制造旋转式机械的叶轮的方法和用这样的方法制造的叶轮技术

提出了一种用于制造旋转式机械的叶轮的方法，所述叶轮包括至少一个叶片(3)，所述至少一个叶片(3)限制了至少部分封闭的内沟槽(7)，在所述方法中，叶轮从粉末借助于堆积过程由若干个材料层相继地制成，其中，所述粉末在每种情况下被施加到用于每个材料层的生产的加工平面，并且然后通过选择性能量输入从所述粉末生产实心材料层，并且其中，为所述叶轮确定结构取向，所述叶轮根据所述结构取向以层的形式被堆积，并且其中，所述结构取向由第一和第二角度(β、α)确定，所述角度(β、α)描述了叶轮关于加工平面的相对位置。此外，提出了一种通过这样的方法制成的叶轮。

Method of manufacturing impellers for rotary machinery and impellers made in this way

A method for manufacturing impellers for rotating machinery is presented. The impellers include at least one blade (3), which limits at least partially enclosed inner grooves (7). In the method, the impellers are made successively from several material layers by means of a powder accumulation process, in which the powder is applied to each material layer in each case. The manufacturing plane is produced, and then solid material layer is produced from the powder by selective energy input, in which the structural orientation is determined for the impeller, which is stacked in the form of layers according to the structural orientation, and in which the structural orientation is determined by the first and second angles (beta, alpha), which describe the impeller's processing plane. Relative position. In addition, an impeller made by this method is proposed.

