通过增材制造来制造部件的改进方法技术

本发明专利技术涉及一种通过增材制造来制造航空部件的方法，待制造的部件绕中心轴线(X)延伸，并且包括至少两个壁(20、42)，所述至少两个壁彼此成角度，并且通过至少一个连接区段(S)彼此连接，所述连接区段(S)包括在垂直于中心轴线(X)的连接平面(R)中，所述方法包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过增材制造来制造部件的改进方法


[0001]本专利技术涉及一种通过增材制造来制造部件的方法，特别地可以改进所获得部件的表面状况。此类增材制造方法特别地适用于制造特别地旨在用于航空领域的复杂部件。

技术介绍

[0002]现在特别地在航空领域中，已知使用增材制造方法用于生产几何形状精细或复杂的某些部件。
[0003]增材制造的常规示例是通过使用高能束，熔化或烧结粉末颗粒来制造。在这些高能束中，可以特别地提及激光束和电子束。
[0004]也称为“激光束熔化”(LBM)方法的“选择性激光熔化”(SLM)是指一种主要特征如下所述的方法，参考图9，所述图9图示了一种通过激光束，通过选择性熔化或选择性烧结粉末床来制造部件的常规装置。
[0005]例如使用摊铺工具120(例如辊或刮板)将材料粉末的第一层110a沉积在构造板121上(其可以是单独的板，或者在固体支撑件、另一部件的一部分或用于促进某些部件的构造的支撑格栅之上)。
[0006]该粉末在辊120的前进运动过程中从供给托盘122倾注，然后在辊120的一次(或多次)返回运动过程中被刮擦并且可能被轻微地压实。该粉末由颗粒111组成。在与构造仓124相邻的回收仓123中收集多余的粉末，构造板121在所述构造仓中垂直地移动。
[0007]还使用激光束131的发生器130，以及转向系统132，所述转向系统132能够将该激光束131引导到构造板121的任何区域上，以便扫描先前沉积的粉末层的任何区域。激光束131的成形及其直径在焦平面上的变化分别通过扩束器或聚焦系统133以及“扩束器”134完成，整体构成光学系统。
[0008]随后，通过用激光束131扫描，使该第一粉末层110a的区域达到该粉末熔点以上的温度。
[0009]此类增材制造方法可使用任何高能束代替激光束131，特别地电子束，只要该束的能量足以熔化粉末颗粒以及其上停靠有颗粒的材料的一部分。
[0010]例如通过属于控制系统132的电流计头执行光束的该扫描。例如，该控制系统包括至少一个可定向反射镜135，激光束131在到达粉末层之前在所述可定向反射镜上被反射，所述可定向反射镜135表面的每个点相对于包含在聚焦系统134中的聚焦透镜总是位于相同的高度，该反射镜的角位置由电流计头控制，使得激光束在第一粉末层的至少一个区域处扫描，并因此遵循预先建立的部件的轮廓。为此，根据用于待制造的部件的计算机辅助设计和制造的计算机工具的数据库中所包含的信息来控制电流计头。
[0011]因此，第一层100a的该区域的粉末颗粒111被熔化并形成第一一体元件112a，所述第一一体元件被固定到构造板121。在该阶段，还可能用激光束扫描该第一层的几个独立区域，以在材料的熔化和固化之后形成彼此分开的几个第一元件120a。
[0012]构造板121降低了与第一粉末层110a的厚度对应的高度(20μm至100μm，并且通常
为30μm至50μm)。
[0013]然后，在第一层110a上以及在该第一一体或固结元件112a上沉积第二粉末层110b，然后在图9所示的情况下，通过暴露于激光束131，加热部分或完全地位于该第一一体或固结元件112a以上的第二层110b的区域，使得第二层110b的该区域的粉末颗粒与元件112a的至少一部分一起熔化，并形成第二一体或固结元件112b，在图9所示的情况下，这两个元件112a和112b的组件形成一体块。
[0014]因此，此类增材制造技术确保了对待制造的部件的几何形状的良好控制，并可以生产极其复杂的部件。
[0015]然而，在生产具有复杂几何形状的部件过程中，特别地诸如轴承支撑的圆柱形部件，部件的某些壁彼此成角度，并在例如弯曲成圆弧的连接区域处彼此连接。尽管这些壁之间的连接区段沿径向方向很薄，但是由该区段占据的表面可以很大，只要它可以在部件的全部圆周上延伸。然而，当将允许这些壁连接在一起的层熔化时，连接区段在“层下(downskin)”结构处结束，也就是说，暂时处于严重的悬臂状态，或者除了位于下方的大量未固化粉末之外甚至没有任何支撑，并且因此具有沉降或坍塌的风险。该“层下”结构还涉及与用于称为标准核心层的前几层的参数不同的参数。
[0016]因此，在分层时，在刮板(或辊)通过的过程中，涉及不规则性并在整个连接区段上延伸的这种沉降的存在产生了导致刮板轻微振动的“壁”效应。该振动会在部件的相邻表面上，特别地在外层上引起跳跃，因此导致表面缺陷。在40μm的层厚度的情况下，可通过三维光学显微镜方法表征的该缺陷可以导致跳跃，其可达到约250μm的高度。
[0017]这些缺陷可能有问题，因为它们很难移除，特别地在如上所述部件的复杂表面上。此外，它们可能是局部应力集中的来源，从确定部件尺寸的角度来看，这可能是有害的。
[0018]因此，真正需要一种通过增材制造来制造部件的方法，其可以克服至少一些上述缺点，并且因此改进所获得部件的表面状况。

