placa de construção para impedir a rachadura da porção de extremidade.

[015] Em algumas realizações, o translado da base de pá de turbina, o depósito do pó metálico, o direcionamento do feixe da fonte de energia direcionada e a formação do perfil de temperatura formam um ciclo e o método inclui adicionalmente realizar o ciclo uma pluralidade de vezes para formar a porção de ponta sobre a porção de base de pá de turbina em uma camada de modo de camada. Em algumas realizações, o método inclui adicionalmente formar a porção de base de pá de turbina através da remoção de uma porção de ponta pré-existente da porção de base de pá de turbina. Em algumas realizações, a placa de construção é não metálica e o mecanismo de controle de calor externo compreende pelo menos uma bobina de indução que se estende ao redor do componente metálico e é disposta em uma relação posicionai fixa em relação à placa de construção. Em algumas realizações, a vedação é operável para impedir que pelo menos o pó metálico depositado passe através do orifício.

[016] Esses e outros aspectos, recursos e vantagens desta revelação se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada a seguir dos vários aspectos da revelação tomados juntamente com os desenhos anexos.

Breve Descrição das Figuras [017] A matéria, que é considerada como a revelação, é particularmente apontada e reivindicada de modo distinto nas reivindicações na conclusão do relatório descritivo. As funções, aspectos e vantagens supracitados, entre outros, da revelação serão prontamente entendidos a partir da descrição detalhada a seguir tomada em conjunto com os desenhos anexos, em que: A Figura 1 representa uma vista em perspectiva de um invólucro de construção de um aparelho de fabricação aditiva exemplificativo de acordo com a presente revelação; a Figura 2 representa uma vista em perspectiva de componentes exemplificativos do aparelho de fabricação aditiva da Figura 1; a Figura 3 representa uma vista em perspectiva de componentes exemplificativos do aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 que formam um componente; a Figura 4 representa uma vista em perspectiva de componentes exemplificativos do aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 que formam um componente; a Figura 5 representa uma vista em corte transversal de componentes exemplificativos do aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 que formam um componente; a Figura 6 representa o aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 após uma camada ser formada em um componente e o componente ter sido reposicionado; a Figura 7 representa o aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 após uma camada ser formada no componente reposicionado da Figura 6 e pó metálico ser depositado em um leito de pó do aparelho; a Figura 8 representa o aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 que forma uma camada subsequente no componente da Figura 7; e a Figura 9 representa o aparelho de fabricação aditiva da Figura 1 após a camada subsequente ser formada no componente da Figura 8 e o componente ter sido reposicionado.

Descrição Detalhada Da Invenção [018] Abaixo será feita referência em detalhes a realizações exemplificativas da revelação, cujos exemplos são ilustrados na invenção. Sempre que possível, os mesmos numerais de referência usados ao longo dos desenhos se referem às mesmas partes ou semelhantes.

[019] A Figura 1 mostra um aparelho de fabricação aditiva de fusão de leito de pó exemplificativo 10 de acordo com a presente revelação para fabricar ou formar pelo menos um componente de liga de metal que é livre de rachaduras. Em um exemplo, o componente é um componente de superliga de alta temperatura que é livre de rachaduras. O termo livre de rachaduras e similar é usado no presente documento para se referir à ausência de rachaduras de indução térmica na microestrutura das camadas do componente de liga de metal ou porção de componente formada pelo aparelho de fusão de leito de pó 10 após a solidificação da mesma. Em um exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de rachaduras de indução térmica que têm cerca de 100 mícrons de amplitude e separadas a aproximadamente 100 mícrons de distância, que tendem a se formar com aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó. Em um exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de rachaduras de indução térmica que têm cerca de 100 mícrons de amplitude e separadas a aproximadamente 100 mícrons de distância, que tendem a se formar com aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó anteriores. Em um exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de rachaduras de indução térmica que são localizadas em uma respectiva camada formada, como rachaduras que se estendem através de toda a altura/espessura de uma respectiva camada formada, que tende a se formar com aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó anteriores. Em um exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de rachaduras de indução térmica que são descontinuidades agudas entre grãos, que tendem a se formar a partir de aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó anteriores. Em um exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de rachaduras de indução térmica que são “rachaduras de encolhimento” de formato irregular, que tendem a se formar a partir de aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó anteriores. Em algum exemplo, o aparelho 10 pode formar um componente de liga de metal (ou porção do mesmo) por meio de camadas que são livres de cada uma dentre as rachaduras de indução térmica descritas acima, que tendem a se formar a partir de aparelhos/métodos de fusão de fabricação aditiva de leito de pó anteriores.

[020] O aparelho de fabricação aditiva 10 pode executar métodos de fabricação da presente revelação conforme detalhado no presente documento. O aparelho 10 no presente exemplo inclui um invólucro de construção 12 que envolve, pelo menos parcialmente, componentes do aparelho 10. Por exemplo, pelo menos um leito de pó (não mostrado) é fornecido no interior do invólucro de construção 12 de modo que a fusão de pó metálico P no leito de pó ocorra em um ambiente definido. Em algumas realizações, o invólucro de construção 12 define uma atmosfera que é substancialmente livre de oxigênio. Em algumas realizações, o invólucro de construção 12 define uma atmosfera inerte (por exemplo, uma atmosfera de argônio). Em realizações adicionais, o invólucro de construção 12 define uma atmosfera de redução para minimizar a oxidação.

[021] Conforme mostrado na Figura 1, o invólucro de construção 12 inclui uma primeira zona hermética 14 que define o ambiente em que a fusão de pó metálico P no leito de pó ocorre. O invólucro de construção 12 também pode incluir uma segunda zona 16 que pode ser ou não hermética e, em um exemplo, define um ambiente que está em comunicação com a primeira zona 14. Em algumas dessas realizações, conforme discutido mais abaixo em relação às Figuras 5 a 9, uma vedação (não mostrada) do aparelho 10 é eficaz na vedação da primeira zona hermética 14 em relação à segunda zona 16. O invólucro de construção 12 pode incluir adicionalmente acessos vedáveis ou de vedação visual e/ou tátil 15 no interior do invólucro de construção 12, conforme mostrado na Figura 1. O invólucro de construção 12 também pode incluir entradas e saídas para a entrada e o egresso, respectivamente, de pó de metal “P”, gases, potência, água de refrigeração etc. para dentro e para fora do invólucro de construção 12. Nesse exemplo também há uma pluralidade de janelas 17 a fim de visualizar o processo de fabricação. A visualização também pode incluir uma ou mais câmeras montadas interna ou externamente que permitem o imageamento.

