用于添加制造构件的方法及由此制作的构件

摘要

一种方法，其包括利用添加制造(AM)系统来添加制造具有定位器元件的子构件。使用AM系统的控制系统来用于定位定位器元件的第一位置。基于定位，将另一个子构件的一部分有选择地放置在定位器元件附近。然后在一个区域将第二子构件附接至第一子构件，其中该区域基于从控制系统知晓的定位，以便制作出构件。一种构件，其包括具有AM定位器元件的第一子构件；以及附接至第一子构件的第二子构件，其中定位器元件在与第一子构件相同的添加制造构建室内附接至第二子构件。

权利要求

1.一种用于添加制造构件的方法，包括：

利用添加制造系统来添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件，由此使用所述添加制造系统的控制系统来用于定位所述至少一个定位器元件的第一位置；

利用添加制造系统来添加制造第二子构件，所述第一子构件和所述第二子构件是在共同的构建室中在共用的构建板上添加制造的，并且所述第一子构件和所述第二子构件添加制造为整体工件；

基于所述定位，将第二子构件的一部分有选择地放置于所述第一子构件的所述至少一个定位器元件附近；以及在一个区域中将所述第二子构件附接至所述第一子构件，其中所述区域基于来自所述添加制造系统的所述控制系统的所述定位，由此限定构件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述附接包括利用焊接源来焊接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊接源包括激光器。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊接包括以下中的一者：气体焊接、电子束焊接、摩擦搅拌焊接和超声波焊接。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述焊接包括热焊接。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有选择地放置还包括使所述第二子构件从所述整体工件朝所述第一子构件旋转。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述旋转期间，所述第二子构件保持附接至所述第一子构件。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加制造、有选择地放置和附接在共同的构建室中完成。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加制造包括直接金属激光熔化(DMLM)。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少一个定位器元件还包括至少一个支承元件。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第二子构件的一部分包括构造成至少部分地承载在所述至少一个支承元件上的承载表面。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有选择地放置包括将所述第二子构件人工地或自动地放置在所述第一子构件上。

13.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述热焊接包括以脉冲模式激光焊接。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限定的构件的一部分包括基本水平的表面。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基本水平的表面包括基本面向下的表面。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限定的构件包括以下中的一者：管、拱形和悬垂物。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限定的构件包括以下中的一者：开启的室和封闭的室。

18.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在附接之后还包括将第三子构件附接至限定的构件。

说明书

用于添加制造构件的方法及由此制作的构件

技术领域

[0001] 本发明大体上涉及添加制造技术，并且更具体地涉及用于添加制造构件的方法和由此方法制作的构件。

背景技术

[0002] 利用常规添加制造方法产生的构件和产品已知具有特别在任何面向下的表面上的较差表面精整和过大的粗糙度。这些缺陷影响产生某些结构的能力，例如包括水平管、拱形、室(闭合或以其它)，等。面向下的表面中的这些瑕疵导致缩短的零件疲劳寿命、材料相对于粗糙表面的累积、循环流体的流动和湍流问题，以及从孔隙的流体泄漏。结果，常规添加方法通常在产品设计中避免，其中可能需要诸如较大未支承的悬垂部分和其它面向下的表面的性质。

[0003] 就精密构件制造而言，特别是在涉及多个子构件时，耗时且一体的步骤为子构件的紧固、定位和/或再紧固。在子构件与底座工件和/或其它(多个)子构件的任何最终附接(多个)步骤之前，通常需要该(多个)步骤来将子构件置于精确的位置。

[0004] 因此，不断需要改善制造技术。

发明内容

[0005] 本发明通过提供添加制造构件的方法和由导致构件改善的这些相同方法制成的构件来克服上述缺陷中的至少一些。更具体而言，本发明针对一种改善的方法，其允许构件在构件的某些(多个)表面上具有改善的精整，且/或利用更简化的制造步骤构成，而没有伴随的质量降低。

