具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件制造技术

本发明专利技术题为“具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件”。本发明专利技术提供了一种结合到增材制造的物件(102)中的通路(250)、物件(102)和相关方法。物件(102)具有增材制造构建方向。通路(250)包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分(224)；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分(226)，第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，该至少一个自支撑顶表面部分包括以与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)。具有沿着非线性长度变化的横截面形状的通路(250)不论构建方向如何均能适应增材制造。

An article made of an additive having a path of varying cross-sectional shape

【技术实现步骤摘要】
具有变化的横截面形状的通路的增材制造的物件
技术介绍
本公开整体涉及增材制造，并且更具体地讲，涉及具有沿着其非线性长度呈变化横截面形状的通路的物件以便不论构建方向如何均能适应增材制造。发电、航空领域及其他领域的变化和改进速度伴随着制造这些领域中使用的物件或部件的广泛研究。金属、塑料或陶瓷复合物件的常规制造一般包括先从材料板铣削或切削掉区域，再处理并修改切下的材料而产生零件，这可例如在绘图软件中使用计算机模型模拟。可由金属形成的制造的物件可包括例如用于安装在涡轮机(诸如飞机发动机或发电系统)的热气体路径中的翼面物件。这些物件可在其中包括通路，诸如冷却通路，这些通路允许输送冷却剂以将物件的温度保持在安全范围内。增材制造(AM)包括通过材料的连续层叠而不是材料的移除来生产物件的多种多样的过程。因此，增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心材料坯体(其中许多被切削掉并被抛弃)加工物件，增材制造中使用的仅有材料是使物件成形所需的材料。增材制造技术通常包括采用待形成的物件的三维计算机辅助设计(CAD)文件，以电子方式将该物件切成层(例如，18-102微米厚)并且创建具有每个层的二维图像(包括向量、图像或坐标)的文件。然后，可将该文件下载到制备软件系统中，该制备软件系统解释该文件，使得可通过不同类型的增材制造系统来构建该物件。在增材制造的3D打印、快速原型(RP)和直接数字制造(DDM)形式中，对材料层进行选择性分配、烧结、形成、沉积等以形成该物件。在金属粉末增材制造技术诸如直接金属激光熔化(DMLM)(也称为选择性激光熔化(SLM))中，将金属粉末层顺序地熔化在一起以形成该物件。更具体地讲，使用涂敷器均匀地分布于金属粉末床上之后，将细金属粉末层顺序地熔化。每个涂敷器包括由金属、塑料、陶瓷、碳纤维或橡胶制成的模唇、刷、刮刀或滚筒形式的涂敷器元件，该涂敷器元件将金属粉末均匀铺展在构建平台上方。金属粉末床可在竖直轴中移动。该过程在具有精确控制的气氛的处理室中发生。一旦形成每个层，就可通过选择性地熔化金属粉末来使物件几何形状的每个二维切片熔凝。该熔化可通过高功率的熔化束(诸如100瓦镱激光器)执行，以便完全焊接(熔化)金属粉末而形成固体金属。该熔化束使用扫描镜在X-Y方向上移动，并且其强度足以完全焊接(熔化)金属粉末以形成固体金属。可降低金属粉末床以用于每个后续二维层，并且该过程重复进行，直至完全形成该物件。为了更快地形成某些更大的物件，一些金属增材制造系统采用一起工作而形成物件的两个或更多个高功率激光器。增材制造的一个限制是无法以与构建方向(通常在竖直方向上)呈大于约45°的角度打印。该增材制造限制提出了与在物件中形成非线性的通路(即，它们是曲线的)相关的挑战，该通路诸如为涡轮机的热气体路径(HGP)物件中的冷却通路。当前通路必须以相对于构建方向呈小于45°的角度进行取向。此外，当前通路通常具有圆形横截面并且是大致线性的。在通路相对于构建方向呈大于45°的角度的情况下，它们需要复杂支撑件。否则，通路必须在制造之前在物件中改变路线，以避免基于特定构建方向的不可打印取向。
技术实现思路
本公开的第一方面提供了结合到增材制造的物件中的通路，该物件具有构建方向，该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。本公开的第二方面提供了增材制造(AM)的热气体路径(HGP)物件，其包括：其中具有通路的主体，该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。本公开的第三方面提供了增材制造包括通路的物件的方法，该方法包括：使金属粉末床中的金属粉末选择性地熔凝以形成物件的主体的初始成形层；以及逐层重复选择性熔凝以形成具有通路的物件的主体，其中该通路包括：沿着以与构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐的第一部分；以及沿着以与构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐的第二部分，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘。本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。附图说明从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：图1示出了根据本公开的实施方案的增材制造系统和过程的框图，其包括存储表示物件的代码的非暂态计算机可读存储介质。图2示出了构建物件的双熔化束源增材制造系统的示意性透视图。图3示出了四熔化束源增材制造系统的相应场的示意性平面图。图4示出了根据本公开的实施方案的增材制造的包括通路的物件的示意性侧视图。图5A至图5C示出了根据本公开的实施方案的通路的第一部分的多个可能横截面。图6示出了根据本公开的实施方案的通路的第二部分的截面的示意图，该第二部分包括至少一个自支撑顶表面部分，至少一个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的一个或多个边缘。图7A至图7H示出了根据本公开的实施方案的通路的示例性第二部分的横截面视图，这些第二部分包括一个或多个自支撑顶表面部分，一个或多个自支撑顶表面部分包括与构建方向呈不大于约45°的角度对齐的一个或多个边缘。图8示出了根据本公开的实施方案的通路的放大截面，其包括通路的第一部分和第二部分之间的过渡部分。图9示出了根据本公开的实施方案的示例性物件，该物件呈燃气轮机系统的增材制造的热气体路径部件的形式，并且包括通路。应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。具体实施方式作为初始事项，为了清楚地描述当前公开，当引用和描述相关部件时，将有必要选择某些术语。在这样做时，如果可能的话，通用的行业术语将以与其接受含义一致的方式进行使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本申请的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定物件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个物件并在另一个上下文中被引用为由多个物件组成。另选地，本文中可描述为包括多个物件的物体可在别处称为单个零件。此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。在元件或层被称为“开启”、“接合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合到增材制造的物件(102)中的通路(250)，所述物件(102)具有构建方向，所述通路(250)包括：/n第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形；和/n第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第二部分(226)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的自支撑横截面形状，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)；/n过渡部分(286)，所述过渡部分接合所述第一部分(224)和所述第二部分(226)，其中所述过渡部分(286)不具有阶梯状截面；以及/n其中相对于其所述轴线和所述构建方向的所述自支撑横截面形状选自：菱形、具有尖顶(276)和圆底(278)的泪滴形、具有水平对称轴的等腰三角形、具有圆角和竖直对称轴的V形、具有圆角和水平对称轴的V形、具有尖角和竖直对称轴的V形、具有尖角和水平对称轴的V形、其上表面(282)中具有凹陷(280)的梯形以及弓形，并且其中所述通路(250)沿着其长度的至少一部分(270)为曲线的，其中所述长度的至少所述部分(270)包括所述第一部分(224)和所述第二部分(226)。/n...

【技术特征摘要】
20181026 US 16/172,0911.一种结合到增材制造的物件(102)中的通路(250)，所述物件(102)具有构建方向，所述通路(250)包括：
第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形；和
第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，其中所述第二部分(226)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的自支撑横截面形状，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)；
过渡部分(286)，所述过渡部分接合所述第一部分(224)和所述第二部分(226)，其中所述过渡部分(286)不具有阶梯状截面；以及
其中相对于其所述轴线和所述构建方向的所述自支撑横截面形状选自：菱形、具有尖顶(276)和圆底(278)的泪滴形、具有水平对称轴的等腰三角形、具有圆角和竖直对称轴的V形、具有圆角和水平对称轴的V形、具有尖角和竖直对称轴的V形、具有尖角和水平对称轴的V形、其上表面(282)中具有凹陷(280)的梯形以及弓形，并且其中所述通路(250)沿着其长度的至少一部分(270)为曲线的，其中所述长度的至少所述部分(270)包括所述第一部分(224)和所述第二部分(226)。


2.一种增材制造(AM)的热气体路径(HGP)物件(102)，包括：
主体(176,222,256)，所述主体其中具有通路(250)，所述通路(250)包括：
第一部分(224)，所述第一部分沿着以与所述构建方向呈小于约45°的角度取向的轴线对齐；和
第二部分(226)，所述第二部分沿着以与所述构建方向呈大于约45°的角度取向的轴线对齐，所述第二部分(226)包括至少一个自支撑顶表面(272)部分(270)，所述至少一个自支撑顶表面部分包括与所述构建方向呈不大于约45°的角度对齐的至少一个边缘(273)。


3.根据权利要求2所述的AMHGP物件(102)，其中所述第一部分(224)具有相对于其所述轴线和所述构建方向的横截面形状，所述横截面形状选自：圆形、矩形或三角形。


4.根据权利要求2所述的AMHGP物件(102)，其中所述第二部分(226...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·克拉伦斯·琼斯，扎卡里·约翰·斯奈德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US