CN108698127B - 使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置 - Google Patents

使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108698127B
CN108698127B CN201780011701.7A CN201780011701A CN108698127B CN 108698127 B CN108698127 B CN 108698127B CN 201780011701 A CN201780011701 A CN 201780011701A CN 108698127 B CN108698127 B CN 108698127B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strip
shot
peening
nozzle
manufacturing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780011701.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108698127A (zh
Inventor
丹尼尔·科尔尼
杰瓦德·巴德雷丁
文森特·德索利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran SA
Original Assignee
Safran SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran SA filed Critical Safran SA
Publication of CN108698127A publication Critical patent/CN108698127A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108698127B publication Critical patent/CN108698127B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
    • C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/62—Treatment of workpieces or articles after build-up by chemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/144—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor the fluid stream containing particles, e.g. powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/1462—Nozzles; Features related to nozzles
    • B23K26/1464—Supply to, or discharge from, nozzles of media, e.g. gas, powder, wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/25—Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • B22F3/164—Partial deformation or calibration
    • B22F2003/166—Surface calibration, blasting, burnishing, sizing, coining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/001—Turbines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/10—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for compacting surfaces, e.g. shot-peening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

用于使用层的连续沉积来制造部件的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：a)将第一熔融金属层(110)沉积在基板(80)上，以在所述基板上形成第一金属带；b)将第二熔融金属层沉积在第一带上，使得在第一带上形成第二金属带；和c)对于每个待沉积在前一个带的上的新的金属层，重复步骤a)和步骤b)，直到已形成部件的至少一部分；其特征在于，在n个沉积步骤之后所述方法包括对所获得的带进行压缩的压缩步骤，其中n大于或等于1，并且该压缩以热状态发生，即，在带完全冷却之前发生。

Description

使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种使用层的连续沉积来制造部件的增材制造方法和装置。
背景技术
现有技术特别包括文献FR-A1-2 816 836、EP-A1-0 529 816、US-A1-2004/099983、EP-A1-2 135 698、GB-A-2 508 335和FR-A1-2 998 496。
至少有两种类型的增材制造方法用于获得如下部件：该部件通过连续沉积熔融物质来制造(图1)，或者该部件通过连续的粉末床熔合操作来制造。
图1中所示的装置用于通过层或熔融物质的连续沉积来制造部件。通过将层10叠置在基板80上来生产该部件。该装置包括激光头20，该激光头发射使物质(例如，金属合金)熔化的光束22。
