ES2825056T3 - Fabricación de impulsores para turbomáquinas - Google Patents

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Lacopo Giovannetti
Andrea Massini
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Nuovo Pignone SRL
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Abstract

Método de fabricación de un impulsor (120) para turbomáquinas que comprende un centro (121) y una pluralidad de palas (125), utilizando material en polvo en un proceso de fabricación aditiva; comprendiendo dicho método: aplicar energía a dicho material en polvo por medio de una fuente de alta energía; y solidificar dicho material en polvo, en donde al menos una parte voluminosa de dicho centro (121) es irradiada para que el material en polvo se solidifique en una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido que encierra dicha estructura reticular; en donde el método comprende además la etapa de formar una cubierta (123) del impulsor y la etapa de conformar una estructura reticular en un volumen interior de dicha cubierta (123) del impulsor.

Description

DESCRIPCIÓN
Fabricación de impulsores para turbomáquinas
Campo de la invención
La presente descripción se refiere, de forma general, a la fabricación de impulsores para turbomáquinas, tales como impulsores para compresores centrífugos, bombas centrífugas o turboexpansores. La descripción se refiere más específicamente a la fabricación de impulsores para turbomáquinas mediante procesos de producción de tipo de fabricación aditiva.
Descripción de la técnica relacionada
EP 2402 112 A2 describe un impulsor cubierto de dos piezas que incluye un impulsor parcialmente cubierto con el centro abierto y una cubierta anular central.
Los impulsores de turbomáquinas para compresores centrífugos o bombas centrífugas, por ejemplo, son componentes de geometría compleja. La Fig. 1 ilustra una vista en perspectiva de un impulsor de compresor centrífugo ilustrativo. La Fig. 2 muestra una sección transversal ilustrativa a lo largo de un plano radial de una parte de un impulsor de compresor cubierto.
El impulsor, designado en su conjunto con el número de referencia 1, comprende una entrada 2 y una salida 3. El paso de flujo para el gas a comprimir que se extiende desde la entrada 2 hasta la salida 3 se forma entre un centro 4 y una cubierta 5. Las palas 6 se disponen entre el centro 4 y la cubierta 5. Entre palas 6 adyacentes se forman álabes 7 de flujo que se extienden desde la entrada 2 de gas a la salida 3 de gas. El impulsor 1 tiene un orificio central a través del cual pasa el eje del compresor, no mostrado. La parte del centro 4 del impulsor que rodea el orificio central se denomina “pie del impulsor” y se designa con el número de referencia 8.
Los impulsores provistos con la cubierta 5 como el que se muestra en la Fig. 1 son particularmente complejos de fabricar. En particular, las palas tridimensionales requieren el uso de procesos de fabricación tales como el mecanizado por descarga eléctrica o el mecanizado electroquímico. Los impulsores cubiertos requieren, además, que la cubierta se suelde en el centro una vez que las palas se hayan mecanizado o se mecanicen mediante fresado completo, utilizando una máquina herramienta controlada numéricamente de 5 ejes, partiendo de una pieza metálica sólida.
Para lograr una fabricación más eficiente y menos cara de este tipo de componentes, se han investigado recientemente procesos de producción de tipo de fabricación aditiva. Uno de estos procesos es el denominado proceso de fusión de capas por haz de electrones. Este proceso de fabricación permite la construcción de capa a capa de componentes complejos. El componente se fabrica distribuyendo secuencialmente capas de material en polvo, que se funde y posteriormente se solidifica. Cada capa se funde y solidifica a lo largo de una parte de la capa que está definida por los límites de la sección transversal del artículo a fabricar al nivel de la capa correspondiente.
Los impulsores de turbomáquinas están sometidos a tensiones mecánicas dinámicas elevadas debiendo funcionar a veces en un entorno particularmente difícil, por ejemplo, cuando se procesa gas ácido o gas húmedo mediante compresores. Además, sigue existiendo una necesidad constante de reducir el peso del impulsor manteniendo al mismo tiempo la resistencia mecánica y físicoquímica requeridas.
