CN114643361A - 使用增材处理制造部件的方法 - Google Patents

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安德鲁·威廉·埃姆盖
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Abstract

一种用于增材制造部件的方法，包括增材地打印金属预制件，使得该预制件包含预定量的孔隙率。此外，该方法包括加工增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。此外，该方法包括对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。

Description

使用增材处理制造部件的方法
技术领域
本公开大体涉及用于增材制造部件(例如涡轮机部件)的方法，更具体地，涉及用于在增材制造部件的材料中实现再结晶的方法。
背景技术
近年来，增材制造方法(例如，直接金属激光熔化(DMLM)或直接金属激光烧结(DMLS))的使用急剧增加。通常，增材制造方法允许形成使用传统的铸造和机加工工艺不能形成的部件特征(例如，通道、腔室、空隙等)。因此，需要复杂内部几何形状的涡轮机部件，例如燃气涡轮发动机轮叶、叶片和燃料喷嘴，是现在通常使用增材制造方法形成的部件的一个示例。然而，增材制造的部件可能具有不期望的晶粒结构。例如，这种部件可以具有细长的表面晶粒和条纹的内部晶粒，这可能限制可以放置在其上的操作负载。
因此，在一般的增材技术中，特别是在涡轮机领域中，将欢迎用于提供更好的晶粒结构控制的增材制造部件的改进方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。
在一个方面，本主题涉及用于增材制造部件的方法。该方法包括增材地打印金属预制件，使得预制件包含预定量的孔隙率。此外，该方法包括加工增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。此外，该方法包括对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。
在另一方面，本主题涉及用于增材制造具有再结晶晶粒结构的部件的方法，该再结晶晶粒结构具有目标晶粒尺寸。该方法包括通过增材制造处理形成金属预制件，并控制增材制造处理的处理参数以向预制件赋予预定量的孔隙率。预制件包括具有初始晶粒结构的材料，该初始晶粒结构具有不同于目标晶粒结构的晶粒尺寸。此外，该方法包括等静压地加工预制件以均匀地向材料赋予预定量的变形。此外，该方法包括对所加工的预制件进行热处理以使材料再结晶并形成具有目标晶粒尺寸的最终部件。
参考以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好地理解。并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且使能的公开，包括其最佳模式，在附图中：
图1是燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性横截面视图；
图2是增材制造机器的一个实施例的图解视图；
图3是用于增材制造部件的方法的一个实施例的流程图；
图4是增材地打印的预制件的局部横截面，具体示出了预制件内存在的孔隙率；
图5是在发生变形之前和发生变形之后增材地打印的预制件的一个实施例的侧视图；和
图6是用于增材制造涡轮机部件的方法的一个实施例的流程图。
在本说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本公开主题的示例性实施例，在附图中示出了该主题的一个或多个示例。每个示例通过解释的方式提供，并且不应被解释为限制本公开。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在本公开中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，本公开旨在涵盖在所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示单个部件的位置或重要性。
此外，术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。例如，“上游”是指流体流自的方向，“下游”是指流体流向的方向。
