BR112018009819B1 - Métodos para fabricar uma pré-forma de aerofólio e um aerofólio de motor de turbina, e, pré-forma de aerofólio de motor de turbina - Google Patents

Métodos para fabricar uma pré-forma de aerofólio e um aerofólio de motor de turbina, e, pré-forma de aerofólio de motor de turbina Download PDF

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Abstract

MÉTODOS PARA FABRICAR UMA PRÉ-FORMA DE AEROFÓLIO E UM SETOR DE BICO DE MOTOR DE TURBINA, E, PRÉ-FORMA DE AEROFÓLIO. A invenção refere-se a um método para fabricar, por fusão em leito de pó seletivo, uma pré-forma de pá para um motor de turbina incluindo uma pá (2) e pelo menos um portador desafixável (6) afixado à pá, a pá sendo fabricada em camadas a partir de uma primeira borda (28) da pá correspondendo a uma borda dianteira ou uma borda posterior da pá até uma segunda borda da pá correspondendo a uma borda posterior ou uma borda dianteira da pá, o método incluindo fabricar o portador desafixável e a pá, dito portador desafixável sendo destinado para afixação em uma placa de fabricação (5) e em uma porção de uma superfície (2a) da pá localizada perto da primeira borda da pá oposta à dita placa de fabricação. A superfície (2a) da pá oposta à placa de fabricação compreende uma parte plana (30) se estendendo a partir de dita superfície, a parte plana estando em uma porção de dita superfície localizada além da primeira borda (28) da pá, o portador sendo afixado à parte plana ou a ambas a parte plana (30) e uma (...).

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se ao campo geral de métodos para fabricação de aditivos. A presente invenção refere-se mais particularmente a um método para fabricar aerofólios de motor de turbina por fusão seletiva em um leito de pó.
[002] Hoje em dia é uma prática comum e vantajosa recorrer a técnicas de fabricação de aditivos para fazer partes tridimensionais complexas de maneira fácil e rápida. O campo da aviação é particularmente adequado para o uso de métodos deste tipo.
[003] Ao fabricar peças a partir de metal ou liga de metal, o método de fusão seletiva em um leito de pó torna possível obter partes complexas que são difíceis ou impossíveis de se fazer usando métodos convencionais tais como fundição, forjamento ou usinagem.
[004] Tal método compreende tipicamente uma etapa durante a qual uma camada de pó é depositada em uma plataforma de fabricação, seguida por uma etapa de fundir seletivamente uma porção da camada depositada de pó através do uso de um membro aquecedor. As etapas acima são repetidas sucessivamente de modo a acumular a parte final camada por camada.
[005] A Figura 1 mostra um setor de bico de turbina 1 para um motor de turbina de aviação compreendendo uma pluralidade de aerofólios estacionários 2 se estendendo entre dois anéis concêntricos 3 e 4 que são arranjados em uma plataforma de fabricação horizontal 5. Quando o bico está em tal configuração, os aerofólios 2 são “suspendidos”, isto é, eles são movimentados em cantiléver para fora dos anéis 3 e 4.
[006] Quando é desejado fabricar tal setor de bico 1 por fusão seletiva em um leito de pó, é necessário, durante a fabricação, prover suportes removíveis ou quebráveis 6 (ver Figura 1) que retêm os aerofólios enquanto eles estão sendo fabricados. Especificamente, em métodos de fusão seletiva em um leito de pó, é essencial para cada camada fundida ser capaz de ser retida por um material que já foi previamente fundido. Tais suportes 6 estão inevitavelmente presentes na borda dianteira ou na borda posterior dos aerofólios 2 (dependendo se um setor de bico é fabricado de um jeito ou de outro), e também em uma porção das faces 2a dos aerofólios voltada para a plataforma de fabricação 5 (ver Figura 5).
