CN107073584A - 制造部件的方法以及该部件 - Google Patents

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Abstract

提出了一种制造部件(100)的方法。该方法包括下述步骤：通过粉末床制造工艺制造部件(100)的第一区段(2)，以及通过增材制造工艺制造部件(100)的起始于第一区段(2)的第二区段(3)，使得第二区段(3)超过第一区段(2)的至少一个侧面(5)而突出了突出距离(PD)。此外，提出了一种部件，该部件包括第一区段(2)和第二区段(3)，第一区段(2)通过粉末床制造工艺制造，第二区段(3)通过增材制造工艺制造，其中，第二区段(3)超过第一区段(2)的至少一个侧面(5)而突出了突出距离(PD)。

Description

制造部件的方法以及该部件
技术领域
本发明涉及一种制造诸如涡轮机的导向叶片或涡轮机的导向叶片的部件之类的部件的方法以及相应部件。
背景技术
借助于增材制造工艺或相应的工艺构造或制造涡轮机部件是已知的，涡轮机部件例如为叶片、特别是导向叶片。因此，实施了粉末床法，然而粉末床法通常需要复杂的支承结构和后处理。这又会导致不必要的或不利的表面特性。所述支承结构属于仅在执行主要制造时所需的“废弃的(dead)”、“不倾向的(un-lean)”或不需要的结构。此外，所述粉末床方法可能限于单个几何轴线的构建或制造。另一方面，诸如激光熔覆或激光金属沉积的替代手段通常太不精确，特别是在表面结构的表面粗糙度和几何“分辨率(resolution)”方面。
例如，在EP 2 756 909 A1中描述了激光熔覆的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种部件的改进的制造方法，优选地为增材制造方法，通过该改进的制造方法可以克服上述缺点，所述部件例如为用于燃气涡轮机的导向叶片的部件或相应的导向叶片。
上述目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施方式是从属权利要求的主题。
本公开的一方面涉及一种制造部件的方法，该方法包括通过或借助于粉末床制造工艺制造部件的第一区段的步骤。粉末床制造工艺有利地是增材制造工艺。该方法还包括通过或借助于增材制造工艺制造部件的起始于或基于第一区段的第二区段，使得第二区段超过或超出第一区段的至少一个侧面而突出或伸出了突出距离或伸出距离。因此，在部件或第二区段的平面图中，第二区段可以超过所提及的侧面或侧部或外边缘突出或伸出。
第二区段的制造可以借助于所提及的增材制造工艺在第一区段上直接执行。优选地，通过不同的工艺或方法来执行第一区段的制造和第二区段的制造。突出部可以涉及第二区段的悬伸结构或相应的延伸部。所提及的侧部或侧面优选地表示例如围绕第一区段的纵向轴线延伸的第一区段的横向或周向侧。因此，所提及的突出的延伸是定向的，或者换句话说，突出部沿着与所述纵向轴线垂直的轴线延伸。
优选地，借助于多轴线制造工艺诸如激光熔覆或激光金属沉积来执行第二区段的制造。有利的是，在例如导向叶片的构造或制造期间，可以利用所提及的粉末床制造工艺和增材或多轴线制造工艺两者的优点，其中，可以克服上述缺点或缺陷。特别地，在部件的制造期间，可以避免支承突出材料的复杂的支承结构。
此外，可以有利地消除在支承结构的后续后处理期间可能引起的所述不利的表面特性。
在一个实施方式中，突出距离等于第一区段的横向尺寸的至少双倍或两倍。
在一个实施方式中，突出距离等于第一区段的横向尺寸的至少四倍。
在一个实施方式中，第二区段超过或超出第一区段的至少两个相反的侧面而有利地突出了突出距离。第二区段可以超过第一区段的所有横向侧部或侧面而周向地突出，即围绕第一区段的纵向轴线突出。
在一个实施方式中，第一区段的制造在第一装置中执行，并且第二区段的制造在与第一装置不同的第二装置中执行，并且其中，在第一区段的制造之后，第一区段从第一装置拆下并且安装到第二装置中，以进行后续的第二区段的制造。换句话说，可以重新安装第一区段或部件。尽管不同的制造或构造装置用于所提及的方法，但是可以调整这两种技术或装置以便简便高效地重新安装，使得可以以高效简便的方式执行部件的制造。
在一个实施方式中，第一区段的制造和第二区段的制造在同一装置中执行。因此，所提及的装置有利地被配置成能够执行基于粉末床的制造工艺和多轴线制造工艺。
