CN109475936B - 用于增材制造的设备和该设备的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于增材制造的设备(100)，该设备(100)包括平台(130)和致动装置(120)，该平台(130)包括用于将部件(10)固定至平台(130)的固定装置(110)，其中，平台(130)构造成根据至少一个空间方向(X、Y)在至少360°的角度范围内改变部件(10)的取向，致动装置(120)用于以预定频率机械地致动平台(130)。此外，本发明涉及对该设备的用途。

Description

用于增材制造的设备和该设备的用途
技术领域
本发明涉及用于增材制造的设备和该设备的相应用途。
背景技术
术语“增材”应当特别表示逐层生产的制造过程和/或自下而上的制造过程。如本文中描述的增材制造优选地涉及粉末床制造方法。
粉末床制造技术比如选择性激光熔化(SLM)、电子束熔炼(EBM)或选择性激光烧结(SLS)是用于从例如粉末状或颗粒状基层材料床制造出、原型设计出或制造零件或部件的相对公知的方法。用于这些方法的常规设备或装备通常包括构建平台，部件在该构建平台上在给送一层基层材料之后以一层接一层的方式构建，所述基层材料可以然后例如被激光或电子束的能量熔化并且随后固化。层厚度由在粉末床上例如自动地移动并且移除过多材料的刮刀的操作来确定。典型的层厚度为20μm或者40μm。在制造期间，所述束在表面上扫描，并且所述束使选定区域中的基层材料熔化，该选定区域可以由根据待制造的部件的几何形状的CAD文件预先确定。
例如，从EP 2 910 362 Al获知了一种增材制造的方法。
具体挑战涉及内部表面或复杂的盘绕的或错综复杂的通路或腔室，比如以增材方式制造的部件的冷却通道，其中，例如在制造之后，在相应的空间中剩余或捕获的基层材料需要被移除。
根据内部几何形状的复杂性，从部件的内部移除过多的基层材料造成了制造的重大缺点，特别地，这是因为以增材的方式形成的复杂的几何形状通常充满粉末，并且相应的部件可能较重且通道或开口可能较狭窄。
特别是当在部件的增材制造之后过多的粉末不能被充分移除时，例如，特别是在执行进一步热处理时，由于所述材料可能阻挡通道，从而产生质量低劣或功能缺失的部件。
当前，粉末可以从以增材的方式制造的部件的内部空间中移除，原因在于，使用了小的或薄的工具或者真空吸尘器以移除粉末。如果相应的部件相当重，则例如增材制造机器的操作员可能需要使用手并且手动地转动零件和/或摇动零件，以便将粉末除去。然而，这些尝试通常导致不好的移除效果。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可以提供改进的增材制造的部件的装置。特别地，借助于相应的技术手段，提供了一种用于从部件的内部通路移除例如从增材制造所剩余的(过量)粉末的解决方案。
所提到的目的通过本发明实现。本申请公开了有利的实施方式。
本发明的一方面涉及用于增材制造的设备，特别是用于部件的增材制造的设备，该设备包括平台，该平台还包括用于将部件固定至平台的固定装置，该固定装置比如为紧固件，其中，平台构造成根据至少一个空间方向在至少360°的角度范围内或以绕至少360°的角度改变部件(其固定至平台)和/或平台的取向。
取向或取向的改变可能涉及旋转轴线，比如预定的旋转轴线或空间方向。
部件优选地是以增材的方式制造的部件或能够以增材的方式制造的部件。术语“部件”可以与所述部件的以增材的方式制造的结构件同义使用。
该设备还包括致动装置，该致动装置用于以预定频率或预定频率范围机械地致动平台。
平台可能涉及设备的工作台或基板，部件能够有利地通过固定装置固定至该工作台或基板。
该设备允许用于从复杂部件的内部腔室中有效地移除过多的基层材料或粉末，如上面所描述的。
平台进一步构造成根据两个优选地线性独立的或正交的空间方向以在至少360°的角度范围内改变部件或部件的结构的取向。这允许有利地用于设备的通用应用，其中，当设备和/或平台调整至例如在空间中的右侧方向时，正在被以任何方式捕获在部件中的粉末状基层材料可以有利地从相应的腔室中移除。
