DE102014116297A1

DE102014116297A1 - Laser assisted pouring of a cooling hole and associated system

Info

Publication number: DE102014116297A1
Application number: DE201410116297
Authority: DE
Inventors: Zhaoli Hu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2015-05-13
Also published as: GB201419868D0; GB2520184B; CH708863A2; CH708863B1; GB2520184A

Abstract

Verschiedene Ausführungsformen umfassen Verfahren und zugehörige Systeme für laserunterstütztes Gießen. Einige Ausführungsformen umfassen ein Verfahren, das aufweist: Durchführen einer Laserablation an einem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem Wachsgusssubstrat fehlt; Beschichten des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussformgestalt um das modifizierte Wachsmodel herum auszubilden; und Entfernen des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist.Various embodiments include methods and associated laser assisted casting systems. Some embodiments include a method comprising: performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole missing in the wax casting substrate; Coating the modified wax model to form a mold around the modified wax model; and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung steht in Beziehung zu den parallel anhängigen US-Patentanmeldungen mit dem Aktenzeichen 14/075,094 (Anwaltsakte Nr. 265674-1), 14/075,114 (Anwaltsakte Nr. 270360-1) und 14/075,196 (Anwaltsakte Nr. 270370-1), eingereicht am 8. November 2013, von denen jede durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin mit aufgenommen ist. This application is related to co-pending U.S. Patent Application Serial Nos. 14 / 075,094 (Attorney Docket No. 265674-1), 14 / 075,114 (Attorney Docket No. 270360-1) and 14 / 075,196 (Attorney Docket No. 270370-1) , filed on Nov. 8, 2013, each of which is incorporated herein by reference in its entirety.

TECHNISCHES FELD DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Materialverarbeitung. Insbesondere betrifft der Gegenstand das Gießen von Formteilen in Materialien.The present invention relates to material processing. In particular, the article relates to casting moldings in materials.

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNGBACKGROUND TO THE INVENTION

Das Gießen von Teilen, z.B. Metallteilen, zur Verwendung in Maschinen, wie z.B. Turbomaschinen und/oder dynamoelektrischen Maschinen, wird herkömmlich durch Erzeugung einer Gussform aus einem Formteil und Gießen oder anderweitiges Einbringen eines verflüssigten Materials (z.B. Metall) in die Gussform bewerkstelligt. Das verflüssigte Material wird dann abgekühlt, um ein erstarrtes Teil in der Gestalt der Öffnung in der Gussform auszubilden. Die Gussform wird herkömmlich durch Erzeugen einer Wachsform, Beschichten der Wachsform, z.B. mit einer oder mehreren keramischen Schichten, und Entfernen des Wachses, um die Kontur dieser Gestalt als die Gussform zum Gießen des verflüssigten Materials zu hinterlassen, erzeugt. The casting of parts, e.g. Metal parts, for use in machines, e.g. Turbomachinery and / or dynamoelectric machines is conventionally accomplished by forming a mold from a molding and casting or otherwise introducing a liquefied material (e.g., metal) into the mold. The liquefied material is then cooled to form a solidified part in the shape of the opening in the mold. The mold is conventionally made by producing a wax mold, coating the wax mold, e.g. with one or more ceramic layers, and removing the wax to leave the contour of this shape as the casting mold for casting the liquefied material.

Bestimmte Formen in Teilen können schwierig und/oder aufwändig herzustellen sein, da das Wachsbasismaterial, das zur Erzeugung dieser Formen verwendet wird, nicht immer einfach zu handhaben ist. In einigen Fällen wird ein „Basis“-(oder Grund-)Wachsbasismaterial geformt, und dann werden Kühllöcher dem Wachsmodel durch maschinelle Bearbeitung dieses Wachsbasismaterials hinzugefügt, um die Merkmale auszubilden, die beschichtet werden und später das Teil formen. Dieser Prozess kann teuer, zeitaufwändig und komplex sein. Certain molds in parts can be difficult and / or expensive to manufacture, since the wax base material used to make these molds is not always easy to handle. In some cases, a "base" (or base) wax base material is formed and then cooling holes are added to the wax model by machining this wax base material to form the features that will be coated and later form the part. This process can be expensive, time consuming and complex.

Andere Ansätze umfassen das Hinzufügen von Merkmalen zu dem Wachsgusswerkzeug, das die Gestalt des Wachsmodells formt, bevor die Gussform erzeugt wird. Dies kann schneller sein als eine Modifikation nach der Erzeugung des Wachsmodells, kann aber aufgrund der Notwendigkeit, das gesamte Wachsgusswerkzeug umformen zu müssen, teuer sein. Zusätzlich kann eine Modifikation des ursprünglichen Wachsgusswerkzeugs einen Konflikt zwischen Merkmalen herbeiführen, z.B. zwischen Merkmalen, die sich in verschiedene Richtungen erstrecken. Sub-Wachsmodelle und Zusammenstellungen von Wachsmodellen können ebenfalls verwendet werden, aber diese Ansätze bilden Nähte aus, die eine nachträgliche Korrektur erfordern.Other approaches include adding features to the wax mold that shapes the shape of the wax model before the mold is created. This may be faster than a modification following the creation of the wax model, but may be expensive due to the need to reshape the entire wax casting tool. In addition, modification of the original wax casting tool may cause a conflict between features, e.g. between features that extend in different directions. Sub wax models and combinations of wax models can also be used, but these approaches form sutures that require subsequent correction.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Verschiedene Ausführungsformen umfassen Verfahren und zugehörige Systeme für laserunterstütztes Gießen. Einige Ausführungsformen umfassen ein Verfahren, das aufweist: Durchführen einer Laserablation an einem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt; Beschichten des modifizierten Wachsmodels zur Bildung einer Gussformgestaltgestalt um das modifizierte Wachsmodel herum; und Entfernen des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist. Various embodiments include methods and associated laser assisted casting systems. Some embodiments include a method comprising: performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; Coating the modified wax model to form a mold shape around the modified wax model; and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole.

Ein erster Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren, das aufweist: Durchführen einer Laserablation an einem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt; Beschichten des modifizierten Wachsmodels zur Bildung einer Gussformgestalt um das modifizierte Wachsmodel herum; und Entfernen des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist. A first aspect of the invention includes a method comprising: performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; Coating the modified wax model to form a mold around the modified wax model; and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole.

Das zuvor erwähnte Verfahren kann ferner ein Erzeugen eines Formteils aus einem Gussmaterial unter Verwendung der Gussform mit dem wenigstens einem Kühlloch aufweisen.The aforementioned method may further include producing a molding from a casting material using the casting mold having the at least one cooling hole.

In dem Verfahren der vorstehend erwähnten Art kann das Gussmaterial Stahl oder Stahl enthaltende Legierungen aufweisen.In the method of the aforementioned type, the casting material may comprise steel or steel-containing alloys.

