用于可冷却的增材制造的结构的照射策略制造技术

说明一种用于提供用于构件(10)的基于粉末床的增材制造的制造指令的方法。该方法包括：针对要增材制造的层(n)提供第一照射矢量(V1)，所述第一照射矢量在通过能量束(5)、尤其激光或电子束的对应的照射的情况下，引起层的多孔的结构，以及针对跟随所述层(n)的要增材制造的层(n+1)提供第一照射矢量(V1)，使得所述层(n)的和所述跟随的层(n+1)的多孔的结构(12)的路径(11)至少部分地重叠，以便实现对所制造的构件沿着构造方向(Z)的穿流。还提出了对应的增材制造方法、对应制造的构件以及计算机程序或计算机程序产品。机程序或计算机程序产品。机程序或计算机程序产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可冷却的增材制造的结构的照射策略


[0001]本专利技术涉及一种用于提供制造指令、尤其用于增材制造中的选择性照射的指令的方法，以及一种对应的增材制造方法。用于提供制造指令的方法可以涉及计算机辅助制造方法(CAM：“Computer
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Aided
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Manufacturing”)。
[0002]此外，还说明一种增材制造或可增材制造的构件和一种计算机程序或计算机程序产品。

技术介绍

[0003]构件优选地设置用于使用在燃气轮机如固定式燃气轮机的热气路径中。特别优选的是，构件结构涉及燃烧室的部件或共振器构件，如亥姆霍兹共振器或其一部分。替选地，构件可以涉及另一种可冷却的或部分多孔的构件，例如应用于汽车或航空航天领域中的使用的构件。
[0004]优选的是，所述构件是要冷却的、例如可以经由流体冷却来冷却的部件。为此，所述构件优选地针对对应的冷却流体、例如冷却空气具有定制的穿透性或渗透率。
[0005]现代的燃气轮机是不断改进的主题，以便提高所述燃气轮机的效率。然而此外，这引起热气路径中的越来越高的温度。尤其在第一级中，用于转子叶片的金属材料持续地在所述金属材料在高温下的强度、蠕变负荷和热机械疲劳方面得到改进。
[0006]生成式或增材式生产由于其对工业的颠覆性的潜力对于上文中提及的涡轮部件的批量制造而言变得越来越令人感兴趣。
[0007]增材制造方法包括例如选择性激光熔化(SLM)或激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM)作为粉末床方法。其他增材方法例如是“直接能量沉积(Directed Energy Deposition(DED))”方法，尤其激光堆焊、电子束焊接或等离子体粉末焊接、线焊、金属粉末注射成型、所谓的“片状层压(sheet lamination)”方法、或热喷涂方法(VPS LPPS、GDCS)。
[0008]用于选择性激光熔化的方法例如从EP 2 601 006 B1已知。
[0009]此外，增材生产方法(英文：“additive manufacturing”)已被证实为对于复杂的或精细地设计的构件，例如迷宫形结构、冷却结构和/或轻量化结构是特别有利的。尤其是，增材生产由于工艺步骤链特别短而是有利的，因为构件的制造步骤或生产步骤可以大体上基于对应的CAD文件和对应的生产参数和/或照射参数的选择进行。
[0010]CAD文件或对应的计算机程序或计算机程序产品例如可以作为(易失性或非易失性)存储介质，例如存储卡、USB棒、CD
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ROM或DVD，或者也以可从服务器和/或在网络中下载的文件的形式提供或被包括。提供还可以例如在无线通信网络中通过传输带有计算机程序的对应的文件来进行。计算机程序(产品)通常可以包含程序代码、机器代码或数字控制指令、如G代码和/或其他可执行的程序指令。
[0011]借助于所描述的基于粉末床的方法(“LPBF”英文代表“Laser Powder Bed Fusion(激光粉末床融合)”)制造燃气轮机叶片能够有利地实现实施新的几何形状、概念、解决方案和/或设计，新的几何形状、概念、解决方案和/或设计可以降低制造成本或者构造和产出
时间，优化制造过程，并且例如改进部件的热机械设计或耐久性。
[0012]以传统方式例如铸造技术制造的叶片部件明显不如增材生产流程，例如在其设计自由度方面，以及关于所需的产出时间和与产出时间相关的高成本以及生产技术耗费。
[0013]尤其基于粉末床的方法如选择性激光熔化或电子束熔化，还提供通过参数设置或参数变化有针对性地制造多孔的结构的可行性。众所周知，在通过能量束如激光或电子束对粉末层进行区域性(选择性)照射或曝光的情况下，所谓的“扫描间距(英文：“hatching distance”)”尤其是对层或构件的所获得的结构或孔隙度有特别影响的重要的参数。
[0014]通过在材料中设定特定的孔隙度在技术上还会得出例如可以用于对所产生的结构或部件进行特别有效的冷却的可控的渗透率。冷却流体的穿透性、穿流性或渗透率还可以根据结构的构造方向和穿流方向而变化。渗透率尤其是强参数相关的。除了扫描间距以外，照射功率、扫描速度、射束焦点以及层厚都可能在某种情况下对所获得的结构或其孔隙度有影响。激光功率尤其与熔池深度、即表示最初液态然后凝固的结构在粉末固化期间向下扩展到粉末床中的量度强烈相关联。
[0015]扫描间距的变化对结构沿着其构造方向、通常垂直线(z方向)的穿流性或孔隙度有决定性影响。相反，如果能量输入例如减少，则形成平整的熔池，这导致相对大的横向孔隙度。
[0016]一种包括圆形照射路径的增材制造方法和对应的系统例如从EP 3 406 370 A1中已知。
[0017]一种用于制造三维物体的方法和具有专门定制的孔隙度的对应的构件例如从WO 2014/202352 A1中已知。
[0018]尤其在热气路径的导致强机械和热负荷的燃气轮机部件中，可以使用增材制造的多孔的结构，有针对性地用于构成有利的渗透率，从而可控的和明显更高效的冷却效果。

技术实现思路

[0019]因此，本专利技术的目的是将增材生产技术的使用领域扩展到所描述的构件上，或者使用增材技术的材料或制造特征有针对性地用于构件的结构优点和设计优化。借此，不仅可以有利地利用增材技术的传统上已知的优点。与本领域的常见看法相反，根据所述看法，增材实现的结构更弱，还不与传统制造的构件类似，目前甚至可以可重现地实现改进的结构。
[0020]所述目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
[0021]本专利技术的一个方面涉及一种用于提供用于构件的基于粉末床的增材制造的制造指令的方法。优选地，制造指令涉及实际的制造过程的工艺准备，尤其所谓的“计算机辅助制造(Computer
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Aided
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Manufacturing)”(CAM)的装置。
[0022]该方法包括针对要增材制造的层提供第一照射矢量，所述第一照射矢量在通过能量束、尤其激光或电子束的对应的照射的情况下，引起层的沿着对应的矢量或路径的(至少部分)多孔的结构。所提及的照射矢量优选地相同或相同类型地选择，并且能够形成第一照射模式。
[0023]优选的是，所提及的照射矢量是所谓的扫描矢量(Schraffurvektoren)。替选地，
所述照射矢量也可以涉及轮廓矢量。
[0024]所提及的要增材制造的层优选地涉及先前符合标准由粉末制备的原材料层，对所述原材料层的选择性照射导致构成构件横截面的一部分。
[0025]该方法还包括：针对在跟随该层的(下一)要增材制造的层提供所提及的或相同类型的第一照射矢量，使得该层的多孔的结构的路径和跟随的层的多孔的结构的路径在层平面中至少部分或略微重叠，以便实现对(完成)制造的构件沿着其构造方向或与其构造方向成角度的穿流。
[0026]所提及的跟随(首次提及的层)或下一层优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提供用于构件(10)的基于粉末床的增材制造的制造指令的方法，所述方法包括：
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针对要增材制造的层(n)提供第一照射矢量(V1)，所述第一照射矢量(V1)在通过能量束(5)、尤其激光或电子束的对应的照射的情况下，引起该层的多孔的结构，以及
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针对跟随该层(n)的要增材制造的层(n+1)提供所述第一照射矢量(V1)，使得该层(n)的多孔的结构(12)的路径(11)和所述跟随的层(n+1)的多孔的结构(12)的路径(11)至少部分地重叠，以便实现对所制造的构件(10)沿着所述构件(10)的构造方向(Z)的穿流，其中所述跟随的层(n+1)的第一照射矢量(V1)相对于该层(n)的第一照射矢量(V1)扭转2.根据权利要求1所述的方法，其中该层(n)的第一照射矢量(V1)和所述跟随的层(n+1)的第一照射矢量(V1)在层平面中重叠了小于所述路径(11)的横向延展的量度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述跟随的层(n+1)的第一照射矢量(V1)相对于该层(n)的第一照射矢量(V1)偏移(d)。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中相对于用于构成实心材料结构的标准参数，降低所述第一照射矢量(V1)的照射功率(P)和/或提高所述第一照射矢量(V1)的照射速度(v)。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中针对要增材制造的该层(n)和/或在要增材制造的所述跟随的层(n+1)中的照射提供第二照射矢量(V2)，所述第二照射矢量引起对应的层的稠密结构。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一照射矢量(V1)是针对所述构件(10)的每个层的多个平行的照射矢量。7.根据上述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰内斯，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限两合公司，
类型：发明
国别省市：