提供了用于基于直接能量沉积(DED)来增材制造具有降低的表面粗糙度的部件的多个方面。一种用于增材制造部件的DED装置包括：材料供应器；一个或多个沉积头，其耦合到材料供应器以沉积来自材料供应器的原料；以及能量源，其被配置为在原料由一个或多个沉积头沉积时加热原料。能量源被配置为在增材制造所述部件时再加热部件的表面的一个或多个部分以降低表面粗糙度。一个或多个沉积头还可以包括多个沉积头，多个沉积头的大小为以不同的分辨率沉积来自材料供应器的原料，以在增材制造部件时形成具有降低的表面粗糙度的部件的表面。因此，可以提高结构的完整性。可以提高结构的完整性。可以提高结构的完整性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有整体非研磨降低波纹度的多尺度定向能量沉积的装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年2月8日提交的题为“APPARATUS FOR MULTI
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SCALE DIRECTED ENERGY DEPOSITION WITH INTEGRAL NON
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ABRASIVE REDUCTION OF WAVINESS”的美国临时申请序列号63/146,986的权益，其公开内容通过引用全部明确并入本文。
[0003]本公开总体上涉及定向能量沉积(directed energy deposition，DED)系统，并且更具体地，涉及使用DED系统制造的部件中表面粗糙度的原位降低。
技术介绍
[0004]增材制造(Additive manufacturing，AM)为车辆和其他运输结构的开发和制造提供了重要的发展步骤。在AM引入之前的近一个世纪里，制造商已经被降级为使用传统的机械加工来构造和组装车辆零件的车辆生产的装配线技术。因为机械加工的零件通常特定于车辆模型设计，并且由于获得新的工具来构造修改后的零件可能成本高昂，因此制造商对既定车辆设计实施修改的灵活性有限。因此，制造厂经常使用仅限于生产单个车辆模型的装配线。
[0005]AM系统的一个示例是DED。DED系统可以生产具有几何复杂形状的结构，被称为构建件，包括用传统制造工艺难以或不可能创造的一些形状。DED系统逐层创建构建件。每一层都是通过沉积一层材料(诸如线材或粉末)，并在沉积时用能量束、激光束或等离子弧等热源熔化材料而形成的。熔化的线材或粉体冷却并熔合，以形成一层构建件。每一层被沉积在前一层的顶部。由此产生的结构是从头开始逐层制造的构建件。
[0006]然而，粗糙的表面或“波纹度”可能是由使用DED系统组装构建件产生。例如，当沉积的材料被熔化和逐层添加时，可以在每层的外表面和内表面上形成凹槽。这种凹槽可以作为构建件的应力集中，可能随着时间的推移导致构建件的疲劳裂纹和失效。
技术实现思路
[0007]下文将更全面地描述用于降低增材制造的部件或结构的表面粗糙度的装置和方法的几个方面。
[0008]在各个方面，一种用于增材制造部件的DED装置可以包括：材料供应器；一个或多个沉积头，其耦合到材料供应器以沉积来自材料供应器的原料；以及能量源，其被配置为在原料由一个或多个沉积头沉积时加热原料。能量源被配置为在部件被增材制造时再加热部件的表面的一个或多个部分以降低表面粗糙度。
[0009]在各个方面，一种用于增材制造部件的DED装置可以包括：材料供应器；多个沉积头，其耦合到材料供应器以沉积来自材料供应器的原料；以及能量源，其被配置为在原料由多个沉积头中的至少一个沉积时加热原料。多个沉积头的大小为以不同的分辨率沉积来自材料供应器的原料，以在部件被增材制造时形成具有降低的表面粗糙度的部件表面。
[0010]在各个方面，一种基于DED增材制造具有降低的表面粗糙度的部件的方法，包括：使用多个沉积头沉积来自材料供应器的原料；在沉积原料以形成部件时使用能量源加热原料；以及再加热部件表面的一个或多个部分。多个沉积头的大小为以不同的分辨率沉积来自材料供应器的原料。
[0011]根据以下详细描述，其他方面对本领域技术人员来说将变得显而易见，其中仅通过图示的方式示出和描述了几个实施例。如本领域技术人员将意识到的，本文的概念能够实现其他实施例和不同的实施例，并且若干细节能够在各种其他方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和详细描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
[0012]现在将在附图中以示例而非限制的方式在详细描述中呈现的各个方面，其中：
[0013]图1是示出了示例线材DED系统的概念图。
[0014]图2是示出了示例粉末DED系统的概念图。
[0015]图3A和图3B是分别示出由使用粉末和线材DED系统组装部件产生的表面粗糙度的示例的概念图。
[0016]图4是示出用于降低增材制造的部件的表面粗糙度的示例DED系统的概念图。
[0017]图5是示出在DED中使用粗粉末和细粉末的组合进行表面平滑的示例的概念图。
[0018]图6示出了一种基于DED增材制造具有降低的表面粗糙度的部件的方法。
具体实施方式
[0019]下面结合附图阐述的详细描述旨在提供对本文公开的概念的各种示例性实施例的描述，而不旨在仅代表可以实践本公开的实施例。本公开中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不一定应被解释为比本公开中给出的其他实施例更优选或有利。详细描述包括具体细节，目的是提供向本领域技术人员充分传达概念范围的彻底和完整的公开。然而，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些情况下，公知的结构和部件可以以框图的形式示出，或者完全省略，以避免模糊整个本公开中给出的各种概念。
[0020]AM是非特定设计的，其能够建造几乎无限多种具有不同几何形状和材料特性的结构。不同的AM打印机(例如，使用DED)可以使用各种材料(包括金属、合金和热塑性塑料)提供这些结构。在申请人之前提出的新基础设施中，AM成为开发定制零件的主要手段。经由传统的机械加工和铸造制造的零件，以及广泛可用的商用现货(COTS)零件，可以经由这些定制的AM结构以模块化的形式连接在一起，以形成车辆的底盘、飞机的机身、海船的主体等。AM模块化零件也可以被打印，其形成运输结构的内部。设计修改很简单，并且可以通过打印修改后的AM结构来实现，这避免了获取新工具的费用。
[0021]在DED系统中，可以通过在沉积材料层时使用能量源提供热量来增材制造构建件。使沉积的材料冷却，并逐层重复该过程，直到构建件完全制造完成。然而，这种增材制造可能导致在构建件上形成粗糙表面，从而导致应力集中和低抗疲劳性。虽然这些应力集中可以通过研磨或切割表面以去除粗糙度来解决，但这种方法可能会导致材料浪费和部件组装时间延长。例如，在执行研磨操作和丢弃切割材料之前，可能需要对构建件进行冷却，从而
低效地增加了整体处理时间。这种研磨操作也可以影响构建件的美观性。
[0022]本公开的各方面通过用增材制造工艺原位非研磨去除波纹度或表面粗糙度，提高了此类构建件或部件的美观性和动态性能(或抗疲劳性)。例如，能量源可以选择性地重新熔化构建件表面的小部分，以允许表面张力降低增材制造的部件的波纹度和主要表面粗糙度。此外，多尺度DED装置可以结合多种尺寸的沉积头和原料类型(例如，粉末和线材)，以减轻增材制造的部件的关键区域中的波纹度。例如，如果外表面粗糙度被认为比内表面粗糙度更重要，则可以使用具有更精细分辨率的较小沉积头来重新熔化外表面，而可以使用具有更粗糙分辨率的较大沉积头来重新熔化内表面。因此，可以在关键区域中以更精细的分辨率沉积材料或特征，以使用额外的处理时间来生产光滑的高等级材料，而可以使用用于大块材料生长的高速率工艺(例如，使用更大的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于增材制造部件的定向能量沉积(DED)装置，所述装置包括：材料供应器；一个或多个沉积头，其耦合到所述材料供应器以沉积来自所述材料供应器的原料；以及能量源，其加热由所述一个或多个沉积头沉积的原料，并且在所述增材制造期间再加热所述部件的表面的一部分。2.根据权利要求1所述的DED装置，其中，所述原料至少包括粉末或线材。3.根据权利要求1所述的DED装置，其中，所述一个或多个沉积头包括多个沉积头，其大小为以不同的分辨率沉积来自所述材料供应器的原料。4.根据权利要求3所述的DED装置，其中，所述多个沉积头中的第一沉积头的大小为与所述多个沉积头中的第二沉积头相比以更精细的分辨率沉积所述原料；其中，所述第一沉积头被配置为将所述原料沉积在所述部件的第一区域中；以及其中，所述第二沉积头被配置为将所述原料沉积在所述部件的第二区域中。5.根据权利要求4所述的DED装置，其中，所述第一区域包括所述部件的关键区域，并且其中，所述第二区域包括所述部件的非关键区域。6.根据权利要求3所述的DED装置，其中，所述原料包括细粉末，以及其中，所述多个沉积头中的至少一个沉积头被配置为分散所述细粉末以填充所述部件的后续层之间的表面的一个或多个区域。7.根据权利要求1所述的DED装置，其中，所述能量源进一步对所述部件的表面进行激光冲击喷丸。8.根据权利要求1所述的DED装置，还包括：电解槽，在增材制造所述部件之后在所述电解槽中电铸所述部件的表面。9.根据权利要求1所述的DED装置，其中，所述原料包括粉末，所述一个或多个沉积头将粘合剂施加到所述部件的表面上的粉末，并且所述能量源烧结所粘合的粉末。10.根据权利要求1所述的DED装置，其中，所述原料包括线材，所述一个或多个沉积头将所述线材沉积在所述表面的一个或多个区域上，并且所述能量源将超声波能量施加到所沉积的线材。11.一种用于增材制造部件的定...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔，
申请(专利权)人：戴弗根特技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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