CN111097912A - 具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件”。本发明提供了一种结合到增材制造的物件(102)中的通路(250)、物件(102)和相关方法。物件(102)具有增材制造构建方向。通路(250)包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分(224)；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分(226)，第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，该至少一个自支撑顶表面部分包括以与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)。具有沿着非线性长度变化的横截面形状的通路(250)不论构建方向如何均能适应增材制造。

Description

具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件
背景技术
本公开整体涉及增材制造，并且更具体地讲，涉及具有沿着其非线性长度呈变化横截面形状的通路的物件以便不论构建方向如何均能适应增材制造。
发电、航空领域及其他领域的变化和改进速度伴随着制造这些领域中使用的物件或部件的广泛研究。金属、塑料或陶瓷复合物件的常规制造一般包括先从材料板铣削或切削掉区域，再处理并修改切下的材料而产生零件，这可例如在绘图软件中使用计算机模型模拟。可由金属形成的制造的物件可包括例如用于安装在涡轮机(诸如飞机发动机或发电系统)的热气体路径中的翼面物件。这些物件可在其中包括通路，诸如冷却通路，这些通路允许输送冷却剂以将物件的温度保持在安全范围内。
增材制造(AM)包括通过材料的连续层叠而不是材料的移除来生产物件的多种多样的过程。因此，增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心材料坯体(其中许多被切削掉并被抛弃)加工物件，增材制造中使用的仅有材料是使物件成形所需的材料。
增材制造技术通常包括采用待形成的物件的三维计算机辅助设计(CAD)文件，以电子方式将该物件切成层(例如，18-102微米厚)并且创建具有每个层的二维图像(包括向量、图像或坐标)的文件。然后，可将该文件下载到制备软件系统中，该制备软件系统解释该文件，使得可通过不同类型的增材制造系统来构建该物件。在增材制造的3D打印、快速原型(RP)和直接数字制造(DDM)形式中，对材料层进行选择性分配、烧结、形成、沉积等以形成该物件。
在金属粉末增材制造技术诸如直接金属激光熔化(DMLM)(也称为选择性激光熔化(SLM))中，将金属粉末层顺序地熔化在一起以形成该物件。更具体地讲，使用涂敷器均匀地分布于金属粉末床上之后，将细金属粉末层顺序地熔化。每个涂敷器包括由金属、塑料、陶瓷、碳纤维或橡胶制成的模唇、刷、刮刀或滚筒形式的涂敷器元件，该涂敷器元件将金属粉末均匀铺展在构建平台上方。金属粉末床可在竖直轴中移动。该过程在具有精确控制的气氛的处理室中发生。一旦形成每个层，就可通过选择性地熔化金属粉末来使物件几何形状的每个二维切片熔凝。该熔化可通过高功率的熔化束(诸如100瓦镱激光器)执行，以便完全焊接(熔化)金属粉末而形成固体金属。该熔化束使用扫描镜在X-Y方向上移动，并且其强度足以完全焊接(熔化)金属粉末以形成固体金属。可降低金属粉末床以用于每个后续二维层，并且该过程重复进行，直至完全形成该物件。为了更快地形成某些更大的物件，一些金属增材制造系统采用一起工作而形成物件的两个或更多个高功率激光器。
增材制造的一个限制是无法以与构建方向(通常在竖直方向上)呈大于约45°的角度打印。该增材制造限制提出了与在物件中形成非线性的通路(即，它们是曲线的)相关的挑战，该通路诸如为涡轮机的热气体路径(HGP)物件中的冷却通路。当前通路必须以相对于构建方向呈小于45°的角度进行取向。此外，当前通路通常具有圆形横截面并且是大致线性的。在通路相对于构建方向呈大于45°的角度的情况下，它们需要复杂支撑件。否则，通路必须在制造之前在物件中改变路线，以避免基于特定构建方向的不可打印取向。
发明内容
本公开的第一方面提供了结合到增材制造的物件中的通路，该物件具有构建方向，该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。
本公开的第二方面提供了增材制造(AM)的热气体路径(HGP)物件，其包括：其中具有通路的主体，该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。
