在增材制造中提供动态焊珠间距和编织填充的系统和方法技术方案

披露了用于增材制造的系统和方法的实施例。在一个实施例中，计算机控制装置访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。金属沉积装置沉积金属材料以形成所述3D零件的构建层的至少一部分。在所述计算机控制装置的控制下，基于规划构建图案的规划路径，将所述金属材料沉积为珠状编织图案。在所述珠状编织图案的沉积期间，动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率、和编织停顿。随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下基于所述规划构建图案进行调节。

【技术实现步骤摘要】
在增材制造中提供动态焊珠间距和编织填充的系统和方法相关申请的交叉引用/援引并入本申请要求于2019年1月4日提交的美国专利申请号16/239,602的优先权，所述专利申请的披露内容以其全部内容复制地通过援引并入本文。
本专利技术的实施例涉及与增材制造有关的系统和方法，并且更具体地涉及在增材制造工艺期间支持构建层的金属填充的系统和方法。
技术介绍
常规地，增材制造工艺能够以相对低的沉积速率来制造近净形零件，其中逐层地构建每个零件。然而，构建时间可能很长，并且现有的填入技术可能不足以增材制造某些类型的零件(例如，构建层的宽度变化的零件)。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括与增材制造有关的系统和方法，这些系统和方法在增材制造期间提供三维(3D)零件的构建层的有效填入。在一个实施例中，提供一种增材制造系统。根据一个实施例，待增材制造的3D零件的多个层的图案被呈现出来并作为数字数据存储在系统内。所述数字数据可以例如来自CAD模型或来自被扫描零件。所述系统包括计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案被存储为数字数据并且对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。所述系统还包括金属沉积装置，所述金属沉积装置被配置用于沉积金属材料、以形成3D零件的多个构建层中的一个构建层的至少一部分。在所述计算机控制装置的控制下，根据所述多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径，将所述金属材料沉积为珠状编织图案，其中所述规划构建图案对应于所述构建层。在所述珠状编织图案的沉积期间，动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿、和/或沿着构建层的长度尺寸在沉积行进方向上的行进速度。随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下根据所述规划构建图案进行调节。结果是所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。在一个实施例中，机器人被操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分。所述机器人被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的3D零件移动。在一个实施例中，机器人被操作性地连接至基质，所述基质固持正被增材制造的3D零件。所述机器人被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括具有接触尖端的沉积工具、被配置用于穿过沉积工具将金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、以及被操作性地连接至所述焊丝给送器的电源。所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、电源、以及被操作性地连接至所述电源的激光器。所述电源和所述激光器被配置用于以激光束的形式提供能量，以在所述珠状编织图案的沉积期间至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的焊丝给送器、电源、以及操作性地连接至所述电源的非可消耗型电极。所述电源和所述非可消耗型电极被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述金属沉积装置包括被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送的第一焊丝给送器、电源、以及第二焊丝给送器，所述第二焊丝给送器被操作性地连接至所述电源并且被配置用于将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送。所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极和所述填充焊丝。在一个实施例中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料基本上恒定的金属沉积速率。在一个实施例中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持基本上恒定的接触尖端到工件距离(CTWD)。根据多个不同实施例，基于所述规划构建图案，所述珠状编织图案的波形可以是例如基本上正弦形状、基本上三角形形状或基本上矩形形状中的一种形状。一个实施例包括填充增材制造零件的构建层的增材制造方法。所述方法包括经由计算机控制装置访问被存储为数字数据的多个规划构建图案中的一个规划构建图案。所述多个规划构建图案对应于被增材制造的三维(3D)零件的多个构建层。所述方法进一步包括经由金属沉积装置沿所述多个构建层中的一个构建层的长度尺寸在沉积行进方向上沉积金属材料的珠状编织图案。随着所述构建层的宽度沿长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下并根据所述规划构建图案的规划路径来执行所述沉积。所述方法还包括在沉积期间动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率、和编织停顿中的至少一个、和/或沿沉积行进方向的行进速度。随着宽度沿长度尺寸变化，在所述计算机控制装置的控制下根据所述规划构建图案进行所述调节。结果是所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，经由所述计算机控制装置对操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分的机器人进行控制，以根据规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的3D零件移动。在一个实施例中，所述方法包括在所述珠状编织图案的沉积期间，经由所述计算机控制装置对操作性地连接至固持正被增材制造的3D零件的基质的机器人进行控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至焊丝给送器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的激光器的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述激光器与所述3D零件之间形成激光束来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的焊丝给送器将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送。在所述珠状编织图案的沉积期间，经由被操作性地连接至所述金属沉积装置的非可消耗型电极上的金属沉积装置的电源来提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。在一个实施例中，所述方法包括经由所述金属沉积装置的第一焊丝给送器将金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；以及经由所述金属沉积装置的第二焊丝给送器将所述金属材料的可消耗型焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造系统，所述系统包括：/n计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案被存储为数字数据、对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层；以及/n金属沉积装置，所述金属沉积装置被配置用于沉积金属材料、以形成所述3D零件的多个构建层中的一个构建层的至少一部分，/n其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径，所述金属材料被沉积为珠状编织图案，其中所述规划构建图案对应于所述构建层，并且/n其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述珠状编织图案的沉积期间动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿，从而使得所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。/n