[022] As Figuras 2 a 5 ilustram componentes do aparelho de fusão de leito de pó 10 que podem ser posicionados no interior do invólucro 12, conforme mostrado nas vistas em corte transversal das Figuras 6 a 9, e que são eficazes na formação de um componente de liga de metal que é substancialmente livre de rachaduras. Conforme mostrado nas Figuras 2, 3 e 6 a 9, o aparelho 10 pode incluir um mecanismo de suprimento de pó 18, um mecanismo de translado de pó 20, uma plataforma de construção 24, uma placa de construção 26, uma vedação 28, um mecanismo de controle de calor externo 30 e um mecanismo de translado de componente 32.

[023] A plataforma de construção 24 em um exemplo é uma estrutura rígida que fornece uma superfície de trabalho plana 34. No exemplo ilustrado conforme mostrado nas Figuras 2 e 5 a 9, a plataforma de construção 24 pode incluir uma abertura de construção 42 em comunicação com e que expõe uma placa de construção 26, uma abertura de suprimento 44 em comunicação com o mecanismo de suprimento de pó 18 e uma abertura de transbordamento 22 em comunicação com um recipiente de transbordamento 45.

[024] A placa de construção 26 em um exemplo é posicionada entre a abertura de suprimento 44 e a abertura de transbordamento 22 da superfície de trabalho 34 em uma primeira direção, como ao longo de uma direção lateral X conforme mostrado nas Figuras 6 a 9. A placa de construção 26 pode incluir uma superfície de construção 36 que é exposta pela abertura de construção 42 da plataforma de construção 24. A superfície de construção 36 da placa de construção 26 em um exemplo é plana, e pode ser coplanar com a superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24 conforme mostrado nas Figuras 2 e 5 a 9. Em algumas outras realizações, a superfície de construção 36 da placa de construção 26 pode ser posicionada abaixo ou acima da superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24. Conforme mostrado nas Figuras 2, 3 e 5 a 9, a placa de construção 26 pode incluir um orifício 38 que se estende a partir da superfície de construção 36 e através da placa de construção 26. Conforme discutido mais abaixo, o orifício 38 da placa de construção 26 pode estar em comunicação com, e parcialmente formar, o leito de pó 60.

[025] Em uma realização, a placa de construção 26 pode ser substancialmente não condutora. Por exemplo, a placa de construção 26 pode ser produzida a partir de um material substancialmente não condutor (por exemplo, alumina). Em algumas realizações, a placa de construção 26 pode ser cerâmica, vidro ou, de outro modo, não metálica. A placa de construção 26 pode ser formada a partir de um material de isolamento elétrico que é operável para impedir que um mecanismo de controle de calor externo 30 (que é operável para formar um perfil de temperatura predeterminado do componente “C”, conforme explicado abaixo) aqueça a placa de construção 26 até uma temperatura de sinterização de pó metálico “P” que é utilizada para formar camadas do componente “C”. Dessa forma, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode formar um perfil de temperatura predeterminado do componente “C” para resistir à rachadura do componente “C” sem interferir com a fusão ou sinterização do pó metálico “P” que forma camadas do componente “C”. Em um exemplo, o mecanismo de controle de calor externo é baseado em indução. Em outros exemplos, o mecanismo de controle de calor externo é radiante ou com base em laser (por exemplo, uma ou mais dentre lâmpada de calor ou laser auxiliar).

[026] O mecanismo de suprimento de pó 18 do aparelho 10 em um exemplo inclui um recipiente de suprimento 50 configurado para reter um volume do pó metálico “P" subjacente e em comunicação com a abertura de suprimento 44 da plataforma de construção 24, conforme mostrado nas Figuras 2, 3 e 6 a 9. O mecanismo de suprimento de pó 18 também pode incluir um membro de suprimento 52 que é substancialmente sólido e que se estende através do interior do recipiente de suprimento 50, conforme mostrado nas Figuras 6 a 9. O membro de suprimento 52 pode ser fornecido de modo transladado no interior do recipiente de suprimento 50 e acoplado a um mecanismo atuador 54. O mecanismo atuador 54 pode ser operável para transladar seletivamente o membro de suprimento 52 através do interior do recipiente de suprimento 50.

[027] Quando o mecanismo atuador 54 posiciona o membro de suprimento 52 em uma posição rebaixada no interior do recipiente de suprimento 50 que é separada da plataforma de construção 24, um suprimento de pó metálico “P” de uma composição de liga de metal desejada pode ser fornecido no interior do recipiente de suprimento 50, conforme mostrado nas Figuras 6 a 9. A composição de liga de metal desejada pode ser uma composição de superliga, de modo a incluir uma composição de liga à base de Co, à base de Ni, à base de Ti e à base de Fe. Quando o mecanismo atuador 54 translada o membro de suprimento 52 no interior do recipiente de suprimento 50 a partir de uma posição rebaixada em direção à superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24 para uma posição elevada predeterminada, conforme mostrado nas Figuras 6 e 9, uma quantidade predeterminada do pó metálico “P” é impulsionada através da abertura de suprimento 44 e fornecida acima e sobre a plataforma de construção 24. Dessa forma, o mecanismo de suprimento de pó 18 pode ser operável para expor seletivamente uma porção do pó metálico “P” fornecida no interior do recipiente de suprimento 50 acima da superfície de trabalho 34. Embora o mecanismo atuador 54 seja representado esquematicamente, um elemento de habilidade comum na técnica irá observar que muitos mecanismos diferentes podem ser utilizados como o mecanismo atuador 54, como cilindros pneumáticos ou hidráulicos, atuadores elétricos de fuso de esfera ou lineares etc.

[028] Uma vez que o mecanismo de suprimento de pó 18 tiver exposto uma parte do pó metálico “P” fornecido a partir do recipiente de suprimento 50 acima e sobre a superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24, conforme mostrado nas Figuras 6 e 9, o mecanismo de translado de pó 20 é operável para transladar o pó metálico exposto “P” sobre a superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24 e a superfície de construção 36 da placa de construção 26. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2 e nas Figuras 6 a 9, o mecanismo de translado de pó 20 em um exemplo inclui um membro de engate de pó 56 e um mecanismo atuador 58. O membro de engate de pó 56 pode ser um membro alongado rígido que é fornecido acima da superfície de trabalho 34 e da superfície de construção 36. Uma borda de fundo 57 do membro de engate de pó 56 no presente exemplo está próxima à superfície de trabalho 36 e/ou superfície de construção 36. Em um exemplo adicional, a borda de fundo 57 pode estar contígua e ser coplanar com a superfície de trabalho 34 (e/ou a superfície de construção 36, dependendo de sua posição), conforme mostrado nas Figuras 2 e 6 a 9. Em outras realizações (não mostradas), a borda de fundo 57 do membro de engate de pó 56 pode ser separada da superfície de trabalho 34 (e/ou da superfície de construção 36) e/ou angulada em relação à superfície de trabalho 34 (e/ou a superfície de construção 36).