本公开的第三方面提供了增材制造包括通路的物件的方法，该方法包括：使金属粉末床中的金属粉末选择性地熔凝以形成物件的主体的初始成形层；以及逐层重复选择性熔凝以形成具有通路的物件的主体，其中该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。
本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
图1示出了根据本公开的实施方案的增材制造系统和过程的框图，其包括存储表示物件的代码的非暂态计算机可读存储介质。
图2示出了构建物件的双熔化束源增材制造系统的示意性透视图。
图3示出了四熔化束源增材制造系统的相应场的示意性平面图。
图4示出了根据本公开的实施方案的增材制造的包括通路的物件的示意性侧视图。
图5A至图5C示出了根据本公开的实施方案的通路的第一部分的多个可能横截面。
图6示出了根据本公开的实施方案的通路的第二部分的截面的示意图，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的一个或多个边缘。
图7A至图7H示出了根据本公开的实施方案的通路的示例性第二部分的横截面视图，这些第二部分包括一个或多个自支撑顶表面部分，一个或多个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的一个或多个边缘。
图8示出了根据本公开的实施方案的通路的放大截面，其包括通路的第一部分和第二部分之间的过渡部分。
图9示出了根据本公开的实施方案的示例性物件，该物件呈燃气轮机系统的增材制造的热气体路径部件的形式，并且包括通路。
应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
作为初始事项，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述相关部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定物件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个物件并在另一个上下文中被引用为由多个物件组成。另选地，本文中可描述为包括多个物件的物体可在别处称为单个零件。
此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。在元件或层被称为“开启”、“接合”、“脱离”、“连接到”或“耦接到”另一个元件或层的情况下，它可直接位于其上、接合到、连接到或耦接到其他元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接位于其上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一个元件或层时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
如上所指示，本公开提供了结合到增材制造的物件中的通路、物件和相关方法。该物件具有增材制造构建方向。该通路可包括沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分。第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。因此，该通路具有沿着非线性长度的变化横截面形状，从而不论构建方向如何均能适应增材制造。
图1示出了用于生成一个或多个物件102的示例性计算机化金属粉末增材制造系统100(下文称为“AM系统100”)的示意图/框图，一个或多个物件可包括一个大物件或多个物件，例如如图所示的两个物件102A,102B，其中仅示出了单个层。本公开的教导内容将相对于使用多个熔化束源(例如，四个激光器110、112、114、116)构建一个或多个物件102来描述，但应当强调且将易于认识到的是，本公开的教导内容同样适用于使用任何数量的熔化束源(即，一个或多个)构建多个物件102。在该示例中，AM系统100被布置用于直接金属激光熔化(DMLM)。应当理解，本公开的一般教导内容同样适用于其他形式的金属粉末增材制造，诸如但不限于直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(EBM)以及可能其他形式的增材制造。一个或多个物件102被示出为圆形元件；然而，应当理解，增材制造过程可易于调整成在构建平台118上制造任何形状的物件、各种各样的物件以及大量物件。
