用于在工件上进行增材打印的增材制造系统和校准方法技术方案

本发明专利技术涉及用于在工件上进行增材打印的增材制造系统和校准方法。增材制造系统(100)、方法和计算机可读介质可配置成执行校准。校准增材制造系统可包括：将一个或多个校准标记(1602)的数字表示与包括一个或多个模型校准标记(1402)的校准‑CAD模型(1400)比较；以及至少部分地基于比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型(800,850)。可已使用视觉系统(102)来获得一个或多个校准标记的数字表示，且可已使用增材制造机器(104)来根据校准‑CAD模型将一个或多个校准标记打印于校准表面(1500)上。校准调整可配置成使一个或多个CAD模型与增材制造系统的一个或多个坐标对准。

【技术实现步骤摘要】
用于在工件上进行增材打印的增材制造系统和校准方法
本公开大体上涉及在工件上进行增材打印的增材制造系统和方法，并且更特别地涉及包括配置成对工件进行定位的视觉系统和构造成在工件上进行打印的增材制造机器的系统和方法。
技术介绍
可利用增材制造机器或系统来根据三维计算机模型产生构件。构件的模型可使用计算机辅助设计(CAD)程序来构造，并且，增材制造机器或系统可根据模型而增材打印构件。在先前的增材制造机器或系统的情况下，典型地，构件被增材打印于构建板上和/或构建室内。在完成增材打印过程之后，从构建板和/或构建室移除构件以用于进一步处理。构建板和/或构建室并非正在增材打印的构件的部分，而是，构建板和构建室分别提供用以在增材打印过程期间支承构件的表面和/或媒介。结果，如果如CAD模型所预期的那样成功地打印构件，则最终增材打印的构件在构建板上和/或构建室内的具体位置可并非特别重要的。然而，根据本公开，将合乎期望的是，利用增材制造机器或系统来增材打印到预先存在的工件上(包括作为单次构建的部分而增材打印到多个预先存在的工件上)。当增材打印到这样的工件上时，对于增材制造机器、系统以及方法而言将合乎期望的是，以足够的精度和准确度增材打印到预先存在的工件上，以便提供近净形构件。因此，需要改进的增材制造机器和系统以及在工件上进行增材打印的方法。本公开所设想的工件包括原始制备的工件以及旨在修复、再构建、升级等的工件，诸如在其整个服务寿命期间可经历损伤、磨损和/或劣化的机器或装置构件。将合乎期望的是，在工件(诸如，机器或装置构件)上进行增材打印，以便对这样的构件进行修复、再构建或升级。还将合乎期望的是，在工件上进行增材打印，以便产生新的构件(诸如，可表现出增强的性能或服务寿命的构件)。机器或装置构件的一个示例包括翼型件(诸如，在涡轮机中使用的压缩机叶片或涡轮叶片)。这些翼型件在其整个服务寿命期间频繁地经历损伤、磨损和/或劣化。例如，提供服务的翼型件(诸如，燃气涡轮发动机的压缩机叶片)在长期使用之后显示出侵蚀、缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这样的叶片经受显著地高的应力和温度，显著地高的应力和温度不可避免地使叶片随时间推移而磨损(特别是在叶片的末梢附近)。例如，叶片末梢易受由下者引起的磨损或损伤：叶片末梢与涡轮机护罩之间的摩擦或擦挂(rub)、由热气体引起的化学劣化或氧化、由循环加载和卸载引起的疲劳、晶格的扩散蠕变等。值得注意地，磨损或损伤的叶片如果未被校正，则可造成机器故障或性能劣化。具体地，这样的叶片可使涡轮机表现出降低的操作效率，这是因为叶片末梢与涡轮机护罩之间的间隙可允许气体通过涡轮机级而泄漏，而不会转换成机械能。当效率下降到规定水平之下时，涡轮机典型地停止服务以进行大修和修复。此外，削弱的叶片可造成发动机的完全断裂和灾难性故障。结果，用于涡轮机的压缩机叶片典型地是频繁检查、修复或更换的目标。完全更换这样的叶片典型地是昂贵的，然而，可以以相对低的成本(与利用全新叶片来更换相比)修复一些叶片以用于延长寿命。尽管如此，传统的修复过程还是倾向于为劳动密集并且耗时的。例如，传统的修复过程使用焊接/包覆技术，通过该技术，可将修复材料以粉末或线的形式供应到修复表面，并且，修复材料可使用聚焦的功率源(诸如，激光、电子束、等离子弧等)来熔化并且结合到修复表面。然而，利用这样的焊接/包覆技术来修复的叶片还经历繁琐的后处理，以实现目标几何形状和表面光洁度。具体地，由于结合到修复表面的焊接/包覆修复材料的庞大的特征尺寸，修复的叶片需要繁重的机加工来移除多余的材料，其随后是抛光，以实现目标表面光洁度。值得注意地，这样的机加工和抛光过程一次在单个叶片上执行，为劳动密集的并且繁琐的，并且造成单次修复的大的总体劳动成本。备选地，其它直接能量沉积(DED)方法可用于叶片修复，例如，诸如冷喷涂，该方法引导高速金属粉末以轰击目标或基础构件，使得粉末变形并沉积于基础构件上。然而，这些DED方法都不适合于批处理或以省时的方式修复大量的构件，因此几乎不提供商业价值。因此，将合乎期望的是，提供用于修复或再构建提供服务的构件的改进的系统和方法。更特别地，用于迅速地并且有效地再构建或修复磨损的压缩机叶片的增材制造机器和系统将是特别合乎期望的。
技术实现思路
方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践目前公开的主题而了解。在一个方面，本公开包含校准增材制造系统的方法。示例性方法可包括：将一个或多个校准标记的数字表示与包括一个或多个模型校准标记的校准-CAD模型比较；以及至少部分地基于比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型。可已使用视觉系统来获得一个或多个校准标记的数字表示，并且，可已使用增材制造机器来根据校准-CAD模型将一个或多个校准标记打印于校准表面上。校准调整可配置成使一个或多个CAD模型与增材制造系统的一个或多个坐标对准。在另一方面，本公开包含增材制造系统。示例性增材制造系统可包括控制器，控制器可操作地耦合到视觉系统和增材制造机器。控制器可包括一个或多个计算机可读介质和一个或多个处理器。一个或多个计算机可读介质可包括计算机可执行指令，计算机可执行指令在由一个或多个处理器执行时使增材制造系统执行校准。在示例性实施例中，计算机可执行指令可使增材制造系统：将一个或多个校准标记的数字表示与包括一个或多个模型校准标记的校准-CAD模型比较；并且至少部分地基于比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型。可已使用视觉系统来获得一个或多个校准标记的数字表示，并且，可已使用增材制造机器来根据校准-CAD模型将一个或多个校准标记打印于校准表面上。校准调整可配置成使一个或多个CAD模型与增材制造系统的一个或多个坐标对准。在又一方面，本公开包含计算机可读介质，计算机可读介质配置成使增材制造系统执行校准。示例性计算机可读介质可包括计算机可执行指令，计算机可执行指令配置成使增材制造系统：将一个或多个校准标记的数字表示与包括一个或多个模型校准标记的校准-CAD模型比较；并且至少部分地基于比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型。可已使用视觉系统来获得一个或多个校准标记的数字表示，并且，可已使用增材制造机器来根据校准-CAD模型将一个或多个校准标记打印于校准表面上。校准调整可配置成使一个或多个CAD模型与增材制造系统的一个或多个坐标对准。参考以下描述和所附权利要求书，这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图例示了示例性实施例，并与描述一起用来阐释目前公开的主题的某些原理。附图说明在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且充分的公开(包括其最佳模式)，在附图中：图1A和图1B示意性地描绘了示例性增材制造系统；图2A示意性地描绘了包括固定到构建板的多个工件的示例性工件-组件；图2B示意性地描绘了图2A的示例性工件-组件，其具有通过将延伸节段增材打印于固定到构建板的多个工件上而形成的多个构件；图3A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种校准增材制造系统(100)的方法，所述方法包括：/n将一个或多个校准标记(1602)的数字表示与包括一个或多个模型校准标记(1402)的校准-CAD模型(1400)比较，已使用视觉系统(102)来获得所述一个或多个校准标记(1602)的所述数字表示，并且，已使用增材制造机器(104)来根据所述校准-CAD模型(1400)将所述一个或多个校准标记(1602)打印于校准表面(1500)上；以及/n至少部分地基于所述比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型(800, 850)，所述校准调整配置成使所述一个或多个CAD模型(800, 850)与所述增材制造系统(100)的一个或多个坐标对准。/n

【技术特征摘要】
20190130 US 16/2617601.一种校准增材制造系统(100)的方法，所述方法包括：
将一个或多个校准标记(1602)的数字表示与包括一个或多个模型校准标记(1402)的校准-CAD模型(1400)比较，已使用视觉系统(102)来获得所述一个或多个校准标记(1602)的所述数字表示，并且，已使用增材制造机器(104)来根据所述校准-CAD模型(1400)将所述一个或多个校准标记(1602)打印于校准表面(1500)上；以及
至少部分地基于所述比较而将校准调整应用于一个或多个CAD模型(800,850)，所述校准调整配置成使所述一个或多个CAD模型(800,850)与所述增材制造系统(100)的一个或多个坐标对准。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用所述增材制造机器(104)来根据所述校准-CAD模型(1400)将所述一个或多个校准标记(1602)打印于所述校准表面(1500)上。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述校准表面(1500)包括应用于构建板(118)的校准片，所述构建板(118)构造成安装于所述增材制造机器(104)中，并且构造成在使用所述增材制造机器(104)来将多个延伸节段(206)中的相应的延伸节段(206)增材打印于多个工件(116)中的相应的工件(116)上时使所述多个工件(116)固定。


4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述增材制造机器(104)包括配置成增材打印所述多个延伸节段(206)的能量源(142)，并且其中，打印所述一个或多个校准标记(1502)包括使用所述能量源(142)来对所述校准表面(1500)进行标记。


5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述校准-CAD模型(1400)而将多个校准标记(1502)在多个配准点(202)处打印于所述校准表面(1500)上，所述多个配准点(202)具有分别与在将多个延伸节段(206)中的相应的延伸节段(206)增材打印到多个工件(116)中的相应的工件(116)上时所述多个工件(116)中的所述相应的工件(116)将定位的位置对应的CAD-模型坐标。


6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用所述视觉系统(102)来获得所述一个或多个校准标记(...

【专利技术属性】
技术研发人员：石进杰，RR小沃尔兴，JE汉普希尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US