CN110064754A - 叠加制造组件的至少一个组成区域的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及叠加制造组件(尤其是涡轮机或压缩机组件)的至少一个组成区域的方法，所述方法包括至少以下步骤：将粉末层(10a‑c)施加在组件平台的构建连接区附近；局部熔化和/或烧结粉末层(10a‑c)，其中，在构建连接区附近，至少一个高能束相对于组件平台移动并选择性撞击粉末层(10a‑c)，至少一个高能束的至少一部分与组件平台以沿着线性供料方向(12)布置的平行排列结构(16)形式相对移动；将组件平台沿着下降方向下降预定层厚；然后重复上述步骤直到完成组成区域。根据本发明，至少一个高能束与组件平台在至少两个不同粉末层(10a‑c)中相对移动，使得在沿着下降方向摞在一起的粉末层区域中，各个粉末层(10a‑c)的各个平行排列结构(16)与各个线性供料方向(12)设置成不同角度。本发明还涉及执行这种方法的装置。

Description

叠加制造组件的至少一个组成区域的方法和装置
本发明是申请号为201480065178.2、申请日为2014年06月06日、发明名称为“叠加制造组件的至少一个组成区域的方法和装置”的专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及叠加制造组件(尤其是涡轮机或压缩机组件)的至少一个组成区域的方法和装置。
背景技术
从现有技术中已知叠加制造方法，叠加制造方法用于快速制造原型或制造用其他方法难以制造的组件。除此以外，这里还采用诸如选择性激光熔化法(SLM)、直接金属激光烧结法(DMLS)或电子束法等方法。从优现有技术中还具体已知制造流体动力机的组件(例如，飞行器引擎或燃气轮机的组件)的叠加制造方法，例如，在DE 10 2009 051 479 A1中所述的方法，或制造流体动力机的组件的相应装置。在该方法中，通过将至少一种分层的粉状组成材料施加在构建连接区附近的组件平台上，并且通过利用在构建连接区附近提供的能量使分层的组成材料局部熔化和烧结，分层地制成了相应部件。这里，通过至少一个高能束实现能量供应，例如CO2激光器、Nd:YAG激光器、Yb纤维激光器、二激光激光器等激光束和/或电子束。为了熔化或烧结组成材料，至少一个高能束与组件平台在沿着线性供料方向布置的平行排列结构形式的一些区域中相对运动，因而出现平行排列结构形式的线性熔化或烧结区域的所谓暴露带。
发明概述
本发明的目的在于提供一种能够叠加制造具有改进纹理结构的组件的至少一个组成区域的方法和装置。
根据本发明，通过具有权利要求1所述特征的方法和通过具有权利要求8所述特征的装置实现上述目的。在相应的从属权利要求中规定了本发明的适当发展的优选构造，其中根据本发明的方法的优选构造被视为根据本发明的装置的优选构造，并且反之亦然。
本发明的第一方面涉及叠加制造组件(尤其是涡轮机或压缩机组件)的至少一个组成区域的方法。这里，根据本发明，实现了所制造部件或组成区域的改进纹理结构，其中至少一个高能束与组件平台在至少两种不同粉末层中相对移动，使得在沿着下降方向相互摞起来的粉末层区域中，相应粉末层的相应平行排列结构与相应线性供料方向设置成不同角度。换句话说，根据本发明提出，利用直接或间接相互摞起来的至少两个粉末层的相互对应的暴露带，设置或产生相对于供料方向相对旋转的形成平行排列结构的独立线条。由此，以特别简单和可靠的方式避免了在所制造部件或组成区域中的组成材料的纹理的优先方向形式。因此，与已知制造方法相比，能够以原本相同的制造时间和成本有利地增加部件的机械和热电阻系数。这里，根据本发明的方法基本上可以用于制造完整的部件，或者用于制造某一组成区域，或者用于修复或恢复部件的组成区域。