这种增材制造技术以多个名称而已知，这些名称大多数是各种装置制造商或研究机构的商业品牌：激光沉积[激光金属沉积(Laser Metal Deposition，LMD)]、直接金属沉积[Direct Metal Deposition，DMD]、直接激光沉积[Direct Laser Deposition，DLD]、激光工程[激光工程净成形(Laser Engineered Net Shaping，LENS)]、激光熔覆[lasercladding]、激光沉积焊接和激光粉末熔焊。
如图所示，激光光束22在基板80上形成熔池，使用例如激光头20将粉末24沉积在该熔池上。粉末熔融，以形成通过熔合粘附到基板上的层10或带(cordon)。然后将多个层或带叠置在第一带的顶部上以形成该部件。激光头20通常由机器人控制。
可以使用各种钛、镍、钴、WC(碳化钨)和钢的合金，其包括Ti-Al6-4V、Inconel-718、Rene-142和Stellite-6。
标准激光源是CO2、Yb光纤和Nd-YAG盘。
例如，该技术在航空中用于制造飞行器涡轮喷气发动机的某些部件。
当使用上述技术进行增材制造部件时，由于残余应力的增加，可能发生实心区域的变形。这种逐带或逐层快速固化有几个缺点：层之间的氧化风险降低部件的冶金健康(机械特性差和层之间的内聚力差)，如果应力很大则带变形，导致上部层的偏移等。此外，向制造基板的定向热传递引起晶粒的柱状生长，最终材料是各向异性的。实际上重要的是实现对残余应力的产生和微观结构的各向异性的最佳可能的控制，以便能够产生理想的部件。
本发明针对这些问题提供了一种简单、有效且具有成本效益的方案。
发明内容
因此，本发明提供了一种通过层的连续沉积来制造部件的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将第一熔融金属层沉积在基板上，以在所述基板上形成第一金属带，
b)将第二熔融金属层沉积在所述第一带上，以在所述第一带上形成第二金属带，和
c)对于每个待沉积在前一个带的顶部上的新的金属层，重复步骤a)和步骤b)，直到形成部件的所述至少一部分，
其特征在于，所述方法包括，在n个沉积步骤之后对所形成的带进行压缩的步骤，其中n大于或等于1，并且该压缩步骤在热状态下执行，即，在所述带完全冷却之前执行。
因此，本发明力图通过在沉积带之后立即对带进行处理、之后被后续的带覆盖来改善带的性质。逐带或逐层压缩处理使得能够改变/去除施加到带上的应力、硬化带的材料、甚至酸洗氧化物，由此使得可以处理变形方面、结构的各向异性和粘接缺陷。通过硬化表面，结构再生以防止外延生长。也可利用喷丸(shot peening)在沉积后续层之前去除氧化物层，以改善粘附性或改变经喷丸的层的微观结构。
为此，本发明结合了两种非常不同的方法，即通过层的连续沉积进行增材制造和例如通过喷丸进行层的压缩。这两种方法可以使用粉末形式或作为颗粒的材料，这些材料可以是相同的，以便不污染正在制造的部件。
根据本发明的方法可以包括以下单独或组合采用的特征中的一个或多个：
-压缩步骤能够在所述带的材料处于高于30℃、优选地高于100℃、更优选地高于200℃并且例如为约300℃的温度时执行。
-压缩步骤通过将气体流、例如压缩的空气流或氮气流喷射到所述带上来执行。
-压缩步骤通过对所述带进行喷丸来执行。
-利用与用于制造所述带的粉末的材料相同的材料的颗粒来执行喷丸，所述颗粒的大小优选地不同于所述粉末的颗粒的大小。这简化了粉末再加工和管理，或防止被其他合金污染，
-利用与用于制造所述带的材料不同的材料的颗粒来执行喷丸。这通过对所选介质和用于增材制造的材料的相对硬度进行作用使得对产生的残余应力(达到的深度和高度)具有更大的灵活性，
-压缩步骤被设置成允许：
i)引入残余压缩应力以抵消熔合产生的残余拉伸应力，以使变形最小化，和/或
ii)对在所述带的表面上形成的任何氧化物层进行酸洗，和/或
iii)通过喷丸改变初始带的微观结构(各向异性或柱状)以获得均匀的微观结构(多方向性或晶体粒度减小)，和/或
iv)对沉积的物质进行致密化以减小由增材制造过程引起的孔隙率。
这一系列步骤改善了部件的最终机械性能，从而防止了开裂现象(步骤i)，并且还可以用于控制部件内的一个或多个微观结构的发展。这些微观结构在最终部件或局部部件的范围上可以是均匀的，这取决于预期的工业应用(步骤iii)。
本发明还涉及一种用于实施上述方法的装置，其特征在于，该装置包括:
-激光头，所述激光头被配置为熔融填料金属以形成带，和
-用于压缩所述带的喷嘴。
有利地，激光头和喷嘴由共用的机械臂支撑。
附图说明
通过参考附图阅读作为示例提供的并且不限于此的以下描述，本发明将得到更好地理解，并且本发明的其他细节、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
-图1是根据现有技术的利用增材制造方法制造部件的装置的示意性透视图；
-图2是本发明一般原理的高度示意性的视图；
-图3是根据本发明的装置的一个实施例的高度示意性的视图，以及
-图4是根据本发明的装置的另一个实施例版本的高度示意性的视图。
具体实施方式
与模制部件、注射成型部件或由钢坯加工而成的部件相比，增材制造具有许多优点，包括减少制造时间、降低成本和减少经费。
然而，通过增材制造产生的部件具有一些缺点：在固化期间，每个新层产生残余拉伸应力，并且可能导致开裂。
本发明力图利用如图2所示的制造装置来克服这些缺点，该装置包括：
-第一喷嘴100，该第一喷嘴用于将粉末102沉积在基板80上，
-头104，该头发射激光束106，和
-第二喷嘴108，该第二喷嘴用于在带110被形成之后并且在带被后续的带覆盖之前对带110进行压缩。
如图1所示，喷嘴100的功能可以整合在激光头104中。在这种情况下，该装置将具有被配置成将粉末102沉积在基板80上的激光头104，以及喷嘴108。
根据本发明的方法包括在形成层或带的每个步骤之后，对带110进行压缩的步骤。
优选地，在激光束106在层上通过之后，通过对带进行喷丸或气体冷却来实现带110的压缩，以提供逐层或逐带处理、和施加压缩应力或获得所需的微观结构。喷丸或冷却具有不同的效果，这取决于基板的温度、发射激光束106的头104的定位等。例如，可以通过鉴定每个带110的表面等温线来控制该温度。
在带处于环境温度时对带进行压缩的特定情况下，层和头104之间的工作距离L可以是大约150mm。该头104可以具有6mm的直径，并且可以通过在0.2MPa-0.8MPa的压力下沉积直径为约100μm的颗粒来执行喷丸。
