用于在接合之前使用多种锚固材料和温度控制设备来进行表面覆盖的叠加制造系统和方法
【专利说明】用于在接合之前使用多种锚固材料和温度控制设备来进行表面覆盖的叠加制造系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]此申请要求2013年7月16日提交的标题为“用于接合和表面覆盖的叠加制造系统”的美国临时申请序号61/846，935的优先权和权益，该申请的全部内容为了所有目的以引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0003]本发明总体上涉及叠加制造，并且更具体来说，涉及用于接合不同材料并且用于形成表面覆盖的叠加制造锚。
[0004]各种制成品可以包含具有不同材料的部件。可以理解的是，制成品的不同材料可以通过紧固件、配合的几何形状、焊接或者其他工艺来接合在一起。紧固件或互补几何形状可能给接合处增加部件或重量。来自将部件焊接在一起的热量输入可能形成热影响区(HAZ)，该热影响区影响接合处的性质，诸如强度或疲劳寿命。将不相容的基础材料混合到焊接中可能会形成不良的相结构或金属间结构。直接制造(DM)工艺可以在真空腔中通过电子束构建材料。然而，真空腔和电子束可能降低DM工艺对于一些产品的可用性。
【发明内容】
[0005]以下阐述根据最初要求的发明的某些方面。应理解，这些方面是仅呈现以便为读者提供形成本发明可能采用的某些形式的简要概述并且这些方面并不旨在限制本发明的范围。事实上，本发明可以涵盖以下可能未阐述的各种方面。
[0006]在个实施例中，一种置加制造系统包括:置加制造工具，该置加制造工具被配置成将多个液滴供应到部件;温度控制设备，该温度控制设备被配置成控制该部件的温度；以及控制器，该控制器被配置成独立于通过温度控制设备对该部件的温度控制，控制多个液滴中的每个液滴的成分、形成和对该部件的施加。多个液滴被配置成构建该部件。多个液滴中的每个液滴包括至少一种金属锚固材料。
[0007]在另一个实施例中，一种叠加地形成部件的方法包括通过联接到该部件的温度控制设备来控制部件的温度以及形成多个液滴，其中多个液滴中的每个液滴包括多种金属锚固材料中的至少一种。方法还包括至少部分地基于用于该部件的预定指令组来确定对于多个液滴中的每个液滴而言在该部件上的期望沉积位置以及将多个液滴中的每个液滴沉积到所述部件的各自期望沉积位置处。
[0008]在另一个实施例中，一种叠加制造系统包括一个或多个馈送器、叠加制造工具、温度控制设备和控制器。一个或多个馈送器被配置成将多种金属锚固材料供应到叠加制造工具，该叠加制造工具被配置成通过多个微沉积来构建部件。叠加制造工具被配置成从各自液滴形成多个微沉积中的每个微沉积，并且各自液滴包括多种金属锚固材料中的一种或多种金属锚固材料。温度控制设备包括加热元件并且被配置成加热该部件。控制器被配置成独立地控制温度控制设备和多个微沉积中的每个微沉积的各自液滴的成分。
【附图说明】
[0009]本发明的这些和其他特征、方面和优点将在参照附图阅读以下详细描述时变得更好理解，附图中相同字符在所有图中代表相同部件，其中:
[0010]图1是叠加制造系统和部件的实施例的图；
[0011]图2是叠加制造系统和部件的实施例的图；
[0012]图3是具有集成的工具头的叠加制造系统的实施例的图；
[0013]图4是由图1的叠加制造系统形成的不同材料之间的接合处的实施例的图；
[0014]图5是示出由图1的叠加制造系统形成的接合处的示例性材料成分的图表；
[0015]图6是由图1的叠加制造系统形成的不同材料之间的接合处的实施例的横截面；
[0016]图7是由图1的叠加制造系统形成的不同材料之间的接合处的实施例的横截面；
[0017]图8是由图1的叠加制造系统形成的不同材料之间的接合处的实施例的横截面；
[0018]图9是用于叠加地形成部件的方法的实施例的流程图；以及
[0019]图10是叠加制造系统和部件的实施例的图。
【具体实施方式】
[0020]以下将描述本发明的一个或多个具体实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可能未描述实际实施方式的所有特征。应了解，在任何这些实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须做出若干实施方式专用决定以实现开发者的具体目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些目标可能在各实施方式之间不同。此外，应了解，这些开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本发明的普通技术人员而言将仍然是设计、生产和制造的例行任务。
[0021]转向图1，叠加制造系统10的实施例从一种或多种锚固材料22形成(例如，印刷、构建)部件12。叠加形成的部件12可以是第一工件14、第二工件16或者第一工件14与第二工件16之间的接合处或者其任何组合。在一些实施例中，第一工件14和第二工件16可以具有不同的材料，所述材料具有显著不同的物理性质。例如，在一个实施例中，第一工件14可以是铝并且第二工件16可以是钢。叠加制造工具18沉积多个液滴20以形成(例如，印刷、构建)一种或多种锚固材料22的部件12。在一些实施例中，叠加制造工具18将液滴20沉积在第一工件14与第二工件16之间。如以下更详细描述，叠加制造工具18可以使用一种或多种类型的能量来形成和沉积液滴20从而形成部件12。叠加制造工具18所使用的一种或多种类型的能量可以包括但不限于电功率输出、光子能量(例如，激光)或者其任何组合。在部件12为第一工件14与第二工件16之间的接合处的情况下，叠加制造工具18使用能量经由部件12将第一工件14与第二工件16接合在一起。
[0022]叠加制造工具18加热来自馈送器24的一种或多种锚固材料22以形成具有期望成分的液滴20。在一些实施例中，叠加制造工具18的混合器31被配置成接收并混合来自馈送器24的一种或多种锚固材料22。例如，混合器31可以将多种锚固材料22组合成具有锚固材料22的期望组合的电极32。在一些实施例中，混合器31可以形成多种锚固材料22的粉末混合物。电极32和/或粉末混合物可以被形成为液滴20。一种或多种锚固材料22是金属材料，其包括但不限于铝合金、钢合金、招、铁、铜、锰、硅、镁、锌、铬、钛、钼和镍。如本文所论述，液滴20是材料转移的单位。每个液滴20在固化时可以变成“微沉积”，并且部件12由多个微沉积21形成。图2示出将锚固材料22(例如，电极32)引导至微沉积21的熔池23中从而形成部件12的叠加制造工具18的实施例。锚固材料22在插入到熔池23中时可以处于适当的环境温度或预加热的温度下。锚固材料22的部分25(例如，球)由熔池23熔融，由此形成部件12的微沉积21而不会形成限定的液滴20。例如，锚固材料22的预加热的部分25可以接合熔池23，由此通过热丝焊接工艺形成部件12的微沉积21。如可以了解，熔池23可以是尚未固化的部件12的新近形成的区。施加到熔池23用于熔融部分25的能量包括但不限于电阻加热、光子(激光)能量或感应加热。
[0023]返回到图1，一种或多种锚固材料22可以包括但不限于粉末、实心焊丝、药芯焊丝、管状焊丝或涂层焊丝或者其任何组合。在一些实施例中，第一锚固材料26可以大体上是第一工件14的材料，并且第二锚固材料28可以大体上是第二工件16的材料。换言之，第一锚固材料26和第二锚固材料28可以具有大体上与各自第一工件14和第二工件16类似或者相容的化学成分。例如，第一锚固材料26相对于第一工件14的材料可以仅具有较小差异(例如，元素成分仅相差成分百分比的甚小部分、来自相同合金族的不同合金)。在一些实施例中，锚固材料22可以包括但不限于具有比第一工件14和/或第二工件16的材料低的熔融温度的钎焊或软钎焊材料。具有比第一工件14或第二工件16低的熔融温度的锚固材料22可以使得在施加一种或多种锚固材料22时与第一材料14或第二材料16相邻的微沉积21的层不会熔融。叠加制造系统10的一些实施例可以包括多于两种锚固材料22，诸如3、4、5、6、7、8、9、10或更多种锚固材料22。例如，可以将第三种锚固材料29供应到叠加制造工具18。第三种锚固材料29可以具有大体上与第一工件14的材料或第二工件16的材料类似的化学成分。额外地或可替代地，第三种锚固材料29可以具有作为在第一锚固材料26与第二锚固材料28之间提供期望性质(例如，黏合、增加或减少的流动性)的合金材料的化学成分，和/或第三种锚固材料29的化学成分可以将期望性质(例如，强度、硬度、电防腐)提供给部件12。
[0024]叠加制造系统10的控制器30控制液滴20的施加以从微沉积21形成部件(例如，锚)
12。在具有有线锚固材料22的一些实施例中，控制器30通过调整供应到叠加制造工具18的混合器31的并由此形成电极32的一种或多种锚固材料22的相对量来控制施加到部件12的液滴20的成分。例如，在第一锚固材料26大体上与第一工件的材料类似或相容的情况下，控制器30可以增加电极32中的第一锚固材料26的相对比例以在第一工件14附近形成(例如，印刷)部件12的部分。如本文所论述，每个液滴20的成分是基于构成各自液滴20的一种或多种锚固材料22 ο液滴20至少部分地是液体(例如，熔融的)。在一些实施例中，液滴20可以是封装相同或不同的锚固材料2 2的固体元件的液体锚固材料2 2。例如，叠加制造工具18可以至少部分地仅熔融液滴20的外层。
[0025]叠加制造工具18可以通过混合器31将多种锚固材料22混合(例如，熔融、烧结、压紧)成具有混合成分的电极32。控制器30可以控制叠加制造工具18以从混合电极32形成具有混合成分的液滴20。控制器30可以通过改变混合电极32中的一种或多种锚固材料22的比例来调整部件(例如，锚)12的成分。在一些实施例中，叠加制造工具18将一种或多种锚固材料22中的每一种作为单独的电极32供应，叠加制造工具18分别将所述单独的电极形成为液滴20。例如，控制器30可以控