在一个实施方式中，第一区段通过或借助于以下技术中的至少一种技术来制造：选择性激光熔化、电子束熔化、选择性激光烧结。优选地，第一区段通过选择性激光熔化来制造，因为这可以是用于构造导向叶片或类似部件的粉末床制造工艺中最有利的工艺或技术。
在一个实施方式中，第二区段通过或借助于多轴线制造工艺例如激光熔覆来制造。
在一个实施方式中，第二区段通过或借助于例如激光熔覆的机器人或CAD受控制造工艺来制造。
在一个实施方式中，第一区段在预制或分离的基板或平台上进行制造，例如适应性地制造在预制或分离的基板或平台上。预制的基板可以是用于已经使用的部件或已经使用的部件的一部分的部件的平台，例如燃气涡轮机的已经使用的导向部件。有利的是，所提及的方法可以用于例如涡轮机的维修应用。
在一个实施方式中，第一区段被直接制造，而不使用预制或分离的基板或平台。根据该实施方式，平台可以是用于部件的新平台，或者替代性地表现为平台本身。
在一个实施方式中，部件是用于涡轮机例如燃气轮机的导向叶片的一部分。
在一个实施方式中，部件是涡轮机例如燃气涡轮机的导向叶片。
在一个实施方式中，第一区段是涡轮机例如燃气涡轮机的翼面。
本公开的另一方面涉及一种部件，该部件包括通过粉末床制造工艺制造的第一区段和通过增材制造工艺制造的第二区段，其中，第二区段超过第一区段的至少一个侧面而突出了突出距离。
该部件优选地通过所描述的方法制造或者可以通过所描述的方法制造。结合该方法在上下文中描述的特征因此也可以应用于所描述的部件，反之亦然。
以下方面可以与本发明相关：
方面1：为增材制造的分层粉末床提供最佳精度和表面光洁度的工艺，并结合LMD工艺，以避免在皮下(downskin)区域处的支承结构和不良的表面质量。
方面2：方面1的工艺，其中，使用5轴线LMD工艺。
附图说明
在下文中参照附图中示出的图示实施方式对本发明进行进一步描述，在附图中：
图1示出了现有技术的部件的示意图。
图2示出了根据本文描述的方法的实施方式构造的部件的示意图。
图3示出根据本文描述的方法的另一实施方式构造的部件的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了现有技术的部件，特别是导向叶片部件。部件100包括下部平台1。下部平台1可以通过任何增材制造工艺来构造。该部件还包括翼面2，翼面2可以包括精美或精致的结构。下部平台1可以构成用于翼面2的基板或平台。翼面2要以一定的精度和表面质量制造，翼面2优选通过选择性激光熔化(SLM)制造。例如，诸如激光金属沉积(LMD)的激光熔覆技术不能实现所需的几何精度，并且可能需要额外的后处理，例如机械加工。
部件100还包括上部平台3，上部平台3可以是部件100的任何部分或子部件，例如燃气涡轮机的壳体的一部分或导向叶片的部件。由于所需的几何精度和分辨率(resolution)，上部平台3通常也通过SLM构造。由于上部平台3在翼面2的横向延伸(水平尺寸)上从两个侧面(图1中的左侧和右侧)突出或伸出较远，所以制造过程需要广泛使用对上部平台3的悬伸或伸出结构或部分进行支承的支承结构4。因此，任何突出部或悬伸部在SLM工艺中可以由相应的支承结构或材料有利地支承。
基板或下部平台1和/或翼面2在此可以与第一区段相对应或者应与第一区段相关联，并且上部平台3应与第二区段相关联(参见下面的图2和图3)。
图2示出了已经或可以通过本文描述的制造方法制造的部件100的示意图。如图所示，部件100包括“H”形轮廓或横截面。部件100包括下部平台或平台1。平台1可以构成基板或基部部分。部件100还包括第一区段2。第一区段2优选地构成部件100的翼面或用于部件100的翼面。第一区段2包括位于第一区段2的相反两侧(参见图2中的左侧和右侧)的侧面5。侧面5也可以表示第一区段2的一个周向侧面或多个周向侧面。第一区段2包括在图2中用LD表示的横向尺寸。
优选地，通过或借助于粉末床制造工艺例如SLM制造第一区段2。这是为了如上所述地以所需的几何精度或分辨率来制造部件100。替代性地，第一区段2可以通过例如电子束熔化或选择性激光烧结来制造。优选地，第一区段2沿着部件100和/或第一区段2的纵向轴线Z制造或建造。在所提及的粉末床制造工艺中，纵向轴线Z可以涉及第一区段2的构建轴线。纵向轴线Z有利地垂直于横向尺寸LD。
平台1优选地在诸如SLM的同一工艺中沿着第一区段2制造或者与第一区段2一起制造。为此，平台1和第一区段2优选地构成部件100的整体部分或子部件，部件100的该整体部分或子部件直接通过所提出的方法进行制造，而不使用任何单独的或预制的平台或基板。
部件100还包括第二区段3。第二区段3可以是部件100的上部平台或外部平台或外部部分，诸如壳体。第二区段3在第一区段2和/或平台1制造之后连续地结合至第一区段2以构成部件100。优选地，通过或借助于诸如LMD或激光熔覆的多轴线制造工艺来制造第二区段3。
特别地，第二区段3优选地通过5轴线机器人和/或CAD(计算机辅助设计)的受控LMD工艺来制造。替代性地，第二区段3可以通过或借助于8轴线LMD工艺来制造。所提及的轴线可以涉及相应技术中可用的自由度。特别地，该工艺的基部以及相关设备装置可以沿着三个垂直空间方向移动。此外，所述基部可以围绕两个垂直的旋转轴线倾斜或旋转，由此可以实现八个几何自由度。
替代性地，第二区段3可以通过或借助于粉末床制造工艺诸如SLM来制造。根据该实施方式，在制造第二区段2之前，优选地，第二区段2也在相应的装置中重新安装或转动，使得可以避免使制造不利地复杂化的(废弃的)支承结构。
如图2所示，第二区段3超过或超出第一区段2的侧面5中的至少一个侧面、优选地侧面5中的所有侧面而悬伸、突出或伸出了突出距离PD。因此，在观察平面图(未示出)中的部件和/或第二区段3时，第二区段优选地超过所提及的侧面5或侧面5的边缘而突出。
优选地，突出距离PD等于第一区段2的横向尺寸LD的至少双倍或两倍，更优选地等于第一区段2的横向尺寸LD的四倍。在准备制造的部件中，突出距离PD越大，即第二区段3超过第一区段2的侧面5突出得越多，所提出的方法在部件100例如用于特定的导向叶片部件的构造中越有利。
与示出单向竖直侧面5的图中的示意图不同，例如，第一区段2可以根据涡轮机导向叶片的特定要求折弯或弯曲。优选地，根据导向叶片的翼面，第一区段2包括细小且精致的结构。此外，图2中的部件100的几何结构必须在空间上被理解为使得第二区段3优选地超过第一区段2的每个横向侧面5而以所描述的方式突出。因此，所提及的第一区段的横向尺寸可以涉及x方向(图中的水平方向)或y方向(进出纸平面的方向)的尺寸。
通过对第二区段3应用LMD工艺，可有利地克服由复杂的支承结构所带来的缺点(参见上文)，而这些复杂的支承结构在通过例如SLM制造第二区段3时是必要的。这是因为次级制造(sub-manufacture)从SLM转换为LMD，其中，可以进一步构造当前制造的部件的部分(即第一区段2)，而不需要所提及的支承结构。由于制造或次级制造或相应工艺的转换，可能需要转换制造装置，即通过例如SLM构造的子部件(平台1和/或第一区段2)必须从对应的SLM装置拆下并且安装到例如LMD装置(图中未示出的装置)中。替代性地，在合适的装置中，可以在同一装置中执行两个工艺，即第一区段2的制造和第二区段3的制造。
通常，根据本公开可理解的是，在沿着第二区段或者视情况而定为部件100的竖向延伸的任何位置或高度处切换成LMD工艺。
优选地，在不同的制造或构造装置用于所提出的方法的情况下，可以调整相应的装置或设置，以在部件或导向叶片的构造期间容易且有效地“重新安装”，使得整个部件的制造可以是以高效简便的方式进行。
图3以示意图示出了通过本文所述的方法制造的部件的替代性实施方式。与图2所示的部件不同，平台1或基部部分是预制的、预先存在的或者是制造该部件所起始的单独的平台。因此，预制的平台1不是与第一区段2一起制造的。然而，所述预先存在的平台构成了准备制造的部件的一部分。
本文描述的本发明的方法可以涉及与以下问题及其解决方案相关的混合式制造或混合式制造方法或混合制造工艺。
问题A：当导向叶片应通过分层增材制造技术生产时，由于不合适的部件形状，而使用太多的支承结构，例如在导向叶片的气体通道中(见图1)。
问题B：现在只有分层粉末床工艺能提供足够精确的精致结构；在没有额外的加工的情况下，LMD通常不够准确或精确到足以创建最终的几何形状。
问题C：建立在分层粉末床系统中的翼面部段或区段2在建立在典型的空间45-45度空间角度并因此产生了大量不需要的支承结构的情况下通常具有较差的表面质量。换句话说，第一区段可以在粉末床系统或装置中以例如45°的倾斜方位或沿着例如45°的倾斜方位建造或构造。
为了在上部平台3具有许多必须被支承在松散的粉末床上的突出、悬伸或者皮下(downskin)表面的事实的情况下工作；唯一的方法是使用昂贵的熔模铸造(参见图1)，许多“不倾向的(un-lean)”、废弃的支承结构4(参见图1)导致不经济的情况。
通过在一个单个部件中使用组合的不同的增材制造技术(参见图2，像快速成型(Rapid Prototyping)这样的新制造，或者参见图3，从重复使用的或预制的下部平台1或维修开始的新制造)：
所描述的方法可以涉及以下步骤：
步骤1：从相对简单地构建平台1(参见图2)或使用重复使用的下部平台1(参见图3)和结合的翼面2(当不合适的皮下区域出现时，直到沿着翼面或第一区段的水平延伸的高度)开始，导向叶片的关键部分在粉末床工艺中沿z方向成层地构建。
步骤2：将部分地构成的部件从分层粉末床工艺中取出，并将其移动到5轴线激光金属沉积(LMD)工艺(可能地，x或y或z方向)。具有应该防止的皮下区域的第二平台5在那里构建。通过这样做，以前不希望的皮下区域变成了对五轴线工艺更有利的构建方向。
结合AM的混合式方法：当需要最佳精度和表面光洁度时，采用分层粉末床，并与5轴线LMD工艺相结合，以避免皮下区域处的支承结构和不良的表面质量。
尽管已经参照具体实施方式描述了本发明，但是本说明书并不意味着被解释为限制性的。参照本发明的描述，所公开的实施方式的各种修改以及本发明的替代性实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见。
例如，可以想到，该部件没有体现为“H”形外形或横截面，而是可以具有任何形状，其中，第二区段如所描述地那样超过第一区段的侧面而伸出或悬伸。
因此，可以设想，在不脱离如所限定的本发明的实施方式的情况下可以做出相应的修改。

Claims (11)

1.一种制造部件(100)的方法，所述方法包括下述步骤：
-通过粉末床制造工艺制造所述部件(100)的第一区段(2)，
-通过增材制造工艺制造所述部件(100)的起始于所述第一区段(2)的第二区段(3)，使得所述第二区段(3)超过所述第一区段(2)的至少一个侧面(5)而突出了突出距离(PD)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述突出距离(PD)等于所述第一区段(2)的横向尺寸(LD)的至少双倍。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二区段(3)超过所述第一区段(2)的至少两个相反的侧面(5)而突出。
4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，所述第一区段(2)的制造在第一装置中执行，并且所述第二区段的制造在与所述第一装置不同的第二装置中执行，并且其中，在所述第一区段(2)的制造之后，所述第一区段(2)从所述第一装置拆下并且安装到所述第二装置中，以进行后续的所述第二区段(3)的制造。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，所述第一区段(2)通过下述技术中的至少一种技术来制造：选择性激光熔化、电子束熔化、选择性激光烧结。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，所述第二区段(3)通过多轴线制造工艺例如激光熔覆来制造。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，所述第一区段(2)被制造到预制平台(6)上。
8.根据权利要求1至6中的至少一项所述的方法，其中，所述第一区段(2)被直接制造，而不使用预制平台。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，所述部件(100)是用于涡轮机的导向叶片或者是用于涡轮机的导向叶片的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一区段(2)是涡轮机的翼面。
11.一种部件(100)，包括：
-第一区段，所述第一区段通过粉末床制造工艺制造；以及
-第二区段(3)，所述第二区段(3)通过增材制造工艺制造，其中，所述第二区段(3)超过所述第一区段(2)的至少一个侧面(5)而突出了突出距离(PD)。
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