[發明專利]構建板夾緊組件和增材打印于工件的增材制造系統及方法

有效

• 申請號: 202010078844.3
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111497243B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: G.C.菲迪克;石進杰;J.E.漢普希爾;R.R.小沃爾興
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B29C64/245
• 分類號: B29C64/245;B29C64/153;B29C64/35;B29C64/393;B22F12/30;B22F10/28;B22F10/68;B22F10/85;B33Y30/00;B33Y50/02;B33Y40/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊忠;陳浩然

本發明涉及構建板夾緊組件和增材打印于工件的增材制造系統及方法。構建板夾緊組件可包括具有構建板接納表面的工作站和從工作站的構建板接納表面伸出的鎖銷。鎖銷可包括：中空銷主體；設置在中空銷主體內的活塞，活塞能夠從縮回位置沿軸向移動到促動位置；和多個止動件，多個止動件能夠響應于活塞沿軸向移動到促動位置而通過中空銷主體中的多個止動件孔口中的相應止動件孔口沿徑向伸出。在工件上工作的方法可包括：將構建板鎖定接合在第一工作站處；執行第一工作步驟；從第一工作站釋放構建板；將構建板鎖定接合在第二工作站處；和執行第二工作步驟。增材制造系統可包括具有第一構建板接納表面的視覺系統和具有第二構建板接納表面的增材制造機器。

技術領域

本公開大體上涉及在工件上增材打印的增材制造系統和方法，且更特別地涉及構造成將構建板與增材制造系統的坐標對準的構建板-夾緊組件以及與其相關的系統和方法。

背景技術

根據本公開，將為合乎期望的是，利用增材制造機器或系統來增材打印到預先存在的工件上(包括作為單次構建的部分而增材打印到多個預先存在的工件上)。當增材打印到這樣的工件上時，對于增材制造機器、系統以及方法而言將為合乎期望的是，以足夠的精度和準確度增材打印到預先存在的工件上，以便提供近凈形構件。因此，需要改進的增材制造機器和系統以及在工件上增材打印的方法。

本公開所設想的工件包括原始制備的工件以及旨在修復、再構建、升級等的工件，諸如在其整個服務壽命期間可經歷損傷、磨損和/或劣化的機器或裝置構件。將為合乎期望的是，在工件(諸如，機器或裝置構件)上增材打印，以便對這樣的構件進行修復、再構建或升級。還將為合乎期望的是，在工件上增材打印，以便產生新的構件(諸如，可表現出增強的性能或服務壽命的構件)。

機器或裝置構件的一個示例包括翼型件(諸如，在渦輪機中使用的壓縮機葉片或渦輪葉片)。這些翼型件在其整個服務壽命期間頻繁地經歷損傷、磨損和/或劣化。例如，提供服務的翼型件(諸如，燃氣渦輪發動機的壓縮機葉片)在長期使用之后顯示出侵蝕、缺陷和/或裂紋。具體地，例如，這樣的葉片經受顯著地高的應力和溫度，顯著地高的應力和溫度不可避免地使葉片隨時間推移而磨損(特別是在葉片的末梢附近)。例如，葉片末梢易受由下者引起的磨損或損傷：葉片末梢與渦輪機護罩之間的摩擦或擦掛(rub)、由熱氣體引起的化學劣化或氧化、由循環加載和卸載引起的疲勞、晶格的擴散蠕變等。

值得注意地，磨損或損傷的葉片如果未被校正，則可造成機器故障或性能劣化。具體地，這樣的葉片可使渦輪機表現出降低的操作效率，這是因為葉片末梢與渦輪機護罩之間的間隙可允許氣體通過渦輪機級而泄漏，而不會轉換成機械能。當效率下降到規定水平之下時，渦輪機典型地停止服務以進行大修和修復。此外，削弱的葉片可造成發動機的完全斷裂和災難性故障。

結果，用于渦輪機的壓縮機葉片典型地是頻繁檢查、修復或更換的目標。完全更換這樣的葉片典型地是昂貴的，然而，可以以相對低的成本(與利用全新葉片來更換相比)修復一些葉片以用于延長壽命。盡管如此，傳統的修復過程還是傾向于為勞動密集并且耗時的。

例如，傳統的修復過程使用焊接/包覆技術，通過該技術，可將修復材料以粉末或線的形式供應到修復表面，并且，修復材料可使用聚焦的功率源(諸如，激光、電子束、等離子弧等)來熔融并且結合到修復表面。然而，利用這樣的焊接/包覆技術來修復的葉片還經歷繁瑣的后處理，以實現目標幾何形狀和表面光潔度。具體地，由于結合到修復表面的焊接/包覆修復材料的龐大的特征尺寸，修復的葉片需要繁重的機加工來移除多余的材料，其隨后是拋光，以實現目標表面光潔度。值得注意地，這樣的機加工和拋光過程一次在單個葉片上執行，為勞動密集的并且繁瑣的，并且造成單次修復的大的總體勞動成本。

備選地，其它直接能量沉積(DED)方法可用于葉片修復，例如，諸如冷噴涂，該方法引導高速金屬粉末以轟擊目標或基礎構件，使得粉末變形并沉積在基礎構件上。然而，這些DED方法都不適合于批處理或以省時的方式修復大量的構件，因此幾乎不提供商業價值。