AM系统100一般包括金属粉末增材制造控制系统120(“控制系统”)和AM打印机122。如将描述的，控制系统120执行物件代码124O以使用多个熔化束源110、112、114、116来生成一个或多个物件102。在所示示例中，四个熔化束源可包括四个激光器。然而，本公开的教导内容适用于任何熔化束源，例如电子束、激光器等。控制系统120被示出在计算机126上实现为计算机程序代码。在这种程度上，计算机126被示出包括存储器130和/或存储系统132、处理器单元(PU)134、输入/输出(I/O)接口136以及总线138。此外，计算机126被示出与外部I/O设备/资源140和存储系统132通信。一般来讲，处理器单元(PU)134执行存储在存储器130和/或存储系统132中的计算机程序代码124。当执行计算机程序代码124时，处理器单元(PU)134可向/从存储器130、存储系统132、I/O设备140和/或AM打印机122读取和/或写入数据。总线138提供计算机126中的每个部件之间的通信链路，并且I/O设备140可包括使用户能够与计算机126交互的任何设备(例如，键盘、指向设备、显示器等)。计算机126仅表示硬件和软件的各种可能组合。例如，处理器单元(PU)134可包括单个处理单元或者跨越一个或多个位置(例如，客户端和服务器上)的一个或多个处理单元分布。类似地，存储器130和/或存储系统132可驻留在一个或多个物理位置。存储器130和/或存储系统132可包括各种类型的非暂态计算机可读存储介质的任何组合，包括磁介质、光介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。计算机126可包括任何类型的计算设备，诸如工业控制器、网络服务器、台式计算机、膝上型计算机、手持设备等。
正如所指出的，AM系统100、特别是控制系统120执行程序代码124而生成一个或多个物件102。程序代码124可尤其包括用于操作AM打印机122或其他系统零件的计算机可执行指令集(本文称为“系统代码124S”)以及限定将由AM打印机122物理地生成的一个或多个物件102的计算机可执行指令集(本文称为“物件代码124O”)。如本文所述，增材制造过程从非暂态计算机可读存储介质(例如，存储器130、存储系统132等)存储程序代码124开始。用于操作AM打印机122的系统代码124S可包括能够操作AM打印机122的任何现在已知或随后开发的软件代码。
限定一个或多个物件102的物件代码124O可包括物件的精确限定的3D模型，并且可由各种各样的熟知计算机辅助设计(CAD)软件系统(诸如
Figure BDA0002240612580000061
DesignCAD 3D Max等)中的任何一种生成。就这一点而言，物件代码124O可包括任何现在已知或随后开发的文件格式。此外，表示一个或多个物件102的物件代码124O可在不同格式之间转换。例如，物件代码124O可包括为3D系统的立体平版印刷CAD程序创建的标准曲面细分语言(STL)文件，或作为美国机械工程师协会(ASME)标准的增材制造文件(AMF)，后者是被设计为允许任何CAD软件描述将在任何AM打印机上制造的任何三维物件的形状和组成的基于可扩展标记语言(XML)的格式。表示一个或多个物件102的物件代码124O还可根据需要转换成一组数据信号，并且作为一组数据信号传输、接收并转换为代码、存储等。在任何情况下，物件代码124O可为对AM系统100的输入，并且可来自零件设计师、知识产权(IP)提供商、设计公司、AM系统100的操作者或拥有者或来自其他来源。在任何情况下，控制系统120执行系统代码124S和物件代码124O，从而将一个或多个物件102分成一系列薄切片，这些薄切片使用AM打印机122以连续材料层组装。
AM打印机122可包括处理室142，该处理室被密封以便提供用于一个或多个物件102打印的受控气氛，例如用于激光器的设定压力和温度或用于电子束熔化的真空。在其上构建一个或多个物件102的构建平台118定位在处理室142内。多个熔化束源110、112、114、116被配置为在构建平台118上熔化金属粉末层以生成一个或多个物件102。虽然本文将描述四个熔化束源110、112、114、116，但应当强调的是，本公开的教导内容适用于采用任何数量的源(例如，1、2、3或5个或更多个)的系统。
图2示出了使用两个熔化束源110、112(例如，激光器)的AM系统的熔化束的示意性透视图。在操作期间，一个或多个熔化束(虚线)例如由用于激光器的扫描镜或用于电子束的电磁场/电线圈沿着扫描向量(路径)引导，这些扫描向量(路径)由示例性物件102的顶表面上的箭头指示。内部扫描向量202熔化物件102的内部区域204，这些内部扫描向量在整个层中线性地扫描，并且使用一个至三个轮廓扫描向量208熔化极薄边界206，这些轮廓扫描向量仅跟随该层的所需外边缘。每个激光器110、112具有其自身的场(分别为1和2)，其可在该场上工作。每个熔化束源110、112可在任何给定时间在其相应场的仅小部分内工作。每个场和扫描向量被分配到一个或另一个源110、112，它们具有一对源110、112的场1、2相交的界面210(在圆圈内)。哪个扫描向量由哪个源形成通常取决于每个源可到达的区域。以任何现在已知或随后开发的方式校准每个熔化束源110、112。即，每个熔化束源110、112具有与其实际位置相关的其激光器或电子束相对于构建平台118的预期位置，以便提供单独位置校正(未示出)，从而确保其单独精度。物件102的主体222中的界面210限定在单个构建期间由多个熔化束源AM系统100的不同熔化束源110、112形成的主体222的第一部分224和第二部分226。此处，场1,2相交于一条线，从而形成物件102中的平界面228。另选地，场1、2内的扫描向量202可在界面210中重叠，从而形成第一部分和第二部分224、226之间的连续或渐变界面。