[007] Não obstante, a presença de tais suportes removíveis na borda dianteira ou na borda posterior não é desejável. Especificamente, uma vez que um setor de bico foi fabricado no ferramental para fusão seletiva em um leito de pó, e então separado da plataforma de fabricação, é necessário remover o suporte removível. Uma etapa de polimento manual é necessária para eliminar os resíduos desses suportes. Durante o polimento manual, o operador precisa mover a ferramenta de polimento sobre a borda onde os suportes estavam presentes (correspondendo à borda dianteira ou à borda posterior do aerofólio) e pressionar contra a mesma. O polimento manual pode, portanto, levar a defeitos e irregularidades de formato para a borda em questão como um resultado da remoção excessiva de material. Tais defeitos podem vir a ser problemáticos para a aerodinâmica dos aerofólios durante o uso subsequente em um motor de turbina.
OBJETIVO E SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[008] Um objetivo principal da presente invenção é, portanto, mitigar tais desvantagens ao propor um método para fabricar uma pré-forma de aerofólio para um motor de turbina por fusão seletiva em um leito de pó, a pré- forma compreendendo um aerofólio e pelo menos um suporte removível preso ao aerofólio, o aerofólio sendo fabricado camada por camada a partir de uma primeira borda do aerofólio correspondendo a uma borda dianteira ou a uma borda posterior de um aerofólio a uma segunda borda do aerofólio correspondendo a uma borda posterior ou uma borda dianteira do aerofólio, o método compreendendo fabricar o suporte removível e o aerofólio, dito suporte removível sendo para prender primeiramente a uma plataforma de fabricação e segundamente a uma porção de uma face formando um lado de pressão ou um lado de sucção do aerofólio situado na vizinhança da primeira borda do aerofólio e voltado para dita plataforma de fabricação.
[009] De acordo com a invenção, a face formando um lado de pressão ou um lado de sucção do aerofólio e voltada para a plataforma de fabricação inclui uma parte plana se estendendo para longe de dita face, a parte plana estando presente em uma porção de dita face que é situada fora da primeira borda do aerofólio, o suporte removível sendo preso à parte plana ou a ambas a parte plana e a porção de dita face que é situada fora da primeira borda.
[0010] O método da invenção é notável pelo fato de que, durante fabricação da pré-forma de aerofólio, o método incorpora fabricar uma parte plana na primeira borda do aerofólio (cuja primeira borda pode corresponder a uma borda dianteira ou a uma borda posterior dependendo da orientação do aerofólio no ferramental para fusão seletiva em um leito de pó). A presença dessa parte plana vantajosamente permite à porção do aerofólio, à qual o suporte removível é afixado, ser afastada da primeira borda sob consideração. Em outras palavras, o suporte removível é retraído da primeira borda do aerofólio. Quando o suporte removível é subsequentemente removido a fim de obter o aerofólio, resíduos do suporte estão localizados na parte plana e possivelmente em uma porção da face do aerofólio que está voltada para a plataforma de fabricação, mas não diretamente na primeira borda. Portanto, ao polir o aerofólio a fim de remover o resíduo, o operador não precisa pressionar contra o mesmo a primeira borda do aerofólio, mas, em vez disso, contra a parte plana e contra a face do aerofólio na vizinhança da qual a parte plana está presente. Tal configuração, portanto, serve para limitar o surgimento de defeitos devido à remoção dos suportes ao garantir que o aerofólio seja polido de maneira uniforme e controlada. Além disso, o tempo requerido para ajustar ou polir o aerofólio é reduzido por tal técnica ao tornar esta etapa mais sistemática. Naturalmente, outras técnicas que não sejam polimento podem ser usadas para ajustar o formato do aerofólio após os suportes terem sido removidos.
[0011] Preferivelmente, a parte plana compreende uma primeira face paralela à plataforma de fabricação e tangencial à primeira borda do aerofólio. Por exemplo, a primeira face pode formar um ângulo que é menor que ou igual a 5° em relação à plataforma de fabricação. Já que a parte é acumulada camada por camada, cada camada sendo paralela à plataforma de fabricação, isso significa que a primeira camada formando o aerofólio apresenta uma área, por exemplo uma área retangular. É vantajoso para a primeira camada ser uma área, ao invés de uma linha, a fim de prover melhor retenção do aerofólio, em particular em sua primeira borda.