在一个实施方式中，设备是振动器或振动台。
在一个实施方式中，设备和/或致动装置构造成允许对相当重的、以增材的方式制造的部件的致动，例如对重达几十公斤的部件的致动。
在一个实施方式中，设备构造成使得通过对平台的机械致动，被容纳在部件的例如错综复杂的或盘绕的腔室中的粉末状基层材料可以从所述腔室中被移除或者被抖落出。
在一个实施方式中，致动装置由空气压力驱动。这可能有利地允许用于对于所描述的移除所需的强劲的和/或快速的或频繁的致动性能。
在一个实施方式中，致动装置被例如包括不平衡马达在内的压电和/或机电装置驱动。替代或除了所提到的空气压力驱动的致动之外，可以应用这些装置，以便进一步增强装置的对于所描述目的的性能。
在一个实施方式中，振动装置包括第一振动发生器，该第一振动发生器构造成以第一频率或第一频率范围致动结构件和/或基层材料。
在一个实施方式中，振动装置包括第二振动发生器，该第二振动发生器构造成以第二频率或第二频率范围致动结构件和/或基层材料。
在一个实施方式中，第一频率和第二频率是不同的。
在一个实施方式中，第一振动发生器和第二振动发生器是不同的。
在一个实施方式中，第一振动发生器和第二振动发生器被独立地控制或者能够被独立地控制。
在一个实施方式中，第一频率从第一频率范围中选择。因此，有利地，对于预期的粉末移除，可以实现在第一频率范围内致动或搅动。
在一个实施方式中，第二频率从第二频率范围中选择。因此，有利地，可以实现在第二频率范围内致动或搅动。
在一个实施方式中，第一频率范围和第二频率范围是分离的。这是有利的实施方式，因为以这种方式，可以包含用于过多基层材料的有利的、有效的或通用的移除的宽频谱。
在一个实施方式中，第一振动发生器是低频发生器，例如高冲击或高动量发生器。根据该实施方式，致动装置可以构造成用于特别重的结构件或部件的致动，该特别重的结构件或部件的致动需要更高的动量和/或动力。因此，致动装置可以例如定制成用于以更大振幅致动。这可能例如在以增材的方式制造的零件或部件很重、内部空间或腔室相当大并且/或者需要从该腔室被抖落出大量粉末的情况下是需要的。
在一个实施方式中，第二振动发生器是高频发生器，例如低冲击或低动量发生器。根据该实施方式，致动装置可以构造成用于例如更轻的部件的致动，该更轻的部件的致动的主导频率是关键的并且仅需要小的动量或动力。因此，致动装置可以定制成用于仅以高频率和小振幅致动。这可能例如在以增材的方式制造的部件相当小并且必须移除粉末的该部件的内部空间也很小且可能是错综复杂或者如迷宫般的情况下是需要的。
在一个实施方式中，固定装置和/或设备包括减振机构，该减振机构虽然允许部件的振动，但是构造成防止任何振动从结构件和/或部件传递至固定装置和/或致动装置、或者防止振动从结构件和/或部件不适当地或过多地传递至固定装置和/或致动装置。
在一个实施方式中，设备构造成能够移动。特别地，设备可以包括滚子，装置的机动性可以借助于所述滚子而实现。所述滚子可以设置有单独的制动器，例如对于每个滚子设置一个单独的制动器，使得可以实现设备的安全操作。所述滚子和/或制动器可以例如设置在设备的机架处。
在一个实施方式中，设备包括机架，优选地，设备包括下述机架：致动装置和平台设置在该机架处。机架可以是下述框架或者包括下述框架：该框架可以被设计成允许经由平台以各种有利的空间取向或角度使部件稳定和/或对部件进行定向。例如，机架可以包括长形的杆，以便使甚至更重的且更大的零件转动和摇动，以用于所描述的目的。
设备还包括阻挡机构，该阻挡机构构造成使得在平台的取向的变化期间，平台能够例如逐步地接合。所述结合可以经由用于对平台进行可靠阻挡的卡扣装置或卡扣特征——例如弹簧偏置的卡扣特征——而实现。
本发明的另一方面涉及该设备用于将基层材料、优选为粉末状基层材料从以增材的方式制造的部件的腔室中移除的用途。所述移除优选地涉及将腔室内的基层材料抖落出或者将基层材料从腔室中抖落出，该基层材料可能是在部件的增材制造中的过多的基层材料。
将基层材料从所述腔室中移除的上述用途或过程可以包括：改变部件的取向，使得基层材料从腔室漏出、例如在重力的作用下从腔室漏出。因此，部件可以重复地被来回转动或旋转使得任何基层材料都可以从腔室逸出并且克服内部通路的障碍物。