在带处于高温(例如约300℃)时进行压缩的特定情况下，可以在0.6MPa的压力下用1.0mm的弹丸进行喷丸。在这些喷丸操作之后可以进行微喷丸类型的处理，该微喷丸类型的处理用0.1mm的弹丸在0.6MPa的压力下执行。
本发明在具有高硬度(600HV-1000HV)的钢带上的应用实现了约-350MPa至-500MPa的表面应力、约-400MPa至-2000MPa的最大压缩应力、约5μm至20μm的最大应力深度、和从50μm至100μm范围内的压缩深度。
对于喷丸操作，可以使用引导式微喷丸喷嘴，该引导式微喷丸喷嘴使用粒度为10μm至100μm的细粉末。冲击表面可以是几平方毫米，被作用的深度可以在50μm到150μm之间的范围内。
这符合直接激光沉积方法。利用直接激光沉积方法，熔合层具有约200μm至500μm的厚度。熔合的粉末具有相同的晶粒尺寸；可以考虑使用相同的粉末以避免污染部件。喷丸与上述增材制造方法以相同的量级进行工作。
对于与应力相关的方面，可以调节在深度上的应力变化。还可以使用载气的冷却效果来改变应力值并限制氧化。
如上所述，还可以借助于载气引入压缩，而不使用诸如微喷丸的介质，以便硬化(trempe)物质的带并使残余应力引入其中。排出的气体可以是中性气体或反应气体。优选地，与通过支撑件进行传导相比，该流足以更快地加速带的冷却。
微喷丸或气体流喷射喷嘴108必须跟随头104以稍微延迟冲击硬化的带，该延迟例如基于喷嘴和头之间的距离d确定，d是带的冷却温度和适合于压缩带的温度的因素。实际上，喷丸喷嘴的定向的引导优选地与喷射喷嘴的引导不同。
发射头104和第二喷嘴108、以及甚至第一喷嘴100优选地由共用的机械臂支撑。
图3至图4分别示出了根据本发明的装置的两个实施例。在图3中，臂120绕轴线122(例如竖直轴线)可旋转地移动。头104以轴线122为中心，并且微喷丸喷嘴的输出位于以轴线122为中心的圆周上。臂沿着包括轴线122的平面(例如图的平面)移动，并且相对于臂的行进方向位于激光束106下游的喷嘴108用于压缩激光束。
如图4所示，臂120支撑喷丸喷嘴108和激光束发射头104，喷丸喷嘴和激光束发射头之间的距离可通过相对于臂平移移动喷嘴而改变。臂以围绕头104的轴线122平移和旋转的方式纵向移动和旋转移动。
如果喷丸颗粒具有与粉末颗粒相同的性质，则存在粉末损失更大的风险。一种解决方案在于使用具有较粗粒度的粉末，使得可以通过筛分或使用可以通过磁分离回收的不同材质(例如陶瓷)的粉末来回收颗粒。

Claims (8)

1.一种用于通过层的连续沉积来制造部件的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a）将第一熔融金属层（110）沉积在基板（80）上，以在所述基板上形成第一带，
b）将第二熔融金属层沉积在所述第一带上，以在所述第一带上形成第二带，所述步骤a）和步骤b）使用激光头（104）执行，所述激光头被配置为熔融金属粉末以形成熔融金属，和
c）对于每个待沉积在前一个带的顶部上的新的金属层，重复步骤a）和步骤b），直到形成所述部件的所述至少一部分，
所述方法包括，在沉积步骤之后对所形成的带进行压缩的压缩步骤，其特征在于，所述压缩步骤通过喷丸喷嘴（108）且以稍微延迟对所述带进行喷丸实现，所述延迟基于所述喷丸喷嘴（108）与所述激光头（104）之间的距离d确定，d是所述带的冷却温度和适于所述带的压缩的温度的因素，使得该压缩步骤在所述带的材料处于高于100°C温度时在热状态下，即，在所述带完全冷却之前执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述压缩步骤能够在所述带的材料处于高于200°C的温度时实现。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，喷丸利用与用于制造所述带的粉末的材料相同的材料的颗粒来执行，所述颗粒的大小不同于所述粉末的颗粒的大小。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，喷丸利用与用于制造所述带的粉末的材料不同的材料的颗粒来执行。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述压缩步骤被设置成能够：
i）引入残余压缩应力以抵消熔合产生的残余拉伸应力，以使变形最小化，和/或
ii）对在所述带的表面上形成的任何氧化物层进行酸洗，和/或
iii）通过喷丸改变初始带的微观结构以获得均匀的微观结构，和/或
iv）对所沉积的物质进行致密化以减小由增材制造过程引起的孔隙率。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述压缩步骤能够在所述带的材料处于300°C的温度时实现。
7.用于实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法的装置，所述装置包括：
- 激光头（104），所述激光头被配置为熔融金属粉末以形成带，和
- 喷丸喷嘴（108），所述喷丸喷嘴用于压缩所述带，其特征在于，所述喷嘴（108）被配置为以基于所述喷嘴（108）和所述激光头（104）之间的距离d确定的稍微延迟跟随所述激光头（104），以便在所述带的材料处于高于100℃的温度时压缩所述带，d是所述带的冷却温度和适于所述带的压缩的温度的因素。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述激光头（104）和所述喷嘴（108）由共用的机械臂（120）支撑。
CN201780011701.7A 2016-02-19 2017-02-17 使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置 Active CN108698127B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1651359A FR3047914B1 (fr) 2016-02-19 2016-02-19 Procede et dispositif de fabrication d'une piece par depots successifs de couches
FRFR1651359 2016-02-19