[0012] Também preferivelmente, a parte plana compreende adicionalmente uma segunda face perpendicular à primeira face. Por exemplo, a segunda face pode formar um ângulo situado na faixa de 85° a 95° em relação à primeira face. Sob tais circunstâncias, um ponto da parte plana na interseção entre as primeira e segunda faces de dita parte plana pode estar situado a uma distância da face do aerofólio voltada para a plataforma de fabricação que é menor que ou igual a 0,5 milímetros (mm), por exemplo menor que ou igual a 0,3 mm. Mais geralmente, a parte plana pode ser integrada ao aerofólio de uma maneira tal que não exceda o nível aceitável de defeitos de formato para o aerofólio (como apontado em relatórios descritivos, por exemplo), ou em outras palavras, para cumprir com os requisitos para o formato do aerofólio. Portanto, quando a parte plana é construída desse jeito, suas dimensões são menores que as dimensões de um defeito de formato aceitável para o aerofólio, então removê- la subsequentemente, através de usinagem, por exemplo, pode se tornar opcional.
[0013] O suporte removível pode ser um suporte celular.
[0014] A invenção também provê um método para fabricar um aerofólio de motor de turbina, o método compreendendo as etapas a seguir: - fabricar uma pré-forma de aerofólio através de um método como descrito acima; e - remover o suporte removível e a parte plana a partir da pré- forma de aerofólio.
[0015] Preferivelmente, remover o suporte removível e a parte plana compreende polir o aerofólio.
[0016] A invenção também provê um método para fabricar um setor de bico de motor de turbina por fusão seletiva em um leito de pó, um setor de bico que compreende uma pluralidade de aerofólios estacionários transportados por dois setores de anéis, os aerofólios estacionários sendo fabricados por um método de fabricação de aerofólio como descrito acima.
[0017] Finalmente, a invenção provê uma pré-forma de aerofólio de motor de turbina compreendendo um aerofólio e pelo menos um suporte removível preso ao aerofólio, uma das faces do aerofólio formando um lado de pressão ou um lado de sucção incluindo uma parte plana se estendendo a partir de dita face, a parte plana estando presente em uma porção de dita face situada fora de uma primeira borda do aerofólio correspondendo à borda dianteira ou à borda posterior do aerofólio, o suporte removível estando preso à parte plana ou a ambas a parte plana e uma porção de dita face situada fora da primeira borda.
[0018] Preferivelmente, a parte plana tem uma primeira face que é tangencial à primeira borda do aerofólio e uma segunda face que é substancialmente perpendicular à primeira face.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0019] Outras características e vantagens da presente invenção aparecem a partir da seguinte descrição feita com referência aos desenhos em anexo. Nas figuras: - a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um setor de bico adequado para ser fabricado por um método da invenção; - a Figura 2 é um fluxograma mostrando as etapas principais de um método da invenção para fabricar um aerofólio; - a Figura 3 é uma vista em seção diagramática de ferramental para fusão seletiva em um leito de pó no qual um setor de bico é fabricado; - a Figura 4 é uma vista detalhada da figura 3 na primeira borda de um aerofólio junto com seu suporte removível; e - a Figura 5 é uma vista similar à vista da figura 3, mostrando um método de técnica anterior.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0020] A Figura 1 mostra um setor de bico 1 ou conjunto de palhetas guias de uma turbina para um motor de turbina de aviação, como descrito acima. Tal setor de bico 1 pode ser fabricado através de um método da invenção por fusão seletiva em um leito de pó. Uma etapa do método de fabricação inclui fabricar aerofólios 2 de um setor de bico 1 (isto é, suas palhetas). Deve ser observado que a invenção se aplica igualmente bem a aerofólios para motores de turbina, sejam os motores para uso terrestre ou para aviação.
[0021] Um método da invenção para fabricar um aerofólio 2 é descrito abaixo com referência ao fluxograma da figura 2 e o ferramental para fusão seletiva mostrada nas Figuras 3 e 4. Tal método compreende inicialmente fabricar uma pré-forma de aerofólio (etapa E1) e então remover (etapa 2) o suporte removível 6 da pré-forma a fim de obter o aerofólio. O suporte 6 é, portanto, dito ser “removível” já que é projetado para ser removido do aerofólio 2 após ter sido fabricado por um método da invenção.
[0022] A Figura 3 mostra o ferramental 10 para fusão seletiva em um leito de pó adequado para uso na fabricação de um setor de bico 1 tendo uma pluralidade de aerofólios estacionários 2. Para fins de simplificação, o ferramental 10 é mostrado em seção durante a fabricação de um setor de bico 1 que compreende somente dois aerofólios 2.
[0023] De maneira conhecida, o ferramental 10 tem um suprimento de pó 12 e uma zona de fabricação 14 na qual um setor de bico 1 é fabricado. O suprimento de pó 12 contém o pó de metal 16 ou pó de liga de metal que deve ser usado para fabricar um setor de bico 1, enquanto a zona 14 é adequada para conter um setor de bico 1 uma vez que foi fabricado, junto com o pó 18 que não foi fundido.
[0024] No fundo do suprimento de pó 12 há uma plataforma 20 adequada para se mover verticalmente a fim de dispensar pó a um raspador ou rolo 22 que pode subsequentemente empurrar o pó à zona de fabricação 14 de modo a formar uma camada de pó. No fundo da zona de fabricação 14 há uma plataforma de fabricação 5 adequada para se mover verticalmente de maneira progressiva enquanto um setor de bico 1 é fabricado. O raspador ou rolo 22 constituindo meios de espalhadores de pó serve para depositar uma camada de pó na plataforma de fabricação 5.
[0025] Finalmente, o ferramental 10 inclui um membro aquecedor 23 tendo uma porção de gerador 24 para gerar um feixe de laser ou um feixe de elétrons, e uma porção de controle 25 para controlar o trajeto seguido pelo feixe gerado de modo a fundir seletivamente uma camada de pó depositada na zona de fabricação 14.
[0026] Para cada aerofólio 2, é feita provisão para fabricar um suporte removível 6 que é preso primeiramente à plataforma de fabricação 5 e segundamente ao aerofólio 2, logo, permitindo o aerofólio 2 ser retido ao longo do método de fabricação. Uma pré-forma de aerofólio é, portanto, fabricada de modo que compreende um aerofólio 2 e seu suporte removível 6.
[0027] A Figura 4 é uma vista diagramática ampliada de uma pré- forma de aerofólio na zona de fabricação 14 na vizinhança do suporte removível 6. Neste exemplo, a pré-forma de aerofólio é fabricada na direção indicada pela seta 26. A fabricação da pré-forma de aerofólio começa com o suporte 6, seguida pela fabricação do aerofólio 2, começando com uma primeira borda 28 do mesmo (correspondendo à borda posterior do aerofólio neste exemplo) e continuando a uma segunda borda do mesmo (correspondendo neste exemplo à borda dianteira do aerofólio, não mostrada). Como pode ser visto nas figuras, a primeira borda 28 é situada voltada para a plataforma de fabricação 5, enquanto a segunda borda é situada remota da plataforma de fabricação 5. Além disso, a primeira borda 28 e a segunda borda são geralmente paralelas à superfície de topo da plataforma de fabricação.
[0028] De acordo com a invenção, uma parte plana 30 é formada no aerofólio 2, e mais precisamente em uma face 2a do aerofólio e na primeira borda 28 do aerofólio. Essa parte plana 30 se estende a partir da vizinhança da primeira borda 28 e para longe da primeira borda 28 ao lado da face 2a do aerofólio que está voltado para a plataforma de fabricação 5 (neste exemplo esta face é o lado de sucção do aerofólio). No exemplo mostrado, a parte plana 30 tem uma primeira face 30a substancialmente paralela à plataforma de fabricação 5 e tangencial à primeira borda 28 do aerofólio, e uma segunda face 30b substancialmente perpendicular à primeira face 30a. Nesta configuração, um ponto 30c situado na interseção entre as duas faces está a uma distância d da face 2a do aerofólio. Esta distância d é preferivelmente menor que ou igual a 0,5 mm, ou de fato menor que ou igual a 0,3 mm, a fim de cumprir com o nível aceitável de defeitos de formato para o aerofólio 2. Em geral, a distância d pode ser selecionada para ser menor que ou igual ao nível aceitável de defeitos de formato para o aerofólio 2, onde o defeito de formato é geralmente definido por relatórios descritivos.
[0029] Neste exemplo, o suporte removível 6 compreende uma pluralidade de cristas 6a (ou abas) para suportar o aerofólio 2. Estas cristas 6a são presas em uma porção do aerofólio 2 que se estende a partir da parte plana 30 para a face 2a do aerofólio e na direção indo para longe da primeira face 28. As cristas 6a podem ser presas à parte plana e retraídas da primeira borda 28 do aerofólio; isto é, as cristas 6a não são posicionadas exatamente na primeira borda do aerofólio, mas são afastadas da mesma. Em uma modalidade que é não mostrada, as cristas 6a podem ser presas em uma porção se estendendo a partir do meio da face 30a da parte plana 30 e até à face 2a do aerofólio.
[0030] Deve ser observado que, ao final da etapa E1, o suporte 6, a parte plana 30 e o aerofólio 2 formam uma parte única (referida daqui em diante como a “pré-forma” de aerofólio).
[0031] O suporte removível 6 é preferivelmente do tipo celular. De maneira geral, o suporte removível 6 não precisa ser sólido; pode ser oco, por exemplo. Isso evita consumir material demais durante o método de fabricação, já que o suporte 6 acaba sendo removido da pré-forma de aerofólio.
[0032] A linha tracejada 32 na Figura 4 representa a primeira camada constituindo o aerofólio, e pode ser visto que a porção fundida desta primeira camada que começa fabricação do aerofólio 2 forma um plano como um resultado da presença da parte plana 30. É vantajoso obter uma primeira camada de aerofólio que é constituída por um plano. Especificamente, na fabricação de aditivos, a fim de minimizar defeitos de fabricação, é apropriado evitar tanto quanto possível começar uma parte ao fundir uma linha única. Adicionalmente, ao começar a fabricação do aerofólio 2 com um plano, é retido melhor pelo suporte 6.
[0033] Uma vez que a pré-forma de aerofólio tenha sido fabricada (ou uma pluralidade de pré-formas para um bico ou um conjunto de palhetas guias), o suporte removível 6 pode ser removido cortando através das cristas 6a (etapa E2). Os resíduos das cristas 6a do suporte 6 que permanecem juntos com a parte plana 30 são subsequentemente eliminados, usando por exemplo uma ferramenta de polimento do tipo esmerilhador. A presença da parte plana 30 torna possível evitar apoiar a ferramenta de polimento contra a primeira borda 28 durante esta etapa. Especificamente, é possível, em vez disso, posicionar a ferramenta de polimento contra a parte plana 30 e contra a face 2a de modo a evitar danificar a primeira borda 28. Adicionalmente, foi verificado ser mais fácil pressionar a ferramenta de polimento contra a face 2a em vez de contra a primeira borda 28. A presença da parte plana então torna possível obter aerofólios tendo primeiras bordas 28 que são regulares e que não apresentam defeitos maiores do que defeitos que são aceitáveis como definido por relatórios descritivos.
[0034] Deve ser observado que não vai além do âmbito da invenção uma pluralidade de suportes 6 ser usada para suportar um aerofólio 2.
[0035] Para fins de comparação, o posicionamento de um suporte removível 6 como pode ser feito na técnica anterior é mostrada na Figura 5. Nessa configuração, pelo menos uma crista 6a do suporte 6 é posicionada na primeira borda 28 a fim de ser capaz de reter o aerofólio corretamente enquanto ele está sendo fabricado. Além disso, a primeira camada formando o aerofólio 2 (representada pela linha tracejada 32) é constituída por uma linha, a qual não é desejável pelas razões mencionadas acima. Após o suporte 6 ter sido cortado, pelo menos algum resíduo de cristas 6a é inevitavelmente posicionado na primeira borda 28. A presença deste resíduo torna as etapas de ajuste e polimento do aerofólio mais difícil, e pode levar a defeitos na borda e à irregularidade no conjunto de aerofólios 2 enquanto fabricado.

Claims (9)

1. Método para fabricar uma pré-forma de aerofólio para um motor de turbina por fusão seletiva em um leito de pó, a mencionada pré-forma compreendendo um aerofólio (2) e pelo menos um suporte removível (6) preso ao aerofólio, tal aerofólio sendo fabricado camada por camada a partir de uma primeira borda (28) do aerofólio, a qual corresponde a uma borda dianteira ou a uma borda posterior de um aerofólio, até uma segunda borda do aerofólio, a qual corresponde a uma borda posterior ou a uma borda dianteira do aerofólio ao longo de uma direção (26) perpendicular a uma altura da primeira borda, o método compreendendo fabricar o suporte removível e o aerofólio, tal suporte removível sendo para prender primeiramente a uma plataforma de fabricação (5), e, em segundo lugar, a uma porção de uma face (2a) formando um lado de pressão ou um lado de sucção do aerofólio situado na vizinhança da primeira borda do aerofólio e voltado para a referida plataforma de fabricação, estando a primeira borda (28) voltada para a plataforma de fabricação (5) e a segunda borda situada oposta àquela plataforma de fabricação; dito método sendo caracterizado pelo fato de que a face (2a) que forma um lado de pressão ou um lado de sucção do aerofólio e voltado para a plataforma de fabricação inclui uma parte plana (30) que se estende para longe de dita face, a parte plana estando presente sobre uma porção de dita face que está situada do lado de fora da primeira borda (28) do aerofólio, o dito suporte removível (6) sendo preso à parte plana ou a ambas a parte plana (30) e a porção de dita face (2a) que está situada do lado de fora da primeira borda (28).
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a parte plana (30) compreende uma primeira face (30a) paralela à plataforma de fabricação e tangencial à primeira borda (28) do aerofólio.
3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a parte plana (30) compreende adicionalmente uma segunda face (30b) perpendicular à primeira face (30a).
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um ponto (30c) da parte plana numa interseção entre a primeira e a segunda faces (30a, 30b) daquela parte plana está situado a uma distância (d) de dita face (2a) do aerofólio voltada para a plataforma de fabricação (5) que é menor que ou igual a 0,5 mm.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o suporte removível (6) é um suporte celular.
6. Método para fabricar um aerofólio (2) de motor de turbina, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas a seguir: - fabricar uma pré-forma de aerofólio (etapa E1) por um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; e - remover (etapa E2) o suporte removível (6) e a parte plana (30) da pré-forma de aerofólio.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que remover o suporte removível (6) e a parte plana (30) compreende polir o aerofólio (2).
8. Pré-forma de aerofólio de motor de turbina compreendendo um aerofólio (2) e pelo menos um suporte removível (6) preso ao aerofólio, a pré-forma sendo caracterizada pelo fato de que uma das faces (2a) do aerofólio formando um lado de pressão ou um lado de sucção inclui uma parte plana (30) que se estende a partir de dita face, a parte plana estando presente sobre uma porção daquela face situada do lado de fora de uma primeira borda (28) de dito aerofólio correspondendo à borda dianteira ou à borda posterior do aerofólio, o suporte removível (6) sendo preso à parte plana (30) ou a ambas a parte plana e a uma porção de dita face (2a) situada do lado de fora da primeira borda (28).
9. Pré-forma de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de a parte plana (30) ter uma primeira face (30a) que é tangencial à primeira borda (28) do aerofólio (2) e uma segunda face (30b) que é perpendicular àquela primeira face (30a).
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