[029] O mecanismo atuador 58 do mecanismo de translado de pó 20 pode ser operável para transladar seletivamente o membro de engate de pó 56 em relação a uma posição inicial com o mecanismo de suprimento de pó 18 e o pó metálico exposto “P" posicionados entre o mecanismo atuador 58 e a superfície de construção 36 da placa de construção 26, conforme mostrado nas Figuras 6 e 9. A partir da posição inicial, o mecanismo atuador 58 pode transladar o membro de engate de pó 56 para o engate com o pó metálico exposto “P” e sobre a abertura de suprimento 44 e, então, transladar adicionalmente o membro de engate 56 e o pó metálico engatado “P" ao longo da superfície de trabalho 34 da plataforma de construção 24, através do orifício 38 da placa de construção 26 e pelo menos até a abertura de transbordamento 22, conforme mostrado na Figura 7.

[030] Conforme o pó metálico “P” é impulsionado através do orifício 38 da placa de construção 26 pelo membro de engate 56, o pó metálico “P” pode cair através do orifício 38 e dentro do leito de pó 60. Dessa forma, o mecanismo de translado de pó 20 pode ser operável para depositar o pó metálico “P” através do orifício 38 da placa de construção 26 e dentro do leito de pó 60. O mecanismo de suprimento de pó 18 pode ser configurado para expor pelo menos uma quantidade suficiente de pó metálico “P” de modo que o mecanismo de suprimento 18 preencha o leito de pó 60 com o pó metálico “P”. Após o leito de pó 60 ser preenchido com o pó metálico “P”, qualquer pó metálico em excesso ou não usado “P” transportado pelo mecanismo de translado de pó 20 pode ser impulsionado pelo mecanismo de suprimento de pó 18 além do orifício 38 da placa de construção 26 e até a abertura de transbordamento 22. O pó metálico em excesso “P”, portanto, pode ser depositado no recipiente de transbordamento 45, que serve como uma reposição para o pó em excesso “P”. Embora o mecanismo atuador 58 seja representado esquematicamente, um elemento de habilidade comum na técnica irá observar que muitos mecanismos diferentes podem ser utilizados como o mecanismo atuador 58, como cilindros pneumáticos ou hidráulicos, atuadores elétricos de fuso de esfera ou lineares etc.

[031] Conforme discutido acima, em algumas realizações, a borda de fundo 57 do membro de engate de pó 56 pode estar contígua à superfície de trabalho 34 e/ou à superfície de construção 36. Como resultado, conforme o membro de engate de pó 56 translada o pó metálico “P” através da superfície de trabalho 34 e da superfície de construção 36, o pó metálico “P” pode ser impedido de ser depositado sobre a superfície de trabalho 34 e/ou a superfície de construção 36. Entretanto, em realizações alternativas, a borda de fundo 57 do membro de engate de pó 56 pode ser separada da superfície de trabalho 34 e/ou da superfície de construção 36, como até cerca de 250 mícrons. Nas realizações, conforme o membro de engate de pó 56 translada o pó metálico “P” através da superfície de trabalho 34 e da superfície de construção 36, o mecanismo de suprimento de pó 18 pode formar uma camada de pó metálico “P” sobre a superfície de trabalho 34 e/ou a superfície de construção 36, como uma camada que é posicionada acima e ao redor do orifício 38 na superfície de construção 36.

[032] Conforme mostrado nas Figuras 3 a 9, o mecanismo de translado de componente 32 do aparelho 10 em um exemplo inclui um mecanismo de engate de componente 62 e um atuador de componente 55. O mecanismo de engate de componente 62 pode ser acoplado de modo removível a um componente “C”. O atuador de componente 55 pode ser operável para transladar o mecanismo de translado de componente 32 e, assim, o componente “C”, em relação à placa de construção 26. Especificamente, o mecanismo de translado de componente 32 pode ser posicionado abaixo de uma superfície de fundo 37 da placa de construção 26 que se opõe substancialmente à superfície de construção 36, e pode ser operável para transladar o componente “C” acoplado à mesma em relação à placa de construção 26, como ao longo de uma direção vertical Z conforme indicado nas Figuras 6 a 9.

[033] O mecanismo de translado de componente 32 pode ser operável para posicionar o componente “C” de modo que uma porção de extremidade 64 do componente “C” seja posicionada no interior do orifício 38 da placa de construção 26, conforme mostrado nas Figuras 3 a 9. Dessa forma, o mecanismo de translado de componente 32 pode ser eficaz para posicionar a porção de extremidade 64 do componente “C” no interior do orifício 38 da placa de construção 26, e rebaixar o componente “C” da mesma após uma nova camada ser fundida na ponta ou extremidade livre da porção de extremidade 64 para preparar o componente parcialmente formado “C” para a formação de uma camada adicional. Por exemplo, após uma primeira camada ser formada na porção de extremidade 64 do componente “C”, o mecanismo de translado de componente 32 pode rebaixar o componente “C” dentro da faixa de cerca de 10 mícrons a cerca de 250 mícrons (por exemplo, cerca de 30 mícrons a cerca de 50 mícrons) em relação à placa de construção 26 para posicionar a porção de extremidade 64 no interior do orifício 38 e preparar o componente “C” para a formação de uma segunda camada a seguir, conforme descrito no presente documento. Observa-se que o incremento de camada afeta a velocidade do processo de fabricação aditiva e a resolução da porção do componente “C” formado pelas camadas. Embora o atuador de componente 55 seja representado esquematicamente, um elemento de habilidade comum na técnica irá observar que muitos mecanismos diferentes podem ser utilizados como o atuador de componente 55, como cilindros pneumáticos ou hidráulicos, atuadores elétricos de fuso de esfera ou lineares, etc. Em um exemplo, o aparelho 10 é configurado de modo que a espessura de uma camada de pó “P” formada na porção de extremidade 64 do componente “C” e, portanto, a espessura de uma camada formada na porção de extremidade 64 do mesmo, esteja dentro da faixa de cerca de 1 mícron a cerca de 250 mícrons, na faixa de cerca de 10 mícrons a cerca de 50 mícrons ou na faixa de cerca de 30 mícrons a cerca de 50 mícrons. O termo “porção de extremidade 64” é usado no presente documento para fazer referência geralmente à extremidade livre e uma porção próxima à mesma, de um componente “C” em um ponto particular no tempo durante um processo de fabricação do mesmo. Uma camada subsequente formada em uma porção de extremidade existente 64, portanto, forma pelo menos uma porção de uma nova porção de extremidade 64 do componente “C.” A porção de extremidade 64 em um ponto particular no tempo durante um processo de fabricação de um componente “C” pode ser qualquer porção de um componente resultante ou como fabricado “C,” como uma porção de base, porção média ou porção de ponta de um componente resultante “C.” O termo porção de extremidade 64, portanto, não é usado no presente documento em um sentido limitador em relação à(s) porção(ões) de um componente “C” formado pelas camadas depositadas pelo aparelho 10.

