CN110815819A - 用于激光沉积的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于激光沉积的方法和设备。一种激光沉积设备，包括：密封外壳，被配置为保持基板；粉末源，被配置为保持粉末材料；喷丸源，被配置为保持喷丸介质；以及沉积系统，流体地连接到粉末源和喷丸源。沉积系统包括被配置为生成激光束的激光器。沉积系统被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。

Description

用于激光沉积的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于激光沉积的方法和设备。
背景技术
目前，增材制造工艺(additive manufacturing process)被用于生产各种三维(3D)物体。增材制造包括沉积一个或多个材料层，例如以制造物体、包覆现有物体或修复物体的现有结构。增材制造工艺的一个实例是激光沉积技术(LDT)，其中，将粉末材料喷射到激光束中，从而使粉末熔化并沉积层。可以重复LDT工艺，以在基板上连续沉积多个层，从而构建物体，其有时称为激光自由成形制造技术(LFMT)。使用LDT工艺的其他实例包括：激光熔覆技术(LCT)，其中，现有物体包覆有一个或多个包覆层；以及激光修复技术(LRT)，其包括在现有物体上沉积一个或多个层以修复该物体的结构。
与使用其他工艺制造的物体相比，增材制造的物体例如由于晶粒尺寸、微观结构、晶体织构、表面抛光等能够具有较低的疲劳强度。因此，使用诸如激光沉积的工艺增材制造的物体有时用喷丸工艺(或其他工艺)处理表面，以改善疲劳强度。但是，在增材制造工艺完成之后，在二级站执行当前的喷丸处理(和其他工艺)，这可能是低效的、耗时的和/或昂贵的。此外，在增材制造工艺完成之后，特别是对于具有复杂形状的物体，可能难以到达具有有限曝光或没有曝光的物体表面。
需要一种对于增材制造的物体更有效、更省时、成本更低和/或更精确的喷丸工艺。
发明内容
考虑到这些需求，本公开的某些实施方式提供了一种激光沉积设备，其包括：密封外壳，被配置为保持基板；粉末源，被配置为保持粉末材料；喷丸源，被配置为保持喷丸介质；以及沉积系统，流体地连接到粉末源和喷丸源。沉积系统包括被配置为生成激光束的激光器。沉积系统被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统还被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。
在至少一个实施方式中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头。沉积头被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。沉积头被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
在一个或多个实施方式中，沉积系统还包括第一沉积头和第二沉积头。第一沉积头流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。第二沉积头流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
在一个或多个实施方式中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头。沉积头包括第一喷嘴和第二喷嘴。第一喷嘴流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。第二喷嘴流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
本公开的某些实施方式提供了一种用于激光沉积的方法，其包括：通过使用连接到粉末源并连接到喷丸源的沉积系统将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个材料层。该方法还包括：通过使用沉积系统将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。
本公开的某些实施方式还提供了一种沉积系统，其包括：激光器，被配置为生成激光束；以及至少一个沉积头，被配置为流体连接至包含粉末材料的粉末源及包含喷丸介质的喷丸源。至少一个沉积头被配置为通过将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中来沉积一个或多个材料层。至少一个沉积头还被配置为通过将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上来对一个或多个层进行喷丸处理。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，其中遍及所有的附图相同的数值表示相同的部分，其中：
图1是示出了根据本公开的一个实施方式的激光沉积设备的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方式的图1所示激光沉积设备的沉积系统的放大示意图；
图3是示出了根据本公开的一个实施方式的沉积操作的图2中所示的沉积系统的放大示意图；
图4是示出了根据本公开的一个实施方式的喷丸操作的图2中所示的沉积系统的放大示意图；
图5是示出了根据本公开的一个实施方式的中间喷丸工艺的图2中所示的沉积系统的放大示意图；
图6是示出了根据本公开的另一实施方式的激光沉积设备的放大示意图；以及
图7是示出根据本公开的一个实施方式的用于激光沉积的方法的流程图。
图8是飞机制造和维修方法的框图。
图9是飞机的示意性透视图。
具体实施方式
当结合附图阅读时，将更好地理解以上概要及以下某些实施方式的详细描述。如本文使用的，用单数叙述的且前面具有单词“一(a)”或“一个(an)”的元件或步骤应理解为并非必须排除复数个元件或步骤。进一步，提到“一个实施方式”并非旨在解释为排除也包含所述特征的额外实施方式的存在。而且，除非明确规定与此相反，否则，“包括”或者“具有”具备特定性能的一个元件或者多个元件的实施方式中可包括不具备该性能的另外的元件。
虽然可以使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”等各种空间和方向性术语来描述本公开的实施方式，然而，应当理解的是，这样的术语仅相对于图中所示的取向而使用。该取向可以反转、旋转或以其他方式更改，使得如果结构翻转180度，则顶侧变为底侧，如果结构枢转90度，则顶侧变为左侧或右侧等。
本公开的某些实施方式包括激光沉积设备，被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统还被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。由于一个或多个层(或由其形成的物体)不必移动到另一个装置进行喷丸操作，激光沉积工艺更有效、耗时更少和/或成本更低。另外，可以获得用于增材制造物体的更为精确的喷丸处理工艺。
图1是示出了根据本公开的一个实施方式的激光沉积设备100的方框图。激光沉积设备100被配置为通过在基板或现有物体上沉积一个或多个材料层来增材制造物体。例如，激光沉积设备100可以用于制造物体。在一个实例中，激光沉积设备100是已供有粉末的激光沉积设备，但是在其他实施方式中使用的是其他激光沉积工艺(例如，已供有液体的激光沉积设备等)。这里将关于制造物体(有时是指激光自由成形制造(LFM))描述和示出激光沉积设备的该示例性实施方式。但是，激光沉积设备100还可以用于用包覆材料包覆现有物体，以修复现有物体的结构，等等。
激光沉积设备100包括密封外壳102和保持在密封外壳102内的工作台104。密封外壳102是气密密封的并包含惰性气体，例如氩(Ar)、氦(He)等。在一些实例中，密封外壳102内的氧气水平保持在最低水平以下(例如，低于百万分之五(ppm)等)。可选地，密封外壳102包括用于使物体进出密封外壳102的前腔(未示出)。
工作台104被配置为保持基板106，以在基板106上沉积一个或多个材料层，从而在基板106上构建(即，制造)物体。另外或者替代地，如上所述，工作台104被配置为保持现有物体(未示出)以进行包覆、修复等。可选地，工作台104是可移动的，使得工作台104被配置为改变基板106(或保持在工作台104上的现有物体)的取向，例如以便于对物体进行喷丸处理。
如以下将更详细地描述，本公开的激光沉积设备100包括沉积系统108，其被配置为在基板106上沉积一个或多个材料层，从而制造(或在其他实例中包覆、修复等)物体。沉积系统108还被配置为对(多个)沉积层的外表面进行喷丸处理，从而对由(多个)沉积层构成的物体施涂表面处理。如本文所使用的，“基板”(例如，基板106)是例如其上沉积有一个或多个层以制造物体的表面或材料，并且也可用来指在其上沉积有一层或更多层以用于进行包覆、修复等的现有物体。
激光沉积设备100包括沉积源，其在所示实施方式中是粉末源110，其保持沉积在基板106上以构建物体的粉末沉积材料(即，构成所得到的物体的材料)。应当注意，虽然在一个实例中由粉末源110保持的材料是粉末材料，但是可以使用其他材料。例如，可以使用其他的沉积源来以实现一个或多个材料层的沉积的任何其他形式保持材料(例如，液体等)。可用于制造物体(或在其他实例中对物体进行包覆、修复等)的材料的实例包括但不限于金属、复合金属、另一种复合材料、塑料、环氧树脂等。虽然仅示出了一个沉积源，但是激光沉积设备100可以包括任何数量的沉积源。
激光沉积设备100包括保持喷丸介质的喷丸源112，该喷丸介质被推进到物体的外表面上从而对物体应用表面处理。用于对物体进行表面处理的喷丸介质的实例包括但不限于金属、复合金属、另一种复合材料、铸钢、塑料、沙子、玻璃等。由喷丸源112保持的喷丸介质具有使得沉积系统108能够对物体进行表面处理的任何尺寸，例如但不限于按照AMS2430表1的930的介质尺寸、按照AMS2431/2的930ASH的介质尺寸等。在一个实例中，在圆角表面上使用的喷丸介质的标称尺寸不大于出现在进行喷丸处理的区域内的最小圆角半径的1/2。在另一个实例中，CW-32或280或更小尺寸的铸件用于喷丸处理、锻造飞边和/或铸造0.04英寸或更大的分型线延伸半径。在其中喷丸介质穿过凹槽和/或穿过物体的开口的一个实例中，喷丸介质的标称直径不大于凹槽和/或开口的宽度的25％。虽然仅示出了一个喷丸源，但是激光沉积设备100可以包括任何数量的喷丸源112。
在激光沉积设备100的一个实例中，沉积系统108包括经由导管116和118分别流体连接至粉末源110和喷丸源112的单个沉积头114。沉积头114与源110和112的流体连接使得沉积头114能够分别使用粉末材料构建物体并使用喷丸介质对物体进行喷丸处理。以下将参考图2更加详细地描述沉积头114。
沉积系统108包括一个或多个压缩气体源120(示出了单个压缩气体源120)。压缩气体源120驱动沉积头114进行操作。例如，压缩气体源120流体连接至导管116，使得压缩气体源120被配置为将粉末材料从粉末源110移动到沉积头114，以使得沉积头114能够喷射粉末材料。类似地，压缩气体源120流体连接至导管118，使得压缩气体源120被配置为将喷丸介质从喷丸源112移动到沉积头114，以使得沉积头114能够喷射喷丸介质。
沉积系统108包括一个或多个调节器组件122(示出了一个调节器组件122)，这些调节器组件被配置为对从压缩气体源120释放到管道116和118中的气体压力进行调节，从而调节来自沉积头114的喷射的强度。调节器组件122还包括在流体连接至粉末源110与流体连接至喷丸源112之间选择性地切换沉积系统108的一个或多个阀124。例如，阀124包括这样的一个位置，在该位置中沉积头114流体连接至粉末源110，并且相应的管道116流体连接至压缩气体源120，使得沉积头114被配置为从粉末源110喷射粉末材料。阀124包括这样的另一个位置，在该位置中沉积头114流体连接至喷丸源112，并且相应的导管118流体连接至压缩气体源120，使得沉积头114被配置为从喷丸源112喷射喷丸介质。
任何可压缩气体(例如但不限于空气、惰性气体等)可由压缩气体源120保持并用于驱动沉积头114进行操作。虽然示出和描述为仅具有单个压缩气体源120以使得沉积头114能够喷射来自粉末源110的粉末材料和来自喷丸源112的喷丸介质，但是沉积系统108可以包括任何数量的压缩气体源120。在另一个实例中，沉积系统108包括两个压缩气体源120，即专用于粉末源110的压缩气体源以使得沉积头114能够从粉末源110喷射粉末材料、以及专用于喷丸源112的压缩气体源以使得沉积头114能够从喷丸源112喷射喷丸介质。
现在参考图2，沉积头114包括一个或多个喷嘴126。每个喷嘴126包括具有出口130的通道128，该出口130被配置为由此喷射粉末材料流(例如，图3中所示的粉末材料流132)和/或喷丸介质流(例如，图4中所示的喷丸介质流134)。每个喷嘴126的出口130具有使得喷嘴126能够生成喷射图形的任何形状，该喷射图形使得激光沉积设备能起到如本文所描述和/或示出的功能。每个喷嘴126的通道128流体连接至导管116和118中的一个或两个(如图1所示)，以用于从粉末源110喷射粉末材料(图1中所示)和/或从喷丸源112喷射喷丸介质(如图1所示)。在所示的沉积头114的实例中，每个喷嘴126的通道128流体连接至导管116和118，使得每个喷嘴126被配置为选择性地从粉末源110喷射粉末材料流并从喷丸源112喷射喷丸介质流。在其他实例中，一个或多个喷嘴126专门用于从粉末源110喷射粉末材料，和/或一个或多个喷嘴126专门用于从喷丸源112喷射喷丸介质流。例如，一个或多个喷嘴126仅流体连接至粉末源110的导管116，使得(多个)喷嘴126被配置为仅喷射粉末材料，而一个或多个其他喷嘴126仅流体连接至喷丸源112的导管118，使得(多个)喷嘴126被配置为仅喷射喷丸介质。虽然示出了两个喷嘴，但是沉积头114可包括任何数量的喷嘴126。在各种实例中的每个喷嘴126在本文中被称为“第一”和/或“第二”喷嘴。
在沉积系统108的所示实例中，沉积头114包括被配置为生成激光束(例如，图3中所示的激光束138)的激光器136。在一些实例中，由激光器136生成的激光束是聚焦激光束。如将在下文中参考图3所描述的，被配置为从粉末源110喷射粉末材料的任一喷嘴126的出口130相对于激光束定位成使得喷嘴126将粉末材料流喷射到激光束中，从而使粉末材料熔化并在基板106上沉积一个材料层。激光器136生成具有使得沉积系统108能起到如本文所描述和/或示出的功能的任何功率和/或强度的激光束。