[0006] 因此，按照本发明的一个方面，一种方法包括：利用添加制造系统来添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件，由此使用添加制造系统的控制系统来定位至少一个定位器元件的第一位置；基于定位，将第二子构件的一部分有选择地置于第一子构件的至少一个定位器元件附近；以及在一个区域中将第二子构件附接到第一子构件上，其中该区域基于从所述添加制造系统的控制系统的定位，由此限定构件。

[0007] 因此，按照本发明的另一方面，一种构件包括：第一子构件，其中第一子构件具有添加制造的定位器元件；以及附接到第一子构件上的第二子构件，其中定位器元件在与第一子构件相同的添加制造构建室内附接至第二子构件。

[0008] 本发明的第一技术方案提供了一种方法，包括：利用添加制造系统来添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件，由此使用所述添加制造系统的控制系统来用于定位所述至少一个定位器元件的第一位置；基于所述定位，将第二子构件的一部分有选择地放置于所述第一子构件的所述至少一个定位器元件附近；以及在一个区域中将所述第二子构件附接至所述第一子构件，其中所述区域基于来自所述添加制造系统的所述控制系统的所述定位，由此限定构件。

[0009] 本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述附接包括利用焊接源来焊接。

[0010] 本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述焊接源包括激光器。

[0011] 本发明的第四技术方案是在第二技术方案中，所述焊接包括以下中的一者：气体焊接、电子束焊接、摩擦搅拌焊接、超声波焊接和热焊接。

[0012] 本发明的第五技术方案是在第一技术方案中，所述第二子构件是添加制造的。

[0013] 本发明的第六技术方案是在第三技术方案中，所述添加制造还包括将所述第一子构件和所述第二子构件添加制造为整体工件。

[0014] 本发明的第七技术方案是在第六技术方案中，所述有选择地放置还包括使所述第二子构件从所述整体工件朝所述第一子构件旋转。

[0015] 本发明的第八技术方案是在第七技术方案中，在所述旋转期间，所述第二子构件保持附接至所述第一子构件。

[0016] 本发明的第九技术方案是在第一技术方案中，所述第二子构件经由以下中的至少一者来制造：铸造、挤制、轧制、锻造和机加工。

[0017] 本发明的第十技术方案是在第一技术方案中，所述添加制造、有选择地放置和附接在共同的构建室中完成。

[0018] 本发明的第十一技术方案是在第一技术方案中，所述添加制造包括直接金属激光熔化(DMLM)。

[0019] 本发明的第十二技术方案是在第五技术方案中，所述第一子构件和所述第二子构件在共同的构建室中的共用的构建板上添加制造。

[0020] 本发明的第十三技术方案是在第一技术方案中，至少一个定位器元件还包括至少一个支承元件。

[0021] 本发明的第十四技术方案是在第十三技术方案中，所述第二子构件的一部分包括构造成至少部分地承载在所述至少一个支承元件上的承载表面。

[0022] 本发明的第十五技术方案是在第一技术方案中，所述有选择地放置包括将所述第二子构件人工地或自动地放置在所述第一子构件上。

[0023] 本发明的第十六技术方案是在第四技术方案中，所述热焊接包括以脉冲模式激光焊接。

[0024] 本发明的第十七技术方案是在第一技术方案中，所述构件的一部分包括基本水平的表面。

[0025] 本发明的第十八技术方案是在第十七技术方案中，所述基本水平的表面包括基本面向下的表面。

[0026] 本发明的第十九技术方案是在第一技术方案中，所述构件的一部分包括以下中的一者：管、拱形和悬垂物。

[0027] 本发明的第二十技术方案是在第一技术方案中，所述构件包括以下中的一者：开启的室和封闭的室。

[0028] 本发明的第二十一技术方案是在第一技术方案中，在附接之后还包括以下中的一者：添加制造所述构件；将第三子构件附接至所述构件；以及将所述构件附接至第二构件。

[0029] 本发明的第二十二技术方案提供了一种通过第一技术方案的方法制造的构件。

[0030] 本发明的第二十三技术方案提供了一种构件，包括：第一子构件，其中所述第一子构件具有添加制造的定位器元件；以及附接至所述第一子构件的第二子构件，其中所述添加制造的定位器元件在与所述第一子构件相同的添加制造构建室内附接至所述第二子构件。

[0031] 本发明的第二十四技术方案是在第二十三技术方案中，第一和第二子构件中的至少一者具有至少一个基本面向下的表面。

[0032] 本发明的第二十五技术方案是在第二十四技术方案中，所述至少一个基本面向下的表面包括以下中的一者的一部分：管、拱形、造型的表面和悬垂物。

[0033] 本发明的第二十六技术方案是在第二十三技术方案中，所述第一子构件包括支承元件，以及所述第二子构件包括构造成承载在所述支承元件上的承载表面。

[0034] 本发明的第二十七技术方案是在第二十六技术方案中，所述支承元件和所述承载表面限定连接区域，其中所述连接区域是热焊接的。

[0035] 本发明的第二十八技术方案是在第二十七技术方案中，所述连接区域是利用以脉冲模式操作的激光器来热焊接的。

[0036] 本发明的第二十九技术方案是在第二十七技术方案中，还包括所述连接区域下方的空间。

[0037] 本发明的第三十技术方案是在第二十七技术方案中，所述连接区域的一部分为凹入的。

[0038] 本发明的各种其它特征和优点将从以下详细描述和附图中变得清楚。

附图说明

[0039] 附图示出了当前构想成用于执行本发明的一个实施例。

[0040] 图1A-1E为结合本发明的方面的连续地构建的构件的截面立面视图。

[0041] 图2为根据本发明的实施例构成的构件的部分的截面示意图。

[0042] 图3为根据本发明的另一个实施例的子构件的截面立面视图。

[0043] 图4为根据本发明的另一个实施例的子构件的截面立面视图。

[0044] 图5A-5C为结合本发明的方面的连续地构建的构件的截面立面视图。

[0045] 图6为绘出根据本发明的方面的方法的流程图。

[0046] 零件列表

[0047] 10 第一子构件

[0048] 12 定位器元件

[0049] 14 子构件

[0050] 16 变窄的区域

[0051] 18 第一位置

[0052] 20 第二子构件

[0053] 22 第二子构件的位置

[0054] 24 第二表面

[0055] 30 区域

[0056] 40 附加(例如，第三)子构件

[0057] 100 构件

[0058] 200 构建板

[0059] 210 热焊接

[0060] 220 激光器

[0061] 230 控制系统

[0062] 240 构建室

[0063] 300 方法

[0064] 310 添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件

[0065] 320 定位对添加制造系统的控制系统已知的至少一个定位器元件的第一位置[0066] 330 将第二子构件的一部分有选择地放置在第一子构件的至少一个定位器元件附近

[0067] 340 相对于基于控制系统已知的定位(例如，第一位置)的位置，第二子构件在一个区域中附接到第一子构件上。

具体实施方式

[0068] 除非另外限定，否则本文中使用的技术和科学用语具有与本领域的技术人员参照当前公开的主题一般理解到的相同的意义。如本文中所使用的，用语"第一"、"第二"等不表示任何顺序、质量或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开。用语"一个"、"一种"和"该"不表示数量限制，而是表示提到的项目中的至少一个的存在，且用语"前"、"后"、"底部"和/或"顶部"除非另外指出，否则仅用于方便描述，且不限于任何一个位置或空间定向。

[0069] 如果公开范围，则针对相同构件或性质的所有范围的端点是包括性的，且可独立组合(例如，"达到大约25wt%"的范围包括"大约5wt%到大约25wt%"的范围的端点和所有中间值，等)。结合数量使用的修饰的"大约"包括指定值，且具有由上下文指出的意义(例如，包括与特定数量的测量相关联的误差程度)。因此，由用语"大约"修饰的值不必仅限于指定的精确值。

[0070] 本发明的方面示为例如通过允许提高的设计自由度(例如，产生大悬垂结构的能力)、改善制造效率(例如，较少步骤)和进行功能改善而示为提供优于之前的添加制造方法的优点。最后，使得改善的构件制造的机会可用。

[0071] 参看图1A至1E，以时间顺序示出了经由示例性方法制造的示例性构件的截面立面视图。如图1A中所示，第一子构件10利用激光系统(例如，见图2)的激光来添加制造在构建板200上。第一子构件10可包括至少第一表面。

[0072] 参看图1B，一个或更多个定位器元件12设在第一子构件10上。如图所示，(多个)定位器元件12可完全包绕第一子构件10的外周。作为备选，(多个)定位器元件12可间断地放置。在实施例中，(多个)定位器元件12也可包括至少一个支承元件。例如，如图1B中所示，定位元件12还用作用于第二子构件20(见图1C)的结构支承元件。通过在制作第一子构件10中使用添加制造技术，且通过将随后的过程或子构件应用于相同的构建环境(例如，构建室)内，且包括至少一个定位器元件12，经由添加制造精确定位在第一子构件10的一个或更多个位置18(图2)允许了随后的过程或子构件20,40(例如，见图1E)精确地应用于第一子构件10。即，激光/添加制造系统的控制系统230(图2)具有关于第一位置18的所需的位置数据。
如本文所述，由控制系统230知晓该第一位置18将允许制造技术的改善。

[0073] 参看图1C，基于由控制系统230(图2)已知的定位器元件12的第一位置的定位，第二子构件20的一部分有选择地置于第一子构件10的至少一个定位器元件12附近。如图所示，第二子构件20包括至少一个第二表面24。在所示实施例中，第二子构件20放置成使得第二表面24关于构件100基本面向下。第二子构件20可人工地、自动地或组合地置于第一子构件10上或附近。

[0074] 第二子构件20可经由以下技术中的一个或更多个来制作或处理：添加制造、铸造、锻造、机加工、轧制、挤制和其它材料处理方法。

[0075] 参看图1D，第一子构件10和第二子构件20两者的区域30附接(例如，利用激光器220(图2)来热焊接210)在如由定位器元件12证实的由控制系统230(图2)之前已知的位置
30处。利用附接到第一子构件10上的第二子构件20，限定了构件100。如图所示，区域30可为接头或接缝区域。区域30可由以脉冲模式或连续模式操作的激光器220(图2)热焊接。作为备选，电子束可用于热焊接。

[0076] 如图1D中所示，热焊接210可发生在区域30，其中区域30在空区域或空间区域上方。区域30可为凹入的。以此方式，具有内部区域和/或面向下的表面的构件可更容易制造。此外，用于热焊接210的热源可构建在添加构建室(例如，见图2)中。

[0077] 各种方法可用于将第二子构件20附接到第一子构件10上。附接可由焊接完成。可使用各种焊接方法，包括但不限于，气体焊接、电子束焊接、摩擦搅拌焊接、超声波焊接和热焊接。焊接源可包括任何适合的源，包括但不限于激光器。

[0078] 参看图1E，示出了示例性完成的构件100。可选地，在热焊接(见图1D)之后，附加(例如，第三)子构件40可置于或添加沉积在第二子构件30的顶部上。在任何情况下，完成的构件100可包括如图所示的具有面向下的表面的封闭室。一旦完成热焊接(图1D)，则所得部分可与构建板200分开来用于进一步处理，且/或添加沉积可重启。

[0079] 现在已知或以后开发的多种添加制造技术可用于制作导致完成的构件的子构件中的一个或所有。例如，可使用直接金属激光熔化(DMLM)。作为备选，可使用电子束(EB)添加制造方法。

[0080] 不同于刚刚论述的那些的构件的多种结构和形状可利用本文所述的方法制作。例如，构件可包括室(开启或封闭)、拱形、管、具有悬垂物的结构、具有造型的表面的结构，等。类似地，构件可包括这些性质的组合。