[034] O mecanismo de controle de calor externo 30 do aparelho 10, em um exemplo, é posicionado próximo à superfície de fundo 37 da placa de construção 26, conforme mostrado nas Figuras 3 a 9. Em algumas realizações, conforme mostrado nas Figuras 5 a 9, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode ser separado da superfície de fundo 37 da placa de construção 26. Em outra realização, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode estar contíguo à superfície de fundo 37 da placa de construção 26. O mecanismo de controle de calor externo 30 em um exemplo é disposto em uma relação posicionai fixa em relação à placa de construção 26. Em um exemplo, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode ser posicionado o mais próximo possível da formação da nova camada na porção de extremidade 64 do componente “C” para controlar o perfil de temperatura da mesma (conforme explicado adicionalmente no presente documento). Por exemplo, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode ser posicionado o mais próximo possível da superfície de fundo 37 da placa de construção 26. Em um exemplo, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode ser posicionado próximo à superfície de fundo 37 da placa de construção 26 e incluir material magnético macio que é configurado para concentrar fluxo em direção à porção de extremidade 64 do componente “C” para controlar o perfil de temperatura das camadas formadas no mesmo. Conforme mostrado nas Figuras 3 a 9 o mecanismo de controle de calor externo 30 pode formar um espaço interior ou espaço vazio que é substancialmente alinhado ao orifício 38 da placa de construção 26 (por exemplo, na direção vertical). O componente “C" pode se estender através do espaço interior ou do espaço vazio do mecanismo de controle de calor externo 30 e para dentro do orifício 38 da placa de construção 26. Em outras palavras, uma porção do mecanismo de controle de calor externo 30 pode se estender pelo menos parcialmente ao redor do componente “C”. O mecanismo de translado de componente 32, portanto, pode ser operável para transladar o componente “C” em relação ao mecanismo de controle de calor externo 30 (e à placa de construção 26).

[035] O mecanismo de controle de calor externo 30 pode ser operável para formar um perfil de temperatura predeterminado da porção de extremidade 64 do componente “C”. Por exemplo, o mecanismo de controle de calor externo 30 em um exemplo inclui pelo menos uma bobina de indução que circunda substancialmente o componente metálico “C” quando o componente metálico “C” está posicionado no interior do orifício 38 da placa de construção 26. Visto que o componente metálico “C” é condutor, a pelo menos uma bobina de indução do mecanismo de controle de calor externo 30 pode controlar a temperatura do componente “C” à medida que uma corrente elétrica é passada através da bobina e um campo magnético é criado. Ademais, visto que o mecanismo de controle de calor externo 30 é posicionado próximo à superfície de fundo 27 da placa de construção 26, o mecanismo de controle de calor externo 30 pode controlar a temperatura da porção de extremidade 64 do componente “C” para assegurar que as camadas do componente “C” formadas pelo pó metálico “P” não sejam rachadas. Dessa forma, o mecanismo de controle de calor externo 30 é operável para formar um perfil de temperatura predeterminado da porção de extremidade 64 para impedir a rachadura do componente “C”.

[036] Em um exemplo, um perfil de temperatura predeterminado de uma porção de extremidade 64 de um componente particular “C" é um perfil de resfriamento predeterminado de pelo menos uma camada recém-formada que constitui a porção de extremidade 64 da temperatura de sinterização ou fusão da pelo menos uma camada à temperatura de solidificação da mesma (por exemplo, cerca de 1.300 graus Celsius, dependendo da composição do pó de liga de metal “P”) de modo que, pelo menos mediante a solidificação, a pelo menos uma camada seja livre de rachaduras. O perfil de temperatura predeterminado de uma camada recém-formada, como um perfil de resfriamento predeterminado da temperatura de sinterização ou fusão à temperatura de solidificação da mesma, que resulta na camada solidificada sendo livre de rachaduras, pode ser determinado empiricamente, determinado experimentalmente ou uma combinação dos mesmos. Em algumas realizações, o perfil de temperatura predeterminado de uma porção de extremidade 64 de um componente particular “C” pode ser uma faixa de perfis de resfriamento predeterminados de pelo menos uma camada recém-formada que constitui a porção de extremidade 64 da temperatura de sinterização ou fusão à temperatura de solidificação da mesma de modo que, pelo menos mediante a solidificação, a pelo menos uma camada seja livre de rachaduras. Um perfil de temperatura particular para uma porção de extremidade 64 de um componente particular “C” produzida a partir de pelo menos uma camada formada que é eficaz na prevenção de rachaduras na pelo menos uma camada pelo menos mediante a solidificação pode ser influenciado ou depender (pelo menos em parte) de inúmeros fatores, como a composição do pó metálico “P”, a espessura da pelo menos uma camada, o formato/configuração da pelo menos uma camada, a temperatura inicial da pelo menos uma camada (isto é, a temperatura de fusão), a temperatura de solidificação da pelo menos uma camada, o gradiente de temperatura entre a pelo menos uma camada e a camada anterior e/ou a camada subsequente ou porção formada, a microestrutura desejada da pelo menos uma camada após a solidificação, o parâmetro de operação principal do componente “C”, a velocidade desejada da formação da pelo menos uma camada (isto é, o movimento do componente pelo mecanismo de translado 32) etc. Em um exemplo, o aparelho 10 forma ou aplica o perfil de temperatura predeterminado a uma porção de extremidade 64 de um componente particular “C,” (por exemplo, a pelo menos uma camada recém-formada), como um perfil de resfriamento da fusão à solidificação, com o uso pelo menos do mecanismo de controle de calor externo 30 e do mecanismo de translado de componente 32 (para transladar o componente “C” em relação ao mecanismo de controle de calor externo 30).

[037] A vedação 28 do aparelho 10 pode ser acoplada no interior do orifício 38 da placa de construção 26 e configurada para engatar a porção de extremidade 64 do componente “C”, conforme mostrado nas Figuras 5 a 9. Por exemplo, a vedação 28 pode ser fornecida dentro do orifício 38 entre a superfície de construção 36 e a superfície de fundo 37. Em algumas realizações, a vedação 28 pode ser fornecida dentro de uma reentrância ou fenda 29 formada no orifício 38 entre a superfície de construção 36 e a superfície de fundo 37, conforme mostrado na Figura 5. Em algumas realizações, a vedação 28 pode ser fornecida abaixo da superfície de construção 36 e/ou acima da superfície de fundo 37 da placa de construção 26.