与所描述的方法、用途和/或部件有关的优点也可以属于该设备，并且反之亦然。
附图说明
通过结合附图对示例性实施方式的以下描述，另外的特征、便利性和优点改进变得明显。
图1示出了根据本发明的设备的示意性侧视图。
图2示出了显示图1的设备的用途的设置的示意性截面图。
具体实施方式
相似的元件、相同种类的元件以及相同作用的元件可以在附图中设置有相同的附图标记。
图1示出了设备100。设备100可以是振动器或振动台。优选地，设备100涉及优选地通过基于粉末床技术的用于部件10或结构件的增材制造的工具或附加装置。在图1中，部件10特别地固定至设备100。
部件10优选地是用于在涡轮机比如燃气轮机的流动路径五金器件中应用的部件。部件10优选地由高温合金、比如用于燃气轮机的镍基高温合金或钴基高温合金来制造。
为了固定部件10，设备100包括平台130，平台130又包括固定装置110。固定装置110可以是紧固件或者包括紧固件，该紧固件比如为台虎钳，该紧固件用于优选地在结构件已经以增材的方式组装或制造之后对部件10进行固定。
平台130可以是旋转工作台或者包括旋转工作台，部件10和/或结构件可以有利地借助于所描述的固定装置110而安装在该旋转工作台上。
固定装置110可以包括至少两个夹具，如在附图中所示出的。此外，固定装置110可以包括本领域的技术人员已知的任何有利的固定特征，比如离合器、夹持器、柄轴或心轴、螺钉、螺栓、卡钳、或者适用于优选地根据多个不同空间取向对部件进行固定的任何其他装置。
此外，设备100包括致动装置120，致动装置120比如为振动或振荡装置。致动装置120优选地构造成使得部件10的结构或部分或者部件10本身可以被机械地致动，例如在预定频率范围内周期性致动、比如振动或振荡。所述频率范围优选地包括第一频率F1或第一频率范围以及第二频率F2或第二频率范围。
致动装置120可以被空气压力装置或类似装置驱动。另外或替代性地，致动装置可以被包括本领域的技术人员已知的各种技术设施在内的压电装置和/或机电装置驱动。
图1示出了根据部件10的取向OR的设备100。
平台130优选地构造成使得安装至该平台130的部件可以绕轴线Y(其在图1中为竖向轴线)旋转。另外，平台130优选地构造成使得部件10也可以绕轴线X(水平轴线)旋转或转动。因此，结构件和/或部件10可以分别绕两个线性独立的运动轴线或旋转轴线优选地在360°的角度范围内旋转并且旋转360°的角度。因此，理论上，当结构件被致动装置120根据多个不同的空间取向而连续摇动时，任何过多的基层材料可以从部件的腔室中移除或者抖落出。
固定装置110有利地实现部件10例如在致动装置120和/或设备100上或者在致动装置120和/或设备100处的固定。因此，平台130可以设置有带角度的悬挂装置(未明确示出)。通过所述悬挂装置，平台130也优选地能够绕空间方向或轴线X旋转。因此，部件10可以被上下定向或者根据任何可构想的空间取向定向。
如上面所描述的，平台130还可以例如通过电气装置或机电装置进行调节。
如在图1中示出的部件10的腔室3特别被示出为至少部分地填充有基层材料2、优选地填充有粉末状和/或颗粒结构的基层材料2。部件10已经优选地由该基层材料2制造出，其中，在腔室中剩余的基层材料可能是过多的基层材料、优选地通过制造所剩余的过多的基层材料，如可能在借助于粉末床方法对部件的增材制造中通常的那样。
有利地提供致动装置120以用于在部件已经被制造之后以频率范围内的预定频率致动或搅动平台130，特别是用于对基层材料的有效移除。从以增材的方式制造的部件的复杂的内部腔室中移除粉末或粉末状的基层材料提出了重大的挑战，因为对于涡轮部件，在所述腔室中剩余的或捕获的过多的粉末可能不利地影响或者甚至完全地妨碍已制造的部件的功能，比如冷却。
尽管这在附图中未明确示出，但是所提出的本发明的方法可以包括任何有利的或合理的频率或频率范围(参见上文)的应用和/或调节。所述频率可以例如是本领域的技术人员已知的或可以是本领域的技术人员易于通过实验确定的。