此外，除非另有规定，术语“低”、“高”或其各自的比较级(例如，较低、较高，如适用)均指发动机内的相对速度。例如，“低压涡轮”在通常低于“高压涡轮”的压力下操作。可选地，除非另有规定，上述术语可理解为它们的最高级。例如，“低压涡轮”可指涡轮区段内的最低最大压力涡轮，而“高压涡轮”可指涡轮区段内的最高最大压力涡轮。
一般而言，本主题涉及用于增材制造部件的方法。如下面将描述的，在一个实施例中，该方法可用于形成各种涡轮机部件，例如燃气涡轮发动机叶片、轮叶、护罩块、燃料喷嘴等，但是应当理解，该方法不限于涡轮机部件。具体地，在几个实施例中，该方法包括增材地打印金属预制件，使得该预制件包含预定量的孔隙率。这种孔隙率是通过不完全熔化或熔融用于增材地打印预制件的金属粉末而形成的，从而在粉末颗粒之间留下孔或空隙。因此，可基于在增材打印处理中使用的电磁辐射束(例如，激光束)的能量/功率输出、速度和/或通过次数来控制孔隙率的量。此外，该方法包括加工增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。例如，在一个实施例中，通过冷等静压操作对预制件进行加工/变形。另外，该方法包括退火或以其它方式对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。
使用含有孔隙率的增材地打印的预制件形成部件提供了一个或多个技术优势。更具体地，随后被加工和热处理的传统的增材地打印的预制件是完全致密的结构，或几乎致密的结构。也就是说，形成预制件的金属粉末在增材打印处理期间完全熔化，使得在结构内基本上不存在孔或空隙。加工(例如，冷等静压)完全或几乎完全致密的预制件不能充分或均匀地使预制件变形以允许金属在热处理期间再结晶。保持变形是实现再结晶所必需的，并且如果变形不充分或不均匀，则所得部件可能具有不期望的晶粒结构(例如，细长表面晶粒和条纹内部晶粒)。然而，如上所述，本文公开的方法包括形成包含预定量的孔隙率的预制件。为了不同地说明，在增材打印处理期间，有意地将预定量的孔隙率添加到增材地打印的部件中。这种孔隙率允许预制件在被加工时实现更大的变形量，并且这种变形是均匀的。因此，所公开的方法产生具有改进的晶粒结构(例如，期望尺寸的等轴晶粒)的部件，使得可以在其上放置更高的操作负载。
现在参考附图，图1是燃气涡轮发动机10的一个实施例的示意性横截面视图，该实施例是可以利用本公开的方法制造的部件的一个非限制性示例。在所示实施例中，发动机10被构造为高旁路涡轮风扇发动机。然而，在替代实施例中，发动机10可被构造为桨扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴燃气涡轮发动机或任何其他合适类型的燃气涡轮发动机。此外，如图1所示，发动机10限定纵向方向L、径向方向R和周向方向C。通常，纵向方向L平行于发动机10的轴向中心线12延伸，径向方向R从轴向中心线12正交地向外延伸，并且周向方向C围绕轴向中心线12大致同心地延伸。
通常，发动机10包括至少部分地由环形机舱20包围的风扇14、低压(LP)线轴16和高压(HP)线轴18。更具体地，风扇14可包括风扇转子22和联接至风扇转子22的多个风扇叶片24(示出一个)。在这方面，风扇叶片24沿着周向方向C彼此间隔开，并且沿着径向方向R从风扇转子22向外延伸。此外，LP和HP线轴16、18沿着轴向中心线12(即，在纵向方向L上)定位在风扇14下游。如图所示，LP线轴16可旋转地联接到风扇转子22，从而允许LP线轴16旋转风扇14。另外，在周向方向C上彼此间隔开的多个出口导向轮叶或支柱26沿着径向方向R在围绕LP和HP线轴16、18的外壳28与机舱20之间延伸。因此，支柱26相对于外壳28支撑机舱20，使得外壳28和机舱20限定位于它们之间的旁路气流通道30。然而，在替代实施例中，发动机10可具有其中不存在机舱20的开放式转子构造。
外壳28通常以串行流动顺序围绕或包围压缩机区段32、燃烧区段34、涡轮区段36和排气区段38。例如，在一些实施例中，压缩机区段32可以包括LP线轴16的低压(LP)压缩机40和沿着轴向中心线12定位在LP压缩机40下游的HP线轴18的高压(HP)压缩机42。每个压缩机40、42可依次包括与一排或多排压缩机转子叶片46交错的一排或多排定子轮叶44。此外，在一些实施例中，涡轮区段36包括HP线轴18的高压(HP)涡轮48和沿着轴向中心线12定位在HP涡轮48下游的LP线轴16的低压(LP)涡轮50。每个涡轮48、50可依次包括与一排或多排涡轮转子叶片54交错的一排或多排定子轮叶52。
另外，LP线轴16包括低压(LP)轴56，并且HP线轴18包括围绕LP轴56同心地定位的高压(HP)轴58。在这样的实施例中，HP轴58可旋转地联接HP涡轮48的转子叶片54和HP压缩机42的转子叶片46，使得HP涡轮转子叶片54的旋转可旋转地驱动HP压缩机转子叶片46。如图所示，LP轴56直接联接到LP涡轮50的转子叶片65和LP压缩机40的转子叶片54。此外，LP轴56经由齿轮箱60联接到风扇14。在这方面，LP涡轮转子叶片54的旋转可旋转地驱动LP压缩机转子叶片46和风扇叶片24。
在几个实施例中，发动机10可产生推力以推进飞行器。更具体地，在操作期间，空气(由箭头62所示)进入发动机10的入口部分64。风扇14将空气62的第一部分(由箭头66所示)供给到旁路气流通道30，并将空气62的第二部分(由箭头68所示)供给到压缩机区段32。空气62的第二部分68首先流过低压压缩机40，其中低压压缩机40中的转子叶片46逐渐压缩空气62的第二部分68。接下来，空气62的第二部分68流过HP压缩机42，其中HP压缩机42中的转子叶片46继续逐渐压缩空气62的第二部分68。所压缩的空气62的第二部分68随后被输送到燃烧区段34。在燃烧区段34中，空气62的第二部分68与燃料混合并燃烧以产生高温高压燃烧气体70。此后，燃烧气体70流过HP涡轮48，HP涡轮转子叶片54从中提取动能和/或热能的第一部分。该能量提取使HP轴58旋转，从而驱动HP压缩机42。然后，燃烧气体70流过LP涡轮50，在LP涡轮50中，LP涡轮转子叶片54从中提取动能和/或热能的第二部分。该能量提取使LP轴56旋转，从而经由齿轮箱60驱动LP压缩机40和风扇14。在其它实施例中，LP轴56可直接驱动风扇14(即，发动机10不包括齿轮箱60)。然后燃烧气体70通过排气区段38离开发动机10。
上述和图1中所示的燃气涡轮发动机10的构造仅设置为将本主题置于示例性使用领域中。因此，本主题可以容易地适应任何方式的燃气涡轮发动机构造，包括其他类型的基于航空的燃气涡轮发动机、基于船舶的燃气涡轮发动机和/或基于陆上/工业的燃气涡轮发动机。另外，本主题可容易地适用于燃气涡轮发动机以外的其他使用领域，包括部件经受高负载的任何使用，其中受控的均匀晶粒结构对于部件的材料特性是必需的。
图2是增材制造机器100的一个实施例的侧视图。如下文将描述的，增材制造机器100被构造为使用一种或多种增材制造技术或处理，增材地打印包含预定量的孔隙率的一种或多种金属预制件102。随后加工(例如，通过冷等静压操作)增材地打印的预制件102并对其进行热处理以形成最终部件，例如发动机10的部件。
如本文中所使用的，术语“增材制造”或“增材制造技术或处理”指的是其中连续的材料层在彼此的顶部沉积以逐层地堆积三维部件的制造过程。然后将连续的层部分地熔化或熔融在一起以形成具有预定量的孔隙率的单片或整体部件。
在几个实施例中，增材制造机器100使用粉末床熔融(PBF)技术，如直接金属激光熔化(DMLM)或直接金属激光烧结(DMLS)。在这些实施例中，通过将第一层粉末沉积在构建板上、熔化或熔融第一层顶部上的第二层粉末、熔化或熔融第二层顶部上的第三层粉末等，将预制件102增材地打印在构建板104上。此外，在替代实施例中，增材制造机器100可以使用任何其他合适的增材制造技术或处理。
如图所示，增材制造机器100包括粉末供应组件106和构建室108。通常，粉末供应组件106向构建室108提供粉末110的供应，以用于增材地打印预制件102。具体地，在几个实施例中，粉末供应组件106包括位于容纳粉末110的粉末供应室114内的粉末活塞112。在这方面，粉末活塞112可在粉末供应室114内升高(例如，如箭头116所示)，从而迫使粉末110的一部分离开粉末供应室114。此外，粉末供应组件106包括重涂覆器118，例如辊或刮刀/擦拭器，其将从粉末供应室114排出的粉末110推过工作表面120并进入构建室108(例如，如箭头122所示)。
此外，增材制造机器100包括构建平台124和定位在构建室108内的构建板104。更具体地，如图所示，构建板104定位在构建平台124上并经由合适的卡盘系统(未示出)固定在构建平台124上。预制件102依次增材地打印在构建板104上。在预制件102的打印期间，重涂覆器118用粉末110填充构建室108，直到粉末110在与构建板104的顶表面相同的竖直位置处形成构建平面。接下来，重涂覆器118在构建平面128上铺展一层粉末110。然后使用一个或多个电磁辐射束130将该层粉末110部分地熔化或熔融在一起以形成预制件102的第一层。此后，在重涂覆器118将另一层粉末110铺展在构建平面128上之前降低构建平台124(例如，如箭头132所示)。然后可以使用束130将该层部分地熔化或熔融到第一层以形成延伸段的第二层等。如下所述，预制件102的层仅由电磁辐射束16部分地熔化或熔融在一起。在这方面，预制件102包含预定量的孔隙率。图2示出了在已形成所示预制件102的若干层之后构建平面128的位置。
另外，增材制造机器100包括打印头134。通常，打印头134在构建平面128处产生并引导电磁辐射束130，从而允许铺展在构建平面128上的粉末110被部分地熔化/熔融。如图所示，在几个实施例中，打印头134包括束发射器136(例如，激光二极管)、镜(mirror)138和检流计140。更具体地，束发射器136在镜138处发射电磁辐射束130(例如，激光束)。镜138依次在检流计140处引导发射的束130，并且检流计140在特定位置处将束130引导到构建平面128上。在这方面，当增材地打印预制件102时，检流计140在构建平面128的希望部分地熔化或熔融粉末110以形成预制件102的层的部分上扫描束130。此外，在一个实施例中，打印头134可包括位于束发射器136和镜138之间的第一透镜142和位于镜138和检流计140之间的第二透镜144，以聚焦束130。然而，在替代实施例中，打印头134可以具有任何其他合适的构造。
增材制造机器100可以包括任何合适数量的打印头134。例如，在图示的实施例中，增材制造机器100包括单个打印头134。然而，在替代实施例中，增材制造机器100可包括两个或更多个打印头134。
此外，增材制造机器100可以包括计算系统146，计算系统146通信地联接到增材制造机器100的一个或多个部件以允许计算系统146电子地或自动地控制这些部件的操作。例如，计算系统146可以经由通信链接148通信地联接到打印头134的束发射器136。这样，计算系统146可以被构造成控制束发射器136的操作，使得电磁辐射束130产生。此外，计算系统146可经由通信链接150通信地联接到打印头134的检流计140。在这方面，计算系统146可被构造成控制检流计140的操作，使得电磁辐射束130在构建平面128上进行扫描以部分地熔化或熔融存在于构建平面128的粉末110，从而形成预制件102。另外，计算系统146可以通信地联接到增材制造机器100的任何其他合适的部件(例如，重涂覆器118)。
通常，计算系统146可以包括一个或多个基于处理器的设备，例如给定控制器，或计算设备，或控制器或计算设备的任何适当组合。因此，在几个实施例中，计算系统146可以包括一个或多个处理器152和构造成执行各种计算机实现的功能的相关联的存储器设备154。如本文所使用的，术语“处理器”不仅指本领域中指包括在计算机中的集成电路，还指控制器、微控制器、微计算机、可编程逻辑电路(PLC)、专用集成电路和其他可编程电路。另外，计算系统146的存储器设备154通常可以包括存储器元件，该存储器元件包括但不限于计算机可读介质(例如，随机存取存储器RAM)、计算机可读非易失性介质(例如，闪存)、软盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能盘(DVD)和/或其它合适的存储器元件。这种存储器设备154通常可以被构造成存储适当的计算机可读指令，当由处理器152实现时，所述计算机可读指令将计算系统146构造成执行各种计算机实现的功能，诸如本文将描述的方法和算法的一个或多个方面。此外，计算系统146还可以包括各种其它合适的部件，诸如通信电路或模块、一个或多个输入/输出信道、数据/控制总线等。
计算系统146的各种功能可以由基于单个处理器的设备执行，或者可以分布在任意数量的基于处理器的设备上。在这种情况下，这种基于处理器的设备可以构成计算系统146的一部分。例如，计算系统146的功能可以分布在多个特定应用的控制器上，诸如增材制造设备控制器、远程设备(例如，膝上型计算机、台式计算机、服务器等)的控制器/计算设备等。
提供上述和图2中所示的增材制造机器100的构造仅是为了将本主题置于示例性使用领域中。因此，本主题可以容易地适用于任何形式的增材制造机器，包括使用不同增材制造技术或处理的增材制造机器。
图3是用于增材制造部件的方法200的一个实施例的流程图。一般来说，方法200将在上述和图2中所示的增材制造机器100的情况下讨论。然而，所公开的方法200可以用具有任何合适构造的任何增材制造机器来实现。另外，虽然图3描绘了以特定顺序执行的步骤，但是所公开的方法不限于任何特定顺序或布置。因此，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适配所公开方法的各种步骤，而不偏离本公开的范围。
如图所示，在(202)处，方法200可包括增材地打印金属预制件，使得预制件包含预定量的孔隙率。例如，在一些实施例中，增材制造机器100可被构造为使用例如粉末床熔融(PBF)技术，例如直接金属激光熔化(DMLM)或直接金属激光烧结(DMLS)，增材地打印一个或多个金属预制件102。随后加工和热处理增材地打印的预制件102以形成一个或多个最终部件(例如，发动机10的部件)。预制件102中存在的孔隙率改善了由这种预制件102形成的最终部件的晶粒结构。如下文将描述的，可以基于最终部件的期望晶粒尺寸来选择预制件内的特定预定量的孔隙率。然而，在替代实施例中，可以使用任何其他合适的增材制造机器和/或技术/处理来增材地打印金属预制件102。
在几个实施例中，通过仅部分地熔化或熔融用于增材地打印预制件102的粉末110的颗粒，在预制件102中形成预定量的孔隙率。通过仅部分地熔化或熔融粉末颗粒，在颗粒之间留下空隙，由此在预制件102中产生孔隙率。例如，图4是含有孔隙率的增材地打印的预制件102的局部横截面视图。如图所示，预制件102包含若干已部分地熔化/熔融在一起的粉末颗粒156，在部分地熔化/熔融的颗粒之间留下空隙158。例如，预定量的孔隙率可以在0.005％和60％之间，例如在0.01％和50％之间，在0.1％和40％之间，或者在1％和30％之间。
可以基于增材制造机器100的一个或多个操作参数来控制金属预制件102内的孔隙率的量。在几个实施例中，可以基于用于增材地打印预制件102的电磁辐射束130相对于预制件102移动的速度来控制预制件102中的孔隙率的量。更具体地，为了增加预制件102的孔隙率，可以增加束130的速度。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制检流计140的操作(例如，通过经由通信链路150向其发送控制信号)，使得检流计140增加束130在构建平面128上扫描的速度。相反，为了减小预制件102的孔隙率，可以减小束130的速度。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制检流计140的操作，使得检流计140降低束130在构建平面128上扫描的速度。
除了控制束速度之外或作为控制束速度的替代，可以基于电磁辐射束130在预制件102上的通过次数来控制预制件102中的孔隙率的量。更具体地，为了增加预制件102的孔隙率，可以减少由束130进行的通过次数。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制检流计140的操作(例如，通过经由通信链路150向其发送控制信号)，使得检流计140在构建平面128上扫描束130的次数减少。相反，为了减小预制件102的孔隙率，可以增加由束130进行的通过次数。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制检流计140的操作(例如，通过经由通信链路150向其发送控制信号)，使得检流计140在构建平面128上扫描束130额外次数。
此外，除了控制束速度和/或通过次数之外或作为控制束速度和/或通过次数的替代，可以基于束130的能量或功率输出来控制预制件102中的孔隙率的量。更具体地，为了增加预制件102的孔隙率，可以降低束130的能量。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制束发射器136的操作(例如，通过经由通信链路148向其发射控制信号)，使得束发射器136降低射束130的能量或功率输出。相反，为了减小预制件102的孔隙率，可以增加束130的能量。例如，在这种情况下，计算系统146可以控制束发射器136的操作，使得束发射器136增加束130的能量或功率输出。然而，在替代实施例中，可以调节增材制造机器100的任何其他合适的操作参数以控制预制件102的孔隙率。
此外，在一些实施例中，可以控制增材制造机器100，使得预制件102在不同区域或面积中具有不同数量的孔隙率。例如，在一个实施例中，在(202)处，方法200包括增材地打印具有第一预定量的孔隙率的预制件102的第一部分和增材地打印具有不同的第二预定量的孔隙率的预制件102的第二部分。在这样的实施例中，当在增材打印第一部分和第二部分之间切换时，可以调节增材制造机器100的束130的速度、能量/功率输出和/或通过次数，使得预制件102的第一部分具有第一预定量的孔隙率，并且预制件102的第二部分具有第二预定量的孔隙率。然而，在替代实施例中，预制件102可以在整个预制件中具有单量的孔隙率，或者具有不同孔隙率的三个或更多个区域。
另外，在(202)处，预制件102可以由任何合适的金属材料形成。例如，这样的金属材料可以包括镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢、镍基或钴基超级合金(例如，以名称
Figure BDA0003404447020000091
可从SMC国际超合金集团获得的那些)等。
此外，如图3所示，在(204)处，方法200包括加工增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。具体地，在几个实施例中，可以使用任何合适的处理加工包含预定量的孔隙率的增材地打印的预制件102或以其他方式使包含预定量的孔隙率的增材地打印的预制件102变形。这种孔隙率允许预制件102变形到比完全致密的预制件更大的程度。例如，在一些实施例中，预制件102可以使用冷加工处理进行加工或变形。此外，在一些实施例中，预制件102可使用等静压处理(isostatic process)进行加工或变形。在一个实施例中，预制件102可使用冷等静压处理进行加工或变形。在某些实施例中，预定量的变形是2-60％冷加工，例如3-40％冷加工、4-30％冷加工或5-20％冷加工。
通常，预制件102在(204)处的加工使增材地打印的预制件102变形，使得所加工的预制件102具有通过方法200形成的最终部件的尺寸和/或形状。例如，在一些实施例中，最终部件可以小于预制件102，但具有相同的形状和纵横比。例如，如图5所示，可以在(204)处加工预制件102，使得得到的所加工的预制件160可以小于未加工的预制件102，但是具有相同的形状和纵横比。作为示例而非限制，可以加工预制件以实现2-60％的均匀尺寸减小，例如3-40％、4-30％或5-20％。
另外，如图3所示，在(206)处，方法200包括对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。更具体地，所加工的或变形的预制件可以在炉(未示出)中退火或以其它方式热处理。这种热处理可以使变形的预制件再结晶并释放残余应力，从而形成最终部件。用于获得再结晶的热处理的合适参数在普通技术人员范围内，并且取决于被再结晶的特定金属。
可以基于增材地打印的预制件102内的孔隙率的量和预制件102的变形量(例如冷加工百分比)来控制由方法200产生的最终部件的晶粒尺寸。例如，增加孔隙率的量和变形量导致更小的晶粒。相反，减少孔隙率的量和变形量的导致更大的晶粒。因此，在某些实施例中，方法200可包括选择预定量的孔隙率，该孔隙率与所选的变形量结合将导致在用于给定热处理过程的部件中的期望(目标)晶粒结构，例如，期望(目标)值的均匀等轴晶粒尺寸或在期望(目标)范围内。此外，在某些实施例中，方法200可以包括选择将赋予预定量的孔隙率的增材处理的处理参数。此外，在某些实施例中，方法200可包括选择赋予增材地打印的预制件的变形量，该变形量与预定量的孔隙率结合将导致热处理部件中的期望颗粒结构。作为示例而非限制，由于有意赋予的孔隙率和变形，在热处理的最终部件中，所打印的预制件的晶粒尺寸可以是20-30μm的量级，并且可以是再结晶的，并且均匀和等轴的晶粒尺寸可以是10-15μm的量级。
方法200提供了一个或多个技术优点。更具体地，如上所述，方法200包括在(202)处形成包含预定量的孔隙率的金属预制件102。该孔隙率允许预制件102在(204)处加工时获得比完全致密的预制件更大的变形量，并且这种变形是均匀的。因此，方法200产生具有改进的晶粒结构(例如，具有期望尺寸的等轴晶粒)的部件，使得可以在其上放置更高的操作负载。该方法还允许控制孔隙率的量和变形量以实现期望的(目标)晶粒结构。
图6是用于增材制造具有再结晶晶粒结构的部件的方法300的一个实施例的流程图，再结晶晶粒结构具有目标晶粒尺寸。通常，方法300将在上述以及图1和图2中所示的燃气涡轮发动机10和增材制造机器100的情况下讨论。然而，所公开的方法300可用于形成任何其它合适的应用的部件，诸如任何其它涡轮机，并且利用具有任何合适构造的任何增材制造机器来实现。另外，虽然图6描绘了以特定顺序执行的步骤，但是所公开的方法不限于任何特定顺序或布置。因此，可以以各种方式省略、重新布置、组合和/或适配所公开方法的各种步骤，而不偏离本公开的范围。
在几个实施例中，方法300可用于形成发动机10的部件。例如，在一些实施例中，预制件102可用于形成发动机10的风扇叶片24、压缩机轮叶44、压缩机叶片46、涡轮轮叶52和/或涡轮叶片54。然而，在替代实施例中，预制件102可对应于任何合适的部件，例如涡轮机的其他部件(例如，护罩块、燃料喷嘴等)或任何其他涡轮机的部件。
如图6所示，在(302)处，方法300包括通过增材制造处理形成金属预制件，并控制增材制造处理的处理参数以向预制件赋予预定量的孔隙率。例如，如上所述，增材制造机器100可被构造成增材地打印包含预定量的孔隙率的一个或多个金属预制件102，以用于形成涡轮机部件。
此外，在(304)处，方法300包括等静压地加工预制件以均匀地向材料赋予预定量的变形。例如，如上所述，可以使用任何合适的处理加工包含预定量的孔隙率的增材地打印的预制件102或以其他方式使包含预定量的孔隙率的增材地打印的预制件102变形。
另外，在(306)处，方法300包括对所加工的预制件进行热处理，以使材料再结晶并形成具有目标晶粒尺寸的最终部件。例如，如上所述，所加工的或变形的预制件可经退火或以其它方式热处理以形成涡轮机部件。
该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其它示例包括与权利要求书的文字语言没有区别的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的文字语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其它示例旨在在权利要求书的范围内。
本发明的进一步方面由以下条款的主题提供：
一种用于增材制造部件的方法，所述方法包括：增材地打印金属预制件，使得所述预制件包含预定量的孔隙率；加工所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生预定量的变形；和对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中最终部件的晶粒尺寸基于由预制件所包含的预定量的孔隙率和由预制件产生的预定量的变形。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中增材地打印金属预制件包括使用粉末床熔融技术增材地打印金属预制件。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中增材地打印金属预制件包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束相对于金属预制件移动的速度，使得金属预制件包含预定量的孔隙率。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中增材地打印金属预制件包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束在金属预制件上的通过次数，使得金属预制件包含预定量的孔隙率。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中增材地打印金属预制件包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束的能量，使得金属预制件包含预定量的孔隙率。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中增材地打印金属预制件包括：增材地打印所述金属预制件的第一部分，使得所述第一部分具有第一预定量的孔隙率；和增材地打印所述金属预制件的第二部分，使得所述第二部分具有第二预定量的孔隙率，所述第二预定量的孔隙率不同于所述第一预定量的孔隙率。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中加工所增材地打印的预制件包括冷加工所增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中加工所增材地打印的预制件包括等静压地加工所增材地打印的预制件，使得预制件产生预定量的变形。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中加工所增材地打印的预制件包括冷等静压所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生预定量的变形。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，还包括：选择预定量的孔隙率和预定量的变形，所述预定量的孔隙率和所述预定量的变形组合在一起将在对所加工的预制件进行热处理时在最终部件中赋予期望的晶粒结构。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中，所述最终部件是涡轮机部件。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中，涡轮机部件包括燃气涡轮发动机叶片或燃气涡轮发动机轮叶中的至少一个。
一种用于增材制造具有再结晶晶粒结构的部件的方法，该再结晶晶粒结构具有目标晶粒尺寸，所述方法包括：通过增材制造处理形成金属预制件，并控制所述增材制造处理的处理参数以向所述预制件赋予预定量的孔隙率，所述预制件包括具有初始晶粒结构的材料，初始晶粒结构具有不同于所述目标晶粒结构的晶粒尺寸；等静压地加工所述预制件以均匀地向所述材料赋予预定量的变形；和对所加工的预制件进行热处理，以使材料再结晶并形成具有目标晶粒尺寸的最终部件。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，进一步包括：选择预定量的孔隙率和预定量的变形，所述预定量的孔隙率和所述预定量的变形组合在一起将在对所加工的预制件进行热处理时在最终部件中产生目标晶粒尺寸。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中控制处理参数包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束相对于金属预制件移动的速度。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中控制处理参数包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束在金属预制件上的通过次数。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中控制处理参数包括控制用于增材地打印金属预制件的电磁辐射束的能量。
根据这些条款中的一个或多个所述的方法，其中等静压地加工预制件包括冷等静压预制件以赋予2-60％范围内的百分比冷加工。

Claims (10)

1.一种用于增材制造部件的方法，其特征在于，所述方法包括：
增材地打印金属预制件，使得所述预制件包含预定量的孔隙率；
加工所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生预定量的变形；和
对所加工的预制件进行热处理以形成最终部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述最终部件的晶粒尺寸基于由所述预制件包含的所述预定量的孔隙率和由所述预制件产生的所述预定量的变形。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，增材地打印所述金属预制件包括使用粉末床熔融技术增材地打印所述金属预制件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，增材地打印所述金属预制件包括控制用于增材地打印所述金属预制件的电磁辐射束相对于所述金属预制件移动的速度，使得所述金属预制件包含所述预定量的孔隙率。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，增材地打印所述金属预制件包括控制用于增材地打印所述金属预制件的电磁辐射束在所述金属预制件上的通过次数，使得所述金属预制件包含所述预定量的孔隙率。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，增材地打印所述金属预制件包括控制用于增材地打印所述金属预制件的电磁辐射束的能量，使得所述金属预制件包含所述预定量的孔隙率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，增材地打印所述金属预制件包括：
增材地打印所述金属预制件的第一部分，使得所述第一部分具有第一预定量的孔隙率；和
增材地打印所述金属预制件的第二部分，使得所述第二部分具有第二预定量的孔隙率，所述第二预定量的孔隙率不同于所述第一预定量的孔隙率。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，加工所增材地打印的预制件包括冷加工所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生所述预定量的变形。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，加工所增材地打印的预制件包括等静压地加工所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生所述预定量的变形。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，加工所增材地打印的预制件包括冷等静压所增材地打印的预制件，使得所述预制件产生所述预定量的变形。
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