【技术特征摘要】
20190104 US 16/239,6021.一种增材制造系统，所述系统包括：
计算机控制装置，所述计算机控制装置被配置用于访问多个规划构建图案，所述多个规划构建图案被存储为数字数据、对应于待增材制造的三维(3D)零件的多个构建层；以及
金属沉积装置，所述金属沉积装置被配置用于沉积金属材料、以形成所述3D零件的多个构建层中的一个构建层的至少一部分，
其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述多个规划构建图案中的一个规划构建图案的规划路径，所述金属材料被沉积为珠状编织图案，其中所述规划构建图案对应于所述构建层，并且
其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述珠状编织图案的沉积期间动态地调节所述珠状编织图案的编织宽度、编织频率和编织停顿，从而使得所述珠状编织图案的焊珠宽度动态变化。


2.如权利要求1所述的系统，其中，在所述计算机控制装置的控制下，根据所述规划构建图案，随着所述构建层的宽度沿所述构建层的长度尺寸变化，在所述珠状编织图案的沉积期间动态地调节沿着所述构建层的长度尺寸在行进方向上的行进速度。


3.如权利要求1所述的系统，进一步包括机器人，所述机器人被操作性地连接至所述金属沉积装置的至少一部分并被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述金属沉积装置的至少一部分相对于正被增材制造的所述3D零件移动。


4.如权利要求1所述的系统，包括机器人，所述机器人被操作性地连接至固持正被增材制造的所述3D零件的基质、并且被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间由所述计算机控制装置控制，以根据所述规划构建图案的规划路径将所述基质相对于所述金属沉积装置移动。


5.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
沉积工具，所述沉积工具具有接触尖端；
焊丝给送器，所述焊丝给送器被操作性地连接至所述沉积工具并被配置用于穿过所述沉积工具将所述金属材料的可消耗型电极朝向所述3D零件给送；以及
电源，所述电源被操作性地连接至所述焊丝给送器，
其中，所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极。


6.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
焊丝给送器，所述焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
激光器，所述激光器被操作性地连接至所述电源，
其中，所述电源和所述激光器被配置用于以激光束的形式提供能量，以在所述珠状编织图案的沉积期间至少熔化所述填充焊丝。


7.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
焊丝给送器，所述焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
非可消耗型电极，所述非可消耗型电极被操作性地连接至所述电源，
其中，所述电源和所述非可消耗型电极被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述非可消耗型电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述填充焊丝。


8.如权利要求1所述的系统，其中，所述金属沉积装置包括：
第一焊丝给送器，所述第一焊丝给送器被配置用于将所述金属材料的填充焊丝朝向所述3D零件给送；
电源；以及
第二焊丝给送器，所述第二焊丝给送器被操作性地连接至所述电源并且被配置用于将所述金属材料的可消耗型焊丝电极朝向所述3D零件给送，
其中，所述电源被配置用于在所述珠状编织图案的沉积期间提供能量，以通过在所述可消耗型的焊丝电极与所述3D零件之间形成电弧来至少熔化所述可消耗型焊丝电极与所述填充焊丝。


9.如权利要求1所述的系统，其中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所述计算机控制装置的控制下，保持所述金属材料的基本上恒定的金属沉积速率。


10.如权利要求1所述的系统，其中，在所述珠状编织图案的沉积期间，在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·R·彼得斯，乔纳森·H·保罗，利维·J·米切尔，
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