Sumario de la invención
La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.
Se logra una reducción del peso de un impulsor de turbomáquina fabricado mediante un proceso de producción de tipo de fabricación aditiva controlando la fuente de alta energía utilizada para fundir o sinterizar el material en polvo, de modo que las partes voluminosas del impulsor de turbomáquina se formen con una estructura reticular interna, rodeada de una estructura sólida, es decir, por una especie de revestimiento que proporciona una superficie exterior sólida y continua. Las estructuras reticulares pueden obtenerse controlando adecuadamente la energía suministrada por la fuente de alta energía, de modo que el material en polvo se funda de forma puntual y los volúmenes individuales de material en polvo fundido se solidifiquen y adhieran entre sí dejando volúmenes entre los mismos, donde no se ha fundido material en polvo, y que posteriormente se retirará dejando un espacio vacío dentro del material solidificado formando la estructura reticular.
Según una realización, se proporciona un método de fabricación de un impulsor para turbomáquinas capa a capa, utilizando material en polvo. El material en polvo se irradia y se funde con una fuente de alta energía y se solidifica para formar el impulsor. La fuente de alta energía se controla de modo que al menos una parte voluminosa del impulsor de turbomáquina se irradie de modo que el material en polvo se solidifique en una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido que encierra la estructura reticular.
En realizaciones particularmente ventajosas, se utiliza una fuente de haz de electrones. El haz de electrones generado por una pistola de haz de electrones funde localmente el material en polvo. El enfriamiento posterior del material fundido genera la estructura final de cada capa del impulsor de turbomáquinas.
Aunque la siguiente descripción detallada se referirá específicamente a fuentes de haz de electrones, el método descrito en la presente memoria puede llevarse a cabo también utilizando distintas fuentes de alta energía. La selección de la fuente de alta energía puede depender, por ejemplo, del tipo de material utilizado. Por ejemplo, pueden utilizarse fuentes de láser en lugar de pistolas de haz de electrones. En otras realizaciones puede aplicarse energía eléctrica al material en polvo a solidificar, p. ej., utilizando un electrodo o electrodos dispuestos y controlados adecuadamente.
Los términos “ solidificar” y “ solidificación” , como se utilizan en la presente memoria, deben entenderse en general como cualquier acción o proceso de transformación del material en polvo suelto en un cuerpo duro que tiene una forma determinada. En algunas realizaciones, el material en polvo se funde y posteriormente se solidifica. Sin embargo, en otras realizaciones, el material en polvo puede someterse a un proceso de solidificación distinto, por ejemplo, un proceso de sinterización, en lugar de un proceso de fusión y posterior solidificación.
En algunas realizaciones, el método comprende las siguientes etapas:
- depositar una primera capa de material en polvo sobre una superficie de destino;
- irradiar una primera parte de dicha primera capa de material en polvo con dicha fuente de alta energía y solidificar dicha primera parte de material en polvo, correspondiendo dicha primera parte a una primera región en sección transversal de dicho impulsor para turbomáquinas;
- depositar una segunda capa de material en polvo sobre la primera parte;
- irradiar una segunda parte de dicha segunda capa de material en polvo con dicha fuente de alta energía y solidificar dicha segunda parte de material en polvo, correspondiendo dicha segunda parte a una segunda región en sección transversal de dicho impulsor para turbomáquinas, estando la primera parte y la segunda parte unidas entre sí;
- depositar capas sucesivas de material en polvo sobre la parte anterior e irradiar una parte de cada capa sucesiva para producir dicho impulsor para turbomáquinas que comprende una pluralidad de partes de capa solidificada; correspondiendo cada parte de capa a una región en sección transversal de dicho impulsor para turbomáquinas.
Al menos algunas de las partes de capa solidificadas sucesivas tienen al menos una parte interior formada por una estructura reticular rodeada por una parte de estructura de revestimiento sólido exterior. Cada capa puede depositarse sobre la capa anterior cuando esta última esté solidificada, o esté solidificada solo parcialmente, o esté aún en estado fundido.
La estructura reticular está situada al menos en la parte voluminosa, es decir, maciza, del impulsor, concretamente, al menos en la parte radialmente interior del centro, es decir, el pie del impulsor, que rodea el orificio central del impulsor. Los impulsores cubiertos pueden incluir una estructura reticular en el interior de la parte más espesa de la cubierta, es decir, el ojo del impulsor. De forma ventajosa, la estructura reticular se desarrolla circunferencialmente alrededor del eje del impulsor.
Los procesos de fabricación aditiva se han utilizado para fabricar componentes para turbomáquinas tales como palas de turbinas axiales. Estos componentes son componentes relativamente pequeños que tienen una sección transversal estrecha. El interior de las palas suele ser hueco para su enfriamiento. El proceso de fabricación aditiva también se ha utilizado para proporcionar una estructura reticular adicional en el interior de las palas de la turbina, para mejorar la resistencia mecánica de las palas (DE-A-102009048665).
Los procesos de fabricación aditiva tienen poca o ninguna aplicación en la fabricación de componentes metálicos macizos. Las tensiones térmicas generadas en la estructura voluminosa de los componentes macizos provocan deformaciones de las capas individuales formadas durante el proceso de fabricación. En el caso de grandes componentes macizos, la deformación causada por la tensión térmica durante la fusión y posterior solidificación de una capa de material en polvo puede ser tan grande que afecte negativamente o incluso impida la deposición de la capa de polvo posterior, ya que la capa inferior solidificada y deformada obstruye el movimiento del bastidor utilizado para distribuir la capa de polvo posterior.
La solidificación del material en polvo para formar una estructura reticular en lugar de una estructura sólida, en la parte voluminosa del impulsor, mejora la disipación de calor y evita o reduce las tensiones térmicas y las deformaciones, haciendo por tanto viable la fabricación aditiva de impulsores macizos. Se requiere menos energía térmica para generar una retícula que una estructura sólida. Por lo tanto, se reduce la cantidad total de calor que debe disiparse. Además, queda espacio libre en las partes no fundidas de la capa, donde la disipación de calor se hace más fácil y rápida. Ambos factores contribuyen a la reducción de deformaciones térmicas.
El término “ irradiar” , como se usa en la presente memoria, debe entenderse como cualquier acción de aplicar energía de una fuente de alta energía al material en polvo.
Según algunas realizaciones, las capas de material en polvo se depositan en una estructura de confinamiento calentada. Por tanto puede controlarse la temperatura del impulsor. Pueden evitar o reducirse las tensiones residuales en el producto final controlando la temperatura frente a la curva temporal, por ejemplo, en función del material utilizado, la forma del producto, el tipo de fuente de alta energía utilizada u otros parámetros de proceso.
En general, cualquier parte del impulsor puede fabricarse con una estructura reticular. Dado que se suele proporcionar una estructura exterior sólida e impermeable de revestimiento alrededor de una estructura reticular interna, esta última se forma, preferiblemente, en las partes más voluminosas del impulsor, de forma típica las partes más voluminosas del centro, p. ej., las que están más cerca del eje de rotación del centro y/o de la cubierta, si están presentes.
La estructura reticular es suficientemente fuerte para resistir las tensiones mecánicas y térmicas, pero tiene un peso específico inferior al material sólido que forma las partes restantes del impulsor, reduciendo así el peso general del impulsor. El material en polvo no solidificado que permanece en la estructura reticular puede eliminarse, p. ej., soplando o aspirando. Para facilitar la eliminación del material en polvo residual no solidificado, pueden proporcionarse una o más aberturas en la estructura de revestimiento sólido que rodea la estructura reticular. Las aberturas pueden generarse durante el proceso de fabricación capa a capa. En otras realizaciones, las aberturas pueden mecanizarse en el impulsor terminado.
La presente descripción se refiere además específicamente a un impulsor para turbomáquinas que tiene al menos un centro y una pluralidad de palas, en donde al menos una parte del volumen interior de dicho impulsor comprende una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido. La estructura reticular y la estructura de revestimiento sólido que rodea la estructura reticular están hechas del mismo material que forma el resto de partes del impulsor. De forma ventajosa, la estructura de revestimiento sólido que rodea la estructura reticular forma un cuerpo integral con el resto de las partes sólidas del impulsor. Esto puede lograrse por medio de un proceso de producción de tipo de fabricación aditiva.
En términos generales, el impulsor puede comprender más de una parte de volumen interior que comprenda una estructura reticular.
Por lo tanto, la presente descripción se refiere también a un impulsor para turbomáquinas que comprende una pluralidad de capas solidificadas formadas por material en polvo solidificado, en donde al menos una parte del impulsor para turbomáquinas tiene una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido.
En algunas realizaciones, la parte radialmente más interna del centro incluye una estructura reticular, rodeada por una estructura de revestimiento sólido. Normalmente, el pie del impulsor incluirá una estructura reticular.
El impulsor puede comprender una cubierta del impulsor con un ojo de impulsor. En realizaciones ventajosas, al menos una parte interior de la cubierta tiene una estructura reticular rodeada por dicha estructura de revestimiento sólido. La estructura reticular de la cubierta se sitúa preferiblemente en el ojo del impulsor.
En algunas realizaciones, el material en polvo puede comprender una aleación de titanio. Una aleación de titanio adecuada es Ti-6Al-4V. En otras realizaciones, pueden utilizarse aleaciones de cobalto-cromo, tales como estelita.
En otras realizaciones puede utilizarse una superaleación austenítica basada en níquel-cromo. Ejemplos de superaleaciones adecuadas de este tipo son Inconel® 625 e Inconel® 718. Según otras realizaciones, puede utilizarse acero, tal como acero inoxidable, acero 17-4 u otros aceros adecuados para la fabricación de componentes de turbomáquinas.
Las características y realizaciones se desvelan a continuación y se explican además en las reivindicaciones adjuntas, que forman parte integrante de la presente descripción. La breve descripción anterior explica características de las diversas realizaciones de la presente invención con el fin de que la siguiente descripción detallada pueda entenderse mejor y de que las presentes contribuciones a la técnica puedan apreciarse mejor. Evidentemente, hay otras características de la invención que se describirán a continuación y que se explicarán en las reivindicaciones adjuntas. En este sentido, antes de explicar diversas realizaciones de la invención en detalle, se entiende que las diversas realizaciones de la invención no se limitan en su aplicación a los detalles de la construcción y a las disposiciones de los componentes explicados en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. La invención es susceptible de otras realizaciones y de practicarse y llevarse a cabo de diversas maneras. Además, se entenderá que la fraseología y terminología empleadas en este documento tienen fines descriptivos y no se interpretarán como limitativas.
Como tal, los expertos en la técnica apreciarán que la concepción, en la que se basa la divulgación, puede utilizarse fácilmente como base para diseñar otras estructuras, métodos y/o sistemas para llevar a cabo los diversos objetos de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
Una apreciación más completa de las realizaciones desveladas de la invención y muchas de sus ventajas relacionadas se obtendrá fácilmente a medida que la misma se entienda mejor por referencia a la siguiente descripción detallada al considerarse en relación con los dibujos adjuntos, en donde:
La Fig. 1 ilustra una vista en perspectiva de un impulsor cubierto según el estado de la técnica;
la Fig. 2 ilustra una sección transversal esquemática de un impulsor cubierto según el estado de la técnica;
la Fig. 3 ilustra un esquema de una máquina de fusión con haz de electrones;
la Fig. 4 ilustra una sección transversal de un impulsor cubierto según la presente descripción;
Las Figs. 5A, 5B y 5C representan esquemáticamente estructuras reticulares alternativas que pueden formarse en las áreas voluminosas del impulsor.
Descripción detallada de realizaciones de la invención
La siguiente descripción detallada de las realizaciones ejemplares se refiere a los dibujos adjuntos. Los mismos números de referencia en diferentes dibujos identifican elementos idénticos o similares. De manera adicional, los dibujos no están necesariamente dibujados a escala. Además, la siguiente descripción detallada no limita la invención. En lugar de ello, el alcance de la invención queda definido por las reivindicaciones adjuntas.
En la memoria descriptiva, las referencias a “ una realización” o “ algunas realizaciones” significan que el elemento, estructura o característica particular descritos en relación con una realización están incluidos en al menos una realización del objeto descrito. Por lo tanto, la utilización de la expresión “en una realización” o “en algunas realizaciones” en varias partes de la memoria descriptiva no se refiere necesariamente a la misma realización o realizaciones. Además, los elementos, estructuras o características particulares pueden combinarse de cualquier forma adecuada en una o más realizaciones.
La Fig. 3 ilustra una máquina de fusión por haz de electrones designada en su conjunto como 100. La estructura y el funcionamiento de la máquina de fusión por haz de electrones son conocidos per se y no se describirán con mayor detalle en la presente memoria. La máquina 100 de fusión por haz de electrones incluye una pistola 101 de haz de electrones que comprende un emisor 103 de electrones que genera un haz de electrones EB. El haz de electrones EB se dirige hacia una superficie de destino TS, dispuesta bajo la pistola 101 de haz de electrones. A lo largo de la trayectoria del haz de electrones se disponen una bobina 105 de enfoque y una bobina 107 de deflexión. La bobina 105 de enfoque enfoca el haz de electrones sobre la superficie de destino TS y la bobina 107 de deflexión controla el movimiento del haz de electrones EB a lo largo de un patrón según el cual un material en polvo debe fundirse y solidificarse. Un dispositivo informático 109 controla la bobina 107 de deflexión y el movimiento del haz de electrones EB. El movimiento del haz de electrones EB es controlado por el dispositivo informático 109 partiendo de los datos de un archivo que representa el producto tridimensional a fabricar.
Debajo de la pistola 101 de haz de electrones se dispone una estructura 111 de confinamiento. La estructura 111 de confinamiento puede combinarse con medios de control de temperatura, comprendiendo, por ejemplo, un calentador mostrado esquemáticamente en 113, p. ej., un calentador eléctrico. Una mesa móvil 115 puede estar dispuesta en la estructura 111 de confinamiento. La mesa móvil 115 puede controlarse para que se mueva verticalmente según la flecha doble f115. El movimiento vertical de la mesa móvil 115 puede controlarse mediante el dispositivo informático 109. Se dispone un recipiente 117 de material en polvo por encima de la superficie de destino TS y se controla para que se mueva horizontalmente según la flecha doble f117, por ejemplo, controlado por el dispositivo informático 109.
El proceso de fabricación realizado por la máquina 100 de fusión por haz de electrones puede resumirse del siguiente modo. Una primera capa de material en polvo del recipiente 117 de polvo se distribuye sobre la mesa móvil 115 moviendo el recipiente 117 de material en polvo según la flecha f117 una o más veces a lo largo de la mesa móvil 115 que se sitúa a la altura de la superficie de destino TS. Una vez que la primera capa de material en polvo se ha distribuido, la pistola 101 de haz de electrones se activa y el haz de electrones EB es controlado por la bobina 107 de deflexión de modo que funda localmente el material en polvo en una parte restringida de la capa, correspondiente a una sección trasversal del producto a fabricar. Después de la fusión, se deja que el material en polvo se enfríe y solidifique. El material en polvo fuera de los límites de la sección transversal del producto a fabricar sigue estando en forma de polvo. Una vez que la primera capa se ha procesado como se ha descrito anteriormente, la mesa móvil 115 se baja y una capa posterior de material en polvo se distribuye sobre la primera capa. La segunda capa de material en polvo se funde a su vez de forma selectiva y posteriormente se deja enfriar y solidificar. La fusión y la solidificación se llevan a cabo de modo que cada parte de capa se adhiera a la parte de capa formada previamente. El proceso se repite por etapas hasta que se forma el producto entero, añadiendo posteriormente una capa de material en polvo tras otra y fundiendo y solidificando de forma selectiva las partes de capa correspondientes a las secciones transversales posteriores del producto.
Una vez completado el producto, el material en polvo que no se ha fundido y solidificado puede eliminarse y reciclarse. El producto obtenido de este modo puede someterse a un procesamiento adicional, si se requiere, tal como procesos de acabado de la superficie o mecanizado.
El proceso descrito anteriormente puede llevarse a cabo en condiciones de temperatura controlada mediante el calentador 113. La temperatura dentro de la estructura 111 de confinamiento se controla de modo que todo el proceso se realice a alta temperatura y prácticamente no queden tensiones residuales en el producto al completarse el ciclo de fabricación. Después de completar el proceso de construcción, el producto puede dejarse enfriar desde una temperatura de procesamiento a una temperatura ambiente siguiendo una curva de enfriamiento que evite tensiones residuales en el producto final.
Preferiblemente, el interior de la estructura 111 de confinamiento se mantiene bajo condiciones extremas de vacío, de modo que se impide la absorción de oxígeno por el material en polvo y el material fundido.
En la representación de la Fig. 3 se muestra esquemáticamente un impulsor 120 en una etapa intermedia del proceso de fabricación de tipo de fabricación aditiva anteriormente resumido.
Controlando adecuadamente la emisión del haz de electrones, es posible una fusión completa y la solidificación posterior del material en polvo, obteniéndose así una estructura final compacta y sólida. De forma alternativa, también es posible controlar la emisión del haz de electrones de modo que el material en polvo se funda y posteriormente se solidifique solo en volúmenes limitados, es decir, de modo fraccionario. De este modo, los volúmenes restringidos de material en polvo se funden y posteriormente se solidifican, disponiéndose dichos volúmenes uno adyacente al otro, de modo que conecten entre sí formando una estructura reticular. La estructura reticular obtenida se sumergirá en un lecho de material en polvo que no se ha fundido. Este material en polvo residual puede retirarse posteriormente, dejando una estructura reticular vacía.
Según la presente descripción, se sugiere una disposición mixta que comprende partes sólidas y partes con estructura reticular, que juntas forman el producto final, p. ej., un impulsor para turbomáquinas.
En la Fig. 4 se muestra una vista en sección transversal de un impulsor para una turbomáquina centrífuga fabricada mediante el proceso de fabricación capa a capa anteriormente descrito. El impulsor 120 comprende un centro 121, una cubierta 123 y palas 125 que se extienden dentro del volumen entre el centro 121 y la cubierta 123. Se definen unos álabes 126 entre palas adyacentes 125.
El impulsor 120 comprende un orificio central 129 para un eje (no mostrado). El orificio 129 está rodeado por una parte voluminosa 131 del centro 121 del impulsor 120, denominada comúnmente “ pie del impulsor” .
Como puede apreciarse en la vista en sección de la Fig. 4, el espesor del material que forma las diversas partes del impulsor 120 difiere de una parte del impulsor a otra. Por ejemplo, las palas 125 tienen una sección transversal relativamente fina, de forma similar a la parte radialmente exterior del centro 121, es decir, la parte marcada como 121A del centro 121. La parte radialmente interior del centro 121 forma el pie 131 del impulsor anteriormente mencionado, cuyo espesor es notablemente mayor que la parte restante del centro 121.
La cubierta 123 también tiene una parte 123B radialmente exterior más fina que la parte 123A radialmente interior.
En la realización ilustrativa mostrada en la Fig. 4, el interior de las partes voluminosas del impulsor 120 y, más específicamente, el interior del pie 131 del impulsor, así como la parte 123 A más voluminosa de la cubierta 123, denominada comúnmente “ojo del impulsor” , se fabrican con una estructura reticular marcada como L. La estructura reticular L puede producirse controlando adecuadamente el haz de electrones EB, como se ha mencionado anteriormente. La estructura reticular L está rodeada por una estructura o parte S de revestimiento sólido que es impermeable a los fluidos y compacta.
En la realización ilustrativa mostrada en la Fig. 4, el impulsor tiene únicamente dos áreas formadas por una estructura reticular. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que puede proporcionarse una disposición distinta de las partes de la estructura reticular dependiendo del diseño del impulsor. La extensión radial de la estructura reticular, tanto en el centro como en la cubierta, depende de la forma de la sección transversal del impulsor en un plano radial. Tampoco se excluye el proporcionar palas o partes de palas con estructura reticular, si las dimensiones de la sección transversal y la forma de las palas lo permiten.
En general, cada parte con estructura reticular del impulsor estará rodeada y encapsulada en una estructura de revestimiento sólido, que forma una barrera impermeable a los fluidos, evitando que penetre gas o líquido en la estructura reticular interna y proporcionando una superficie de flujo lisa exterior para el fluido que esté siendo procesado por la turbomáquina. La estructura de revestimiento sólido puede mecanizarse del mismo modo que cualquier otra parte sólida del impulsor, p. ej., para el acabado de superficies.
Toda la superficie exterior del impulsor 120 está por tanto formada por una estructura sólida continua sin porosidad, mientras que la estructura reticular L está confinada dentro de dicha estructura de revestimiento sólido y no asoma a la parte exterior del impulsor 120.
Como se ha explicado anteriormente, tanto la estructura reticular L como las partes sólidas, incluida la estructura S de revestimiento sólido, del impulsor para turbomáquinas, pueden fabricarse capa a capa controlando adecuadamente la emisión del haz de electrones. A lo largo de la misma capa de material en polvo, el haz de electrones EB puede controlarse de modo que provoque la fusión completa del material en polvo a lo largo de aquellas partes de la capa que están destinadas a formar la estructura sólida, incluida la estructura S de revestimiento sólido que rodea la estructura reticular L. En las áreas de la capa donde se requiere una estructura reticular L, tal como en el pie del impulsor, el haz de electrones puede ser, por ejemplo, pulsado, es decir, cortado, y movido de modo que el material en polvo se funda de forma puntual y cada punto de material fundido contacte con los puntos adyacentes de material fundido y se solidifique en la estructura reticular L requerida.
Para eliminar más fácilmente el material en polvo suelto que permanece atrapado entre los puntos fundidos y solidificados de la estructura reticular L, según algunas realizaciones, se proporcionan una o más aberturas en la estructura S de revestimiento sólido que rodea cada estructura reticular L formada en el volumen interior del impulsor.
En la Fig. 4 se muestran dos aberturas A a modo de ejemplo en la estructura S de revestimiento sólido que rodea la estructura reticular L del pie del impulsor 131. Las aberturas A pueden utilizarse para soplar aire o aspirar aire a través de la estructura reticular L y eliminando así el material en polvo no solidificado de la misma. Las aberturas están preferiblemente situadas sobre la superficie exterior del impulsor para no afectar negativamente al flujo del fluido que esté procesando el impulsor, como se muestra en el ejemplo ilustrado en los dibujos.
Las Figs. 5A a 5C ilustran esquemáticamente las posibles estructuras reticulares obtenidas mediante fusión local por haz de electrones. Como puede apreciarse en estas figuras, la estructura reticular contiene grandes volúmenes vacíos, que reducen la cantidad total de material que forma el impulsor y reduciendo, por lo tanto, el peso del impulsor.
Aunque las realizaciones descritas del objeto descrito en la presente descripción se han mostrado en los dibujos y se han descrito anteriormente en su totalidad con particularidad y en detalle en relación con diversas realizaciones ilustrativas, resultará evidente para los expertos en la técnica que son posibles numerosas modificaciones, cambios y omisiones sin apartarse sustancialmente de las nuevas enseñanzas, de los principios y de los conceptos descritos en la presente descripción, ni de las ventajas del objeto descrito en las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, el alcance correcto de las innovaciones desveladas solo debería determinarse con la interpretación más general de las reivindicaciones adjuntas para englobar todas esas modificaciones, cambios y omisiones. Es más, el orden o la secuencia de cualesquiera etapas del proceso o método puede modificarse o volver a secuenciarse de acuerdo con realizaciones alternativas.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método de fabricación de un impulsor (120) para turbomáquinas que comprende un centro (121) y una pluralidad de palas (125), utilizando material en polvo en un proceso de fabricación aditiva; comprendiendo dicho método: aplicar energía a dicho material en polvo por medio de una fuente de alta energía; y solidificar dicho material en polvo, en donde al menos una parte voluminosa de dicho centro (121) es irradiada para que el material en polvo se solidifique en una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido que encierra dicha estructura reticular;
    en donde el método comprende además la etapa de formar una cubierta (123) del impulsor y la etapa de conformar una estructura reticular en un volumen interior de dicha cubierta (123) del impulsor.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, que comprende las siguientes etapas:
    depositar una primera capa de material en polvo sobre una superficie de destino;
    irradiar una primera parte de dicha primera capa de material en polvo con dicha fuente de alta energía y solidificar dicha primera parte de material en polvo; correspondiendo dicha primera parte a una primera región en sección transversal de dicho impulsor (120) para turbomáquinas; depositar una segunda capa de material en polvo sobre la primera parte;
    irradiar una segunda parte de dicha segunda capa de material en polvo con dicha fuente de alta energía y solidificar dicha segunda parte de material en polvo, correspondiendo dicha segunda parte a una segunda región en sección transversal de dicho impulsor (120) para turbomáquinas, estando la primera parte y la segunda parte unidas entre sí;
    depositar capas sucesivas de material en polvo sobre la parte anterior e irradiar una parte de cada capa sucesiva para producir dicho impulsor (120) para turbomáquinas que comprende una pluralidad de partes de capa solidificada; correspondiendo cada parte de capa a una región en sección transversal de dicho impulsor (120) para turbomáquinas;
    en donde al menos algunas de dichas partes de capa solidificada sucesivas tienen al menos una parte interior formada por una estructura reticular rodeada por una parte de estructura de revestimiento sólido externa, formando dicha estructura reticular al menos dicha parte voluminosa del centro (121) del impulsor.
  3. 3. Método según la reivindicación 1 o 2, en donde dicha fuente de alta energía comprende un generador (101) de haces de electrones.
  4. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de alta energía comprende una fuente de láser.
  5. 5. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde dichas capas de material en polvo se depositan en una estructura de confinamiento calentada.
  6. 6. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de controlar la temperatura del impulsor (120) para turbomáquinas después de la formación de dichas partes de la capa evitando gradientes elevados de temperatura en el impulsor (120) para turbomáquinas y minimizando por tanto las tensiones residuales.
  7. 7. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de alta energía es pulsada para generar dicha estructura reticular.
  8. 8. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de formar una estructura reticular en un volumen interior del centro (121) de dicho impulsor para turbomáquinas.
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha estructura reticular está formada en un pie (131) del impulsor.
  10. 10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha estructura reticular está formada en un ojo del impulsor.
  11. i i . Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de formar al menos una abertura a través de dicha parte de revestimiento sólido para retirar material en polvo no solidificado de la estructura reticular rodeada por dicha parte de revestimiento.
  12. 12. Método según una o más de las reivindicaciones anteriores, que comprende la etapa de retirar material en polvo no solidificado de la estructura reticular después de que todas las capas del impulsor (120) para turbomáquinas se hayan formado completamente.
  13. 13. Impulsor (120) para turbomáquinas que comprende una pluralidad de capas solidificadas formadas por material en polvo solidificado, en donde al menos una parte interior de un centro (121) y una cubierta (123) de impulsor de dicho impulsor para turbomáquinas tienen una estructura reticular rodeada por una estructura de revestimiento sólido.
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