【技术实现步骤摘要】
制造旋转式机械的叶轮的方法和用这样的方法制造的叶轮
本专利技术涉及根据相应类别的独立权利要求的前序部分所述的用于制造旋转式机械的叶轮的方法以及旋转式机械的叶轮。
技术介绍
在诸如例如泵、涡轮、压缩机、压实机或膨胀机之类的旋转式机械的叶轮的制造中，已知的是，通过机械加工过程或通过切削过程、例如通过铣削、将叶轮从坯料精心制作成部件。在这种情况下，坯料可以作为实心材料存在，或者能够通过初级成形过程已经被预先加工。还已知的是，通过初级成形过程作为一个整体、例如通过铸造、来制造叶轮。例如，从EP-B-2012957已知这样的一种方法。在该文献中提出的方法尤其以允许部件的机械加工制造为特征，也就是说，借助于机械加工装置，使部件从坯料在整体上至少基本变成期望的最终形式。部件的预先加工的部分的装配，例如借助于焊接，在这样的整体制造的情况下不再是必需的。取决于应用，叶轮可以由实心材料制成，例如由高强度不锈钢、双炼钢、超级合金、其他合适的金属或金属合金制成，或者也可以由例如陶瓷材料之类的非金属材料制成，并且叶轮的叶片和沟槽通过切削过程、例如通过铣削、由该材料精心制成。如已在EP-B-2012957中说明地，作为一个整体的部件的机械加工制造有时因为纯粹的几何形状原因而不可能。例如，这可能是当叶轮被设计成有盖或封闭的叶轮时的情形。在这样的设计中，叶轮包括：护罩，叶片被布置在所述护罩上；以及还有盖板，其在背离护罩的侧面完全或至少部分地覆盖叶片。因此，在叶片之间形成有至少部分封闭的沟槽，这些沟槽在每种情况下从叶轮的中心延伸至其径向外极限表面。即使考虑到这些沟槽可以分别在两侧上从坯料铣削出或者通过机械加工来加工，这意味着通过机械加工装置从叶轮的内部并且还从其径向极限表面来进行，但显而易见的是，几何形状在这里易受限制，并且在许多情况下，作为一个整体的机械加工制造是不可能的。在这种情况下，如果作为一个整体由实心材料铣削叶轮因为纯粹的几何形状原因而不再可能或可行，则因此可能的替代选择之一是完全借助于也被称为生成或增材过程的堆积过程来制造叶轮。在堆积过程中，叶轮直接由无形状的或不确定地成形的材料堆积成。在该情况下，例如粉末的无定形材料或者例如带形材料或线的不确定地成形的材料通常被熔化以堆积期望的结构。堆积过程通常包括若干个添加或增材过程步骤，其中，期望的结构借助于化学和/或物理过程由例如液体或粉末的无形状的材料或者由例如带形或线形材料的不确定地成形的材料生成。本身已知的增材制造方法，尤其是用于金属材料的，例如是堆积焊接方法，尤其是如钨惰性气体焊接(TIG)的惰性气体方法或激光堆积焊接或等离子体方法或选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结(SLS)。在诸如SLM或电子束熔化的束熔化过程中，叶轮，或概括而言的部件，由若干个材料层相继地堆积成，其中，粉末在每种情况下被施加到用于每个材料层的生产的加工平面，并且然后通过选择性能量输入由所述粉末生产实心材料层。这通过将粉末形式的材料以薄层的方式施加至加工平面来实现。然后，该粉末借助于能量辐射、例如借助于激光辐射被选择性地局部熔化，并且在凝固之后形成实心材料层。随后，使加工平面降低层厚的量，并且再次将粉末以薄层方式施加在加工平面上，以便生成下一实心材料层。该过程被重复，直到部件被完全堆积成为止。随后，该部件可以被再加工，其中，例如过量的粉末或过量的材料被去除，或者表面被平滑处理、研磨、抛光或以其他的方式再加工，或者其中，使部件经受热处理。通过借助于这样的方法以层的形式来堆积，通常必需的是，尤其是在如叶轮和特别是封闭叶轮所表示的那样的复杂以及尤其是几何形状复杂的结构中，支撑结构必须同材料层一起堆积，所述支撑结构于是支撑在随后的堆积步骤中生成的材料层，或者所述支撑结构形成随后的材料层能堆积在其上的基础。例如，如果要相对于已凝固的材料层堆积具有坚固悬垂区域的材料层，即例如当从垂直于加工平面的结构变成与加工平面平行的结构时，这样的支撑结构必须首先生成，随后，这样的悬垂区域能堆积在其上。通常，假定最晚当相对于加工平面测量的皮下角度（down-skinangle）降至低于40°至50°的值、例如45°时，需要支撑结构。相似地，仅举几个示例，例如为了空腔、壁非常薄的区域或沟槽的生成，需要支撑结构。除了对要生产的材料层的纯粹支撑之外，支撑结构通常具有其他功能，例如热的耗散或者防止要制造的部件中的扭曲或不需要的弯曲。很清楚的是，在堆积过程完成之后必须从部件中去除支撑结构。因此，支撑结构常常设置有预先确定的断裂点。还已知的是，生成具有较低的密度的支撑结构，例如多孔的、或内部中空的、或者带有蜂窝或网状结构的支撑结构。还可能的是，由杆形或板形子结构或者由支柱来堆积支撑结构，以便将尽可能少的粉末材料用于支撑结构并确保它们容易被去除。显而易见的是，在从粉状材料借助于若干个材料层的相继生成的复杂部件的堆积过程中，要生产的部件相对于加工平面的取向起着至关重要的作用。尤其地，该取向对生产成本、生产所需的时间、对粉末材料的要求、过程稳定性、制成部件的质量或制成部件的必需的后处理的程度和类型有直接影响。因此，尤其是对于像旋转式机械的叶轮和特别是封闭或有盖的叶轮的这种复杂部件的制造而言，在实践中的重大问题是为相应的叶轮找到其中能有效地堆积叶轮的合适取向。本专利技术致力于该问题。
技术实现思路
因此，从这样的现有技术状况开始，本专利技术的目的是提出一种用于制造旋转式机械的叶轮的方法，在所述方法中，叶轮从粉末借助于堆积过程由若干个材料层相继地制成，其中，该方法应当使用于要生产的叶轮的结构的特别有效并且良好的取向成为可能。此外，本专利技术预期提出一种对应的叶轮。满足该问题的本专利技术的目的以相应种类的独立权利要求的那些特征来作为特征。根据本专利技术，提出了一种用于制造旋转式机械的叶轮的方法，所述叶轮包括至少一个叶片，所述至少一个叶片限制了至少部分封闭的内沟槽，在所述方法中，叶轮从粉末借助于堆积过程由若干个材料层相继地制成，其中，所述粉末在每种情况下被施加到用于每个材料层的生产的加工平面，并且然后通过选择性能量输入由粉末生产实心材料层，并且其中，为叶轮确定结构取向，根据所述结构取向，叶片被以层的形式堆积，并且其中，所述结构取向由第一和第二角度限定，这些角度描述了叶轮相对于加工平面的相对位置。一个重要的特征是，其中相对于加工平面堆积叶轮的结构取向能够仅由两个角度限定。据此，通过改变第一和第二角度能够以特别简单的方式为相应的应用优化结构取向。该优化能在特定的计算机辅助下实施，例如通过CAD程序或用于增材制造的专门程序。由于在优化期间仅改变两个参数、即第一和第二角度，所以能以简单且可靠的方式确定用于相应应用的最佳结构取向，以便确保叶轮的特别有效和良好的制造。在这种情况下，能够在为确定良好和合适的结构取向的优化期间突出各个方面，例如最低的可能结构高度、最短的可能堆积时间、最小的材料层数量、最少的支撑结构可能数量、用于支撑结构的去除的最佳的可能可达性、最佳的可能表面质量(例如粗糙度)，或这些方面的组合。当然，相应的最佳结构取向在叶轮的制造之前被确定，并且然后被限定。随后，叶轮在堆积过程中通过该被确定和限定的结构取向来制造。根据优选实施例，支撑结构借助于堆积过程由粉末同材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造旋转式机械的叶轮的方法，所述叶轮包括至少一个叶片(3)，所述至少一个叶片(3)限制了被至少部分封闭的内沟槽(7)，在所述方法中，所述叶轮从粉末借助于堆积过程由若干个材料层相继地制成，其中，所述粉末在每种情况下被施加到用于每个材料层的生产的加工平面，并且然后通过选择性能量输入从所述粉末生产实心的材料层，并且其中，为所述叶轮确定结构取向，所述叶轮根据所述结构取向以层的形式被堆积，其特征在于，所述结构取向由第一和第二角度(β、α)确定，所述角度(β、α)描述了所述叶轮关于所述加工平面的相对位置。

