用于激光沉积的方法和设备技术

本申请涉及用于激光沉积的方法和设备。一种激光沉积设备，包括：密封外壳，被配置为保持基板；粉末源，被配置为保持粉末材料；喷丸源，被配置为保持喷丸介质；以及沉积系统，流体地连接到粉末源和喷丸源。沉积系统包括被配置为生成激光束的激光器。沉积系统被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。

Methods and equipment for laser deposition

【技术实现步骤摘要】
用于激光沉积的方法和设备
本专利技术涉及用于激光沉积的方法和设备。
技术介绍
目前，增材制造工艺(additivemanufacturingprocess)被用于生产各种三维(3D)物体。增材制造包括沉积一个或多个材料层，例如以制造物体、包覆现有物体或修复物体的现有结构。增材制造工艺的一个实例是激光沉积技术(LDT)，其中，将粉末材料喷射到激光束中，从而使粉末熔化并沉积层。可以重复LDT工艺，以在基板上连续沉积多个层，从而构建物体，其有时称为激光自由成形制造技术(LFMT)。使用LDT工艺的其他实例包括：激光熔覆技术(LCT)，其中，现有物体包覆有一个或多个包覆层；以及激光修复技术(LRT)，其包括在现有物体上沉积一个或多个层以修复该物体的结构。与使用其他工艺制造的物体相比，增材制造的物体例如由于晶粒尺寸、微观结构、晶体织构、表面抛光等能够具有较低的疲劳强度。因此，使用诸如激光沉积的工艺增材制造的物体有时用喷丸工艺(或其他工艺)处理表面，以改善疲劳强度。但是，在增材制造工艺完成之后，在二级站执行当前的喷丸处理(和其他工艺)，这可能是低效的、耗时的和/或昂贵的。此外，在增材制造工艺完成之后，特别是对于具有复杂形状的物体，可能难以到达具有有限曝光或没有曝光的物体表面。需要一种对于增材制造的物体更有效、更省时、成本更低和/或更精确的喷丸工艺。
技术实现思路
考虑到这些需求，本公开的某些实施方式提供了一种激光沉积设备，其包括：密封外壳，被配置为保持基板；粉末源，被配置为保持粉末材料；喷丸源，被配置为保持喷丸介质；以及沉积系统，流体地连接到粉末源和喷丸源。沉积系统包括被配置为生成激光束的激光器。沉积系统被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统还被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。在至少一个实施方式中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头。沉积头被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。沉积头被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。在一个或多个实施方式中，沉积系统还包括第一沉积头和第二沉积头。第一沉积头流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。第二沉积头流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。在一个或多个实施方式中，沉积系统还包括流体连接至粉末源和喷丸源的沉积头。沉积头包括第一喷嘴和第二喷嘴。第一喷嘴流体连接至粉末源并被配置为将粉末材料流喷射到激光束中。第二喷嘴流体连接至喷丸源并被配置为将喷丸介质喷射到一个或多个层的外表面上。本公开的某些实施方式提供了一种用于激光沉积的方法，其包括：通过使用连接到粉末源并连接到喷丸源的沉积系统将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个材料层。该方法还包括：通过使用沉积系统将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。本公开的某些实施方式还提供了一种沉积系统，其包括：激光器，被配置为生成激光束；以及至少一个沉积头，被配置为流体连接至包含粉末材料的粉末源及包含喷丸介质的喷丸源。至少一个沉积头被配置为通过将来自粉末源的粉末材料流注射到激光束中来沉积一个或多个材料层。至少一个沉积头还被配置为通过将来自喷丸源的喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上来对一个或多个层进行喷丸处理。附图说明当参考附图阅读以下详细描述，将更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点，其中遍及所有的附图相同的数值表示相同的部分，其中：图1是示出了根据本公开的一个实施方式的激光沉积设备的示意图；图2是根据本专利技术的一个实施方式的图1所示激光沉积设备的沉积系统的放大示意图；图3是示出了根据本公开的一个实施方式的沉积操作的图2中所示的沉积系统的放大示意图；图4是示出了根据本公开的一个实施方式的喷丸操作的图2中所示的沉积系统的放大示意图；图5是示出了根据本公开的一个实施方式的中间喷丸工艺的图2中所示的沉积系统的放大示意图；图6是示出了根据本公开的另一实施方式的激光沉积设备的放大示意图；以及图7是示出根据本公开的一个实施方式的用于激光沉积的方法的流程图。图8是飞机制造和维修方法的框图。图9是飞机的示意性透视图。具体实施方式当结合附图阅读时，将更好地理解以上概要及以下某些实施方式的详细描述。如本文使用的，用单数叙述的且前面具有单词“一(a)”或“一个(an)”的元件或步骤应理解为并非必须排除复数个元件或步骤。进一步，提到“一个实施方式”并非旨在解释为排除也包含所述特征的额外实施方式的存在。而且，除非明确规定与此相反，否则，“包括”或者“具有”具备特定性能的一个元件或者多个元件的实施方式中可包括不具备该性能的另外的元件。虽然可以使用诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”等各种空间和方向性术语来描述本公开的实施方式，然而，应当理解的是，这样的术语仅相对于图中所示的取向而使用。该取向可以反转、旋转或以其他方式更改，使得如果结构翻转180度，则顶侧变为底侧，如果结构枢转90度，则顶侧变为左侧或右侧等。本公开的某些实施方式包括激光沉积设备，被配置为通过将粉末材料流注射到激光束中而在基板上沉积一个或多个层。沉积系统还被配置为通过将喷丸介质推进到一个或多个层的外表面上而对该一个或多个层进行喷丸处理。由于一个或多个层(或由其形成的物体)不必移动到另一个装置进行喷丸操作，激光沉积工艺更有效、耗时更少和/或成本更低。另外，可以获得用于增材制造物体的更为精确的喷丸处理工艺。图1是示出了根据本公开的一个实施方式的激光沉积设备100的方框图。激光沉积设备100被配置为通过在基板或现有物体上沉积一个或多个材料层来增材制造物体。例如，激光沉积设备100可以用于制造物体。在一个实例中，激光沉积设备100是已供有粉末的激光沉积设备，但是在其他实施方式中使用的是其他激光沉积工艺(例如，已供有液体的激光沉积设备等)。这里将关于制造物体(有时是指激光自由成形制造(LFM))描述和示出激光沉积设备的该示例性实施方式。但是，激光沉积设备100还可以用于用包覆材料包覆现有物体，以修复现有物体的结构，等等。激光沉积设备100包括密封外壳102和保持在密封外壳102内的工作台104。密封外壳102是气密密封的并包含惰性气体，例如氩(Ar)、氦(He)等。在一些实例中，密封外壳102内的氧气水平保持在最低水平以下(例如，低于百万分之五(ppm)等)。可选地，密封外壳102包括用于使物体进出密封外壳102的前腔(未示出)。工作台104被配置为保持基板106，以在基板106上沉积一个或多个材料层，从而在基板106上构建(即，制造)物体。另外或者替代地，如上所述，工作台104被配置为保持现有物体(未示出)以进行包覆、修复等。可选地，工作台104是可移动的，使得工作台104被配置为改变基板106(或保持在工作台1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光沉积设备(100、200)，包括：/n密封外壳(102)，被配置为保持基板(106)；/n粉末源(110、210)，被配置为保持粉末材料；/n喷丸源(112、212)，被配置为保持喷丸介质；以及/n沉积系统(108、208)，流体地连接至所述粉末源(110、210)和所述喷丸源(112、212)，所述沉积系统(108、208)包括被配置为生成激光束(138)的激光器(136、236)，其中，所述沉积系统(108、208)被配置为通过将粉末材料流(132)注射到所述激光束(138)中而在所述基板(106)上沉积一个或多个层，所述沉积系统(108、208)还被配置为通过将所述喷丸介质推进到所述一个或多个层的外表面上来对所述一个或多个层进行喷丸处理。/n

【技术特征摘要】
20180810 US 16/101,3711.一种激光沉积设备(100、200)，包括：
密封外壳(102)，被配置为保持基板(106)；
粉末源(110、210)，被配置为保持粉末材料；
喷丸源(112、212)，被配置为保持喷丸介质；以及
沉积系统(108、208)，流体地连接至所述粉末源(110、210)和所述喷丸源(112、212)，所述沉积系统(108、208)包括被配置为生成激光束(138)的激光器(136、236)，其中，所述沉积系统(108、208)被配置为通过将粉末材料流(132)注射到所述激光束(138)中而在所述基板(106)上沉积一个或多个层，所述沉积系统(108、208)还被配置为通过将所述喷丸介质推进到所述一个或多个层的外表面上来对所述一个或多个层进行喷丸处理。


2.根据权利要求1所述的激光沉积设备(100)，其中，所述沉积系统(108)还包括流体地连接至所述粉末源(110)和所述喷丸源(112)的沉积头(114)，所述沉积头(114)被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束(138)中，所述沉积头(114)被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。


3.根据权利要求1所述的激光沉积设备(200)，其中，所述沉积系统(208)还包括第一沉积头和第二沉积头(214a、214b)，所述第一沉积头(214a)流体地连接至所述粉末源(210)并被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束中，所述第二沉积头(214b)流体地连接至所述喷丸源(212)并被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。


4.根据权利要求1所述的激光沉积设备(100)，其中，所述沉积系统(108)还包括流体地连接至所述粉末源(110)和所述喷丸源(112)的沉积头(114)，所述沉积头包括第一喷嘴(126)和第二喷嘴(126)，所述第一喷嘴(126)流体地连接至所述粉末源(110)并被配置为将所述粉末材料流(132)喷射到所述激光束中，所述第二喷嘴(126)流体地连接至所述喷丸源(112)并被配置为将所述喷丸介质喷射到所述一个或多个层的所述外表面上。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光沉积设备(100、200)，其中，所述沉积系统(108、208)还包括一个或多个阀(124)，所述一个或多个阀(124)被配置为在流体地连接至所述粉末源(110、210)与流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·E·西弗斯，彼得·J·博基尼，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US