用于混合熔敷速率近净形增材制造的方法和系统技术方案

披露了增材制造系统的实施例。在一个实施例中，增材制造系统包括用于逐层依次地熔敷材料以形成三维(3D)部件的多焊条阵列。所述系统包括用于为每个焊条建立焊接电弧提供电力的电源。所述系统包括驱动每个焊条的驱动辊。所述系统还包括用于以第一熔敷速率操作所述系统以形成所述部件的层的第一分辨率轮廓部分的控制器。所述控制器还以第二熔敷速率熔操作所述系统以形成所述部件的所述层的第二分辨率填充部分。所述系统以所述第二熔敷速率使用可变数目的所述焊条提供可变宽度熔敷。所述第一熔敷速率低于所述第二熔敷速率，并且所述第一分辨率高于所述第二分辨率。

【技术实现步骤摘要】
用于混合熔敷速率近净形增材制造的方法和系统领域本专利技术的实施例涉及与焊接或类似焊接的技术(例如包层)有关的系统和方法，并且更具体地涉及使用多焊丝焊接系统的增材制造。
技术介绍
常规地，增材制造工艺能够以相对较低的熔敷速率(例如粉末：30-100cm3/hr；焊丝：800-2000cm2/hr)来制造近净形部件，其中每个部件逐层建造。建造时间可能会很长，并且偶尔可能产生缺陷(比如由低热量输入造成的欠熔合)。在一些应用中，部件的内部仅使用以网格或阴影图案的方式部分地填充以减少部件的时间和重量。这种方法适用于一些应用(典型地是静态的，已知负载条件的)但经常使用比完全致密结构更高强度和更昂贵的合金。许多其他应用需要完全致密结构来支持部件上的不可预知或动态负载条件。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括与使用用于填充的多焊丝焊接系统的增材制造有关的系统和方法。在一个实施例中，使用第一金属熔敷工艺来以相对低的第一熔敷速率产生部件层的外形或轮廓。这种低熔敷速率工艺可以是高分辨率工艺。第一金属熔敷工艺可采用例如，气体保护金属极电弧焊(GMAW)技术、气体保护钨极电弧焊(GTAW)技术、激光热丝(LHW)技术或吹粉技术中的任一者。使用第二金属熔敷工艺来以相对较高的第二熔敷速率填充由部件的外形或轮廓限定的空间。这种高熔敷速率工艺可以是低分辨率工艺。第二金属熔敷工艺可采用并行多焊丝焊接系统，所述系统被配置成用于经由例如埋弧焊接(SAW)技术来熔敷焊接金属材料。所述并行多焊丝焊接系统被编程为用于在由所述待产生的部件的计算机辅助设计(CAD)模型定义的区域处熔敷焊接金属材料。第二金属熔敷工艺提供与SAW相关联的高熔敷速率(即，高于第一金属熔敷工艺)、部件的高最终密度以及良好的机械性能。使用多个焊丝允许改变和控制所熔敷的金属材料的宽度和长度以适应多种不同通道填充宽度和长度。在一个实施例中，使用低熔敷系统(例如LHW系统)和高熔敷系统(例如并行多焊丝SAW系统)并行运行第一金属熔敷工艺和第二金属熔敷工艺。并行使用这样的系统，可以通过为部件的每一层以迭代的方式(经由低熔敷速率工艺)创建骨架并且(经由高熔敷速率工艺)填充骨架(例如，骨架+填充，随后是使用更高分辨率、更低的熔敷速率工艺的修整过程)来提高所制造的部件的质量。根据另一个实施例，可以首先执行高熔敷速率工艺，随后是低熔敷速率工艺。这种高熔敷随后是低熔敷的工序可适用于某些增材制造应用。例如，之后可将细节特征(使用低熔敷子系统)添加到衬底层(使用高熔敷子系统)上，其中细节特征并未随后被填充。根据一个实施例，低熔敷子系统和/或高熔敷子系统可使用平行的气体保护焊条(例如，GMAW中)。一个实施例包括一种增材制造系统。增材制造系统具有用于逐层依次地熔敷材料以形成三维(3D)部件的多焊条阵列。在一个实施例中，材料包括金属。所述系统还包括电源，所述电源被配置成用于提供电力以用于为所述多焊条阵列的每一个焊条建立焊接电弧。所述系统进一步包括驱动辊，所述驱动辊被配置成用于独立地驱动所述多焊条阵列的每一个焊条。所述系统还包括控制器。所述控制器被配置成用于以第一熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的层的第一分辨率轮廓部分。所述控制器还被配置成用于以第二熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的所述层的第二分辨率填充部分，这至少部分地是通过使用所述多焊条阵列的可变数目的焊条以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷实现的。所述第一熔敷速率低于所述第二熔敷速率，并且所述第一分辨率高于所述第二分辨率。在一个实施例中，所述多焊条阵列的所述焊条是可消耗焊丝。在一个实施例中，所述增材制造系统是埋弧焊接(SAW)系统。根据一个实施例，所述增材制造系统包括用于支撑所述部件的可旋转平台。所述控制器被配置成用于命令所述可旋转平台在层之间旋转90°。所述可旋转平台可以是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的。根据一个实施例，所述增材制造系统包括用于支撑所述部件的可平移平台。所述控制器被配置成用于在以所述第二熔敷速率熔敷期间命令所述可平移平台与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述层的所述填充部分。所述可平移平台可以是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的。在一个实施例中，所述控制器被配置成用于在层之间命令所述多焊条阵列和所述多焊条阵列的行进方向旋转90°。所述多焊条阵列的所述旋转可以是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的。在一个实施例中，所述控制器被配置成用于在以所述第二熔敷速率熔敷期间命令所述多焊条阵列与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述层的所述填充部分。所述多焊条阵列的所述平移可以是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的。所述控制器被编程为用于操作所述增材制造系统以在所述部件的计算机辅助设计(CAD)模型定义区域处熔敷所述材料。一个实施例包括一种增材制造方法。在一个实施例中，所述方法包括以第一熔敷速率操作增材制造系统以形成三维(3D)部件的第一层的第一分辨率轮廓部分。所述方法还包括以第二熔敷速率操作所述增材制造系统以形成所述部件的所述第一层的第二分辨率填充部分，这至少部分地是通过沿着行进方向可变地控制所述增材制造系统的多焊条阵列的焊条的数目以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷实现的。所述第一熔敷速率低于所述第二熔敷速率，并且所述第一分辨率高于所述第二分辨率。在一个实施例中，所述方法包括在以所述第二熔敷速率熔敷期间使得所述部件与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述第一层的所述填充部分。在一个实施例中，所述方法包括：将所述部件旋转90°；以所述第一熔敷速率操作增材制造系统以形成所述三维(3D)部件的第二层的第一分辨率轮廓部分；并且以所述第二敷速率操作增材制造系统，以形成所述部件的所述第二层的第二分辨率填充部分。再次，以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷，这是通过沿着所述行进方向可变地控制增材制造系统的所述多焊条阵列的焊条的数目实现的。在一个实施例中，所述方法包括在以所述第二熔敷速率熔敷期间使得所述多焊条阵列与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述第一层的所述填充部分。在一个实施例中，所述方法包括：将所述多焊条阵列以及所述多焊条阵列的行进方向旋转90°；以所述第一熔敷速率操作增材制造系统以形成所述三维(3D)部件的第二层的第一分辨率轮廓部分；并且以所述第二敷速率操作增材制造系统以形成所述部件的所述第二层的第二分辨率填充部分。以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷，这至少部分地是通过沿着所述旋转后的行进方向可变地控制所述增材制造系统的所述多焊条阵列的焊条的数目以所述第二熔敷速率提供敷实现的。一个实施例包括一种增材制造系统，所述系统用于逐层依次地熔敷材料以形成三维(3D)部件。所述系统包括第一子系统，所述第一子系统被配置成用于以第一熔敷速率熔敷材料以形成所述部件的层的第一分辨率轮廓部分。所述系统还包括第二子系统，所述第二子系统被配置成用于以第二熔敷速率熔敷材料以形成所述部件的所述层的第二分辨率填充部分。所述第二子系统包括多焊条阵列以及电源，所述电源被配置成用于提供电力以用于为所述多焊条阵列的每一个焊条建立焊接电弧。所述第二子系统还包括驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，包括：多焊条阵列，所述多焊条阵列用于逐层依次地熔敷材料以形成三维(3D)部件；电源，所述电源被配置成用于提供电力以用于为所述多焊条阵列的每一个焊条建立焊接电弧；驱动辊，所述驱动辊被配置成用于独立地驱动所述多焊条阵列的每一个焊条；以及控制器，所述控制器被配置成用于：以第一熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的层的第一分辨率轮廓部分，并且以第二熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的所述层的第二分辨率填充部分，这至少部分地是通过使用所述多焊条阵列的可变数目的焊条以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷实现的，其中，所述第一熔敷速率低于所述第二熔敷速率，并且所述第一分辨率高于所述第二分辨率。

【技术特征摘要】
2017.05.05 US 15/587,5061.一种增材制造系统，包括：多焊条阵列，所述多焊条阵列用于逐层依次地熔敷材料以形成三维(3D)部件；电源，所述电源被配置成用于提供电力以用于为所述多焊条阵列的每一个焊条建立焊接电弧；驱动辊，所述驱动辊被配置成用于独立地驱动所述多焊条阵列的每一个焊条；以及控制器，所述控制器被配置成用于：以第一熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的层的第一分辨率轮廓部分，并且以第二熔敷速率操作所述增材制造系统来形成所述部件的所述层的第二分辨率填充部分，这至少部分地是通过使用所述多焊条阵列的可变数目的焊条以所述第二熔敷速率提供可变宽度熔敷实现的，其中，所述第一熔敷速率低于所述第二熔敷速率，并且所述第一分辨率高于所述第二分辨率。2.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述多焊条阵列的所述焊条是可消耗焊丝。3.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述增材制造系统是埋弧焊接(SAW)系统。4.如权利要求1所述的增材制造系统，进一步包括用于支撑所述部件的可旋转平台，其中，所述控制器被配置成用于命令所述可旋转平台在层之间旋转90°，并且其中，所述可旋转平台是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的中的一者。5.如权利要求1所述的增材制造系统，进一步包括用于支撑所述部件的可平移平台，其中，所述控制器被配置成用于在以所述第二熔敷速率熔敷期间命令所述可平移平台与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述层的所述填充部分，并且其中，所述可平移平台是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的中的一者。6.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述控制器被配置成用于在层之间命令所述多焊条阵列和所述多焊条阵列的行进方向旋转90°，并且其中，所述多焊条阵列的所述旋转是电气驱动的、气动驱动的或液压驱动的中的一者。7.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述控制器被配置成用于在以所述第二熔敷速率熔敷期间命令所述多焊条阵列与所述多焊条阵列的行进方向相垂直地平移，以使得能够完成所述部件的所述层的所述填充部分，并且其中，所述多焊条阵列的平移是电气驱动的，气动驱动的或液压驱动的中的一者。8.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述控制器被编程为用于操作所述增材制造系统以在所述部件的计算机辅助设计(CAD)模型定义区域处熔敷所述材料。9.如权利要求1所述的增材制造系统，其中，所述材料包括金属。10.一种增材制造方法，所述方法包括：以第一熔敷速率操作增材制造系统以形成三维(3D)部件的第一层的第一分辨率轮廓部分；并且以第二熔敷速率操作所述增材制造系统以形成所述部件的所述第一层的第二分辨率填充部分，这至少部分地是通过沿着行进方向可变地控制所述增材制造系统的多焊条阵列的焊条的数目以所述第二熔敷速率提供可变宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴德里·K·纳拉亚南，迈克尔·科特曼，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US