【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于处理至少部分地通过增材制造生产的金属组成部件(metalcomponent)的至少一部分的方法。本专利技术还涉及一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被配置为使计算机或处理器控制这种方法的步骤的执行。
技术介绍
1、通常称为3d打印的增材制造(additive manufacturing，亦简称为am)从计算机辅助设计(cad)模型或数字3d模型构造三维物体。该术语可以指在计算机控制下材料被沉积(deposited)、连结(joined)或固化以产生三维物体的各种过程。例如，粉末可以在增材制造期间熔合(fused)在一起，通常逐层地熔合在一起。
2、使用增材制造来生产宽范围的(/广泛的)(wide range)金属组成部件，诸如轴承和传动装置组成部件(transmission components)。然而，在通过am方法生产的金属组成部件中总是存在一定程度的孔隙率(/孔隙)(porosity)，如果不进行处理，则可能不利地影响金属组成部件的物理性质(诸如疲劳)。疲劳是由循环加载(cyclic loading)引起的材料的弱化，其导致渐进的局部化结构损坏以及裂纹增长(/生长)。一旦裂纹(crack)已经开始，裂纹便可以随着每个加载循环(loading cycle)而增长，并将继续增长，直到它达到临界尺寸，由此可能发生快速扩展(/传播/蔓延)(propagation)和组成部件的完全断裂(fracture)。
3、滚动轴承的疲劳失效(fatigue fail
4、热等静压(hot isostatic pressing，亦简称为hip)用于降低孔隙率和增大通过增材制造生产的金属组成部件的密度，从而改善金属组成部件的物理性质和可加工性(/可使用性)(workability)。hip工艺使组成部件在高压容纳容器(/高压遏制容器)(high-pressure containment vessel)中经受高温和等静压气体压力两者，通常使用惰性加压气体，诸如氩气。使用该方法可以将金属粉末变成(turned into)致密固体(/压实的固体)(compact solids)。
5、然而，hip工艺是耗时、复杂且昂贵的工艺，因为它需要施加高压(50mpa至300mpa)和高工艺均热温度(high process soak temperatures)(对于镍基超合金，高达1320℃)。还难以整合到制造过程的生产流程中。此外，hip对于处理大型金属组成部件(诸如以直径大于一米的轴承圈为例)是不可行的，因为高压容纳容器的尺寸限制了可以处理的组成部件的尺寸。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是提供一种改进的用于处理至少部分地通过增材制造生产的金属组成部件的至少一部分的方法。
2、这些目的中的至少一个通过包括技术方案1中所述的步骤的方法来实现。即，该方法包括以下步骤：加热金属组成部件的至少一部分，即，加热已经通过增材制造生产的金属组成部件的至少一部分，以形成至少一个软化区域(softened region)；以及向至少一个软化区域施加机械载荷，即，向刚被加热的相同区域施加机械载荷，以使至少一个软化区域中的金属塑性变形。在该方法期间，由此通过可控的加热装置暂时且局部地软化金属组成部件的至少一部分，然后立即向软化区域施加机械载荷。
3、热和机械载荷的施加通过塑性变形、蠕变和扩散结合的组合减少或消除通过增材制造生产的金属组成部件的至少一部分中的内部空隙(voids)、裂纹和孔隙率(/孔隙)(porosity)。经受该方法的金属晶粒(grains)被细化(refined)，并且在金属组成部件内产生高压缩应力，这产生改善的微结构(/微观结构)、较好的表面光洁度和改善的物理性质，诸如改善的耐疲劳性。根据本专利技术的方法不仅比hip工艺成本低且复杂度低，而且对于可以使用该方法处理的金属组成部件的尺寸没有限制。
4、应当注意，术语“至少部分地通过增材制造生产的金属组成部件的至少一部分(atleast one part)”旨在表示金属组成部件的100％已经通过增材制造生产，或者仅金属组成部件的一个或多个部分已经通过增材制造生产。此外，该表述不仅旨在包括通过增材制造来制造新的金属组成部件或新的金属组成部件部分(part)，而且还包括通过增材制造从金属组成部件或金属组成部件部分的一个或多个损坏或磨损区域移除和/或添加材料来重新制造金属组成部件或金属组成部件部分。
5、根据本专利技术的一个实施方式，加热金属组成部件的至少一部分的步骤使用激光器(/激光)(laser)(诸如聚焦激光束)或感应加热器进行。然而，可以使用任何合适的加热方式。
6、根据本专利技术的一个实施方式，金属组成部件的至少一部分是使用激光熔覆设备通过激光熔覆(laser cladding)生产的至少一部分，并且所述方法包括以下步骤：使用激光熔覆设备的激光器加热金属组成部件的至少一个激光熔覆部分。因此，使用相同的设备进行金属组成部件的至少一部分的生产和处理，这降低了生产和后期生产过程的成本和复杂性。激光熔覆是一种能够与基础材料基材(base material substrate)冶金结合的表面焊接(/熔接)(welding)方法。高能激光束产生强烈的热输入，然后金属或金属合金以低稀释度(degree of dilution)结合到基础材料基材的表面。例如，轴承圈可以包括锻造基础圈，其中激光熔覆滚道(raceways)结合到该锻造基础圈。激光熔覆也被称为“定向能量沉积(directed energy deposition)”和“激光金属沉积”。
7、根据本专利技术的一个实施方式，加热金属组成部件的至少一部分的步骤包括将金属组成部件的至少一部分至少加热到金属组成部件的至少一部分中的金属的锻造温度，或者加热到比金属组成部件的至少一部分中的金属的熔点低50℃至150℃的温度。锻造温度是金属变得明显(/实质上)(substantially)更加软的温度。使金属达到其锻造温度允许通过施加相对小的力来改变金属的形状，而不会产生裂纹。对于大多数金属，锻造温度大约为金属熔化温度的70％。
8、根据本专利技术的一个实施方式，机械载荷的大小(magnitude)大于金属在至少一个软化区域中的屈服强度。可以用任何合适的机械载荷施加装置(诸如通过滚动球、辊(roller)或锤)施加机械载荷。
9、根据本专利技术的一个实施方式，所述方法包括以下步骤：停止加热步骤，并且在停止加热步骤之后的0.10秒内，将机械载荷施加到金属组成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于处理至少部分地通过增材制造生产的金属组成部件(10、12、14、16)的至少一部分的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分，以形成至少一个软化区域(18)；以及，向所述至少一个软化区域(18)施加机械载荷(22)，以使所述至少一个软化区域(18)中的金属塑性变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤使用激光器(20)或感应加热器进行，所述激光器为诸如聚焦激光束(20)，或者作为另一种选择，所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分是使用激光熔覆设备通过激光熔覆生产的至少一部分，并且所述方法包括以下步骤：使用所述激光熔覆设备的激光器(20)加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤包括将所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：停止所述加热步骤，并且在停止所述加热步骤之后的0.10秒内，将所述机械载荷(22)施加到所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一个软化区域(18)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤包括加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分，使得所述软化区域(18)从所述金属组成部件(10、12、14、16)的表面延伸至4mm的最大深度。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：使所述金属组成部件(10、12、14、16)运动，以使所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分经受所述方法，诸如通过旋转所述金属组成部件(10、12、14、16)来使所述金属组成部件(10、12、14、16)运动，以使所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分经受所述方法。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法使用能够独立运动的加热装置(20)和机械载荷施加装置(22)来进行，或者所述方法使用包括加热装置(20)和机械载荷施加装置(22)两者的单个工具(24)来进行，由此所述加热装置(20)和所述机械载荷施加装置(22)被配置为在所述方法期间一起运动并且保持相同的相对位置，或者作为另一种选择，所述方法包括以下步骤：使所述加热装置(20)和所述机械载荷施加装置(22)运动或使所述单个工具(24)运动，以使所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分经受所述方法。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述加热装置(20)和/或所述机械载荷施加装置(22)、或所述单个工具(24)安装在机器人或计算机数控(CNC)机床上。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法在增材制造工艺期间进行，以处理已经通过所述增材制造工艺生产的金属组成部件(10、12、14、16)的至少一部分，并且在通过所述增材制造工艺生产所述金属组成部件(10、12、14、16)的至少另一部分之前进行。
10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序包含存储在计算机可读介质或载波上的计算机程序代码手段，所述计算机程序代码手段被配置为使计算机或处理器控制根据前述权利要求中的任一项所述的方法的步骤的执行。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于处理至少部分地通过增材制造生产的金属组成部件(10、12、14、16)的至少一部分的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分，以形成至少一个软化区域(18)；以及，向所述至少一个软化区域(18)施加机械载荷(22)，以使所述至少一个软化区域(18)中的金属塑性变形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤使用激光器(20)或感应加热器进行，所述激光器为诸如聚焦激光束(20)，或者作为另一种选择，所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分是使用激光熔覆设备通过激光熔覆生产的至少一部分，并且所述方法包括以下步骤：使用所述激光熔覆设备的激光器(20)加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤包括将所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分至少加热到所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分中的金属的锻造温度，或者加热到比所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分中的金属的熔点低50℃至150℃的温度。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：停止所述加热步骤，并且在停止所述加热步骤之后的0.10秒内，将所述机械载荷(22)施加到所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一个软化区域(18)。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分的所述步骤包括加热所述金属组成部件(10、12、14、16)的所述至少一部分，使得所述软化区域(18)从所述金属组成部件(10、12、14、1...
【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·C·安德森，马塞尔·埃斯库塞尔，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：
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