PCT/FR2017/050363 WO2017140994A1 (fr) 2016-02-19 2017-02-17 Procédé et dispositif de fabrication d'une pièce par dépôts successifs de couches

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108698127A CN108698127A (zh) 2018-10-23
CN108698127B true CN108698127B (zh) 2021-11-16

Family

ID=56741101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780011701.7A Active CN108698127B (zh) 2016-02-19 2017-02-17 使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20210178485A1 (zh)
EP (1) EP3416770B1 (zh)
JP (1) JP6964083B2 (zh)
CN (1) CN108698127B (zh)
BR (1) BR112018016541B1 (zh)
CA (1) CA3014855A1 (zh)
FR (1) FR3047914B1 (zh)
RU (1) RU2731275C2 (zh)
WO (1) WO2017140994A1 (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10682725B2 (en) * 2017-11-30 2020-06-16 The Boeing Company Microstructure refinement methods by mechanical work for additive manufactured materials
US10807214B2 (en) * 2017-12-15 2020-10-20 Raytheon Technologies Corporation Laser assisted surface finishing apparatus and method
US10850366B2 (en) 2017-12-15 2020-12-01 Raytheon Technologies Corporation Plasma assisted surface finishing apparatus and method
DE102018204593A1 (de) * 2018-03-27 2019-10-02 Airbus Defence and Space GmbH Al-& Mg- verträgliches Strahlgut zum Reinigungsstrahlen derselben auf Basis von AlSc-Pulver
US11110548B2 (en) * 2018-08-10 2021-09-07 The Boeing Company Methods and apparatus for laser deposition
EP3845333B1 (en) * 2018-08-31 2023-05-31 Osaka University Metal additive manufacturing method
CN109676099B (zh) * 2018-12-12 2020-10-16 上海大学 一种制备具有定向组织板材的方法
CN113302021B (zh) * 2018-12-31 2022-05-17 艾沛克斯品牌公司 用于提供具有增加的杯突的卷尺的方法和设备
CN110904404B (zh) * 2019-12-25 2023-07-11 浙江工业大学 基于钛合金表面激光氮化和喷丸同步复合技术的工艺方法与装置
CN111185599A (zh) * 2020-02-24 2020-05-22 西安航空职业技术学院 一种基于高速喷丸的金属增材制造装置及方法
CN111842896A (zh) * 2020-09-14 2020-10-30 哈尔滨理工大学 一种用于加工高复杂外型工件的同轴送粉喷压装置
FR3126429A1 (fr) * 2021-08-30 2023-03-03 Psa Automobiles Sa Traitement de pièces métalliques par dépôts successifs de matières différentes
CN113976925A (zh) * 2021-10-14 2022-01-28 华中科技大学 激光选区熔化和激光冲击强化复合的增材制造设备和方法
CN114558995A (zh) * 2022-03-03 2022-05-31 南京航空航天大学 一种冷冻砂型打印低温喷头气体随动扫描装置
CN115446318B (zh) * 2022-08-25 2024-03-12 哈尔滨工业大学（威海） 一种金属废屑的塑化回收装置及方法
JP7315804B1 (ja) 2023-04-05 2023-07-26 株式会社神戸製鋼所 積層造形物及び積層造形物の製造方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0529816A1 (en) * 1991-07-29 1993-03-03 Fritz B. Prinz Method and apparatus for fabrication of three-dimensional articles by weld deposition
CN101392382A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 江苏大学 一种激光熔覆结合激光喷丸强化表面改性的方法和装置
EP2135698A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 General Electric Company Methods of treating metal articles and articles made therefrom
CN101642809A (zh) * 2008-08-08 2010-02-10 松下电工株式会社 用于制造三维成形物体的方法