Alternativ dazu oder zusätzlich kann das Erzeugen des Formteil aufweisen: Gießen des Gussmaterials in die Gussform, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist; und Abkühlen des Gussmaterials, um das Formteil zu festigen. Alternatively or additionally, forming the molding may include: casting the molding material into the mold having the at least one cooling hole; and cooling the casting material to consolidate the molding.

In dem Verfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Durchführen der Laserablation ein Anwenden eines Ultrakurzpulslasers auf das vorläufige Wachsgussmodell aufweisen, um einen Abschnitt des vorläufigen Wachsgussmodells direkt zu verdampfen, wodurch das wenigstens eine Kühlloch ausgebildet wird, wobei das Kühlloch ein Seitenverhältnis von ungefähr 5 zu ungefähr 10 aufweisen kann. In the method of any of the above-mentioned manners, performing the laser ablation may include applying an ultrashort pulse laser to the preliminary wax casting model to directly vaporize a portion of the preliminary wax casting model, thereby forming the at least one cooling hole, the cooling hole having an aspect ratio of approximately 5 may be about 10.

In dem Verfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das direkte Verdampfen ein Erhöhen einer lokalen Temperatur des Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells auf über ungefähr 500 Grad Celsius aufweisen. In the process of any kind mentioned above, the direct evaporation increasing the local temperature of the portion of the preliminary wax casting model to greater than about 500 degrees Celsius.

Zusätzlich kann das direkte Verdampfen ein Beibehalten einer Temperatur eines benachbarten Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells unterhalb von ungefähr 120 Grad Celsius aufweisen.In addition, direct evaporation may include maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius.

Das Verfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein Scannen des modifizierten Wachsmodells zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs nach der Durchführung der Laserablation aufweisen.The method of any type mentioned above may further comprise scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation.

In dem Verfahren jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Scannen ein Durchführen wenigstens entweder eines zweidimensionalen Scans und/oder eines dreidimensionalen Scans von dem wenigstens einen Kühlloch aufweisen.In the method of any kind mentioned above, the scanning may include performing at least one of a two-dimensional scan and a three-dimensional scan of the at least one cooling hole.

Zusätzlich kann das Verfahren der zuvor erwähnten Art ferner ein Durchführen einer anschließenden Laserablation an dem modifizierten Wachsmodell auf der Basis des Bildes des wenigstens einen Kühllochs aufweisen.In addition, the method of the aforementioned type may further comprise performing a subsequent laser ablation on the modified wax model based on the image of the at least one cooling hole.

Noch weiter kann die anschließende Laserablation eine modifizierte Laserablationsmethode aufweisen, die im Vergleich zu der Laserablation eine modifizierte Größe von wenigstens einer der folgenden Größen aufweist: Laserleistung, Laserfokus, Laserscangeschwindigkeit oder Laserpulsdauer. Still further, the subsequent laser ablation may include a modified laser ablation technique that has a modified size of at least one of the following magnitudes compared to laser ablation: laser power, laser focus, laser scan speed, or laser pulse duration.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst ein System, das aufweist: ein Lasersystem, das programmiert ist, um an einem vorläufigen Wachsgussmodell zur eine Laserablation durchzuführen, um ein modifiziertes Wachsmodell auszubilden, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt,; ein Bildgebungssystem, das ein optisches Trepaniersystem zum Scannen des modifizierten Wachsmodells aufweist, um das wenigstens eine Kühllochs nach der Durchführung der Laserablation abzubilden; ein Beschichtungssystem zur Beschichtung des modifizierten Wachsmodells zur Bildung einer Gussformgestalt um das modifizierte Wachsmodell herum und Entfernung des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist; und ein Gießsystem zum Gießen eines Formteils aus einem Gussmaterial unter Verwendung der Gussform, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist. A second aspect of the invention comprises a system comprising: a laser system programmed to perform on a preliminary wax casting model for laser ablation to form a modified wax model having at least one cooling hole missing in the preliminary wax casting model; an imaging system comprising an optical trephining system for scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation; a coating system for coating the modified wax pattern to form a mold around the modified wax model and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole; and a casting system for casting a molding from a casting material using the casting mold having the at least one cooling hole.

Das Bildgebungssystem des zuvor erwähnten Systems kann wenigstens entweder ein zweidimensionales Scansystem und/oder ein dreidimensionales Scansystem aufweisen.The imaging system of the aforementioned system may comprise at least one of a two-dimensional scanning system and a three-dimensional scanning system.

Das Lasersystem des Systems jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann programmiert sein, um eine Laserablation durchzuführen, indem ein Ultrakurzpulslaser auf das vorläufige Wachsgussmodell angewendet wird, um einen Abschnitt des vorläufigen Wachsgussmodells direkt zu verdampfen, wodurch das wenigstens eine Kühlloch erzeugt wird, wobei das Kühlloch vorzugsweise ein Seitenverhältnis von ungefähr 5 zu ungefähr 10 aufweist.The laser system of the system of any of the aforementioned types may be programmed to perform laser ablation by applying an ultrashort pulse laser to the preliminary wax casting model to directly vaporize a portion of the preliminary wax casting model, thereby producing the at least one cooling hole, preferably the cooling hole has an aspect ratio of about 5 to about 10.

In dem System jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das direkte Verdampfen ein Erhöhen einer lokalen Temperatur des Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells auf über ungefähr 500 Grad Celsius aufweisen.In the system of any of the aforementioned types, direct evaporation may include raising a local temperature of the portion of the preliminary wax casting model to greater than about 500 degrees Celsius.

Zusätzlich kann das direkte Verdampfen ein Halten einer Temperatur eines benachbarten Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells unterhalb von ungefähr 120 Grad Celsius aufweisen.Additionally, the direct evaporation may include maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius.

Das Lasersystem des Systems jeder beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner programmiert sein, um eine anschließende Laserablation an dem modifizierten Wachsmodell durchzuführen, die auf dem Bild des wenigstens einen Kühllochs basiert.The laser system of the system of any kind mentioned above may be further programmed to perform a subsequent laser ablation on the modified wax model based on the image of the at least one cooling hole.

In dem System der zuvor erwähnten Art kann die anschließende Laserablation eine modifizierte Laserablationsmethode aufweisen, die im Vergleich zu der Laserablation eine modifizierte Größe von wenigstens einer der folgenden Größen aufweist: Laserleistung, Laserfokus, Laserscangeschwindigkeit oder Laserpulsdauer.In the system of the aforementioned type, the subsequent laser ablation may include a modified laser ablation technique that has a modified size of at least one of the following magnitudes compared to laser ablation: laser power, laser focus, laser scan speed, or laser pulse duration.

Ein dritter Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren, das aufweist: Durchführen einer Laserablation an einem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt, wobei das Durchführen der Laserablation ein Anwenden eines gepulsten Lasers auf das vorläufige Wachsgussmodell aufweist, um einen Abschnitt des vorläufigen Wachsgussmodells direkt zu verdampfen, wodurch das wenigstens eine Kühlloch ausgebildet wird, wobei das direkte Verdampfen aufweist: Erhöhen einer lokalen Temperatur des Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells auf über ungefähr 500 Grad Celsius; und Halten einer Temperatur eines benachbarten Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells unterhalb von ungefähr 120 Grad Celsius; und Scannen des modifizierten Wachsmodells zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs nach der Durchführung der Laserablation. A third aspect of the invention includes a method comprising: performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model, wherein performing the laser ablation involves applying a pulsed laser to the wax preliminary wax casting model to directly evaporate a portion of the preliminary wax casting model, thereby forming the at least one cooling hole, the direct evaporation comprising: raising a local temperature of the portion of the preliminary wax casting model to greater than about 500 degrees Celsius; and maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius; and scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation.

Das zuvor erwähnte Verfahren kann ferner ein Durchführen einer anschließende Laserablation an dem modifizierten Wachsmodell auf der Basis des Bildes des wenigstens einen Kühllochs aufweisen, wobei die anschließende Laserablation eine modifizierte Laserablationsmethode aufweist, die im Vergleich zu der Laserablation eine modifizierte Größe von wenigstens einer der Größen Laserleistung, Laserfokus, Laserscangeschwindigkeit oder Laserpulsdauer aufweist, wobei der gepulste Laser einen Ultrakurzpulslaser aufweist.The aforementioned method may further comprise performing a subsequent laser ablation on the modified wax model based on the image of the at least one cooling hole, wherein the subsequent laser ablation comprises a modified laser ablation technique that has a modified size of at least one of laser power, laser focus, laser scan speed, or laser pulse duration as compared to the laser ablation, wherein the pulsed laser comprises an ultrashort pulse laser.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Diese und weitere Merkmale dieser Erfindung werden leichter verständlich, wenn die folgende detaillierte Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen, in denen: These and other features of this invention will become more readily apparent when the following detailed description of various aspects of the invention is read in conjunction with the accompanying drawings which illustrate various embodiments of the invention in which:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems für laserunterstütztes Gießen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. 1 shows a schematic representation of a system for laser assisted casting according to various embodiments of the invention.

2 zeigt ein Flussdiagramm, das Prozesse gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating processes according to various embodiments of the invention. FIG.

3 zeigt ein schematisches Prozessflussdiagramm, das Prozesse bei der Erzeugung eines Gussformteils gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. 3 FIG. 12 is a schematic process flow diagram illustrating processes in forming a molding according to various embodiments of the invention. FIG.

Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind. Die Zeichnungen sind nur für die Darstellung typischer Aspekte der Erfindung gedacht und sollten daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung betrachtet werden. In den Zeichnungen stellt eine gleiche Bezeichnung gleiche Elemente unter den Zeichnungen dar. It should be noted that the drawings of the invention are not necessarily to scale. The drawings are only intended to depict typical aspects of the invention and therefore should not be considered as limiting the scope of the invention. In the drawings, a like name represents like elements among the drawings.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Wie beschrieben, betrifft der hierin offengelegte Gegenstand die Materialverarbeitung. Insbesondere betrifft der Gegenstand das Gießen von Formteilen in Materialien.As described, the subject matter disclosed herein relates to material processing. In particular, the article relates to casting moldings in materials.

Wie hierin beschrieben, können bestimmte Formen in Teilen schwierig und/oder aufwändig zu erzeugen sein, da das Wachsbasismaterial, das zur Ausbildung dieser Formen verwendet wird, nicht immer einfach zu bearbeiten ist. In einigen Fällen wird ein „Basis“ (oder Grund-) Wachsbasismaterial ausgebildet, und Kühllöcher werden dann dem Wachsmodel durch maschinelle Bearbeitung dieses Wachsbasismaterials hinzugefügt, um die Merkmale auszubilden, die beschichtet werden und später das Teil formen. Dieser Prozess kann teuer, zeitaufwändig und komplex sein. As described herein, certain shapes may be difficult and / or expensive to produce in parts because the wax base material used to form these shapes is not always easy to machine. In some cases, a "base" (or base) wax base material is formed, and cooling holes are then added to the wax model by machining this wax base material to form the features that will be coated and later form the part. This process can be expensive, time consuming and complex.

Insbesondere umfasst herkömmliches Gießen von Turbomaschinenteilen das Bauen eines Wachsgusswerkzeugs, welches die Form des Wachsmodells enthält, das gegossen werden soll. Auf den Bau des Wachsgusswerkzeugs folgend wird das Wachs in das Werkzeug gegossen, um das Wachsmodell zu erzeugen. Das Wachsmodell wird dann beschichtet (z.B. in einer Beschichtungsaufschlämmung mit nicht weniger als 20–30 Schichten), um eine Hülle (Gussformgestalt) um das Wachsmodell herum zu schaffen. Die Hülle (Gussformgestalt) samt dem Wachs wird dann erwärmt, um das Wachsmodell zu entfernen, wodurch die Gussformgestalt (als eine Gussform) gewonnen wird. Ein erhitztes Metall wird dann in die Gussformgestalt (Hülle) eingegossen und anschließend abgekühlt, um ein Metallteil in der Form des Wachsmodells auszubilden. Die Gussformgestalt (Hülle) wird dann, z.B. über mechanisches oder chemisches Abtragen, entfernt. Einige herkömmliche Methoden versuchen, dem Wachsgusswerkzeug vor der Erzeugung des Wachsmodells Merkmale hinzuzufügen. Dies kann schneller sein als eine Modifikation nach der Erzeugung des Wachsmodells, kann aber aufgrund der Notwendigkeit, das gesamte Wachsgusswerkzeug umzuformen, kostspielig sein. Zusätzlich kann eine Modifikation des ursprünglichen Wachsgusswerkzeugs einen Konflikt zwischen Merkmalen auslösen, z.B. zwischen Merkmalen, die sich in verschiedene Richtungen erstrecken. Sub-Wachsmodelle und Zusammenstellungen von Wachsmodellen können ebenfalls verwendet werden, aber diese Methoden bilden Nähte aus, die eine nachträgliche Korrektur erfordern. In particular, conventional casting of turbomachinery includes building a wax casting tool containing the shape of the wax model to be cast. Following the construction of the wax casting tool, the wax is poured into the tool to create the wax model. The wax model is then coated (e.g., in a coating slurry having no less than 20-30 layers) to create a shell (mold shape) around the wax model. The shell (mold shape) together with the wax is then heated to remove the wax pattern, thereby obtaining the mold shape (as a casting mold). A heated metal is then poured into the mold shape (shell) and then cooled to form a metal part in the shape of the wax model. The mold shape (shell) is then, e.g. via mechanical or chemical removal, removed. Some conventional methods attempt to add features to the wax casting tool prior to creating the wax model. This may be faster than a modification following the creation of the wax model, but may be costly due to the need to reshape the entire wax casting tool. In addition, modification of the original wax casting tool may trigger a conflict between features, e.g. between features that extend in different directions. Sub wax models and combinations of wax models can also be used, but these methods form sutures that require subsequent correction.