[0081] 参看图2，绘出了示例性添加制造系统的示意图。系统可包括连接到控制系统230上的激光器220。一个以上的子构件(例如，10,20,40)可在构建板200上的构建室240中添加制造。如图所示，与控制系统230一起工作的激光器220可在x-y-z坐标系中添加制造且精确地热焊接。如本文所述，由于控制系统230精确地放置定位器元件12的位置18，故控制系统230知晓位于控制系统230的可重复性内的位置18处的第一子构件10的位置。以此方式，邻近第一子构件10的第二子构件20的精确定位不需要第一子构件10或第二子构件20的任何附加紧固。如图所示，第二子构件20的位置22可精确地位于第一子构件10的定位器元件12的位置18附近。随后的热焊接210可接着发生将子构件10,20附接到彼此上。该精确定位在激光束的宽度内和/或激光系统的重复性内是准确且可重复的。当方法的所有步骤在相同构建室中和/或相同构建板上完成时，附加的利益是可能的。

[0082] 参看图3，第二子构件20示为在某些构造中添加制造。举例来说，图3绘出了第二子构件20，其在构建板200上添加制造，使得其以基本竖直的构造制成。以此方式，表面24然后如图1D中所示安装，使得面向下的表面24导致构件100。

[0083] 参看图4，第一子构件10和第二子构件20示为在共同的或共用的构建板200上添加制造。以此方式，节省了再定位(多个)子构件10,20的时间。除所示之外的子构件的其它构件可在共用构建板200时使用。图5A至5C共同示出了根据示例性方法的构件100的制造的时间发展。参看图5A，第一子构件10和第二子构件14添加制造为单个整体件。第一子构件10可包括一个或更多个定位器元件12和一个或更多个位置(见图2，元件18)。变窄的区域16可在第一子构件10与第二子构件14之间。如图5B中所示，第二子构件14可通过使图5A中制作出的子构件14的部分围绕变窄的区域16旋转来限定。如图5C所示，第二子构件14然后完全置于第一子构件10上。以此方式，由于制作构件100不需要构建板200上的子构件10,14的任何移动和/或紧固，故可节省时间。构件100的完成可遵循例如参照图1D和/或图1E所示和所述的步骤。

[0084] 参看图6，示出了示例性方法的流程图。方法300包括一系列步骤，包括310处的添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件。基于添加制造310，方法300在320处定位至少一个定位器元件的第一位置，其为添加制造系统的控制系统已知的。方法300然后在330处将第一子构件的至少一个定位器元件附近的第二子构件的一部分有选择地放置在控制系统从320中已知的位置(例如，第一位置)处。在340处，第二子构件在一个区域中热焊接到第一子构件上，其中热能施加到基于控制系统从320已知的定位(例如，第一位置)的位置处，且相对于该位置施加。在这些方法下的构件的完成之后，构件然后可接受附加的添加制造过程和/或附加的(多个)子构件与其的附接。

[0085] 尽管可使用本文所示和所述的实施例，其中添加制造和热焊接通常由激光器和激光器系统完成，但可使用其它手段。例如且不限制，添加制造和/或热焊接可作为备选通过感应加热完成。

[0086] 因此，按照本发明的一个方面，一种方法包括：利用添加制造系统添加制造具有至少一个定位器元件的第一子构件，由此使用添加制造系统的控制系统来定位至少一个定位器元件的第一位置；基于定位，将第二子构件的一部分有选择地置于第一子构件的至少一个定位器元件附近；以及在一个区域中将第二子构件附接到第一子构件上，其中该区域基于从所述添加制造系统的控制系统的定位，由此限定构件。

[0087] 因此，按照本发明的另一方面，一种构件包括：第一子构件，其中第一子构件具有添加制造的定位器元件；以及附接到第一子构件上的第二子构件，其中定位器元件在与第一子构件相同的添加制造构建室内附接到第二子构件上。

[0088] 已经按照优选实施例描述了本发明，且认识到除明确所述的那些以外，等同方案、备选方案和改型是可能的，且在所附权利要求的范围内。