[發(fā)明專利]基于粉末床對多個相同部件進行增材構建的方法和設備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880010754.1
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN110382140B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設計）人: M·奧特
• 申請（專利權）人: 西門子能源環(huán)球有限責任兩合公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F5/04;B23P6/00;B29C64/153;B22F7/06
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張鵬

本發(fā)明涉及一種基于粉末床來對多個相同的部件(10)進行增材構建的方法和設備。該方法包括：借助于夾持裝置(2)將部件(10)中的每個部件固定在底板(1)上；調整被固定的部件(10)中的至少一些部件相對于底板(1)的垂直位置，使得每個部件(10)的結構頂端(11)與底板(1)的間隔處于預先確定的公差范圍(TB)內；在底板(1)上提供構建材料的粉末床(3)，直至粉末床達到公差范圍(TB)的高度；以及分別在部件(10)的結構頂端(11)上進行材料的逐層增材構建。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于粉末床來對多個相同部件進行增材制造(特別是對部件進行修復)的方法以及相應的設備。

背景技術

這些部件(優(yōu)選是相同的部件)特別適用于渦輪機，優(yōu)選用于燃氣渦輪的熱氣路徑中。優(yōu)選地，這些部件是渦輪轉子葉片或翼型件。相應地，部件優(yōu)選地分別包括鎳基或鈷基超合金或由鎳基或鈷基超合金組成。該合金可以是沉淀硬化的或可沉淀硬化的。替代地或附加地，部件可以是被磨損的部件和/或部分制造或部分構建的部件。

作為粉末床方法，生成制造方法或增材制造方法例如包括：選擇性激光熔化(SLM)或激光燒結(SLS)或電子束熔化(EBM)。同樣，增材方法包括激光金屬沉積(LMD)。

例如，從EP 2 601 006 B1已知一種選擇性激光熔化方法。

已經證明，增材制造方法對于復雜部件或采用復雜或精細設計(例如，迷宮式結構、冷卻結構和/或輕質結構)的部件而言特別有利。增材制造尤其是由于工藝步驟鏈特別短而是有利的，因為可以在對應CAD文件的基礎上直接執(zhí)行部件的生產步驟或制造步驟。

此外，增材制造對于開發(fā)或生產的原型機特別有利，該原型機例如出于成本原因而不能借助于常規(guī)減成法或機械加工方法或鑄造技術生產，或者不能通過這些手段有效地生產。

燃氣渦輪的轉子葉片經常需要在預期的維修間隔之后對翼型件尖端進行修復。這些翼型件尖端在使用燃氣渦輪期間受到熱、機械和/或腐蝕作用而損壞。為了進行修復，通常手動移除損壞區(qū)域，隨后通過焊接方法(例如，激光金屬沉積)進行構建。該移除可以以手動完成或者(部分)自動地完成。

在渦輪葉片的生產領域中已知，由于渦輪葉片對材料組成和幾何形狀的復雜性的要求，由真空精密鑄造生產的零件的尺寸會有所波動(波動范圍)。特別地，翼型件長度由于生產相關原因而變化，即，沿著翼型件的縱向軸線的起點或標稱的翼型件長度被精確限定于僅十分之幾毫米范圍之內。

與所描述的與生產相關的翼型件長度波動或“不精確性”相同，移除翼型件尖端或磨損區(qū)域來預備重建翼型件尖端或磨損區(qū)域，會導致其余翼型件的長度發(fā)生變化或具有不精確性。

此外，經常期望只移除必須要移除的元件，因為通過焊接(“翻新”)而涂覆的“翻新材料”經常不具有與原始制造的元件所需或相同的材料質量或結構，這種區(qū)別例如涉及熱裂紋敏感性方面。

因此，待修復元件或部件的尺寸關于其縱向范圍受到某些不可避免的波動或不精確性的影響。與基于粉末床的增材制造相反，這些波動在常規(guī)修復方法(例如，激光金屬沉積或WIG焊接)中沒有問題。

然而，如果希望使用增材和/或基于粉末床的選擇性方法(例如選擇性激光熔化)再次構建部件，則上述波動將產生不可接受的結果，或者使通過基于粉末床的方法并行修復多個部件變得非常復雜。原因在于，在基于粉末床的方法的情況下，結構頂端的位置應當相對于襯底或底板被確定為在與該過程中使用的層厚度相對應的范圍內。選擇性激光熔化區(qū)域中的通常層厚度大約介于20μm和80μm之間。因此，部件或元件(假設它們都直接固定在該底板上)的尖端在構建方向上彼此不同的公差范圍都應當介于層厚度的范圍之內，以使得在各個涂覆過程期間不會出現(xiàn)問題，特別是不會出現(xiàn)碰撞。

發(fā)明內容

因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法，以簡化在粉末床上對多個部件進行的增材制造，或者可以擴展基于粉末床的制造技術的用途，從而還可以更廣泛地使用增材制造技術的優(yōu)點。