【技术特征摘要】
2017.06.30 EP 17178975.31.一种用于制造旋转式机械的叶轮的方法，所述叶轮包括至少一个叶片(3)，所述至少一个叶片(3)限制了被至少部分封闭的内沟槽(7)，在所述方法中，所述叶轮从粉末借助于堆积过程由若干个材料层相继地制成，其中，所述粉末在每种情况下被施加到用于每个材料层的生产的加工平面，并且然后通过选择性能量输入从所述粉末生产实心的材料层，并且其中，为所述叶轮确定结构取向，所述叶轮根据所述结构取向以层的形式被堆积，其特征在于，所述结构取向由第一和第二角度(β、α)确定，所述角度(β、α)描述了所述叶轮关于所述加工平面的相对位置。2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，支撑结构(100、100a、100b)借助于堆积过程与所述材料层一起从所述粉末被生产，其中，在所述堆积过程完成之后所述支撑结构(100、100a、100b)被去除，并且在所述方法中，所述第一和所述第二角度(β、α)被优化，使得所述支撑结构(100、100a、100b)被最小化。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一角度(β)指示了要制造的所述叶轮的旋转轴线(A)与w轴(W)之间的角度，所述w轴(W)垂直于所述加工平面并且沿着所述堆积过程的方向指向。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，在所述方法中，所述第一和所述第二角度(β、α)描述了部件坐标系关于加工坐标系的相对位置，其中，所述部件坐标系相对于所述叶轮(1)固定，并且所述加工坐标系相对于所述加工平面固定，其中，所述部件坐标系具有z轴(Z)和x轴(X)，所述z轴由所述叶轮的旋转轴线(A)限定，所述x轴由垂直于所述z轴(Z)并且将所述z轴(Z)与所述叶片(3)的后拖边缘(31)连接的连接线限定，并且其中，所述加工坐标系包括由所述加工平面限定的u-v平面和垂直于所述u-v平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：R雷特伯格，K洛夫菲，J埃斯，M胡伯，M哈特曼恩，
申请(专利权)人：苏尔寿管理有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH