[發明專利]使用添加制造來制造不對稱部件的方法

有效

• 申請號: 201480020363.X
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN105102159B
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 西里爾·寶迪蒙特
• 申請（專利權）人: 斯奈克瑪
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F5/04;B29C64/40;B29C64/153;B33Y10/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司11234
• 代理人: 宋義興,桑麗茹

技術領域

本說明書涉及通過添加制造，特別地通過高能束熔化或燒結粉末顆粒來制造部件的方法。

該方法特別地適于制造特別地用于航空學領域中的具有不對稱或大質量差異的部件。

背景技術

特別地在航空學的領域中，已經知道使用添加制造方法，為了制造具有精細或復雜形狀的一些部件。

添加制造的常規例子是通過高能束熔化或燒結粉末顆粒的制造。在這種高能束中，可以提到的特別地是激光束和電子束。

術語“選擇性激光熔化”(SLM)用于指具有參考圖1的下述主要特征的方法，這表示通過激光束選擇性熔化或燒結粉末床來制造部件的常規裝置。

例如，在滾筒20(或任何其它沉積裝置)的幫助下，在制造板21(其可以是單個板或者其可以被實心支撐件，或被另一個部件的一部分，或被用于方便構建一些部件的支撐柵格在頂部所覆蓋)上沉積第一層10a材料粉末。

在滾筒20的往返移動期間，從供應料箱22轉移粉末，然后，在滾筒20的一次或多次往返期間，刮擦和可能地也壓緊一點粉末。粉末由顆粒11組成。在位于鄰近構建箱24的回收箱23中回收過量的粉末，其中制造板21在構建箱24中垂直地移動。

使用包括用于產生激光束31的發生器30和用于將激光束31導向到制造板21的任何區域上，以掃描之前沉積的粉末層的任何區域的控制系統32。激光束31被成形，并且在焦平面中其直徑通過激光束擴束器33或通過聚焦系統34而分別地變化，這些一起構成了光學系統。

此后，通過用激光束31掃描，將第一層10a粉末區域的溫度升高到高于粉末的熔化溫度。

SLM方法可以使用任何高能束代替激光束31，并且特別地它可以使用電子束，只有該束具有足夠的能量以熔化粉末顆粒和顆粒放置在其上的一部分材料。

舉例說明，通過形成控制系統32一部分的檢流計頭部引起束的掃描。例如，控制系統包括至少一個可操縱的鏡子35，激光束31在到達粉末層之前，在該鏡子35上被反射，該鏡子35上表面的每個點總是相對于聚焦系統34中所包括的聚焦透鏡位于相同的高度，同時通過檢流計頭部控制鏡子的角度位置，以致于激光束掃描至少第一層粉末區域，由此接著掃描部件預建立的輪廓。為此目的，使用計算機工具的數據庫中包含用于計算機輔助設計和待要被制造部件的制造的信息控制檢流計頭部。

因此，第一層10a的該區域中粉末顆粒11被熔化，并且它們形成被固定到制造板21的第一單件元件12a。在這個階段，也可以使用激光束掃描第一層的多個單獨區域，這樣一旦材料已經被熔化和已經固化，形成多個相互不相連的第一元件12a。

制造板21降低一個高度，該高度對應于第一層10a粉末的厚度(從20微米(μm)到100μm，并且通常地從30μm到50μm)。

此后，第二層10b粉末沉積在第一層10a上和第一單件或合并的元件12a上，并且通過暴露于激光束31加熱第二層10b，第二層10b部分或完全地位于如圖1中所示的第一單件或合并的元件12a上，以致于在第二層10b的該區域中粉末顆粒與至少一部分元件12a一起被熔化，以形成第二單件或合并的元件12b，用這兩個元件12a和12b一起形成如圖1中所示例子的單件塊。

這種添加制造技術，或者其它技術，諸如通過粉末噴射制造，由此提供了對待要被制造部件的形狀的優良控制，并且能夠使得部件制造得非常精細。

然而，這些技術要求對待要被制造的部件特定的仔細地慎重考慮的構建策略，以符合其尺寸公差和為了確保它具有良好的機械強度。因此，有必要使用計算機輔助設計(CAD)軟件，以為了逐層地制造部件目的而限定部件的最佳位置和最佳定向。盡管還在研發和改善制造策略，目前用于獲得不對稱或具有大質量差異的部件，它們是不能令人滿意的。

當通過添加制造來制造這種部件時，常常地看到存在不可逆的冶金學缺陷，例如，裂縫的出現和/或尺寸的缺陷，部件的一些部分不符合規定的公差。作為特別地由部件的不對稱性所引起的質量差異導致在部件的一些區域中殘留應力的積累，該殘留應力接著導致變形：這些平衡差的殘留應力因此導致幾何彌散，該幾何彌散負責所得到部件中觀察到的缺陷。不幸地，這種缺陷常常是不可接受的，并且導致刮擦所得到的部件，因此導致相當大的損失和由此高的總制造成本。

因此，對通過添加制造來制造部件的方法存在真正的需要，該方法適于不對稱的或具有大質量差異的這種部件。

發明內容