[038] A vedação 28 pode ser substancialmente sólida e engatar a placa de construção 26 e a porção de extremidade 64 da placa de construção 26 de modo que a vedação 28 vede o orifício 38 em relação pelo menos ao pó metálico “P” no interior do leito de pó 60, conforme mostrado na Figura 5. Em algumas realizações, a vedação 28 também pode ser configurada para vedar a primeira zona 14 em relação à segunda zona 16 do invólucro de modo que a primeira zona 14 seja substancialmente hermética e defina uma atmosfera ao redor da fusão do pó metálico “P”.

[039] A vedação 28 em um exemplo é substancialmente não condutora. Por exemplo, a vedação 28 pode ser produzida a partir de um material substancialmente não condutor (por exemplo, um material não metálico). Em algumas realizações, a vedação 28 pode ser cerâmica ou vidro. A vedação 28 pode ser formada a partir de um material de isolamento elétrico que é operável para impedir que o mecanismo de controle de calor externo com base em indução 30 aqueça a vedação 28 até uma temperatura de sinterização do pó metálico “P” no interior do leito de pó 60. Em um exemplo, o mecanismo de controle de calor externo 30 emprega um mecanismo de controle de retroalimentação de temperatura que controla a temperatura da porção de extremidade 64 por meio do mecanismo de controle de calor externo 30 de acordo com o perfil de temperatura. O mecanismo de controle de retroalimentação de temperatura pode incluir um dispositivo de medição de temperatura que mede a temperatura da porção de extremidade 64, como por meio de pirometria de infravermelho (IR), uma câmera térmica ou qualquer outro mecanismo. O dispositivo de medição de temperatura pode determinar a temperatura da porção de extremidade 64 e o mecanismo de controle de retroalimentação de temperatura pode controlar o mecanismo de controle de calor externo 30 com base na temperatura determinada para aplicar mais ou menos calor à porção de extremidade 64 de acordo com o perfil de temperatura. Dessa forma, o mecanismo de controle de retroalimentação de temperatura do mecanismo de controle de calor externo 30 pode permitir um controle preciso do mecanismo de controle de calor externo 30 para manter o perfil de temperatura adequado. O mecanismo de controle de calor externo 30, portanto, pode ser ajustado em tempo real para assegurar que as camadas formadas pelo aparelho 10 incluam um perfil de temperatura que impede a formação de rachaduras nas mesmas.

[040] Em algumas realizações, a vedação 28 pode ser conformada e, de outro modo, configurada para engatar uma porção de extremidade particular 64 de um componente “C” e/ou um orifício particular 38 da placa de construção 26. Em outras realizações, a vedação 28 pode se adaptar ou conformar a porções de extremidade 64 e/ou orifícios 38 de diferentes formatos. A vedação 28 pode ter qualquer modelo ou configuração que engate a placa de construção 26 (por exemplo, no interior do orifício 38) e a porção de extremidade 64 do componente “C” e previna pelo menos que o pó metálico “P” passe através do orifício 38. Por exemplo, a vedação 28 pode incluir fibras de cerâmica (por exemplo, uma lã de cerâmica) que se estende entre o orifício 38 e a porção de extremidade 64, como um modelo de vedação de labirinto, placas de cerâmica carregadas por mola ou qualquer outro modelo ou aspectos para vedar o orifício 38 pelo menos contra o pó metálico “P”. A vedação 28 pode ser estacionária em relação ao componente “C” ou a vedação 28 pode se mover em relação ao componente “C”. Em um exemplo, a vedação 28 pode incluir uma porção ou mecanismo de engate de componente que é configurado para engatar a porção de extremidade 64 do componente “C” e uma porção ou mecanismo de engate de placa configurado para engatar a porção de engate de componente e a placa de construção 26.

[041] Conforme mostrado nas Figuras 5 e 7, o orifício 38 da placa de construção 26, a vedação 28 e a porção de extremidade 64 do componente metálico “C” podem cooperar para formar o leito de pó 60 que retém o pó metálico “P” da composição predeterminada. A porção de extremidade 64 do componente metálico “C” pode ser posicionada abaixo da superfície de construção 36. O leito de pó 60, portanto, pode se estender pelo menos entre as paredes ou lados internos do orifício 38 da placa de construção 26, e sobre a vedação 28 e a porção da porção de extremidade 64 do componente metálico “C” que se estende além da vedação 28, conforme mostrado na Figura 5. Dessa forma, o orifício 38 da placa de construção 26, a vedação 28 e a porção de extremidade 64 do componente metálico “C” podem cooperar para formar o leito de pó 60 que retém o pó metálico “P” da composição predeterminada em si. O leito de pó 60 do aparelho 10, portanto, é, de modo vantajoso, relativamente pequeno e concentrado no local da formação das camadas na porção de extremidade 64 do componente “C” pelo pó metálico “P”.

[042] Conforme mostrado também na Figura 5, se o mecanismo de suprimento de pó 18 estiver contíguo à superfície de construção 36 conforme o mesmo preenche o leito de pó 60 com o pó metálico “P”, o leito de pó 60 pode se estender apenas à superfície de construção 36. Se o mecanismo de suprimento de pó 18 for separado da superfície de construção 36 conforme preenche o leito de pó 60 com o pó metálico “P”, o leito de pó 60 pode se estender além da superfície de construção 36 (não mostrado). O posicionamento relativo da ponta ou extremidade da porção de extremidade 64 do componente metálico “C” em relação à superfície de construção 36 ou ao mecanismo de suprimento de pó 18, portanto, pode determinar a profundidade ou espessura do pó metálico “P” no leito de pó 60 posicionado sobre ou acima da porção de extremidade 64 do componente metálico “C” e, assim, a espessura das camadas formadas na porção de extremidade 64 do pó metálico “P” (conforme descrito mais abaixo). Em algumas realizações, o mecanismo de translado de componente 32 pode posicionar o componente “C” de modo que a espessura do pó metálico “P” no leito de pó 60 posicionado sobre ou acima da porção de extremidade 64 do componente “C” e, portanto, a espessura de uma camada formada na porção de extremidade 64 do pó metálico “P”, possam estar dentro da faixa de cerca de 10 mícrons a cerca de 50 mícrons (por exemplo, cerca de 30 mícrons).

[043] Visto que a configuração do leito de pó 60 pode estar relacionada à configuração (por exemplo, formato, tamanho etc.) do orifício 38 da placa de construção 26, em algumas realizações, o orifício 38 pode ser configurado para minimizar o tamanho do leito de pó 60 e, assim, a quantidade de pó metálico “P” "usado" durante a formação do componente “C". Por exemplo, em algumas realizações, o orifício 38 da placa de construção 26 inclui um primeiro corte transversal que define uma área que não é maior do que 135% de uma área correspondente definida por um segundo corte transversal da porção de extremidade 64 do componente metálico “C”. Em algumas outras realizações, o orifício 38 da placa de construção 26 inclui um primeiro corte transversal que define uma área que não é maior do que 125% ou 115%, de uma área correspondente definida por um segundo corte transversal da porção de extremidade 64 do componente metálico “C”. Em algumas realizações, o orifício 38 da placa de construção 26 pode reproduzir ou, de outro modo, corresponder à configuração da porção de extremidade 64 do componente metálico “C” (e/ou uma configuração desejada das camadas formadas na porção de extremidade 64). Por exemplo, se o componente “C” for uma pá de turbina, o orifício 38 (e, potencialmente, a vedação 28) pode ser conformada de modo pelo menos similar ao formato de uma porção de ponta desejada da pá de turbina (por exemplo, um formato de aerofólio), ou porção de base da pá de turbina para minimizar o tamanho ou volume do leito de pó 60 (e, assim, a quantidade de pó metálico “P” usada para formar a porção de ponta da pá de turbina).

[044] As Figuras 6 a 9 ilustram componentes exemplificativos adicionais do aparelho 10 e um método exemplificativo de utiliza o aparelho 10 para formar camadas em uma porção de extremidade 64 do componente “C” para fabricar ou formar o componente “C”. Conforme mostrado nas Figuras 6 a 9, o aparelho 10 pode incluir uma fonte de energia direcionada 80 e um mecanismo de direcionamento de feixe 82. A fonte de energia direcionada 80 pode ser operável para produzir um feixe de energia eficaz para fundir o pó metálico “P” à porção de extremidade 64 do componente metálico “C”. Por exemplo, a fonte de energia direcionada 80 pode ser qualquer dispositivo operável para gerar um feixe de potência adequado e outras características operacionais para fundir o pó metálico “P” durante um processo de fabricação. Em algumas realizações, a fonte de energia direcionada 80 pode ser um laser que tem uma densidade de potência de saída que tem uma ordem de magnitude em uma faixa de cerca de 10 a 100 kW/mm2. Outras fontes de energia direta tais como emissores de feixe de elétrons são alternativas adequadas para um laser.

[045] O mecanismo de direcionamento de feixe 82 pode ser operável para direcionar o feixe de energia da fonte de energia direcionada sobre o pó metálico “P” no leito de pó 60 em um padrão correspondente a uma nova camada em corte transversal do componente metálico “C”, conforme mostrado na Figura 8. Conforme também é representado na Figura 8, o mecanismo de direcionamento de feixe 82 pode incluir pelo menos um espelho, prisma e/ou lente móveis operáveis, de modo que um feixe “B” produzido pela fonte de energia direcionada 80 possa ser focalizado em um ponto focal desejado “S” e guiado para uma posição desejada em um padrão adequado em um plano no pó metálico “P” no leito de pó 60. Dessa forma, a fonte de energia direcionada 80 e o mecanismo de direcionamento de feixe 82 podem ser usados para fundir o pó metálico “P” sobre a porção de extremidade 64 no componente “C” como um corte transversal ou camada bidimensional. O feixe “B”, portanto, pode aquecer o padrão de pó metálico “P” a uma temperatura de fusão que faz com que o pó metálico “P” derreta, flua e se consolide (chamado, no presente documento, de “fundir” (ou equivalentes gramaticais do mesmo) o pó metálico “P”).

[046] Conforme mostrado na Figura 6, um método de fabricação de um componente “C” com o aparelho 10 pode incluir transladar o componente “C”, como por meio do mecanismo de translado de componente 32, em relação à placa de construção 26 de modo que a porção de extremidade 64 do componente “C” seja posicionada no interior do orifício 38 (potencialmente abaixo da superfície de construção 36) e em engate com a vedação 28. O orifício 38 da placa de construção 26, a vedação 28 e a porção de extremidade 64 do componente “C” podem cooperar para formar o leito de pó 60 para reter o pó metálico “P”. Durante essa condição, o mecanismo de suprimento de pó 18 pode expor o pó metálico “P”, como também é mostrado na Figura 6. Com o pó metálico “P” exposto, o mecanismo de translado de pó 20 pode, então, preencher o leito de pó 60 depositando-se o pó metálico exposto “P” através do orifício 38 e sobre a vedação 28 e a porção de extremidade 64 do componente “C”, conforme mostrado na Figura 7. O leito de pó 60 pode, portanto, formar uma camada de pó metálico “P” sobre ou na porção de extremidade 64 do componente “C”. Conforme observado acima, em um exemplo, a espessura da camada de pó metálico “P” sobre ou na porção de extremidade 64 do componente “C” está na faixa de 30 mícrons a 50 mícrons.

[047] Uma vez que o pó metálico “P” for depositado no leito de pó 60 e uma camada de pó metálico “P”, portanto, for formada sobre ou na porção de extremidade do componente “C”, conforme mostrado na Figura 8, a fonte de energia direcionada 80 e o mecanismo de direcionamento de feixe 82 podem direcionar um feixe B de energia para a camada de pó metálico depositado “P” em um padrão para fundir o pó metálico “P” à porção de extremidade 64 no componente “C” como uma nova camada em corte transversal. Após a nova camada em corte transversal ser formada na porção de extremidade 64 do componente “C”, o mecanismo de controle de calor externo 30 é usado para formar um perfil de temperatura pelo menos da camada em corte transversal recém-formada para impedir a rachadura. Além disso, após a nova camada em corte transversal ser formada na porção de extremidade 64 do componente “C”, e potencialmente durante ou uma parte da formação do perfil de temperatura pelo menos da camada em corte transversal recém-formada, o componente “C” pode ser transladado em relação à placa de construção 26 e ao mecanismo de controle de calor externo 30 pelo mecanismo de translado de componente 32, conforme mostrado na Figura 9. O componente “C” pode ser transladado para uma posição inferior no leito de pó 60 de modo que a porção de extremidade 64 do componente “C” com a camada recém-formada seja posicionada no interior do orifício 38 (potencialmente abaixo da superfície de construção 36) e em engate com a vedação 28, conforme mostrado na Figura 9. O componente “C”, então, pode estar em uma condição para deposição e fusão de pó metálico “P” no leito de pó 60 para formar outra camada na porção de extremidade 64 do componente “C”. Dessa forma, transladar o componente “C”, depositar o pó metálico “P”, fundir a camada de pó de metal “P” na porção de extremidade 64 do componente “C” e formar o perfil de temperatura da porção de extremidade 64 pode formar um ciclo que pode ser realizado uma pluralidade de vezes para fabricar ou formar o componente metálico “C” em uma forma de camada em corte transversal por camada em corte transversal.

[048] O aparelho 10 e métodos descritos acima podem ser usados para construir a totalidade ou uma parte de um componente “C", potencialmente em combinação com outros métodos. Por exemplo, para construir todo um componente “C” por meio do aparelho 10 e métodos descritos acima, um componente de origem pode ser inicialmente utilizado para a formação de uma primeira camada no mesmo. Em outras realizações, para construir uma parte de um componente “C” por meio do aparelho 10 e métodos descritos acima, as camadas podem ser formadas em um componente parcialmente formado “C” pré-existente.

[049] Em algumas realizações, o componente “C” pode ser um componente de turbina, como uma pá de turbina. Em algumas realizações dessa pá de turbina, as camadas podem ser formadas em uma porção de base de pá de turbina a partir do pó metálico “P” para formar uma ponta e/ou porção de ponta da pá de turbina. Em algumas dessas realizações, a porção de base de pá de turbina pode ser formada removendo-se uma ponta e/ou porção de ponta pré-existente da porção de base de pá de turbina. Em outras realizações, a porção de base de pá de turbina também pode ser formada a partir de camadas do pó metálico “P” ou formada através de outro processo de fabricação. Por exemplo, uma porção de base de pá de turbina, que pode incluir pelo menos uma dentre uma cauda de andorinha, uma haste, uma plataforma e uma raiz, pode ser fabricada com o uso de um processo de fundição convencional. Pelo menos uma ponta e/ou uma porção de ponta de um aerofólio (ou a totalidade do aerofólio) pode ser formada em tal porção de base de pá de turbina de uma forma de camada por camada com o uso do aparelho de fabricação aditiva 10 e métodos descritos no presente documento.

[050] Uma ponta, porção de ponta e porção de base de pá de turbina, como usado no presente documento, podem ser de qualquer configuração e podem incluir qualquer formato e/ou modelo. O aparelho 10 e métodos descritos no presente documento podem formar qualquer uma dentre uma ponta, porção de ponta e porção de base de pá de turbina a partir das camadas de pó “P.” Conforme observado acima, o termo “porção de extremidade 64” é usado no presente documento para fazer referência geralmente à extremidade livre, e uma porção próxima à mesma, de um componente “C” em um ponto particular no tempo durante um processo de fabricação. Visto que o componente “C” é acumulado camada por camada, a porção de extremidade 64 evolui ao longo do tempo. Por exemplo, se um componente “C” que é formado pelo aparelho 10 for uma pá de turbina ou porção da mesma, a porção de extremidade 64 em um primeiro ponto no tempo durante o processo de fabricação do componente “C” de pá de turbina pode ser uma porção de base da pá resultante (por exemplo, uma porção radialmente interna da pá resultante). Em um segundo ponto no tempo no processo de fabricação subsequente ao primeiro ponto no tempo, a porção de extremidade 64 do componente “C” de pá de turbina pode ser uma porção de ponta da pá resultante (por exemplo, uma porção radialmente externa da pá, como um aerofólio). Em um terceiro ponto no tempo no processo de fabricação subsequente ao segundo ponto no tempo, a porção de extremidade 64 do componente “C” de pá de turbina pode ser uma ponta da pá resultante (por exemplo, uma porção ou extremidade radialmente mais externa da pá, como uma capa de ponta, ponta de sonda, etc.). Dessa forma, a porção de extremidade 64 de um componente “C” de pá de turbina em um ponto particular no tempo pode ser qualquer fração da pá resultante. De maneira simples, os termos “porção de ponta” e “porção de extremidade” não são usados no presente documento para se referir a uma localização ou posição do componente resultante “C” formado pelo aparelho 10, mas, em vez disso, para fazer referência à extremidade livre, e uma porção próxima à mesma, do componente “C” durante um tempo particular no processo de fabricação do componente “C".

[051] As camadas de um componente “C” formadas pelo aparelho de fabricação aditiva 10 e métodos descritos no presente documento não precisam ter uma composição de liga de metal homogênea. Por exemplo, a composição das camadas formadas pelo pó metálico “P” do aparelho 10 pode ser variada alterando-se a composição do pó “P” durante o processo de fabricação aditiva, para produzir camadas ou seções variáveis do componente “C”. Por exemplo, uma porção de base de uma porção de aerofólio de um componente “C” de pá de turbina pode ser formada por camadas de uma primeira composição de liga de pó metálico e uma porção de ponta da porção de aerofólio pode ser formada por camadas de uma segunda composição de liga de pó metálico. Por exemplo, a segunda composição de liga de pó metálico usada para a formação da porção de ponta da porção de aerofólio pode ter uma maior resistência à oxidação do que a segunda composição de liga de pó metálico usada para a porção de base da porção de aerofólio.

[052] O aparelho de fabricação aditiva 10 e os métodos revelados no presente documento podem formar, pelo menos em parte, qualquer artigo, componente ou estrutura para uso em aplicações de alta temperatura. Por exemplo, o aparelho e os métodos revelados no presente documento podem formar, pelo menos em parte, uma pá de turbina, um combustor, envoltório, bocal, blindagem contra calor e/ou palheta.

[053] O que foi supracitado descreveu um aparelho e métodos correspondentes para fabricação em camadas de componentes de liga de metal. Todos os recursos revelados neste relatório descritivo (que inclui quaisquer reivindicações, resumo e figuras anexos) e/ou todas dentre as etapas de qualquer método ou processo aqui revelado podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto em combinações em que pelo menos alguns dentre tais recursos e/ou etapas sejam mutuamente exclusivos.

[054] Deve ser entendido que a descrição supracitada se destina a ser ilustrativa, e não restritiva. Por exemplo, as realizações (e/ou aspectos das mesmas) descritas acima podem ser utilizadas em combinação entre si. Além disso, diversas modificações podem ser realizadas para adaptar uma situação ou material específicos aos ensinamentos da revelação sem que se afaste do seu escopo. Embora as dimensões e os tipos de materiais descritos no presente documento sejam destinados a definir os parâmetros da revelação, os mesmos não são limitantes de modo algum, e são realizações exemplificativas. Muitas outras realizações ficarão evidentes àqueles de habilidade comum na técnica mediante a análise da descrição acima. O escopo da revelação deveria, portanto, ser determinado com referência às reivindicações anexas, juntamente com o escopo completo de equivalentes ao qual tais reivindicações são designadas.

[055] Na descrição anexa, os termos “que inclui” e “na(no) qual” são usados como equivalentes de linguagem simples dos termos respectivos “que compreende” e “em que”. Ademais, nas reivindicações a seguir, os termos “primeiro”, “segundo” etc., se existentes, são usados meramente como identificadores, e não são destinados a implicar em exigências numéricas ou posicionais em seus objetos. Adicionalmente, as limitações das reivindicações a seguir não são escritas em um formato de meios-mais-função e não são destinadas a serem interpretadas com base no documento 35 U.S.C. § 112, parágrafo sexto, a menos que e até que tais limitações de reivindicações expressamente usem a expressão “meios para” seguida de um enunciado sem nenhum tipo de função ou estrutura adicional.