技术实现思路

[0019]本专利技术涉及一种通过增材制造来制造航空部件的方法，所述待制造的部件绕中心轴线延伸并且包括至少两个壁，所述至少两个壁彼此成角度并且通过至少一个连接区段彼此连接，所述连接区段包括在垂直于所述中心轴的连接平面中，所述方法包括：
[0020]‑
提供待制造的部件的数字模型，
[0021]‑
相对于部件的垂直构造方向定向数字模型，使得部件的中心轴线相对于构造方向具有在0.1
°
和1
°
之间，优选地在0.3
°
和0.8
°
之间的角度β，
[0022]‑
基于在定向步骤获得的数字模型，通过增材制造来制造所述部件。
[0023]在本专利技术中，构造方向是指建造该部件的方向，也就是说，其中粉末层或制造层堆叠在彼此之上的方向。例如，当在构造板上制造部件时，构造方向对应于与所述构造板正交的方向，并且因此垂直。
[0024]此外，在本说明书中，关于部件的中心轴线限定了术语“轴向”、“径向”、“内侧”、“外侧”、“周向”及其衍生词。根据构造方向理解术语“以上”和“以下”。
[0025]构成部件的所有元件，特别地彼此成角度的两个壁，整体制造并且由相同材料通过增材制造制成。相对于彼此成角度的两个壁之间的“连接区段”应该理解为，在增材制造
过程中，可以在这两个壁之间进行连接的第一材料层。
[0026]换句话说，在增材制造的层n处，这两个壁由一薄间隙间隔开。下一层n+1可以沉积和合并材料，所述材料可以填充该间隙并且因此将两个壁连接在一起。因此，连接区段是可以填充存在于层n处的该间隙的该层n+1的部分。当连接区段弯曲时，该连接区段因此沿与间隙的宽度对应的尺寸径向地延伸，并且绕中心轴线周向地延伸。
[0027]一旦在层n+1处形成该连接区段，就整体地形成特别地支承在该连接区段上的连续层，以形成在两个壁之间的连接区。然而，除了位于以下的未固化粉末的体积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过增材制造来制造航空部件的方法，待制造的部件绕中心轴线(X)延伸，并且包括至少两个壁(20、42)，所述至少两个壁彼此成角度，并且通过至少一个连接区段(S)彼此连接，所述连接区段(S)包括在垂直于中心轴线(X)的连接平面(R)中，所述方法包括：
‑
提供待制造的部件的数字模型(1)，
‑
相对于部件的垂直构造方向(Z)定向数字模型(1)，使得部件的中心轴线(X)相对于构造方向(Z)具有在0.1
°
和1
°
之间，优选地在0.3
°
和0.8
°
之间的角度β，
‑
基于在定向步骤所获得的数字模型(1)，通过增材制造来制造部件。2.根据权利要求1所述的方法，其中，待制造的部件绕中心轴线(X)轴对称，并且连接区段(S)沿以中心轴线(X)为中心的圆弧延伸。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，定向数字模型(1)的步骤包括在水平构造平面(P)和包括待制造的部件的下端(12)的平面(B)之间添加倾斜楔(80)到数字模型，以使中心轴线(X...

【专利技术属性】
技术研发人员：米克尔，
申请(专利权)人：赛峰集团，
类型：发明
国别省市：