具有通过脆弱区域的分离的增材制造方法技术

本发明专利技术涉及增材制造领域，并更具体涉及一种通过供应金属材料、通过能量供应熔化金属材料的熔珠并固化熔珠来进行增材制造的方法。在该方法中，用于熔化供应到部件的第一部分2的金属材料的一个或多个初始熔珠1a、1b的能量供应的每单位熔珠长度的强度显著小于用于熔化供应到初始熔珠1a、1b的金属材料的一个或多个后续熔珠1c、1d的能量供应的每单位熔珠长度的强度。这接着导致通过该方法形成的部件的第二部分3可以容易地通过由初始熔珠1a、1b形成的脆弱区域11与第一部分2分离，以避免裂纹在部件的第一和第二部分2，3之间扩展。3之间扩展。3之间扩展。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有通过脆弱区域的分离的增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，并具体涉及直接金属沉积(DMD)增材制造领域。

技术介绍

[0002]“直接金属沉积增材制造方法”是指一种增材制造方法，在该方法中，将金属材料(例如，粉末或金属丝)带到基材上并通过能量束(例如，激光束或电子束)熔化，以在基材上形成熔化金属的熔珠。将该熔珠固化后，再以同样的方式在其上依次地叠置其他熔珠，以形成三维金属部件。
[0003]在专利申请公开文本US 2018/243828 A1、US 2015/306667 A1和WO 2015/019070 A1中，还提出调整直接金属沉积增材制造方法中能量束的功率，以便产生部分地固结的区域，该区域随后可以被切割或移除。
[0004]在机械领域，有时需要形成脆弱区域，这些区域可以被舍弃以保护其他更关键的元件。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在通过提供一种用于部件的增材制造的方法来解决这些缺点，该方法允许脆弱区域被插入在部件的第一部分和第二部分之间，以阻止裂纹在该部件的所述第一部分和第二部分之间的扩展。
[0006]根据第一方面，该目标可以通过以下该方法中的事实来实现：该方法包括将金属材料供应到基材，熔化供应到部件的第一部分的金属材料的一个或多个初始熔珠，固化初始熔珠，将金属材料供应到初始熔珠，熔化供应到初始熔珠的金属材料的一个或多个后续熔珠，以及固化后续熔珠的步骤，通过每单位熔珠长度的第二强度的能量供应进行后续熔珠的熔化，该第二强度显著地大于每单位熔珠长度的第一强度，该第一强度是通过其进行初始熔珠熔化的能量供应的强度。
[0007]由于这些布置，部件的第一部分上的初始熔珠的润湿表面，以及初始熔珠对该第一部分的粘附力，可以小于叠置熔珠之间的润湿表面和粘附力，从而形成脆弱区域，以阻止裂纹在该部件的第一部分和至少部分由后续熔珠形成的第二部分之间的扩展。
[0008]根据第二方面，可通过粉末形式供应金属材料，具体地通过从喷嘴喷射来供应金属材料。然而，可以设想例如，供应金属材料的金属丝的替代方案。
[0009]根据第三方面，初始熔珠可包括至少两个叠置的熔珠。因此，每单位熔珠长度的第二较高强度的能量供应可仅用于第三层材料，从而避免了基材和初始熔珠之间的边界层可通过用于熔化后续熔珠的能量供应而被重新熔化，这可将基材固结到初始熔珠。
[0010]根据第四方面，在熔化步骤期间的能量供应可以通过扫描能量束，特别是激光束，以及更准确地以连续模式发射的激光束来进行。为了实现每单位熔珠长度的不同强度的能量供应，初始熔珠熔化时能量束的发射功率可以显著小于后续熔珠熔化时能量束的发射功率，并且具体地在后续熔珠熔化时能量束的发射功率的二分之一和四分之三之间，且更具
体地为大约三分之二。在这种情况下，扫描速度和/或激光光斑直径可以在初始熔珠熔化时和在后续熔珠熔化时基本相等，以确保熔珠连续性。然而，可以考虑激光束的替代方式以确保熔化步骤期间的能量供应，例如电子束。
[0011]根据第五方面，该材料可以是钛基合金，具体为Ti6Al4V。然而，镍基合金也是可能的。
[0012]根据第六方面，该方法可以包括在向部件的第一部分供应金属材料的步骤之前，对部件的第一部分进行增材制造的在先步骤。
附图说明
[0013]通过阅读以非限制性实施例示出的以下实施例的详细描述，本专利技术将被很好地理解并且其优点将变得更加清楚。以下描述涉及附图，其中：
[0014]图1A至1D示意性地示出了根据该实施例的增材制造方法的连续步骤，
[0015]图2A和2B显示了沉积在基材上并用每单位熔珠长度的不同能量供应熔化的金属材料的熔珠的横截面，以及
[0016]图3示出了将基材与通过根据图1A至1D中显示的增材制造方法生产的部件分离的操作。
具体实施方式
[0017]通过直接金属沉积，更具体地通过激光金属沉积(LMD)进行的增材制造方法如图1A至1D所示。如这些图中可以看出的，在该方法中，金属材料的熔珠1a至1d可以依次形成在基材上，可由待制造的三维部件的第一部分2形成该基材，并叠置以产生壁，所述壁形成三维部件的第二部分3。为了形成每个熔珠1a至1d，金属材料可以通过粉末形式从喷嘴4喷射，并被能量束5熔化，该粉末形式包括直径在例如45μm和75μm之间的颗粒，同时，例如，通过连接到控制单元9的线性致动器8，可移动平台7在三个维度XYZ上可移动，由该可移动平台7承载的第一部分2相对于喷嘴4移动，以例如200mm/min至400mm/min的扫描速度v在平行于第一部分2的表面的平面XY中移动。颗粒可以被惰性气体如氩气推动，并使用例如环形喷嘴4形成会聚粒子束6，如图所示，会聚粒子束6可以与能量束5同轴。具体地，颗粒的金属材料可以是钛基合金，如Ti6Al4V，并且粒子束6的质量流率dm/dt可以是例如2g/min至3g/min。
[0018]为了避免杂质的增加，第一部分2可以由相同的金属材料制成或具有足够相似的组成的材料制成。能量束5可以是激光束，特别是例如，由YAG圆盘激光器或光纤激光器发射的连续的激光束。例如，圆盘YAG激光器发射的该激光束的波长λ可以是1030μm，光纤激光器发射的该激光束的波长λ可以是600μm。该方法可以在惰性气氛下，特别是在氩气下进行。
[0019]如图1A所示，第一熔珠1a由此可以在第一部分2上直接地形成。粒子束6和能量束5的会聚焦点f
p
和f
l
可以分别位于第一部分2的表面上方，使得这些束在第一部分2的表面处具有各自的直径d
p
和d
l
，例如1.5mm至2mm和2mm至3mm。因此，金属材料沉积在第一部分2上且同时由能量束5的能量供应熔化，从而产生熔池10，该熔池10相对于粒子束6和能量束5的扫描方向的下游在第一部分2上固化，以形成该第一熔珠1a。能量束5的能量供应可被调节以使第一部分2上的熔池10的润湿表面最小化，并且因此使熔珠1a与第一部分2的接触表面Ac最小化，如图2A所示，其示出了第一部分2上的熔珠1a的横截面。该调节可以具体地通过用
于该第一熔珠1a的能量束5的发射功率P1来进行。该第一发射功率P1因此可以介于例如350W和430W之间。由此获得的熔池10可以具有第一深度p1(例如，可以是1.1mm)和第一长度l1(例如，可以是2.6mm)。通过比较，如果能量束的发射功率和由此的能量供应更高，则熔珠1a的横截面将如图2B所示，接触区域Ac显著变大，这将增加熔珠1a与第一部分2的粘附力。
[0020]为了产生三维部件，随后类似于第一熔珠1a形成的另外的熔珠可以在垂直于第一部分2的表面的Z轴向上叠置在该第一熔珠1a上。为此，在形成第一熔珠1a之后，且在第一熔珠1a上以类似方式开始形成第二熔珠1b之前，第一部分2和喷嘴4之间在Z轴向上的距离可以增加了增量Δdz，如图1B所示。例如，该增量Δdz可以介于0.7mm和0.9mm之间。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种部件的增材制造的方法，该部件具有插入在该部件的第一部分和第二部分(2,3)之间，以阻止裂纹在该部件的所述第一部分和第二部分(2,3)之间的扩展的脆弱区域(11)，所述方法包括至少以下步骤：将金属材料供应到部件的第一部分(2)，通过每单位熔珠长度的第一强度的能量供应，熔化供应到部件的第一部分(2)的金属材料的一个或多个初始熔珠(1a,1b)，固化初始熔珠(1a,1b)，将金属材料供应到初始熔珠(1a,1b)，通过大于每单位熔珠长度的第一强度的每单位熔珠长度的第二强度的能量供应，熔化供应到初始熔珠(1a,1b)的金属材料的一个或多个后续熔珠(1c,1d)，以及固化后续熔珠(1c,1d)。2.根据权利要求1所述的增材制造方法，其中以粉末形式供应所述金属材料。3.根据权利要求2所述的增材制造方法，其中通过从喷嘴(4)喷射供应所述金属材料。4.根据权利要求1至3中任一项所述的增材制造方法，其中所述初始熔珠(1a,1b)包括至少两个叠置的熔珠。5.根据权利要求1至4中任一项所述的增材制造方法，其中同时进行每个熔珠(1a
–
1d)的熔化...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安，
申请(专利权)人：赛峰航空器发动机，
类型：发明
国别省市：