Um diese Probleme bei den herkömmlichen Form-/Gussmethoden zu bewältigen, weisen verschiedene Aspekte der Erfindung Lösungen zur effektiven Modifikation einer vorhandenen Gussform, um Kühllöcher aufzunehmen, auf.To overcome these problems in the conventional molding / casting methods, various aspects of the invention provide solutions for effectively modifying an existing mold to accommodate cooling holes.

Wenn es einen Wunsch nach Merkmalen mit einem größeren Seitenverhältnis gibt, wie z.B. Formen mit tiefen Graben oder Löchern, gibt es strenge Anforderungen an die Leistungsdichte der Laserstrahlen, die zur Ausbildung dieser Merkmale verwendet wird. In diesen Anwendungsarten werden Ultrakurzpulslaserstrahlen, z.B. Picosekunden- oder Femtosekunden-Laser, als Strahlen angesehen, die eine ausreichende Auflösung bieten, um derartige Merkmale zu formen. Ferner ist eine passende Kollimation und Fokussierung erforderlich, um eine notwendige Rayleigh-Länge und Strahlqualität/Leistungsdichte zu schaffen, und es wird ein optischer Trepanierkopf gebraucht um einen Umlauf zu schaffen. Wenn die Merkmale mit einem großen Seitenverhältnis in dem Wachsmodell erzeugt werden, kann ein druckunterstützter Aufschlämmungsprozess verwendet werden um sicherzustellen, dass diese Merkmale in dem fertiggestellten Metallteil dupliziert werden. Verglichen mit dem herkömmlichen Prozess, bei dem diese Merkmale während des Gießens blank (ungeformt) hinterlassen werden und die Merkmale dann nachträglich nach dem Gießen maschinell hergestellt werden, reduzieren die unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen hierin beschriebenen laserunterstützten Gießprozeduren die Kosten der Herstellung des Gusskerns und -werkzeugs, erhöhen die Ausbeute und reduzieren deutlich die Dauer und Kosten der Nachbearbeitung von Turbomaschinenkomponenten.When there is a desire for features with a larger aspect ratio, such as deep trench or hole shapes, there are stringent requirements for the power density of the laser beams used to form these features. In these applications, ultrashort pulse laser beams, eg, picosecond or femtosecond lasers, are considered to provide sufficient resolution to form such features. Further, proper collimation and focussing is required to provide necessary Rayleigh length and beam quality / power density, and an optical trephining head is needed to create a loop. When the features are produced with a large aspect ratio in the wax model, a pressure assisted slurry process can be used to ensure that these features duplicate in the finished metal part become. Compared with the conventional process in which these features are left blank during casting and the features are subsequently machined after casting, the laser assisted casting procedures described herein with reference to various embodiments reduce the cost of manufacturing the casting core and tooling, increase yield and significantly reduce the time and cost of reworking turbomachinery components.

Es wird verstanden, dass der Begriff “Kühlloch”, wie hierin beschrieben, eine Öffnung mit einem Seitenverhältnis, gemessen von einer Oberfläche des Wachsmodells, von ungefähr eins (1) bis zu ungefähr (10), in besonderen Fällen von ungefähr 5 zu ungefähr 10 betreffen kann.It is understood that the term "cooling hole" as described herein means an aperture having an aspect ratio, as measured from a surface of the wax model, of from about one (1) to about (10), in particular cases from about 5 to about 10 may affect.

Verschiedene besondere Aspekte der Erfindung umfassen ein Verfahren, das aufweist: Bereitstellen eines vorläufigen Wachsgussmodells (optionaler Vorprozess); Durchführen einer Laserablation an dem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt; Beschichten des modifizierten Wachsmodels zur Bildung einer Gussformgestalt um das modifizierte Wachsmodel herum; und Entfernen des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist.Various particular aspects of the invention include a method comprising: providing a preliminary wax casting model (optional pre-process); Performing a laser ablation on the preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; Coating the modified wax model to form a mold around the modified wax model; and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole.

Verschiedene weitere besondere Aspekte der Erfindung umfassen ein System, das aufweist: ein Lasersystem, das programmiert ist, um eine Laserablation an einem vorläufigen Wachsgussmodell durchzuführen, um ein modifizierten Wachsmodell auszubilden, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt; ein Bildgebungssystem, das ein optisches Trepaniersystem zum Scannen des modifizierten Wachsmodells zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs nach der Durchführung der Laserablation aufweist; ein Beschichtungssystem zur Beschichtung des modifizierten Wachsmodells zur Bildung einer Gussformgestalt um das modifizierte Wachsmodell herum und Entfernen des modifizierten Wachsmodells, um eine Gussform zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist; und ein Gießsystem zum Gießen eines Formteils aus einem Gussmaterial unter Verwendung der Gussform, die das wenigstens eine Kühlloch aufweist. Various other particular aspects of the invention include a system that includes: a laser system programmed to perform a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; an imaging system comprising an optical trephining system for scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation; a coating system for coating the modified wax pattern to form a mold around the modified wax pattern and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole; and a casting system for casting a molding from a casting material using the casting mold having the at least one cooling hole.

Weitere Aspekte der Erfindung umfassen ein Verfahren, das aufweist: Bereitstellen eines vorläufigen Wachsgussmodells (optionaler Vorprozess); Durchführen einer Laserablation an dem vorläufigen Wachsgussmodell zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells, das wenigstens ein Kühlloch aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell fehlt, wobei das Durchführen der Laserablation ein Anwenden eines gepulsten Lasers auf das vorläufige Wachsgussmodell aufweist, um einen Abschnitt des vorläufigen Wachsgussmodells direkt zu verdampfen, wodurch das wenigstens eine Kühlloch ausgebildet wird, wobei das direkte Verdampfen aufweist: Erhöhen einer lokalen Temperatur des Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells auf über ungefähr 500 Grad Celsius; und Beibehalten einer Temperatur eines benachbarten Abschnitts des vorläufigen Wachsgussmodells unterhalb von ungefähr 120 Grad Celsius; und Scannen des modifizierten Wachsmodells zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs nach der Durchführung der Laserablation. Further aspects of the invention include a method comprising: providing a preliminary wax casting model (optional pre-process); Performing laser ablation on the preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model, wherein performing the laser ablation comprises applying a pulsed laser to the preliminary wax casting model to directly approach a portion of the preliminary wax casting model evaporating, thereby forming the at least one cooling hole, wherein direct evaporation comprises: raising a local temperature of the portion of the preliminary wax casting model to greater than about 500 degrees Celsius; and maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius; and scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation.

In der folgenden Beschreibung wird auf die angehängten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Beschreibung bilden und die zur Darstellung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen, in denen die vorliegenden Lehren ausgeführt werden können, gezeigt werden. Diese Ausführungsformen werden in ausreichender Genauigkeit beschrieben, um einem Fachmann die Ausführung der vorliegenden Lehren zu ermöglichen, und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Lehren abzuweichen. Die folgende Beschreibung ist daher lediglich beispielhaft.In the following description, reference is made to the attached drawings, which form a part of the specification and which are shown to illustrate specific exemplary embodiments in which the present teachings may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present teachings, and it is understood that other embodiments may be utilized and that changes may be made without departing from the scope of the present teachings. The following description is therefore merely exemplary.