GB2508335A (en) * 2012-11-09 2014-06-04 Bae Systems Plc Stress measurement and stress relief during additive layer manufacturing
CN103862050A (zh) * 2014-03-31 2014-06-18 中国科学院西安光学精密机械研究所 基于层间冲击强化工艺的金属3d打印机及打印方法
CN203992399U (zh) * 2014-03-31 2014-12-10 中国科学院西安光学精密机械研究所 用于层间冲击强化的金属3d打印机一体式喷嘴结构
CN104384936A (zh) * 2014-09-18 2015-03-04 大连理工大学 一种增减材复合制造机床
CN104775011A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 辽宁工业大学 一种轴类零件快速淬火装置及方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2816836B1 (fr) 2000-11-21 2003-09-26 Oreal Compositions autobronzantes colorees comportant du carmin de cochenille
DE10058748C1 (de) * 2000-11-27 2002-07-25 Markus Dirscherl Verfahren zur Herstellung eines Bauteils sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
JP2002346847A (ja) * 2001-05-24 2002-12-04 Babcock Hitachi Kk ウォータージェット・レーザ併用ピーニング方法及び装置
JP4099642B2 (ja) * 2002-04-03 2008-06-11 トヨタ自動車株式会社 表面処理鋼板のレーザ溶接方法
KR20100114892A (ko) * 2008-02-08 2010-10-26 가부시키가이샤 엘티티 바이오파마 정제를 타정하는 펀치 또는 다이의 타정 표면의 처리 방법과 이 방법으로 표면 처리된 펀치 또는 다이와 이 펀치 또는 다이로 타정된 정제
RU2423203C2 (ru) * 2009-08-04 2011-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Способ спекания при лазерном послойном порошковом синтезе объемных деталей
US8893538B2 (en) * 2010-12-08 2014-11-25 Fuji Kihan Co., Ltd. Instantaneous heat treatment method for metal product
GB2519190B (en) * 2012-02-24 2016-07-27 Malcolm Ward-Close Charles Processing of metal or alloy objects
JP5912916B2 (ja) * 2012-06-27 2016-04-27 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 ショットピーニング方法
EP2916983B1 (en) * 2012-11-09 2019-04-10 BAE Systems PLC Additive layer manufacturing
FR2998496B1 (fr) 2012-11-27 2021-01-29 Association Pour La Rech Et Le Developpement De Methodes Et Processus Industriels Armines Procede de fabrication additive d'une piece par fusion selective ou frittage selectif de lits de poudre a compacite optimisee par faisceau de haute energie
EP3909752A1 (en) * 2013-07-31 2021-11-17 Limacorporate S.p.A. Method for the recovery and regeneration of metal powder in ebm applications
US10259159B2 (en) * 2013-10-18 2019-04-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Stack forming apparatus and manufacturing method of stack formation
GB2528335A (en) * 2014-10-07 2016-01-20 Mainline Flatpacks Ltd Container

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0529816A1 (en) * 1991-07-29 1993-03-03 Fritz B. Prinz Method and apparatus for fabrication of three-dimensional articles by weld deposition
EP2135698A1 (en) * 2008-06-19 2009-12-23 General Electric Company Methods of treating metal articles and articles made therefrom
CN101642809A (zh) * 2008-08-08 2010-02-10 松下电工株式会社 用于制造三维成形物体的方法
CN101392382A (zh) * 2008-10-15 2009-03-25 江苏大学 一种激光熔覆结合激光喷丸强化表面改性的方法和装置
GB2508335A (en) * 2012-11-09 2014-06-04 Bae Systems Plc Stress measurement and stress relief during additive layer manufacturing
CN103862050A (zh) * 2014-03-31 2014-06-18 中国科学院西安光学精密机械研究所 基于层间冲击强化工艺的金属3d打印机及打印方法
CN203992399U (zh) * 2014-03-31 2014-12-10 中国科学院西安光学精密机械研究所 用于层间冲击强化的金属3d打印机一体式喷嘴结构
CN104384936A (zh) * 2014-09-18 2015-03-04 大连理工大学 一种增减材复合制造机床
CN104775011A (zh) * 2015-04-28 2015-07-15 辽宁工业大学 一种轴类零件快速淬火装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
influence of temperature of shot peening on fatigue life;M.SCHILLING-PRAETZEL;《PROCEEDING:INTERNATIONAL CONGERENCE ON SHOT PEENING》;19930917;第227-238页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CA3014855A1 (en) 2017-08-24
BR112018016541B1 (pt) 2022-09-27
US20210178485A1 (en) 2021-06-17
BR112018016541A2 (pt) 2018-12-26
FR3047914A1 (fr) 2017-08-25
EP3416770A1 (fr) 2018-12-26
FR3047914B1 (fr) 2021-05-21
RU2018130732A (ru) 2020-03-19
JP6964083B2 (ja) 2021-11-10
CN108698127A (zh) 2018-10-23
RU2018130732A3 (zh) 2020-04-10
JP2019507250A (ja) 2019-03-14
EP3416770B1 (fr) 2021-08-18
RU2731275C2 (ru) 2020-09-01
WO2017140994A1 (fr) 2017-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108698127B (zh) 使用层的连续沉积来制造部件的方法和装置
JP2019507250A5 (zh)
JP3021668B2 (ja) 層堆積による自由形状付与物品
Fessler et al. Laser deposition of metals for shape deposition manufacturing
US5746844A (en) Method and apparatus for creating a free-form three-dimensional article using a layer-by-layer deposition of molten metal and using a stress-reducing annealing process on the deposited metal
US5718951A (en) Method and apparatus for creating a free-form three-dimensional article using a layer-by-layer deposition of a molten metal and deposition of a powdered metal as a support material
US5669433A (en) Method for creating a free-form metal three-dimensional article using a layer-by-layer deposition of a molten metal
JP2021000825A (ja) セラミック及びその複合材料に適した積層造形法及び装置
US10005127B2 (en) Powder improvement for additive manufacturing
US5787965A (en) Apparatus for creating a free-form metal three-dimensional article using a layer-by-layer deposition of a molten metal in an evacuation chamber with inert environment
MXPA98000787A (en) Article manufactured through metal deposit in c
US20150224743A1 (en) Additively manufactured article
CN114226751B (zh) 一种h13钢模具的激光增材修复方法
JP7041042B2 (ja) 硬化層の積層方法、及び積層造形物の製造方法
US11865642B2 (en) Additive manufactured ferrous components
JP5272245B2 (ja) 絞りプレス型のビード加工方法
CN112658630A (zh) 一种金属零件的增材制造方法
KR20210077444A (ko) 3d 프린팅 기술을 이용한 프린팅 방법 및 프린팅 장치
CN115042092A (zh) 表面加工方法
CN114918427A (zh) 镍基高温合金构件增材制造方法
JP2018173079A5 (zh)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant