[發明專利]用于增材制造和熱處理的固定裝置

在審

• 申請號: 202010210320.5
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111730056A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 安德魯·亨斯特里奇
• 申請（專利權）人: 空中客車營運有限公司
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B33Y30/00;B33Y40/20
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 鄭斌;尹玉峰

用于增材制造和熱處理加工的固定裝置。所述固定裝置具有：具有上表面和下表面的工具；和配置為將基材可釋放地固定至所述工具的上表面的附接系統。所述工具具有：具有上面部和下面部的主體和覆蓋所述主體的上面部或下面部的加強層。所述加強層可以是超合金。

技術領域

本發明涉及用于增材制造(additive manufacturing)和熱處理的方法和相關設備。

背景技術

增材制造通常涉及通過將材料逐層沉積來構建完整部件或向預先形成的基材添加特征的三維零件的生產。其與常規的減材加工工藝形成對比，因為通過增材制造工藝生產的部件是近凈成形的，即接近其最終(凈)形狀，從而降低了對另外的精加工的需求和浪費的多余材料。

增材制造工藝，特別是對于較大部件的生產的關鍵挑戰是由于沉積材料固化時產生的高內應力而使在沉積加工期間所制造的零件變形。

在WO2014/072699中提出了對該問題的解決方案。床支撐著通過夾具保持就位的工件的母板。通過增材制造工藝在母板上構建層的堆疊，并且在逐漸形成堆疊的同時通過稱重傳感器測量工件中的應力。如果這樣的應力高于預定閾值，則在安裝至增材制造設備的同時通過冷加工工藝例如冷軋或噴丸來消除工件應力。

在US7344608中，將基材夾緊在固定裝置中并且在其上沉積材料以形成復雜制品。使用陶瓷插入物和涂層包裝生產的制品。包裝確保了制品維持其真實形狀并允許在隨后的熱處理加工期間膨脹。然后將安裝至固定裝置的經包裝制品放置在盒中，用粒狀材料包裹并加熱。將其加熱到足以消除應力的溫度，并在該溫度下維持一段時間使得制品中的應力消除。

在US2016/0108483中，將基材固定至固定裝置，并且操作增材制造系統以通過在固定至固定裝置的基材上構建零件來執行構建加工。通過在基材上形成一系列金屬材料層來構建零件，金屬材料在構建加工期間熔化并固化，從而將零件接合(bonding)至基材并在零件中產生熱誘導應力。將零件、基材和固定裝置一起從增材制造系統移動至熱處理系統，其中當其移動時，基材保持固定至固定裝置并且零件保持接合至基材。操作熱處理系統以通過將零件、基材和固定裝置一起加熱來執行熱處理加工，從而消除零件中的熱誘導應力，在熱處理加工期間基材保持固定至固定裝置。最后，從固定裝置釋放基材并且從固定裝置中移除零件和基材。當其從固定裝置中移除時，零件保持接合至支撐物。

理想地，由零件中的內部應力在固定裝置中產生的最大彎曲應力比固定裝置在熱處理溫度下將經歷塑性變形時的應力小得多，因此固定裝置在熱處理加工期間仍處于線性彈性狀況。然而，出乎意料地發現，可產生引起固定裝置經歷塑性變形的極端彎曲應力。因此，必須修理固定裝置以使其恢復至其先前的形狀或者報廢。

發明內容

本發明的第一方面提供了用于增材制造和熱處理加工的固定裝置，所述固定裝置包含：具有上表面和下表面的工具；和配置為將基材可釋放地固定至所述工具的上表面的附接系統，其中所述工具包含具有上面部和下面部的主體和覆蓋所述主體的上面部或下面部的加強層。

通常，主體包含主體材料，并且加強層包含與主體材料不同的加強材料。

附接系統可包含一個或更多個附接構件(例如夾具或緊固件)。

任選地，加強層是覆蓋與工具的上表面相對的主體的下面部的下加強層。這使得加強層遠離工具的上表面并且遠離工具的中性彎曲軸，增強了工具的剛度。

任選地，下加強層在100℃下具有比主體低的熱膨脹系數，優選低超過20％。

替代地，加強層是覆蓋主體的上面部的上加強層。在這種情況下，工具還可包含與上加強層相對的覆蓋主體的下面部的下加強層，或者主體的下面部可以是未加固的(即未被加強層覆蓋)。