Veranschaulichungen in Bezug auf eine oder mehrere Implementierungen, Veränderungen und/oder Modifizierungen können an den dargestellten Beispielen vorgenommen werden, ohne von dem Rahmen und Umfang der angehängten Ansprüche abzuweichen. Außerdem kann ein bestimmtes Merkmal, auch wenn es in Bezug auf nur eine von mehreren Ausführungen beschrieben wurde, mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder besondere Funktion gewünscht und vorteilhaft sein kann. Darüber hinaus sind die Begriffe „einschließlich”, „schließt ein”, „haben”, „hat” „mit” oder Varianten davon, soweit sie entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, auf eine Weise zu verstehen, die dem Begriff „aufweisen” gleicht. Der Ausdruck „wenigstens eines von“ wird verwendet, um zu bedeuten, dass ein oder mehrere der aufgelisteten Elemente ausgewählt werden kann.Illustrations of one or more implementations, changes, and / or modifications may be made to the illustrated examples without departing from the scope of the appended claims. In addition, even though described with respect to only one of several embodiments, a particular feature may be combined with one or more other features of the other embodiments, as may be desired and advantageous for a given or particular function. In addition, the terms "including," "includes," "has," "has," or variants thereof, as used in either the detailed description or the claims, are to be understood in a manner consistent with those of the claims The term "comprising" is similar. The term "at least one of" is used to mean that one or more of the listed items can be selected.

Ungeachtet der Tatsache, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den weiten Umfang der Ausführungsformen darlegen, Näherungen darstellen, werden die numerischen Werte, die in den speziellen Beispielen dargelegt werden, so genau wie möglich beschrieben. Jeder numerische Wert kann jedoch von Natur aus bestimmte Fehler enthalten, die sich notwendigerweise aus der Standardabweichung in den betreffenden Testmessungen ergeben. Außerdem soll verstanden werden, dass alle hierin offengelegten Bereiche jeden und alle darin zusammengefassten Unterbereiche umfassen sollen. Beispielsweise kann ein Bereich von „weniger als 10“ jeden und alle Unterbereiche zwischen dem Minimumwert von null und dem Maximalwert von 10 (und einschließlich dieser), d.h. alle Unterbereiche, die einen Minimalwert von gleich oder mehr als null und einen Maximalwert von gleich oder weniger als 10 haben, z.B. 1 bis 5. In bestimmten Fällen können die numerischen Werte, wie sie für die Parameter angegeben werden, negative Werte einnehmen. In diesem Fall kann der mit „weniger als 10“ angegebene beispielhafte Wertebereich negative Werte einnehmen, z.B. –1, –2, –3, –10, –20, –30, usw. Notwithstanding the fact that the numerical ranges and parameters that expose the broad scope of the embodiments represent approximations, the numerical values set forth in the specific examples are described as accurately as possible. However, any numerical value may inherently contain certain errors which necessarily arise from the Standard deviation in the respective test measurements. In addition, it should be understood that all ranges disclosed herein are intended to encompass each and all sub-ranges summarized therein. For example, a range of "less than 10" may include any and all subranges between the minimum value of zero and the maximum value of 10 (and including), ie, all subranges having a minimum value equal to or greater than zero and a maximum value equal to or less than than 10, eg 1 to 5. In certain cases, the numerical values given for the parameters can take negative values. In this case, the example range of values specified as "less than 10" may take negative values, eg, -1, -2, -3, -10, -20, -30, etc.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 2 für laserunterstütztes Gießen gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Wie gezeigt, kann das System 2 ein Lasersystem 4 aufweisen, das programmiert ist, um an einem vorläufigen Wachsgussmodell 6 zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells 8, das wenigstens ein Kühlloch 10 aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 fehlt, eine Laserablation durchzuführen. Das vorläufige Wachsgussmodell 6 kann ein rohes, unbearbeitetes oder anderweitig maschinell unbearbeitetes Stück eines Wachsmaterials, wie es hierin beschrieben ist, aufweisen. Das vorläufige Wachsgussmodell 6 wird in einem Wachsgusswerkzeug erzeugt, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Das System 2 kann auch ein Bildgebungssystem 12 zum Scannen des modifizierten Wachsmodells 8 zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs 10 nach der Durchführung der Laserablation durch das Lasersystem 4 aufweisen. In verschiedenen Ausführungsformen weist das Bildgebungssystem ein rotierendes Scansystem auf, z.B. ein optisches Trepaniersystem, das eingerichtet ist, um Merkmale des wenigstens einen Kühllochs 10 zu scannen. Das Bildgebungssystem 12, das ein optisches Trepaniersystem aufweist, kann eine Auflösung mit einer Toleranz von weniger als ungefähr 0,0001 Zoll (0,00254 Zentimetern) aufweisen. Das System 2 kann ferner ein Beschichtungssystem 26 aufweisen zum: a) Beschichten des modifizierten Wachsmodells 8 (z.B. mit einem Beschichtungsmetall) zur Bildung einer Gussformgestalt (oder Hülle) um das modifizierte Wachsmodell 8 herum, und b) Entfernen des modifizierten Wachsmodells 8, um eine Gussform 24 (auf die auch als Gusshülle Bezug genommen wird) zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch 10 aufweist. Das System 2 kann auch ein Gießsystem 30 zum Gießen eines Gussmaterials 32 aufweisen, um ein Formteil aus der Gussform 24 zu formen (nachdem bestätigt wurde, dass das modifizierte Wachsmodell 8 die erwünschten Eigenschaften aufweist, und die Gussform 24 erzeugt ist). 1 shows a schematic representation of a system 2 for laser assisted casting according to various embodiments of the invention. As shown, the system can 2 a laser system 4 programmed to work on a preliminary wax casting model 6 to form a modified wax model 8th that at least one cooling hole 10 that in the preliminary wax casting model 6 is missing to perform a laser ablation. The preliminary wax casting model 6 may comprise a raw, unprocessed or otherwise machined unworked piece of wax material as described herein. The preliminary wax casting model 6 is produced in a wax casting tool, as is known in the art. The system 2 can also have an imaging system 12 to scan the modified wax model 8th for imaging the at least one cooling hole 10 after performing the laser ablation by the laser system 4 exhibit. In various embodiments, the imaging system includes a rotating scanning system, eg, an optical trepanning system, configured to provide features of the at least one cooling hole 10 to scan. The imaging system 12 having an optical trephining system may have a resolution with a tolerance of less than about 0.0001 inches (0.00254 centimeters). The system 2 may also be a coating system 26 comprising: a) coating the modified wax model 8th (eg with a coating metal) to form a mold (or shell) around the modified wax model 8th around, and b) removing the modified wax model 8th to a mold 24 (which is also referred to as a cast envelope) to leave the at least one cooling hole 10 having. The system 2 can also be a casting system 30 for casting a casting material 32 have to form a molding from the mold 24 to mold (after it was confirmed that the modified wax model 8th having the desired properties, and the mold 24 is generated).

In verschiedenen Ausführungsformen kann das System 2 ein Steuerungssystem 20 aufweisen, das mit dem Lasersystem 4, dem Beschichtungssystem 26, dem Gießsystem 30 und/oder dem Bildgebungssystem 12 gekoppelt ist. Das Steuerungssystem 20 kann eingerichtet sein, um Anweisungen dem Lasersystem 4, dem Beschichtungssystem 26, dem Gießsystem 30 und/oder dem Bildgebungssystem 12 zuzuführen und/oder anderweitig deren Betrieb zu steuern. Das Steuerungssystem 20 kann mit dem Lasersystem 4, dem Beschichtungssystem 26, dem Gießsystem 30 und/oder dem Bildgebungssystem 12 mechanisch oder elektrisch verbunden zu sein. Das Steuerungssystem 20 kann eine computergestützte, mechanische oder elektro-mechanische Vorrichtung sein, die in der Lage ist, das Lasersystem 4, das Beschichtungssystem 26, das Gießsystem 30 und/oder das Bildgebungssystem 12 zu steuern. In einer Ausführungsform kann das Steuerungssystem 20 eine computergestützte Vorrichtung sein, die in der Lage ist, Betriebsanweisungen an das Lasersystem 4, das Beschichtungssystem 26, das Gießsystem 30 und/oder das Bildgebungssystem 12 zu liefern. In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuerungssystem 20 eine mechanische Vorrichtung enthalten, die in der Lage ist, von einem Bediener verwendet zu werden. In diesem Fall kann der Bediener das Steuerungssystem 20 (z.B. durch Ziehen eines Hebels) physisch bedienen, was das Lasersystem 4, das Beschichtungssystem 26, das Gießsystem 30 und/oder das Bildgebungssystem 12 aktivieren kann. In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuerungssystem 20 eine elektro-mechanische Vorrichtung sein.In various embodiments, the system 2 a control system 20 exhibit that with the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 is coupled. The control system 20 can be set up to instructions the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 supply and / or otherwise control their operation. The control system 20 can with the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 be mechanically or electrically connected. The control system 20 may be a computer-aided, mechanical or electro-mechanical device capable of the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 to control. In one embodiment, the control system 20 a computerized device that is capable of operating instructions to the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 to deliver. In a further embodiment, the control system 20 contain a mechanical device that is able to be used by an operator. In this case, the operator can control the system 20 (eg by pulling a lever) physically operate what the laser system 4 , the coating system 26 , the casting system 30 and / or the imaging system 12 can activate. In a further embodiment, the control system 20 an electro-mechanical device.

Unter Bezugnahme auf 2 mit fortlaufender Bezugnahme auf 1 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren zum laserunterstützten Gießen veranschaulicht, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen durchgeführt wird. Wie gezeigt, kann das Verfahren die folgenden Prozesse aufweisen:
Prozess P1 (optionaler Vorprozess): Bereitstellen eines vorläufigen Wachsgussmodells, z.B. des vorläufigen Wachsgussmodells 6 (1). In verschiedenen Ausführungsformen kann das vorläufige Wachsgussmodell 6 Kohlenwasserstoffwachs, natürliches Esterwachs, synthetisches Wachs, natürliche Harze, synthetische Harze, organische Füllmaterialien, Wasser und deren Mischungen aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen kann das vorläufige Wachsgussmodell 6 aliphatische Verbindungen (Verbindungen mit geradkettigen Kohlenstoffatomen, z.B. Kohlenwasserstoffwachs, natürliches Esterwachs, synthetisches Wachs und/oder Harze) oder aromatische Verbindungen (Verbindungen, Füllstoffe und/oder Harze mit ringförmig strukturierten Kohlenstoffatomen) aufweisen.
Prozess P2: Durchführen einer Laserablation (unter Verwendung des Lasersystems 4) an dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 zur Ausbildung eines modifizierten Wachsmodells (z.B. des modifizierten Gussmodells 8), das wenigstens ein Kühlloch (z.B. das Kühlloch / die Kühllöcher 10) aufweist, das in dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 fehlt. Wie hierin beschrieben, kann der Prozess der Durchführung einer Laserablation an dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 das Anwenden eines gepulsten Lasers (z.B. eines Ultrakurzpulslasers) an dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 aufweisen, um einen Abschnitt 16 des vorläufigen Wachsgussmodells 6 direkt verdampfen, wobei das wenigstens eine Kühlloch 10 ausgebildet wird. Die verdampften Abschnitte 16 sind durch die Kühllöcher 10 in dem modifizierten Gussmodell 8 veranschaulicht. In verschiedenen Ausführungsformen weist der Prozess des direkten Verdampfens das Erhöhen einer lokalen Temperatur des Abschnitts 16 des vorläufigen Wachsgussmodells 6 über die Verdampfungstemperatur des vorläufigen Wachsgussmodells 6, z.B. ungefähr 500 Grad Celsius (und in einigen Fällen bis zu ungefähr 1000 Grad Celsius), beim gleichzeitigen Aufrechterhalten einer Temperatur des benachbarten Abschnitts 18 des vorläufigen Wachsgussmodells 6 unterhalb seiner Schmelztemperatur, z.B. ungefähr 120 Grad Celsius (und in einigen Fällen unterhalb von ungefähr 50 Grad Celsius). Es wird verstanden, dass, wie hierin beschrieben, ein Kühlloch 10 in dem vorläufigen Wachsgussmodell 6 durch Modulieren wenigstens eines der folgenden Merkmale des Lasersystems 4 erzeugt werden kann: Laserpulsdauer, Leistungsdichte der Laserimpulse und Scangeschwindigkeit des Lasers über das vorläufige Wachsgussmodell 6, um das Kühlloch 10 auszubilden, das ein Seitenverhältnis von ungefähr eins (1) zu ungefähr zehn (10) hat. Dieser Prozess kann sich von dem Ausbilden eines zusätzlichen Merkmals unterscheiden, das ein größeres Seitenverhältnis, z.B. größer als ungefähr 10, hat. In bestimmten Ausführungsformen weist das Kühlloch 10 eine Öffnung auf, die ein Seitenverhältnis von ungefähr 5 bis ungefähr 10 hat.
Prozess P3: Scannen des modifizierten Wachsgussmodells 8 (unter Verwendung des Bildgebungssystems 12, das ein optisches Trepaniersystem aufweist) zur Abbildung des wenigstens einen Kühllochs 10 nach der Durchführung der Laserablation. In verschiedenen Ausführungsformen weist das Scannen das Durchführen eines optischen Trepanierscans von dem wenigstens einen Kühlloch 10 auf.
Prozess P4 (optional in einigen Ausführungsformen): Durchführen einer anschließenden Laserablation (unter Verwendung des Lasersystems 4) an dem modifizierten Gussmodell 8 auf Basis des Bildes des wenigstens einen Kühllochs 10. In verschiedenen Ausführungsformen weist der anschließende Laserablationsprozess eine modifizierte Laserablationsmethode auf, die eine Modifikation wenigstens einen Parameters des Lasersystems 4 im Vergleich zu dem (den) ursprünglichen Laserablationparameter(n) aufweist, wie z.B.: a) Laserleistung; b) Laserfokus; c) Laserscangeschwindigkeit und/oder d) Laserpulsdauer. Die Prozesse P3 und P4 können, wie in 1 gezeigt, auf der Basis der Ergebnisse der Abbildung und der anschließenden Laserablation wiederholt werden.With reference to 2 with continuous reference to 1 FIG. 3 is a flowchart illustrating a laser assisted casting process performed according to various embodiments. FIG. As shown, the method may include the following processes:
Process P1 (optional pre-process): Providing a preliminary wax casting model, eg the preliminary wax casting model 6 ( 1 ). In various embodiments, the preliminary wax casting model 6 Hydrocarbon wax, natural ester wax, synthetic wax, natural resins, synthetic resins, organic fillers, water and mixtures thereof. In certain embodiments, the preliminary wax casting model 6 aliphatic compounds (compounds having straight-chain carbon atoms, eg hydrocarbon wax, natural ester wax, synthetic wax and / or resins) or aromatic compounds (compounds, fillers and / or resins having ring-structured carbon atoms).
Process P2: Perform laser ablation (using the laser system 4 ) on the preliminary wax casting model 6 to form a modified wax model (eg the modified casting model 8th ), the at least one cooling hole (eg the cooling hole (s) 10 ) in the preliminary wax casting model 6 is missing. As described herein, the process of performing a laser ablation on the preliminary wax casting model 6 applying a pulsed laser (eg, an ultrashort pulse laser) to the preliminary wax casting model 6 exhibit a section 16 of the preliminary wax casting model 6 evaporate directly, the at least one cooling hole 10 is trained. The vaporized sections 16 are through the cooling holes 10 in the modified casting model 8th illustrated. In various embodiments, the process of direct evaporation includes increasing a local temperature of the section 16 of the preliminary wax casting model 6 about the evaporation temperature of the preliminary wax casting model 6 For example, about 500 degrees Celsius (and in some cases up to about 1000 degrees Celsius) while maintaining a temperature of the adjacent section 18 of the preliminary wax casting model 6 below its melting temperature, eg, about 120 degrees Celsius (and in some cases below about 50 degrees Celsius). It is understood that, as described herein, a cooling hole 10 in the preliminary wax casting model 6 by modulating at least one of the following features of the laser system 4 can be generated: laser pulse duration, power density of the laser pulses and scanning speed of the laser on the preliminary wax casting model 6 to the cooling hole 10 having an aspect ratio of about one (1) to about ten (10). This process may differ from forming an additional feature that has a larger aspect ratio, eg, greater than about 10. In certain embodiments, the cooling hole 10 an opening having an aspect ratio of about 5 to about 10.
Process P3: Scan the modified wax casting model 8th (using the imaging system 12 comprising an optical trepanning system) for imaging the at least one cooling hole 10 after performing the laser ablation. In various embodiments, scanning comprises performing an optical trepanning scan of the at least one cooling hole 10 on.
Process P4 (optional in some embodiments): Perform a subsequent laser ablation (using the laser system 4 ) on the modified casting model 8th based on the image of the at least one cooling hole 10 , In various embodiments, the subsequent laser ablation process includes a modified laser ablation technique that is a modification of at least one parameter of the laser system 4 compared to the original laser ablation parameter (s), such as: a) laser power; b) laser focus; c) laser scanning speed and / or d) laser pulse duration. The processes P3 and P4 can, as in 1 shown to be repeated on the basis of the results of imaging and subsequent laser ablation.

In verschiedenen Ausführungsformen können zusätzliche Prozesse aufweisen:
Prozess P5: Beschichten des modifizierten Wachmodells 8, um eine Gussformgestalt (Hülle) 22 auszubilden. Dies kann ein Aufbringen eines Auskleidungsmaterials 21 (z.B. eines Metalls) über das modifizierte Wachsmodell 8 aufweisen, um die Gussformgestalt (Hülle) 22 auszubilden, die den Umriss des modifizierten Wachsmodell 8 darstellt.
Prozess P6: Entfernen des modifizierten Wachsmodells 8, um eine Gussform 24 (Hülle) zu hinterlassen, die das wenigstens eine Kühlloch 10 aufweist. Dies kann ein physisches Entfernen des modifizierten Wachsmodells 8, z.B. mittels physikalischer oder chemischer Zerstörung des modifizierten Wachsmodells 8 aufweisen. In einigen Fällen wird das modifizierte Wachsmodell 8 von der Gussform 22 durch Aufbrechen, Ziehen, Verdrehen usw. des modifizierten Wachsmodells 8 entfernt, um die Gussform 24 unbeschädigt zu hinterlassen. In anderen Fällen wird das modifizierte Wachsmodell 8 erhitzt, bis es sich verflüssigt (oder verdampft), und nach der Erhitzung entfernt.
Prozess P7: Erzeugen eines Formteil aus einem Gussmaterial 32 (z.B. einem Material, wie Stahl oder Stahllegierungen) unter Verwendung der Gussform 24, die das wenigstens eine Kühlloch 10 aufweist. Das Erzeugen des Formteils aus dem Gussmaterial 32 unter Verwendung der modifizierten Gussform kann aufweisen: a) Gießen des Gussmaterials 32 in die Gussform 24 mit dem wenigstens einen Kühlloch 10; und b) Abkühlen des Gussmaterials 32, um das Formteil erstarren zu lassen. Abhängig von den speziellen Eigenschaften des Gussmaterials 32 kann der Abkühlprozess aktives Kühlen des Gussmaterials 32 (z.B. indem das Gussmaterial 32 einer Kühlumgebung ausgesetzt wird) oder passives Kühlen des Gussmaterials 32 (z.B. indem das Gussmaterial 32 gelassen wird, um sich auf Raumtemperatur abzukühlen) aufweisen. In various embodiments, additional processes may include:
Process P5: Coating the modified wax model 8th to a mold shape (shell) 22 train. This may include applying a lining material 21 (eg a metal) over the modified wax model 8th to have the mold shape (shell) 22 train the outline of the modified wax model 8th represents.
Process P6: Remove the modified wax model 8th to a mold 24 Leave (the shell), the at least one cooling hole 10 having. This can be a physical removal of the modified wax model 8th , eg by means of physical or chemical destruction of the modified wax model 8th exhibit. In some cases, the modified wax model 8th from the mold 22 by breaking, pulling, twisting, etc. of the modified wax model 8th removed to the mold 24 leave undamaged. In other cases, the modified wax model 8th heated until it liquefies (or evaporates), and removed after heating.
Process P7: Creating a molded part from a cast material 32 (eg a material such as steel or steel alloys) using the mold 24 that the at least one cooling hole 10 having. The production of the molding from the casting material 32 using the modified mold may comprise: a) casting the cast material 32 into the mold 24 with the at least one cooling hole 10 ; and b) cooling the casting material 32 to freeze the molded part. Depending on the specific properties of the casting material 32 the cooling process can actively cool the casting material 32 (eg by the casting material 32 a cooling environment) or passive cooling of the casting material 32 (eg by the casting material 32 is allowed to cool to room temperature).

3 zeigt ein schematisches Prozessflussdiagramm, das Prozesse zur Erzeugung einer Gussform 24 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Wie veranschaulicht: es wird ein vorläufiges Wachsmodell 6 einer Laserablation unterworfen, um mehrere Merkmale 10 in dem Modell auszubilden, wodurch ein modifiziertes Wachsmodell 8 erzeugt wird; dann wird um das modifizierte Wachsmodell herum eine Gussform 24 ausgebildet, die die mehreren Merkmale 10 widerspiegelt; und in einigen Prozessen wird eine fertige Komponente (z.B. eine Metallkomponente) durch Gießen eines Gussmaterials in die Gussform 24 und anschließendes Entfernen dieses Materials 32 aus der Gussform 24 erzeugt. 3 shows a schematic process flow diagram, the processes for producing a mold 24 illustrated in accordance with various embodiments of the invention. As illustrated: it will be a preliminary wax model 6 subjected to laser ablation to multiple features 10 in the model, creating a modified wax model 8th is produced; then around the modified wax model becomes a mold 24 formed having the multiple characteristics 10 reflects; and in some processes, a finished component (eg, a metal component) is cast by casting a casting material into the mold 24 and then removing this material 32 from the mold 24 generated.

In verschiedenen Ausführungsformen können Komponenten, die als miteinander „verbunden“ beschrieben sind, an einer oder mehreren Verbindungsstellen“ zusammengefügt sein. In einigen Ausführungsformen können diese Verbindungsstellen Verbindungen zwischen getrennten Komponenten enthalten, und in anderen Fällen können diese Verbindungsstellen eine fest und/oder einstückig ausgebildete Verbindung enthalten. D.h., in einigen Fällen können Komponenten, die miteinander „verbunden“ sind, gleichzeitig ausgebildet werden, um ein einziges durchgängiges Element zu definieren. In anderen Ausführungsformen können diese Komponenten jedoch als gesonderte Elemente ausgebildet und anschließend durch bekannte Prozesse (z.B. Befestigen, Ultraschallschweißen, Verbinden) zusammengefügt werden.In various embodiments, components described as being "connected" to one another may be joined together at one or more junctions. In some embodiments, these junctions may include interconnections between discrete components, and in other instances these junctions may include a solid and / or integral connection. That is, in some cases, components that are "connected" together may be formed simultaneously to define a single continuous element. However, in other embodiments, these components may be formed as separate elements and then joined together by known processes (e.g., fastening, ultrasonic welding, bonding).

Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen, und soll für die Offenbarung nicht beschränkend sein. So wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und ”der, die, das” auch die Pluralformen mit einschließen, soweit der Kontext nicht deutlich anderes anzeigt. Es dürfte sich ferner verstehen, dass die Begriffe ”weist auf” und/oder ”aufweisen”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorliegen der angegebenen Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen oder die Hinzufügung von einer/einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Es dürfte sich ferner verstehen, dass mit den Begriffen „vorne“ und „hinten“ keine Einschränkung beabsichtigt ist und sie, wenn geeignet, gegeneinander austauschbar sind.The terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments only, and is not intended to be limiting of the disclosure. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. It should also be understood that the terms "pointing to" and / or "comprising" when used in this specification, but not specifying the presence of the specified features, integers, steps, operations, elements and / or components exclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and / or groups thereof. It should further be understood that the terms "front" and "rear" are not intended to be limiting and, if appropriate, interchangeable.

Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.This written description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also to enable any person skilled in the art to practice the invention, including the creation and use of any devices or systems and carrying out any incorporated methods. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that occur to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal languages of the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Systemsystem
44: Lasersystem laser system
66: Wachsgussmodell Wax casting model
88th: Wachsmodell wax model
1010: Kühlloch cooling hole
1212: Bildgebungssystem imaging system
1818: Abschnittsection
2020: Steuerungssystem control system
2121: Auskleidungsmaterial lining material
2222: Gussformgestalt Mold shape
2424: Gussform mold
2626: Beschichtungssystem coating system
3030: Gießsystem casting system
3232: Gussmaterial cast material

Claims

A method comprising: Performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; Coating the modified wax model to form a mold around the modified wax model; and Removing the modified wax model to leave a mold having the at least one cooling hole.

The method of claim 1, further comprising producing a molded article from a cast material using the mold having the at least one cooling hole; wherein the casting material preferably comprises steel or steel-containing alloys.

The method of claim 2, wherein generating the molding comprises: Pouring the cast material into the mold having the at least one cooling hole; and Cool down the casting material to allow the mold to set.

The method of any one of the preceding claims, wherein performing the laser ablation comprises applying an ultrashort pulse laser the preliminary wax casting model for directly evaporating a portion of the preliminary wax casting model, thereby forming the at least one cooling hole, the cooling hole having an aspect ratio of about 5 to about 10.

The method of claim 4, wherein the direct evaporation comprises raising a local temperature of the portion of the preliminary wax casting model above about 500 degrees Celsius.

The method of claim 5, wherein the direct evaporation comprises maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius.

The method of any one of the preceding claims, further comprising scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation; wherein the scanning preferably comprises performing at least one of a two-dimensional scan and a three-dimensional scan of the at least one cooling hole.

The method of claim 7, further comprising performing a subsequent laser ablation on the modified wax model based on the image of the at least one cooling hole; wherein the subsequent laser ablation preferably comprises a modified laser ablation technique that has a modified size of at least one of the following magnitudes compared to laser ablation: laser power, laser focus, laser scan speed, or laser pulse duration.

System comprising: a laser system programmed to perform laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole missing in the preliminary wax casting model; an imaging system comprising an optical trephining system for scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation; a coating system for coating the modified wax pattern to form a mold around the modified wax model and removing the modified wax pattern to leave a mold having the at least one cooling hole; and a casting system for casting a molding from a casting material using the casting mold having the at least one cooling hole.

A method comprising: Performing a laser ablation on a preliminary wax casting model to form a modified wax model having at least one cooling hole that is absent in the preliminary wax casting model; wherein performing the laser ablation comprises applying a pulsed laser to the preliminary wax casting model to directly vaporize a portion of the preliminary wax casting model, thereby forming the at least one cooling hole, wherein the direct evaporation comprises: Increasing a local temperature of the portion of the preliminary wax casting model above about 500 degrees Celsius; and Maintaining a temperature of an adjacent portion of the preliminary wax casting model below about 120 degrees Celsius; and Scanning the modified wax model to image the at least one cooling hole after performing the laser ablation.