虽然被示出为沉积头114的部件，但在其他实例中，激光器136是相对于沉积头114定位成使得由激光器136生成的激光束被配置为接收来自沉积头114的粉末材料流的沉积系统108的单独部件。
在一些实例中，沉积系统108包括如图1和图2所示的控制气体子系统140。控制气体子系统140有助于保护粉末材料和激光束之间的反应，例如通过将反应控制在粉末流和激光束相交的区域。控制气体子系统140包括压缩气体源142(图2中未示出)、调节器组件144(图2中未示出)以及一个或多个喷嘴146。喷嘴146被定位成喷射至少部分地围绕粉末材料流从而有助于保护粉末材料和激光束之间的反应的控制气体流(例如，图3中所示的控制气体流148)。在一些实例中，由控制气体子系统140发射的(多个)控制气体流还有助于控制粉末材料流的尺寸、形状、方向、几何形状等，以便于以使得所得到的物体具有预定尺寸、形状、几何形状等的方式在基板106上沉积(多个)材料层。可选地，在物体的喷丸处理期间使用控制气体子系统，以便于控制喷丸介质流的尺寸、形状、方向、几何形状等。由控制气体子系统140生成的控制气体流是任何惰性气体，例如氩(Ar)、氦(He)等。
在沉积系统108的该示例性实施方式中，控制气体子系统140的喷嘴146被示出为沉积头114的部件。但是，在其他实例中，一个或多个喷嘴146是相对于沉积头114定位成使得控制气体子系统140能够起到如本文所描述和/或示出的功能的沉积系统108的单独部件。
在操作中，现在参见图3，示出了激光沉积工艺，其中，激光器136朝向基板106发射激光束138。沉积头114的喷嘴126喷射来自粉末源110(图1中示出)的粉末材料流132，使得将粉末材料流132注射到激光束138中。激光束138使粉末材料熔化，使得在基板106上沉积一个材料层。逐层重复该沉积工艺，以在基板106上构建物体150。在沉积工艺期间，控制气体子系统140的喷嘴146喷射至少部分地围绕粉末材料流132以便于保护粉末材料和激光束138之间的反应的控制气体流148。图3示出了沉积工艺的中间阶段，其中，物体150的构建仅部分完成。
现在参考图4，物体150的结构被示出为已经完全由图3中所示的沉积工艺构建。这里示出的物体150仅意在作为一个实例。物体150可具有与本文所示相比的任何其他尺寸、形状、几何形状等。图4示出了由激光沉积设备100对完成的物体150执行的喷丸操作。沉积头114的喷嘴126将来自喷丸源112(图1中所示)的喷丸介质流134喷射(例如，推进)到物体150的外表面上，从而对物体150进行表面处理。喷丸介质134以使得激光沉积设备100能够对物体150进行表面处理的任何强度喷射到物体150的外表面上。
可选地，移动工作台104和/或沉积头114，以改变物体150的取向，从而增加喷丸介质的覆盖范围。例如，改变物体150的取向使得喷丸介质能够撞击在已经通过激光沉积工艺完成物体150的结构之后具有有限曝光的物体150的外表面(例如，裂缝表面、凹部表面、开口下面的表面、悬垂件下面的表面等)。
在一些实例中，现在参考图5，在完成图3所示的激光沉积工艺之前使用图4中所示的喷丸处理工艺。例如，在通过激光沉积工艺完成物体的结构之前，将由激光沉积设备100对一旦物体150的结构已经完全生成将未曝光的或具有有限曝光的物体150的外表面进行喷丸处理。换句话说，在仅部分完成物体150的结构之后，停止激光沉积工艺。在恢复激光沉积工艺以完成物体150的结构之前，由激光沉积设备100对一旦激光沉积工艺完成将未曝光或具有有限曝光的外表面进行喷丸处理。如此，激光沉积设备100在构建期间根据需要交替进行喷丸处理工艺和激光沉积工艺，以对一旦物体150的结构完成难以或不可能对其进行喷丸处理的物体150的外表面进行表面处理。图5示出了中间喷丸处理工艺，其中，在使用激光沉积工艺进行的两个相邻层的沉积之间，沉积头114的喷嘴126将喷丸介质流134喷射到图3所示的物体150的部分完成的结构的外表面上。
如上所述，激光沉积设备100的所示实施方式包括执行激光沉积设备100的激光沉积工艺和喷丸处理工艺的单个沉积头114，但是本公开设想了专用于执行激光沉积工艺一个或多个沉积头和专用于执行喷丸处理工艺的一个或多个沉积头的实例。也就是说，激光沉积设备100可包括任何数量的沉积头114。例如，图6示出了包括具有两个沉积头214a和214b的沉积系统208的激光沉积设备200的另一个实施方式。沉积头214a包括激光器236和一个或多个喷嘴226a，这些喷嘴流体连接至粉末源210，使得沉积头214a被配置为将粉末材料流喷射到由激光器236生成的激光束中，从而执行激光沉积工艺。在一些实例中，由激光器236生成的激光束是聚焦激光束。沉积头214b包括一个或多个喷嘴226b，这些喷嘴流体连接至喷丸源212，使得沉积头214b被配置为喷射喷丸介质流，从而执行喷丸处理。
虽然被示出为沉积头214a的部件，但是在一些实例中，激光器236是相对于沉积头214a定位成使得由激光器236生成的激光束被配置为接收来自喷嘴226a的粉末材料流的激光沉积设备200的单独部件。在各种实例中，沉积头214a在文中称为“第一”沉积头，而沉积头214b在文中称为“第二”沉积头。
在一些其他实例中，沉积头214a和214b被配置为可互换地安装到沉积系统208，以分别在激光沉积工艺和喷丸处理工艺之间选择性地切换。
图7是示出根据一个实施方式的用于激光沉积的方法300的流程图。在302处，方法300通过使用连接到粉末源和喷丸源两者的沉积系统将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个材料层。可选地，在302处将粉末材料流注射到激光束包括，在302a处，将来自沉积头的粉末材料流喷射到激光束中。
在304处，方法300在与粉末源流体连接和与喷丸源流体连接之间切换沉积系统的沉积头。
在306处，方法300通过使用沉积系统将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。可选地，在304处将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上包括，在306a处，将喷丸介质从沉积头喷射到外表面上。在一些实例中，在304处对一个或多个层进行喷丸处理包括，在306b处，从与用于在302a处将粉末材料流喷射到激光器中不同的沉积头将喷丸介质喷射到外表面上。可选地，在306处对一个或多个层进行喷丸处理包括，在306c处，将用于在302处将粉末材料流注射到激光束中的沉积系统的第一沉积头替换为用于在306处将喷丸介质推进到至少一层的外表面上的第二沉积头。在一个实例中，在304处对一个或多个层进行喷丸处理包括，在306d处，将喷丸介质从用于在302a处将粉末材料流喷射到激光束中的相同沉积头的不同喷嘴喷射到外表面上。可选地，在306处对一个或多个层进行喷丸处理包括，在306e处，改变基板的取向。
在308处，方法300包括，在306处使用沉积系统对一个或多个层的外表面的至少一部分进行喷丸处理之后使用沉积系统沉积至少一个附加层。
虽然本文公开的示例性实施方式涉及能够执行喷丸操作的已供有粉末激光沉积设备，但是本公开不限于已供有粉末激光沉积设备。而是，可以使得诸如粉末层熔化设备(例如，粉末层设备、线材供给设备等)、金属喷射设备、定向能量沉积设备等的其他增材制造设备能够进行喷丸操作。
可以在图8中所示的飞机制造和维修方法400以及在图9中所示的飞机500的上下文中描述本公开的实施方式。在生产前期间，该示例性方法400可以包括飞机500的规范和设计402以及材料采购404。在生产过程中，进行飞机500的部件和子组件制造406以及系统集成408。之后，飞机500可经理认证和交付410以投入使用412。在由客户使用时，飞机500被安排进行例行维护和维修414(其还可以包括修改、重新构造、翻新等)。
可以通过系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)执行或进行示出的方法400的各个处理。为了本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的售货商、分包商和供应商；并且操作者可为航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图9所示，通过示出性方法400生产的飞机500可包括具有多个高级系统504和内部506的机身502。高级系统504的实例包括推进系统508、电力系统510、液压系统512以及环境系统514中的一个或多个。可包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天的实例，但是该原理可应用于其他行业，诸如汽车行业。
在制造和维修方法400的任意一个或者多个阶段可采用本公开中所示或者所描述的装置和方法。例如，在飞机500投入使用时，可以类似于已生产的部件或者子组件的方式制作或者制造对应于部件和子组件制造406中的部件或者子组件。而且，所述装置、方法或者它们的组合的一个或多个方面可以在制造状态406和408期间，例如通过极大加快飞机500的装配或者降低飞机500的成本来使用。同样，例如但不限于，在飞机500投入使用时，例如，维护和维修414，可以利用装置或者方法实现或者其组合的一个或者多个方面。
因此，各种实施方式包括一种激光沉积设备和方法，其利用流体连接至粉末源和喷丸源的沉积系统选择性地接近被配置为保持粉末材料的粉末源和被配置为保持喷丸介质的喷丸源。激光沉积设备和方法允许选择性地沉积多个层以形成物体并对物体进行喷丸处理，而不必在不同设备之间移动物体以执行层沉积和喷丸处理。
如本文所使用的，以对应于任务或操作的方式特别在结构上形成、构造或改造“配置为”执行该任务或操作的结构、限制或元件。为了清楚起见且为了避免疑惑，仅能够修改以执行该任务或操作的物体未“配置为”执行如本文使用的任务或操作。
如对于本领域技术人员显而易见的，可以改变或扩展本文给出的任何范围或值，而不失去实际效果。
虽然通过结构特征和方法行为专用的语言描述了主题，但是应理解的是，在所附权利要求内限定的主题不必限于上面描述的特定特征或行为。而是，公开了上面描述的特定特征和行为来作为实现权利要求的实例形式。
应当理解，上述益处和优点可以涉及一个实施方式，或者可以涉及多个实施方式。实施方式不限于解决任何或全部所陈述的问题的那些实施方式或者具有任何或全部所陈述的益处和优点的那些实施方式。将进一步理解的是，对“一个”项的引用是指这些项中的一个或多个。
在此示出和描述的实施方式以及在这里没有具体描述但是落在权利要求书的各方面的范围内的实施方式构成用于激光沉积和喷丸处理的示例性装置。
术语“包括(comprising)”在本说明书中用于表示包括其后的(多个)特征或(多个)动作，但不排除存在一个或多个附加特征或动作。
除非另有规定，否则本文所说明和描述的本公开的实例中的操作的实施或执行的顺序不是必要的。也就是说，除非另有规定，否则操作可以任意顺序执行，并且本公开的实例可以包括比本文公开的操作更多或更少的操作。比如，可以预见的是，在一个操作之前、同时或之后实施或执行特定的操作(例如，不同的步骤)都落在本公开的各方面的范围之内。
当引入本公开或者其实例的各方面的元件时，冠词“一(a)”、“一(an)”、“该(the)”和“所述(said)”旨在意指具有一个或多个元件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”意指包括在内并意指可能具有除了列举的元件之外的另外的元件。术语“示例性”旨在表示“…的一个实例”。短语“以下中的一个或多个：A、B和C”意指“A中的至少一个和/或B中的至少一个和/或C中的至少一个”。
在详细描述了本公开的各方面之后，在不背离在所附权利要求内定义的本公开的各方面的范围的情况下，显然能够进行修改和变更。在不偏离本公开的各方面的范围的情况下可在以上结构、产品和方法中做出各种的变化，意在使包含在以上描述中的和附图中示出的所有内容应该解释为说明性的而不具有限制意义。
应理解，以上描述的目的是说明性的，而不是限制性的。例如，上述实施方式(和/或其方面)可彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可进行许多修改以使特殊的情况或材料适应于本公开的各种实施方式的教导。虽然本文描述的材料的尺寸和类型的目的是定义本公开的各种实施方式的参数，但是这些实施方式决不是限制性的，而是代表性的实施方式。对于本领域普通技术人员来说，在回顾以上描述之后许多其他实施方式都将是显而易见的。因此，应该参考所附权利要求以及对这些权利要求授权的等同物的全部范围来确定本发明的各种实施方式的范围。在所附权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。而且，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并非旨在对其对象强加数字要求。进一步，下面权利要求的限制不是以装置加功能的方式撰写的，且并非意在基于美国法典第35篇第112(f)节来解释，除非并直至这种权利要求限制明确地使用其后紧跟缺乏进一步结构的功能语句的短语“用于…的装置”。
此书面描述使用实例来公开本公开的各种实施方式，包括最佳实现方式，并且还使得本领域的任何普通技术人员能够实践本公开的各种实施方式，包括制造并使用任何装置或系统且执行任何所包含的方法。本公开的各种实施方式的可专利范围由权利要求书定义，并且可包括本领域的普通技术人员可想到的其他实例。如果这些其他实例具有与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他实例包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等同的结构元件，那么这些其他实例旨在落入权利要求书的范围内。
以下条款描述了进一步的方面：
条款组A：
A1.一种激光沉积设备，包括：
密封外壳，被配置为保持基板；
粉末源，被配置为保持粉末材料；
喷丸源，被配置为保持喷丸介质；以及
沉积系统，流体连接至粉末源和喷丸源，该沉积系统包括被配置为生成激光束的激光器，其中，该沉积系统被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层，该沉积系统还被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上来对该一个或多个层进行喷丸处理。
A2.根据条款A1所述的激光沉积设备，其中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头，沉积头被配置为将粉末材料流喷射到激光束中，沉积头被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
A3.根据条款A1所述的激光沉积设备，其中，沉积系统还包括第一沉积头和第二沉积头，该第一沉积头流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中，该第二沉积头流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
A4.根据条款A1所述的激光沉积设备，其中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头，该沉积头包括第一喷嘴和第二喷嘴，该第一喷嘴流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中，该第二喷嘴流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
A5.根据条款A1所述的激光沉积设备，其中，沉积系统还包括一个或多个阀，该一个或多个阀被配置为在流体连接至粉末源与流体连接至喷丸源之间选择性地切换沉积系统。
A6.根据条款A1所述的激光沉积设备，其中，沉积系统还包括控制气体子系统，该控制气体子系统被配置为用惰性气体至少部分地包围粉末材料流。
A7.根据条款A1所述的激光沉积设备，还包括保持在密封外壳内的工作台，其中，工作台是可移动的，以使得工作台被配置为改变基板的取向。
条款组B：
B1.一种用于激光沉积的方法，包括：
通过使用连接到粉末源并连接到喷丸源的沉积系统将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个材料层；以及
通过使用沉积系统将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。
B2.根据条款B1所述的方法，其中，沉积系统包括沉积头，并且其中：
将粉末材料流注射到激光束中包括将粉末材料流从沉积头喷射到激光束中；以及
将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上包括将喷丸介质从沉积头喷射到外表面上。
B3.根据条款B1所述的方法，其中，将粉末材料流注射到激光束中包括将粉末材料流从沉积头喷射到激光束中，并且其中，对一个或多个层进行喷丸处理包括将喷丸介质从不同的沉积头喷射到外表面上。
B4.根据条款B1所述的方法还包括，在使用沉积系统对一个或多个层的外表面进行喷丸处理之后使用沉积系统沉积至少一个附加层。
B5.根据条款B1的方法，其中，对一个或多个层进行喷丸处理包括将用于将粉末材料流注射到激光束中的沉积系统的第一沉积头替换为用于将喷丸介质推进到至少一个层的外表面上的第二沉积头。
B6.根据条款B1的所述方法，其中，将粉末材料流注射到激光束中包括将粉末材料流从沉积头的喷嘴喷射到激光束中，并且其中，对一个或多个层进行喷丸处理包括将喷丸介质从沉积头的不同喷嘴喷射到一个或多个层的外表面上。
B7.根据条款B1所述的方法还包括，在与粉末源流体连接和与喷丸源流体连接之间切换沉积系统的沉积头。
B8.根据条款B1所述的方法，其中，对一个或多个层进行喷丸处理包括改变基板的取向。
条款组C：
C1.一种沉积系统，包括：
激光器，配置为生成激光束；以及
至少一个沉积头，被配置为流体连接至包含粉末材料的粉末源和包含喷丸介质的喷丸源，其中，至少一个沉积头被配置为通过将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中来沉积一个或多个材料层，至少一个沉积头被配置为通过将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上来对一个或多个层进行喷丸处理。
C2.根据条款C1的沉积系统，其中，沉积头包括第一喷嘴和第二喷嘴，该第一喷嘴流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中，该第二喷嘴流体连接至激光束并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。
C3.根据条款C1的沉积系统还包括，一个或多个阀，被配置为在与粉末源的流体连接和与喷丸源流体连接之间选择性地切换至少一个沉积头。
C4.根据条款C1的沉积系统还包括，控制气体子系统，被配置为用惰性气体包围粉末材料流和激光束，以用于控制将粉末材料流注射到激光束中。
C5.根据条款C1所述的沉积系统，其中，至少一个沉积头包括激光器。

Claims (12)

1.一种激光沉积设备(100、200)，包括：
密封外壳(102)，被配置为保持基板(106)；
粉末源(110、210)，被配置为保持粉末材料；
喷丸源(112、212)，被配置为保持喷丸介质；以及
沉积系统(108、208)，流体地连接至所述粉末源(110、210)和所述喷丸源(112、212)，所述沉积系统(108、208)包括被配置为生成激光束(138)的激光器(136、236)，其中，所述沉积系统(108、208)被配置为通过将粉末材料流(132)注射到所述激光束(138)中而在所述基板(106)上沉积一个或多个层，所述沉积系统(108、208)还被配置为通过将所述喷丸介质推进到所述一个或多个层的外表面上来对所述一个或多个层进行喷丸处理。
2.根据权利要求1所述的激光沉积设备(100)，其中，所述沉积系统(108)还包括流体地连接至所述粉末源(110)和所述喷丸源(112)的沉积头(114)，所述沉积头(114)被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束(138)中，所述沉积头(114)被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。
3.根据权利要求1所述的激光沉积设备(200)，其中，所述沉积系统(208)还包括第一沉积头和第二沉积头(214a、214b)，所述第一沉积头(214a)流体地连接至所述粉末源(210)并被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束中，所述第二沉积头(214b)流体地连接至所述喷丸源(212)并被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。
4.根据权利要求1所述的激光沉积设备(100)，其中，所述沉积系统(108)还包括流体地连接至所述粉末源(110)和所述喷丸源(112)的沉积头(114)，所述沉积头包括第一喷嘴(126)和第二喷嘴(126)，所述第一喷嘴(126)流体地连接至所述粉末源(110)并被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束中，所述第二喷嘴(126)流体地连接至所述喷丸源(112)并被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光沉积设备(100、200)，其中，所述沉积系统(108、208)还包括一个或多个阀(124)，所述一个或多个阀(124)被配置为在流体地连接至所述粉末源(110、210)与流体地连接至所述喷丸源(112、212)之间选择性地切换所述沉积系统(108、208)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的激光沉积设备(100、200)，其中，所述沉积系统(108、208)还包括控制气体子系统(140)，所述控制气体子系统(140)被配置为用惰性气体至少部分地包围所述粉末材料流。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的激光沉积设备(100、200)，还包括保持在所述密封外壳(102)内的工作台(104)，其中，所述工作台(104)是能移动的，以使得所述工作台(104)被配置为改变所述基板(106)的取向。
8.一种用于激光沉积的方法(300)，包括：
步骤(302)，通过使用连接到粉末源并连接到喷丸源的沉积系统将来自所述粉末源的粉末材料流注射激光束中而在基板上沉积一个或多个材料层；以及
步骤(306)，通过使用所述沉积系统将来自所述喷丸源的喷丸介质推进到所述一个或多个材料层的外表面上而对所述一个或多个材料层进行喷丸处理。
9.根据权利要求8所述的方法(300)，其中，所述沉积系统包括沉积头，并且其中，
将所述粉末材料流注射到所述激光束中包括步骤(302a、306a)，将所述粉末材料流从所述沉积头喷射到所述激光束中；以及
将所述喷丸介质推进到所述一个或多个材料层的所述外表面上包括步骤(306b)，将所述喷丸介质从所述沉积头喷射到所述外表面上。
10.根据权利要求8所述的方法(300)，其中，将所述粉末材料流注射到所述激光束中包括步骤(306a)，将所述粉末材料流从沉积头喷射到所述激光束中，并且其中，对所述一个或多个材料层进行喷丸处理包括步骤(306b)，将所述喷丸介质从不同的沉积头喷射到所述外表面上。
11.根据权利要求8所述的方法(300)，其中，对所述一个或多个材料层进行喷丸处理的步骤(306)包括步骤(306c)，将用于将所述粉末材料流注射到所述激光束中的所述沉积系统的第一沉积头替换为用于将所述喷丸介质推进到所述一个或多个材料层的所述外表面上的第二沉积头。
12.根据权利要求8所述的方法(300)，其中，将所述粉末材料流注射到所述激光束中包括步骤(302a)，将所述粉末材料流从沉积头的喷嘴喷射到所述激光束中，并且其中，对所述一个或多个材料层进行喷丸处理的步骤(306)包括步骤(306d)，将所述喷丸介质从所述沉积头的不同喷嘴喷射到所述一个或多个材料层的所述外表面上。
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