[056] A presente descrição técnica usa exemplos para revelar as realizações da revelação, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa de habilidade comum na técnica a praticar as realizações da revelação, inclusive a fazer e usar qualquer aparelho ou sistema e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles de habilidade comum na técnica. Tais outros exemplos se destinam a ser abrangidos pelo escopo das reivindicações caso possuam elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

[057] Conforme usado no presente documento, um elemento ou etapa referidos no singular e procedido da palavra "um(a)" deve ser entendido não como uma exclusão de elementos ou etapas no plural, a não ser que tal exclusão seja declarada explicítamente. Além disso, referências a “uma(1) realização” da presente revelação não se destinam a ser interpretadas de modo a excluir a existência de realizações adicionais que também incorporam as funções mencionadas. Além disso, a menos que seja explicitamente estabelecido o contrário, as realizações “que compreendem”, “que incluem” ou “que têm" um elemento ou uma pluralidade de elementos que têm uma propriedade particular podem incluir tais elementos adicionais que não tenham essa propriedade.

[058] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes em conjunto com apenas uma quantidade limitada de realizações, deve ser compreendido prontamente que a invenção não se limita a tais realizações reveladas. Em vez disso, a revelação pode ser modificada para incorporar inúmeras variações, alterações, substituições ou disposições equivalentes não descritas até o momento, mas que são compatíveis com o espírito e escopo da revelação. Adicionalmente, embora várias realizações da invenção tenham sido descritas, deve ser entendido que os aspectos da revelação podem incluir somente algumas das realizações descritas. Consequentemente, a revelação não deve ser vista como limitada pela descrição antecedente, mas é limitada apenas pelo escopo das reivindicações anexas.

Reivindicações

Claims

1. APARELHO (10) para fabricar um componente metálico (c) ou porção do mesmo, caracterizado pelo fato de que compreende: uma placa de construção (26) que inclui uma superfície de construção (36), uma superfície de fundo (37) e um orifício (38) que se estende através da placa de construção (26) entre a superfície de fundo (37) e a superfície de construção (36); um atuador (55) operável para transladar um componente metálico (C) em relação à placa de construção (26), de modo que uma porção de extremidade (64) do componente metálico (C) seja posicionada no interior do orifício (38) da placa de construção (26) e abaixo da superfície de construção (36); uma vedação (28) acoplada no interior do orifício (38) da placa de construção (26) e configurada para se engatar à porção de extremidade (64) do componente metálico (C); e um mecanismo de controle de calor externo (30) posicionado próximo à superfície de fundo (37) da placa de construção (26) e operável para formar um perfil de temperatura predeterminado da porção de extremidade (64) para impedir a rachadura do componente (C), em que o orifício (38) da placa de construção (26), a vedação (28) e a porção de extremidade (64) do componente metálico (C) cooperam para formar um leito de pó (60) configurado para reter pó metálico (P) de uma composição predeterminada no mesmo.

2. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o orifício (38) da placa de construção (26) inclui um primeiro corte transversal que define uma área que não é maior do que 135% de uma área definida por um segundo corte transversal da porção de extremidade (64) do componente metálico (C).

3. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de calor externo (30) está em uma relação posicionai fixa em relação à placa de construção (26).

4. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a placa de construção (26) é não metálica.

5. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um mecanismo de retroalimentação de temperatura que controla a temperatura da porção de extremidade (64) por meio do mecanismo de controle de calor externo (30) de acordo com o perfil de temperatura.

6. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a vedação (28) veda o orifício (38) em relação pelo menos ao pó metálico (P) no leito de pó (60).

7. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente uma fonte de energia direcionada (80) operável para produzir um feixe de energia adequado para fundir o pó metálico (P) no leito de pó (60) sobre a porção de extremidade (64) do componente metálico (C).

8. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um invólucro de construção hermético (12) que forma uma atmosfera substancialmente livre de oxigênio, em que pelo menos o leito de pó (60) é posicionado na atmosfera substancialmente livre de oxigênio.

9. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma fonte do pó metálico (P) da composição predeterminada; e um mecanismo de transferência operável (20) para transferir pó metálico (P) da fonte e preencher substancialmente o leito de pó (60) com pó metálico (P).

10. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mecanismo de controle de calor externo (30) compreende pelo menos uma bobina de indução que se estende ao redor do componente metálico (C) quando o componente metálico (C) é posicionado no interior do orifício (38) e em que a placa de construção (26) é formada por um material de isolamento elétrico que é operável para impedir que a pelo menos uma bobina de indução aqueça a placa de construção (26) até uma temperatura de sinterização do pó metálico (P).

11. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM COMPONENTE (C) OU PORÇÃO DO MESMO, caracterizado pelo fato de que compreende: transladar um componente em relação a uma placa de construção (26) que inclui uma superfície de construção (36), uma superfície de fundo (37), um orifício (38) que se estende entre a superfície de construção (36) e a superfície de fundo (37), e uma vedação (28) acoplada no interior do orifício (38), de modo que uma porção de extremidade (64) do componente esteja engatada à vedação (28) e posicionada no interior do orifício (38) abaixo da superfície de construção (36); depositar o pó metálico (P) de uma composição predeterminada no orifício (38) da placa de construção (26) e sobre a vedação (28) e a porção de extremidade (64) do componente (C); direcionar um feixe de uma fonte de energia direcionada (80) para fundir uma porção do pó metálico depositado (P) em um padrão para formar uma camada em corte transversal do componente (C) sobre a porção de extremidade (64); e formar um perfil de temperatura da camada em corte transversal formada com um mecanismo de controle de calor externo (30) posicionado abaixo da superfície de fundo (37) da placa de construção (26) para impedir a rachadura do componente (C).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que transladar o componente (C), depositar o pó metálico (P), direcionar o feixe da fonte de energia direcionada (80) e formar o perfil de temperatura formam um ciclo, e em que o método inclui adicionalmente realizar o ciclo uma pluralidade de vezes para adicionar uma pluralidade de camadas ao componente (C).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a placa de construção (26) é não metálica, em que o mecanismo de controle de calor externo (30) compreende pelo menos uma bobina de indução que se estende ao redor do componente metálico (C), e em que a vedação (28) impede que o pó metálico depositado (P) passe através do aparelho (38).

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o orifício (38) da placa de construção (26), a vedação (28) e a porção de extremidade (64) do componente metálico (C) cooperam para formar um leito de pó (60) que retém o pó metálico depositado (P).

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o componente (C) é uma pá de turbina, e em que a camada em corte transversal formada é uma porção de uma porção de ponta da pá de turbina.