图3示出了使用四个熔化束源110、112、114、116(例如，激光器)的AM系统的熔化束的示意性平面图。每个熔化束源110、112、114、116具有场1、2、3或4，这些场分别包括非重叠场区域230、232、234、236(其中熔化束源可专门熔化金属粉末)和至少一个重叠场区域或界面240、242、244、246(其中两个或更多个源可熔化金属粉末)。(源110,112,114,116的加框数字指示哪个源形成其周围示出的形状)。就这一点而言，每个熔化束源110、112、114、116可分别生成熔化束(图1中示出了两个，160、162)，该熔化束使每个切片的颗粒熔凝，如物件代码124O所限定。例如，在图1中，熔化束源110被示出在一个区域中使用熔化束160形成物件102的一层，而熔化束源112被示出在另一个区域中使用熔化束162形成物件102的一层。以任何现在已知或随后开发的方式校准每个熔化束源110、112、114、116。即，每个熔化束源110、112、114、116具有与其实际位置相关的其激光器或电子束相对于构建平台118的预期位置，以便提供单独位置校正(未示出)，从而确保其单独精度。在一个实施方案中，多个熔化束源110、112、114、116各自可形成具有相同横截面尺寸(例如，操作中的形状和尺寸)、功率和扫描速度的熔化束，例如160,162(图1)。应当认识到，虽然已示出四个源110、112、114、116来描述重叠场的界面，但任何两个源可形成重叠场。
返回到图1，涂敷器164可形成原材料166的薄层，其作为空白画布铺展开，将根据该空白画布形成最终物件的每个连续切片。涂敷器164可在线性传输系统168的控制下移动。线性传输系统168可包括用于移动涂敷器164的任何现在已知或随后开发的布置方式。在一个实施方案中，线性传输系统168可包括在构建平台118的相对两侧上延伸的一对相对导轨170、172，以及耦接到涂敷器164以使其沿着导轨170、172移动的线性致动器174(诸如电动机)。线性致动器174由控制系统120控制以移动涂敷器164。还可采用其他形式的线性传输系统。涂敷器164采用多种形式。在一个实施方案中，涂敷器164可包括主体176，该主体被配置为沿着相对导轨170、172移动；以及尖端、刮刀或刷形式的致动器元件(未在图1中示出)，该致动器元件被配置为将金属粉末均匀铺展在构建平台118(即，构建平台118或先前形成的一个或多个物件102的层)上方以形成原材料层。可使用保持器(未示出)以多种方式将致动器元件耦接到主体176。该过程可使用金属粉末形式的不同原材料。可以以多种方式向涂敷器164提供原材料。在图1所示的一个实施方案中，可将原材料库存保持在涂敷器164易接近的室的形式的原材料源178中。在其他布置方式中，可通过涂敷器164，例如通过主体176在其涂敷器元件前方以及在构建平台118上方输送原材料。在任何情况下，可在涂敷器164的远侧上提供溢流室179以捕获未层叠在构建平台118上的任何原材料溢流。在图1中，仅示出了一个涂敷器164。在一些实施方案中，涂敷器164可能是多个涂敷器中的一者，其中涂敷器164是活动涂敷器并且其他替换涂敷器(未示出)被存储来与线性传输系统168一起使用。用过的涂敷器(未示出)也可在不再可用之后存储起来。
在一个实施方案中，一个或多个物件102可由金属制成，该金属可包括纯金属或合金。在一个示例中，该金属可包括几乎任何非反应性金属粉末，即非爆炸或非导电粉末，诸如但不限于：钴铬钼(CoCrMo)合金、不锈钢、奥氏体镍-铬基合金诸如镍-铬-钼-铌合金(NiCrMoNb)(例如，Inconel 625或Inconel 718)、镍-铬-铁-钼合金(NiCrFeMo)(例如，可购自哈氏合金国际公司(Haynes International,Inc.)的
Figure BDA0002240612580000091
X)或镍-铬-钴-钼合金(NiCrCoMo)(例如，可购自哈氏合金国际公司(Haynes International,Inc.)的Haynes282)等。在另一个示例中，该金属可包括几乎任何金属，诸如但不限于：工具钢(例如，H13)、钛合金(例如，Ti6Al4V)、不锈钢(例如，316L)、钴-铬合金(例如，CoCrMo)和铝合金(例如，AlSi10Mg)。
针对所使用的特定类型的熔化束源来控制处理室142内的气氛。例如，对于激光器而言，处理室142可填充有惰性气体，诸如氩气或氮气，并且受到控制以使氧气最小化或消除氧气。此处，控制系统120被配置为控制处理室142内的来自惰性气体源182的惰性气体混合物180的流量。在这种情况下，控制系统120可控制惰性气体所用的泵184和/或流量阀系统186，以控制气体混合物180的含量。流量阀系统186可包括能够精确地控制特定气体的流量的一个或多个计算机可控制的阀、流量传感器、温度传感器、压力传感器等。泵184可设置有或未设置有阀系统186。在省略泵184的情况下，惰性气体可在引入到处理室142中之前简单地进入导管或歧管。惰性气体源182可采用其中所含材料的任何常规源的形式，例如，罐、储存器或其他源。可提供测量气体混合物180所需的任何传感器(未示出)。可使用过滤器188以常规方式过滤气体混合物180。另选地，对于电子束而言，处理室142可受到控制以保持真空。此处，控制系统120可控制泵184以保持真空，并且可省略流量阀系统186、惰性气体源182和/或过滤器188。可采用保持真空所需的任何传感器(未示出)。
可提供竖直调节系统190以竖直地调节AM打印机122的各个零件的位置，从而适应构建方向上的每个新层的添加，例如，每个层之后，构建平台118可降低，和/或室142和/或涂敷器164可升高。竖直调节系统190可包括任何现在已知或随后开发的线性致动器以提供这种调节，这些线性致动器受到控制系统120的控制。如本文所用，“构建方向”(后图中由“BD”指示)是指为适应每个新层的添加而移动构建平台118的方向，其通常是竖直方向。
在操作中，其上有金属粉末的构建平台118设置在处理室142内，并且控制系统120控制处理室142内的气氛。根据本公开的实施方案，控制系统120还控制AM打印机122，特别是涂敷器164(例如，线性致动器174)和一个或多个熔化束源110,112,114,116，以顺序地熔化构建平台118上的金属粉末层，从而生成一个或多个物件102。正如所指出的，AM打印机122的各种零件可经由竖直调节系统190竖直地移动以适应每个新层的添加，例如，每个层之后，构建平台118可降低，和/或室142和/或涂敷器164可升高。
参见图4，示出了根据本公开的实施方案的增材制造的物件102的示意性侧视图。物件102在其中包括通路250，诸如但不限于能够运送冷却剂(例如，空气)的冷却通道或通路。物件102可为其中包括通路250的任何增材制造的物件102，例如，用于燃气轮机系统的热气体路径(HGP)物件或部件。在增材制造期间，如本文所述，金属粉末在金属粉末床(即，原材料源178)中选择性地熔凝，以形成物件102的主体256的初始成形层254。然后如本文所述，可逐层重复选择性熔凝以形成其中具有通路250的物件102的主体256。
通路250可包括沿着以与构建方向BD呈小于约45°的角度α1取向的轴线A1对齐的第一部分260。通路的“轴线”可为沿着其地理中心延伸的线。该轴线可在几何上以任何所需的方式限定，只要其在本文所述的变化通路横截面形状之中以一致方式限定即可。第一部分260可具有任何横截面形状。值得注意的是，由于第一部分260的轴线A1与构建方向BD呈小于约45°的角度α1，因此其能够以几乎任何横截面形状进行增材制造，即，其不需要任何支撑结构。图5A至图5C示出了第一部分260处的冷却通路的多个通用横截面形状。图5A示出了圆形横截面；图5B示出了矩形横截面(例如，矩形、正方形)；并且图5C示出了三角形横截面(例如，等腰、等边、直角)横截面。还可以设想到第一部分260的其他横截面形状，诸如椭圆形、卵形或多边形。由于第一部分260与构建方向BD呈小于约45°的角度α1，因此其能够在没有任何自支撑表面的情况下进行增材制造。
如图4所示，通路250还可包括沿着以与构建方向BD呈大于约45°的角度α2取向的轴线A2对齐的第二部分270。第二部分270与第一部分260流体连通。如增材制造领域中所理解，与构建方向BD呈大于约45°的角度构建的开放区域易于在制造期间因重力影响而塌陷或以畸形形式成形。与常规通路相比，通路250包括第二部分270，该第二部分的横截面形状被配置为即使轴线A2与构建方向BD呈大于约45°的角度对齐，也允许增材制造。更具体地讲，图6示出了包括至少一个自支撑顶表面部分272的第二部分270的截面的示意图，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向BD呈不大于约45°的角度对齐的平面275内的至少一个区域274。换句话讲，第二部分270具有相对于其轴线A2和构建方向BD的自支撑横截面形状。第二部分270可具有多个横截面形状以提供自支撑顶表面272。图6示出了第二部分270包括具有尖顶276(例如，教堂顶)和圆底278的泪滴形横截面的一个示例。尖顶276形成与构建方向BD呈不大于约45°的角度β对齐的一个或多个区域274，从而防止第二部分270塌陷或畸形。
除了图6之外，图7A至图7H也示出了第二部分270处的冷却通路的多个通用横截面形状。在图7A至图7H中，构建方向相对于附图标签(例如，“图7A”)是竖直的。图7A示出了菱形横截面；图7B示出了具有水平对称轴(A3)的等腰三角形横截面；图7C示出了具有圆角和竖直对称轴(A4)的V形横截面；图7D示出了具有圆角和水平对称轴(A5)的V形；图7E示出了具有尖角和竖直对称轴(A6)的V形；图7F示出了具有尖角和水平对称轴(A7)的V形；图7G示出了在其上表面282中具有凹陷280的梯形横截面；并且图7H示出了弓形横截面。每个横截面形状形成至少一个边缘273(参见图6)，并且引申开来，形成与构建方向BD呈不大于约45°的角度β对齐的一个区域274，从而形成自支撑顶表面272并且防止第二部分270塌陷或畸形。
通路250还可包括接合第一部分260和第二部分270(即，流动地耦接这些部分)的一个或多个过渡部分286。图8示出了包括两个过渡部分286的通路250的放大版本。每个过渡部分286用于从第二部分270的横截面平滑地转换到第一部分260的横截面或从第一部分260的横截面平滑地转换到第二部分270的横截面。例如，过渡部分286从具有无支撑顶表面的第一部分260的横截面(例如，圆形)逐渐变化为具有自支撑顶表面272的第二部分270的横截面(例如，45°泪滴形)。横截面几何形状的变化速率与相对于构建方向BD从更竖直的通道(<45°)到更水平的通道(>45°)的变化速率成比例，或反之亦然。过渡部分286还不具有阶梯状截面，即，从轴线A垂直延伸的面或表面(这会造成流量限制)。
物件102包括主体256中的通路250。物件102可包括任何增材制造的物件。例如，图9示出了根据本公开的实施方案的示例性物件102，该物件呈燃气轮机系统的增材制造(AM)的热气体路径(HGP)物件(部件)290的形式，并且包括一个或多个通路250。在所示示例中，AM HGP物件290包括静止叶片。静止叶片可包括外部平台292，静止叶片通过该外部平台以已知方式附接到涡轮机的静止壳体(未示出)。静止叶片还可包括用于定位在相邻涡轮转子叶片(未示出)之间的内部平台294。平台292,294限定经过涡轮组件的流动路径的外侧和内侧边界的相应部分。如本领域所理解，翼面296是静止叶片的活动部件，其拦截工作流体流并将其朝向涡轮转子叶片(未示出)引导。可以看出，静止叶片的翼面296包括凹形压力侧(PS)外壁298和周向或侧向相对的凸形吸力侧(SS)外壁300，这些外壁分别在相对的前缘302与后缘304之间轴向延伸。外壁298和300也在径向方向上从平台292延伸到平台294。应当理解，通路250可用于AM HGP物件102中的多个区域，诸如所示的静止叶片。在所示示例中，多个通路250定位在平台294中。应当强调的是，本公开的教导内容可应用于任何AM涡轮部件，例如壳体、旋转叶片、燃烧燃料喷嘴、燃烧过渡件等。
多个通路250被示出结合到增材制造的物件102(即，AM HGP物件290)的主体256中。通路250可包括沿着以与构建方向BD呈小于约45°的角度取向的轴线A1对齐的第一部分260。通路250还可包括沿着以与构建方向BD呈大于约45°的角度取向的轴线A2对齐的第二部分270。正如所指出的，且如图6最佳示出，第二部分270包括至少一个自支撑顶表面272(图6)，至少一个自支撑顶表面包括与构建方向BD呈不大于约45°的角度对齐的至少一个区域274(图6、图7A至图7H)。通路250沿着其长度的至少一部分(包括第一部分260和第二部分270)可为曲线的。
包括具有与构建方向BD呈不大于约45°的角度对齐的至少一个区域274的至少一个自支撑顶表面部分272的第二部分270的使用允许增材制造，例如选择性且重复性的熔凝，以便不论物件102的所选择的构建方向BD如何均能形成具有通路250的物件102。即，物件102和通路250不必一开始例如在CAD系统中布置成具有以相对于构建方向BD小于45°的角度取向的线性通路。因此，通路250沿着其长度的至少一部分可为曲线的，其中该长度的该部分包括第一部分260和第二部分270。通路250不限于简单线性布置方式–它们可为曲线的，并且不必以相对于构建方向BD小于45°的角度取向。还消除或至少减少了在通路250相对于构建方向BD呈大于45°的角度的情况下支撑的需要。每个部分260,270,286的尺寸可被设定为具有基本上匹配的横截面积。另选地，每个部分260,270,286的尺寸可被设定为具有不同横截面积以根据需要管理冷却流。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换，此类范围被识别并包括其中包含的所有子范围，除非上下文或语言另有指示。应用于范围的特定值的“约”适用于两个值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示一个或多个值的+/-10％。
以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。

Claims (10)

1.一种结合到增材制造的物件(102)中的通路(250)，所述物件(102)具有构建方向，所述通路(250)包括：
第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形；和
第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第二部分(226)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的自支撑横截面形状，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)；
过渡部分(286)，所述过渡部分接合所述第一部分(224)和所述第二部分(226)，其中所述过渡部分(286)不具有阶梯状截面；以及
其中相对于其所述轴线和所述构建方向的所述自支撑横截面形状选自：菱形、具有尖顶(276)和圆底(278)的泪滴形、具有水平对称轴的等腰三角形、具有圆角和竖直对称轴的V形、具有圆角和水平对称轴的V形、具有尖角和竖直对称轴的V形、具有尖角和水平对称轴的V形、其上表面(282)中具有凹陷(280)的梯形以及弓形，并且其中所述通路(250)沿着其长度的至少一部分(270)为曲线的，其中所述长度的至少所述部分(270)包括所述第一部分(224)和所述第二部分(226)。
2.一种增材制造(AM)的热气体路径(HGP)物件(102)，包括：
主体(176,222,256)，所述主体其中具有通路(250)，所述通路(250)包括：
第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐；和
第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)。
3.根据权利要求2所述的AM HGP物件(102)，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形。
4.根据权利要求2所述的AM HGP物件(102)，其中所述第二部分(226)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的自支撑横截面形状。
5.根据权利要求4所述的AM HGP物件(102)，其中相对于其所述轴线和所述构建方向的所述自支撑横截面形状选自：菱形、具有尖顶(276)和圆底(278)的泪滴形、具有水平对称轴的等腰三角形、具有圆角和竖直对称轴的V形、具有圆角和水平对称轴的V形、具有尖角和竖直对称轴的V形、具有尖角和水平对称轴的V形、其上表面(282)中具有凹陷(280)的梯形以及弓形。
6.根据权利要求2所述的AM HGP物件(102)，还包括接合所述第一部分(224)和所述第二部分(226)的过渡部分(286)，其中所述过渡部分(286)不具有阶梯状截面。
7.根据权利要求2所述的AM HGP物件(102)，其中所述通路(250)沿着其长度的至少一部分(270)为曲线的，其中所述长度的至少所述部分(270)包括所述第一部分(224)和所述第二部分(226)。
8.一种增材制造包括通路(250)的物件(102)的方法，所述方法包括：
使金属粉末床中的金属粉末选择性地熔凝以形成所述物件(102)的主体(176,222,256)的初始成形层(254)；以及
逐层重复所述选择性熔凝以形成具有所述通路(250)的所述物件(102)的所述主体(176,222,256)，其中所述通路(250)包括：
第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐；和
第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括以与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第二部分(226)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的自支撑横截面形状，
其中相对于其所述轴线和所述构建方向的所述自支撑横截面形状选自：菱形、具有尖顶(276)和圆底(278)的泪滴形、具有水平对称轴的等腰三角形、具有圆角和竖直对称轴的V形、具有圆角和水平对称轴的V形、具有尖角和竖直对称轴的V形、具有尖角和水平对称轴的V形、其上表面(282)中具有凹陷(280)的梯形以及弓形。
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