特别地，施加的频率优选地由设备100的操作员可能根据粒级、基层材料的类型和部件的尺寸而选择。用于粉末移除的对部件10的摇动频率或致动频率可以扩展到大的频率范围。
在致动期间，如上面所提到的部件的取向优选地改变成使得腔室中剩余的过多的材料或任何基层材料可以从腔室(为了简单起见，腔室3仅被描绘出简单的几何形状)的盘绕的或错综复杂的区域中被有效地移除。
尽管这在图1中未明确示出，但是腔室3有利地包括开口(参见图2中的附图标记5)，该开口优选地对于部件10的腔室3的功能以及所描述的粉末移除是必要的。
在腔室的所述开口5还未面向上使得基层材料被捕获在内部的情况下，设备100可能需要被重新调节或改变其取向(参见图2中的取向OR’)以将平台130转动或旋转成使得开口5例如被向下定向。
此外，设备100可以包括阻挡机构。该阻挡机构可以包括如在图1中以附图标记136表示的阻挡特征。阻挡机构优选地构造成使得在取向改变(参见图2中向下取向)期间和/或在致动期间，平台130例如能够例如经由阻挡特征136而逐步地接合。出于安全因素，阻挡机构136优选地用于对平台130进行可靠阻挡。阻挡机构和/或阻挡特征可以包括卡扣功能，或者例如是弹簧偏置的卡扣特征，以用于例如相对于设备100的另外部件对平台以可释放的方式进行阻挡。
致动装置120如上面所描述的优选地包括第一振动发生器VG1，该第一振动发生器VG1构造成用于以第一频率F1致动部件10和/或基层材料2。第一振动发生器VG1可以允许部件以大振幅和/或动量且优选地以低频率致动和/或振动，这可能特别有利于从重的零件、例如重达几十公斤的零件中移除粉末。
致动装置120优选地还包括第二振动发生器VG2，该第二振动发生器VG2优选地与第一振动发生器是独立的，并且该第二振动发生器VG2独立于第一振动发生器被控制。第二振动发生器还构造成用于以第二频率F2致动部件10。特别地，第二振动发生器VG2可以允许腔室5中的任何剩余的基层材料的移除，并且允许例如对于更轻更小的部件可能需要的高频率和优选地更小的振幅、动量或冲击。
尽管这未明确指示出，但是设备100和/或固定装置110可以包括减振机构，该减振机构优选地构造成允许部件10的振动，但防止振动从部件过度地或不利地传递至固定装置110和/或致动装置120。
此外，在图1中示出设备100包括机架132。机架132可以包括框架、例如由钢制成的框架，以便例如为设备100的另外部件提供稳定的基部。固定装置110设置在机架132的上部部分中。
为了安装至平台130的部件的任何转动或取向改变，设备100的使用者和/或操作员可以操纵调节轮或把手131。
对于任何旋转轴线(参见X轴线和Y轴线)而言，可以提供单独的把手(未指示出)。所述把手可以例如经由蜗轮而连接或联接至平台130。
设备100优选地构造成能够移动。因此，设备100可以包括滚子133。滚子133可以安装至机架132，如上面所描述的。例如，可以提供四个滚子133。所述滚子133可以设置有制动器135，例如使得所述滚子133中的每个滚子可以出于安全因素单独地被阻挡。
设备100还包括清洁装置134，例如，比如被加压的空气驱动的清洁装置。所述清洁装置可以包括软管和/或喷嘴，或者包括用于例如从部件10的表面完全移除基层材料2的任何其他有利的特征。
图2示意性地以局部图的方式示出平台130和固定至平台130的部件10的设置，其中，部件10已经沿顺时针方向转动或旋转(参见箭头B)例如90°的角度，即，从取向OR转动或旋转至所示出的取向OR’。
部件10可以包括基部部分。因此，部件10优选地是燃气轮机的至少部分中空的部件，比如涡轮翼型件、静叶片或动叶片，燃气轮机的至少部分中空的所述部件优选地要以增材的方式制造成具有内部腔室。所述腔室可以用作例如在涡轮的操作期间用于对部件进行有效冷却的冷却通道。内部空间或腔室又以示例性地指示例如上述冷却通道的附图标记3表示。
基部部分可以是涡轮动叶片的根部部分。
部件10还包括开口5，部件10的外侧借助于开口5可以与腔室3连通。基层材料2通过开口5可以有利地从腔室3中被移除。为了该效果，取向OR’允许基层材料2从腔室3向外漏出，如由箭头C所示。这是因为腔室定形状成使得根据上述取向，基层材料2可以不再被捕获在腔室内。
为了有效移除基层材料2，本发明还包括对所提到的第一频率F1和所提到的第二频率F2进行叠加并且/或者对相应的频率范围进行叠加。
第一频率F1或第一频率范围可以包括从几kHz至例如1Hz的频率。
优选地，第二频率F2低于第一频率F1，使得基层材料2可以从腔室3中被有效地移除。可以设想到的是，在以第二频率F2致动部件10的过程中、优选地以第二频率F2相对于基层材料2致动部件10的过程中，整个装备和/或结构件仅非常缓慢地但是优选地以相当大的振幅或动量从一个位置被致动至另一位置。
第二频率F2或第二频率范围可以跨越例如从1Hz至几mHz(毫赫兹)的频率。
优选地，设备100的所示出的用途允许如在图2中示出的从腔室中完全移除基层材料，使得所述腔室优选地无过多的粉末或基层材料，并且可以在易于制造的部件中利用相应的腔室或内部空间的优点或特性。
本发明的保护范围不限于上文中给出的示例。本发明体现在每个新颖的特征和特征的每个组合中，即使该特征或特征的该组合在权利要求或示例中未明确阐述，所述组合特别仍包括权利要求中所阐述的任何特征的每个组合。

Claims (8)

1.一种用于增材制造的设备(100)，所述设备(100)包括：
-平台(130)，所述平台(130)包括用于将燃气轮机的流动路径的部件(10)固定至所述平台(130)的固定装置(110)，其中，所述平台(130)构造成根据两个正交的空间方向(X、Y)使所述部件(10)的取向在至少360°的角度范围内改变；
-致动装置(120)，所述致动装置(120)用于机械地致动所述平台(130)，其中，所述致动装置(120)包括第一振动发生器和第二振动发生器，所述第一振动发生器构造成用于以第一频率(F1)致动粉末状基层材料(2)，所述第二振动发生器构造成用于以与所述第一频率(F1)不同的第二频率(F2)致动所述粉末状基层材料(2)，其中，所述第一频率(F1)从第一频率范围中选择，并且所述第二频率(F2)从第二频率范围中选择，并且其中，所述第一频率范围和所述第二频率范围是分离的；以及
-阻挡机构(136)，所述阻挡机构(136)构造成使得在所述平台(130)的取向的变化期间，所述平台(130)能够接合以用于对所述平台(130)进行可靠阻挡，
并且其中，所述设备(100)构造成使得通过对所述平台(130)的机械致动，容纳在固定至所述平台(130)的所述部件(10)的腔室中的所述粉末状基层材料(2)能够从所述腔室(3)中被移除。
2.根据权利要求1所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述致动装置(120)由空气压力驱动。
3.根据权利要求1或2所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述致动装置(120)被压电和/或机电装置驱动。
4.根据权利要求1或2所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述第一振动发生器和所述第二振动发生器能够被独立地控制。
5.根据权利要求1或2所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述固定装置(110)包括减振机构，所述减振机构构造成防止振动从所述部件(10)传递至所述致动装置(120)。
6.根据权利要求1所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述平台(130)能够经由卡扣装置接合。
7.根据权利要求3所述的用于增材制造的设备(100)，其中，所述压电和/或机电装置包括不平衡马达。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于增材制造的设备(100)用于从以增材方式组装的部件(10)的腔室(3)中移除粉末状基层材料(2)的用途。
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