这里，根据各个平行排列结构或各个暴露带和各个粉末层的大小，相对于相应线性供料方向的角度基本上可以在大约1°与大约179°之间自由调整，相应地是，该角度例如可以为1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°、25°、26°、27°、28°、29°、30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°、50°、51°、52°、53°、54°、55°、56°、57°、58°、59°、60°、61°、62°、63°、64°、65°、66°、67°、68°、69°、70°、71°、72°、73°、74°、75°、76°、77°、78°、79°、80°、81°、82°、83°、84°、85°、86°、87°、88°、89°、90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°、100°、101°、102°、103°、104°、105°、106°、107°、108°、109°、110°、111°、112°、113°、114°、115°、116°、117°、118°、119°、120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°、140°、141°、142°、143°、144°、145°、146°、147°、148°、149°、150°、151°、152°、153°、154°、155°、156°、157°、158°、159°、160°、161°、162°、163°、164°、165°、166°、167°、168°、169°、170°、171°、172°、173°、174°、175°、176°、177°、178°或179°。
在本发明的优选构造中，提出至少一个高能束和组件平台在至少两个连续的粉末层和/或所有粉末层中相对移动，使得在沿着下降方向相互摞起来并且相互邻接的粉末层中，相应粉末层的相应平行排列结构与相应线性供料方向设置成不同角度。换句话说，根据本发明提出，至少沿着下降方向相互摞起来的粉末层区域，在制造第一组件层之后，至少在下面的组件层中相对于线性供料方向改变平行暴露线条的延伸部分或相对方向。例如，第一粉末层的平行排列结构可以调整为与线性供料方向成大约90°角度，同时在相应粉末层区域中的下面的粉末层可以调整为大约45°角度。相应的是，在每次通过之后在至少一个更多粉末层中或在所有粉末层中可以改变和重新调整角度。因此，特别可靠地防止组件纹理的优先方向发展。这里，基本上提出，单独角度根据层数而与各个粉末层相关。
更有利的是，至少一个高能束和组件平台至少在一些区域中相对移动，从而沿着至少一个线性供料方向交替(尤其严格交替)线性运动以形成平行排列结构。换句话说，提出通过高能束与组件平台之间的方向变化相对运动来产生一起形成平行排列结构的独立直线或发光线条。这里，可以提出在每一条严格交替方式的线条之后或者在预定数量的交替方式的线条之后改变方向。由此，实现了在产生的暴露带中的有利的热分布和相对均匀的纹理形成。
在本发明的其他优选构造中，提出至少一个高能束与组件平台在至少两个不同粉末层中相对移动，使得各个线性供料方向在沿着下降方向摞在一起的粉末层区域中朝向相同。换句话说，对于在两个或更多粉末层上方的某个粉末层区域，供料方向保持恒定。作为通过改变供料方向使暴露带自身旋转的替换方式，因此，只有组成暴露带的单独线条在粉末层与粉末层之间相互旋转。由此，可以一简单快速的方式制造单独组成层，而不会在组件的材质纹理中出现优先方向。
更有利的是，借助至少一个感应线圈至少在一些区域中和/或至少数次感应加热组件。这允许以特定方式并且根据材料加热组件或组成区域，从而有利于熔化或烧结，促进所需纹理结构的形成并且避免出现热龟裂形成。例如，组件或组成区域可以被加热到基本温度，基本温度大约为300℃至400℃并且低于相应合金或粉末的优选熔化温度。
这里，已经进一步证明有利的是，根据至少一个感应线圈的加热特性来选择至少一个平行排列结构与相关线性供料方向的角度。换句话说，一个、多个或全部粉末层的暴露适应于至少一个感应线圈的加热特性。这允许特别精确地影响出现的组件纹理。
在本发明的更有利的构造中，提出至少一个高能束和组件平台在至少一个粉末层中相对移动，使得所涉及平行排列结构的至少两条直线具有相同和/或不同的长度。这允许根据分别选择的角度来精确调整由平行排列结构限定的暴露带的几何形状。
本发明第二方面涉及用于叠加制造组件(尤其是涡轮机或压缩机组件)的至少一个组成区域的装置。对此，该装置包括：至少一个供粉器，用于将至少一个粉末层施加在能够下降的组件平台的构建连接区；至少一个辐射源，用于产生至少一个高能束，借助所述辐射源，能够在构建连接区附近局部熔化和/或烧结所述粉末层；以及移动装置，借助所述移动装置，至少一个高能束和组件平台能够至少在沿着线性供料方向布置的平行排列结构形式的某些区域内相对移动。这里，根据本发明允许叠加制造具有改进纹理结构的部件的至少一个组成区域，其中移动装置形成为使至少一个高能束和组件平台在至少两个不同粉末层中相对移动，使得所涉及粉末层的相应平行排列结构在粉末层区域中与相应线性供料方向设置成不同角度，这些粉末层区域在组件平台的下降方向上相互摞起来。从本发明的第一方面的描述中可以获得由此产生的其他特征及其优点，其中本发明第一方面的优选构造被视为本发明第二方面的优选构造并且反之亦然。
在本发明的优选构造中，提供至少一个感应线圈，借助所述感应线圈能够在一些区域中和/或数次感应加热组件。这允许以特定方式并且根据材料加热组件或组成区域，从而有利于熔化或烧结，促进所需纹理结构的形成并且避免出现热龟裂形成。例如，组件或组成区域可以被加热到基本温度，基本温度大约为300℃至400℃并且低于相应合金或粉末的优选熔化温度。对此，至少一个感应线圈可以施加有交流电，从而产生磁场，磁场在部件中产生涡流，涡流被转化为焦耳热。至少一个感应线圈自身可以被冷却，例如被液体冷却。此外，可以提出提供两个或更多感应线圈，例如能够尤其加热更大或者几何形状复杂的组件或组成区域。另外，感应线圈的功率可以以适当方式控制和/或改变，其中例如可以适应感应线圈运行频率。因此，可以对叠加制造的组件进行非常精确和确定的温度调节。除了避免在材质纹理中的优先方向以外，尤其在组件或组成区域由易于龟裂形成的材料制造的情况下，还可以避免热龟裂形成。在本发明的范围内，各个装置均可以理解为能够产生感应热的感应线圈，例如从而与匝数无关，这样例如感应线圈也可以成为感应圈。
在本发明的更多优选构造中，提出至少一个感应线圈布置成防止相对于组件平台旋转。因为叠加制造的组件或组成区域的纹理的优先方向的形成可以借助根据本发明的装置被抑制，所以优选可以忽略可旋转感应线圈等。由此，可以相对更廉价地形成该装置。基本上，甚至可以提出感应线圈相对于组件平台和/或装置外壳固定地布置，也就是说既不能旋转也不能平移或者以其他方式移动。
在其他构造中允许特别可靠地避免组件的材质纹理中的优先方向，其中形成移动装置，从而根据至少一个感应线圈的加热特性来调整至少一个平行排列结构与相关线性供料方向的角度。
在本发明的其他优选构造中，提供控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置用于根据将要制造的组成区域的层信息和/或根据粉末层的材料信息操作移动装置和/或辐射源。这允许特别精确地制造组件或组成区域。另外，控制和/或调节装置还可以用于控制或调节可能存在的感应线圈。可以根据基本上可选的温度传感装置的测量结果来具体实现调节。另外，还可以提供具有软件代码的计算机程序，计算机程序适用于在通过控制和/或调节装置的至少一个处理装置执行时进行包括根据权利要求1-7中任一项所述的方法步骤的方法。可以在实体存储介质中提供这种计算机程序。
本发明的第三方面涉及通过根据本发明第一方面的方法可以获得或获得和/或借助根据本发明第二方面的装置制造的涡轮机或压缩机的组件。因此，该组件具有至少基本上无优先方向的纹理结构。从本发明的第一方面和第二方面的描述中可以获得由此产生的其他特征及其优点。该组件具体用作飞行器引擎的组件。
附图简述
从权利要求、实施例以及附图中将清楚本发明的其他特征。在不脱离本发明的范围的情况下，在上面的说明书中提及的特征和特征组合以及在下面的实施例中提及的特征和特征组合不仅可以用于分别指出的组合还可以用于其他组合。附图示出：
图1是三个连续粉末层的示意图，其中在从用于叠加制造至少一个组件的现有技术中已知方法的范围内，在构建连接区中用高能束连续撞击所述粉末层；以及
图2是三个连续粉末层的示意图，其中在用于叠加制造组件的根据本发明的方法的范围内，在构建连接区中用高能束连续撞击所述粉末层。
发明详述
图1示出了三个连续粉末层10a-c的示意图，其中在从用于叠加制造涡轮机或压缩机的至少一个组件的现有技术中已知方法的范围内，在相应装置的组件平台的构建连接区I中用至少一个高能束(例如，激光和/或电子束)连续撞击所述粉末层。对此，通常在相对于装置固定的粉末层10a-c上控制高能束，从而根据将要制造的组成区域的层信息来局部熔化和/或烧结所涉及的粉末层10a-c。然而，在根据本发明的方法的范围内，基本上还可以借助辐射源相对于该装置固定地产生高能束，并且上面施加有粉末层10a-c的组件平台相对于辐射源移动。类似的是，高能束与组件平台二者还可以相对移动。
为了使独立的粉末层10a-c熔化和/或烧结，在所示实例的至少一些区域中，高能束以沿着线性供料方向12平行布置的直线14的形式移动，因而产生平行排列结构16，平行排列结构16也可以称为暴露带。示例性示出了各个粉末层10a-c的相互邻接的三个平行排列结构16或暴露带的数量、方向和几何形状，三个平行排列结构16或暴露带的主延伸轴线均与供料方向12平行地布置。可以意识到平行排列结构16的所有直线14均具有相同的长度并且相对于供料方向12的向量垂直地布置。如箭头进一步指出，单独直线14由高能束的严格交替或方向变化运动而产生。如在图1中进一步意识到，通常，供料方向12的向量相对于该装置的用于连续粉末层10a-c的固定主轴线18分别旋转，因而直线14相对于相应供料方向12的直角保持恒定。
与此相反的是，在图2中示出了三个连续粉末层10a-c的示意图，其中在用于叠加制造组件的根据本发明的方法的范围内，在构建连接区中用高能束连续撞击所述粉末层。与图1所示的方法不同的是，将会意识到至少一个高能束在单独粉末层10a-c的上方移动，使得在沿着组件平台的下降方向相互摞起来的三个所示粉末层区域中，相应平行排列结构16或暴露带的直线均与应线性供料方向12设置成不同角度。在所示的实施例中，供料方向12在所有粉末层10a-c中与此相反地保持恒定并且与用于进行方法的设备的主轴线18平行地延伸，因而可以特别快速和简单地进行该方法。然而，基本上，还可以在粉末层10a-c内或者在每个新粉末层10a-c中调节供料方向12与主轴线18之间的可变角度。因此，作为使平行排列结构16(即，如图1所示的在每个粉末层10a-c中的暴露带)的供料方向12旋转的替换方式，只有组成单独暴露带16的单独线条14相对于每个新粉末层10a-c相互旋转，因而可靠地防止在材质纹理中的优先方向的发展。这里，可以提出与每个粉末层10a-c关联一个角度，使得在叠加制造的组件或组成区域中一个角度分别只使用一次。如在图2中进一步意识到，三个所示平行排列结构16的直线14在各个单独粉末层10a-c中朝向相同。然而，基本上还可以提出，在单个粉末层10a、10b和/或10c中可以有区别地调整相邻或相隔平行排列结构16的直线14之间的角度，从而也可以特别可靠地防止优先方向在粉末层10a-c中的形成。
此外，基本上可以提出，用于进行方法的装置具有一个或多个用于感应加热组件或粉末层10a-c的感应线圈。因为借助根据本发明的方法或根据本发明的用于执行该方法的装置可以可靠地防止在组成材料的纹理中的优先方向的形成，所以可能存在的线圈感应线圈不必能够旋转或以其他方式移动，因而该装置可以相应地更简单廉价地形成和操作。

Claims (13)

1.叠加制造组件，尤其是涡轮机或压缩机的组件的至少一个组成区域的方法，其中至少进行以下步骤：
a)将粉末层(10a-c)施加在的组件平台的构建连接区附近；
b)局部熔化和/或烧结所述粉末层(10a-c)，其中，在所述构建连接区附近，至少一个高能束相对于组件平台移动并选择性撞击所述粉末层(10a-c)，其中，所述至少一个高能束与所述组件平台在沿着线性供料方向(12)布置的平行排列结构(16)形式的一些区域中相对移动；
c)将所述组件平台沿着下降方向下降预定层厚；然后
d)重复步骤a)制c)，直到完成所述组成区域，
其特征在于
所述至少一个高能束与所述组件平台在至少两个不同粉末层(10a-c)中相对移动，使得在沿着下降方向摞在一起的粉末层区域中，相应粉末层(10a-c)的相应平行排列结构(16)与相应供料方向(12)设置成不同角度。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述至少一个高能束与所述组件平台在至少两个连续的粉末层(10a-c)中和/或在所有粉末层(10a-c)中相对移动，使得在沿着下降方向摞在一起并彼此相邻的粉末层区域中，相应粉末层的相应平行排列结构(16)与相应线性供料方向(12)设置成不同角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于
所述至少一个高能束与所述组件平台在一些区域中相对移动，从而沿着至少一个线性供料方向(12)交替，尤其是严格交替线性运动以形成平行排列结构(16)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个高能束与所述组件平台在至少两个不同粉末层(10a-c)中相对移动，使得相应线性供料方向(12)在沿着下降方向摞在一起的粉末层区域中朝向相同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，
其特征在于
借助至少一个感应线圈至少在一些区域中和/或至少数次感应加热组件。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于
根据至少一个感应线圈的加热特性来选择至少一个平行排列结构(16)与相关线性供料方向(12)的角度。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个高能束与所述组件平台在至少一个粉末层(10a-c)中相对移动，使得所涉及平行排列结构(10a-c)的至少两条直线(14)具有相同和/或不同的长度。
8.用于叠加制造组件，尤其是涡轮机或压缩机组件的至少一个组成区域的装置，包括：
-至少一个供粉器，用于将至少一个粉末层(10a-c)施加在能够下降的组件平台的构建连接区；
-至少一个辐射源，用于产生至少一个高能束，借助所述辐射源，能够在构建连接区附近局部熔化和/或烧结所述粉末层(10a-c)；以及
-移动装置，借助所述移动装置，所述至少一个高能束与所述组件平台能够至少在沿着线性供料方向(12)布置的平行排列结构(16)形式的某些区域内相对移动；
其特征在于
所述移动装置形成为使所述至少一个高能束与所述组件平台在至少两个不同粉末层(10a-c)内相对移动，使得所涉及粉末层(10a-c)的相应平行排列结构(16)在粉末层区域中与相应线性供料方向(12)设置成不同角度，这些粉末层区域在组件平台的下降方向上相互摞起来。
9.根据权利要求8所述的装置，
其特征在于
提供至少一个感应线圈，借助所述感应线圈能够在一些区域中和/或数次感应加热组件。
10.根据权利要求9所述的装置，
其特征在于
所述至少一个感应线圈布置成防止相对于组件平台旋转。
11.根据权利要求9或10所述的装置，
其特征在于
所述移动装置形成为根据所述至少一个感应线圈的加热特性调节所述至少一个平行排列结构(16)与相关线性供料方向(12)的角度。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的装置，
其特征在于
提供控制和/或调节装置，所述控制和/或调节装置用于根据将要制造的组成区域的层信息和/或根据粉末层的材料信息操作所述移动装置和/或所述辐射源。
13.涡轮机或压缩机的组件，
其特征在于
所述组件能够通过根据权利要求1-7中任一项所述的方法获得和/或借助根据权利要求8-12中任一项所述的装置制造。
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