激光辅助铸造和相关系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书中公开的本发明涉及一种材料加工。具体来说，本发明涉及在材料中铸造形状。
【背景技术】
[0002]零件，例如用于诸如涡轮机和/或电动机器等机器中的金属零件的传统铸造方法是形成一形状的模具，然后将液化材料(例如，金属)浇注或以其他方式沉积到所述模具中。然后冷却所述液化材料，以形成呈模具中开口形状的固化部分。模具的传统成形方法是构造蜡质形状；涂覆所述蜡质形状，例如，涂覆一个或多个陶瓷层；以及除去蜡，而留下该形状的轮廓，作为铸造液化材料的模具。
[0003]零件中的特定形状可能难以形成和/或成本高昂，因为用于形成这些形状的蜡质基底材料并不总是易于操纵。在某些情况下，首先形成“基本”(或者，一般)蜡质基底材料，然后通过对该蜡质基底材料进行机器加工来向该蜡质模型添加其他特征，以形成将被涂覆并且随后形成该零件的特征。此工艺可能十分昂贵、耗时并且复杂。
[0004]其他方法包括在形成模具之前，向蜡质模塑工具添加形成蜡质模型的特征。这可能比在形成蜡质铸模之后改造更快，但是可能十分昂贵，因为需要再成形整个蜡质模塑工具。此外，改造原始蜡质模塑工具可能导致特征例如，沿不同方向延伸的特征之间冲突。还可以使用子蜡质模型和蜡质模型的汇集，但是这些方法将形成接缝，需要在事后纠正。
【发明内容】
[0005]多个实施例包括用于激光辅助铸造的方法和相关系统。一些实施例包括一种方法，所述方法包括:提供初步蜡质铸造模型；向所述初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀以形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征；涂覆所述改造的蜡质模型，以形成围绕所述改造的蜡质模型的模具形状；以及除去所述改造的蜡质模型，而留下包括所述至少一个额外特征的铸造模具。
[0006]本发明的第一方面包括一种方法，所述方法包括:向初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀以形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征；涂覆所述改造的蜡质模型，以形成围绕所述改造的蜡质模型的模具形状；以及除去所述改造的蜡质模型，而留下包括所述至少一个额外特征的铸造模具。
[0007]本发明的第二方面包括一种系统，所述系统包括:激光系统，所述激光系统经编程以向初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀来形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征；成像系统，用于在执行激光烧蚀之后扫描所述改造的蜡质模型，以形成所述至少一个额外特征的图像；涂覆系统，用于涂覆所述改造的蜡质模型，以形成围绕所述改造的蜡质模型的模具形状，以及去除所述改造的蜡质模型，而留下包括所述至少一个额外特征的铸造模具；以及铸造系统，用于使用具有所述至少一个额外特征的铸造模具由铸造材料铸造形状。
[0008]本发明的第三方面包括一种方法，所述方法包括:向初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀以形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征，其中所述执行所述激光烧蚀包括向所述初步蜡质铸造模型施加脉冲激光，以直接蒸发所述初步蜡质铸造模型的一部分，形成所述至少一个额外特征，其中所述直接蒸发包括:将所述初步蜡质铸造模型的所述部分的局部温度升高到约500摄氏度以上；以及将所述初步蜡质铸造模型的邻接部分的温度维持在低于约120摄氏度；以及在执行所述激光烧蚀之后扫描所述改造的蜡质模型，以形成所述至少一个额外特征的图像。
【附图说明】
[0009]结合描绘本发明多个实施例的附图阅读以下对本发明各方面的详细说明可更容易地理解本发明的这些和其他特征，在附图中:
[0010]图1示出了根据本发明多个实施例的用于激光辅助铸造的系统的示意图。
[0011]图2是示出了根据本发明多个实施例的工艺的流程图。
[0012]图3示出了示意根据本发明多个实施例的在形成铸造形状中的工艺的工艺流程示意图。
[0013]应注意，本发明的附图不一定按比例绘制。附图仅用于描绘本发明的典型方面，并且因此不应视为限制本发明的范围。在附图中，类似的数字表示附图中类似的元件。
【具体实施方式】
[0014]如上所述，本说明书中所公开的本发明涉及材料加工。具体来说，本发明涉及在材料中铸造形状。
[0015]如本说明书中所述，零件中的特定形状可能难以形成和/或成本高昂，因为用于形成这些形状的蜡质基底材料并不总是易于操纵。在某些情况下，首先形成“基本”(或者，一般)蜡质基底材料，然后通过对该蜡质基底材料进行机器加工来向该蜡质模型添加其他特征，以形成将被涂覆并且随后成形该零件的特征。此工艺可能十分昂贵、耗时并且复杂。
[0016]具体来说，传统的涡轮机零件铸造包括构造蜡质模塑工具，其包括要浇注的蜡质模型的形状。构造所述蜡质模塑工具之后，将蜡浇注到所述工具中，以产生所述蜡质模型。随后涂覆所述蜡质模型(例如，在拥有多达20到30层的涂覆浆料中)，以形成围绕所述蜡质模型的壳体(模具形状)。随后壳体(模具形状)包括蜡被加热以除去所述蜡质模型，保留所述模具形状(作为铸造模具)。之后将受热金属浇注到所述模具形状(壳体)中，然后冷却以形成拥有蜡质模型的形状的金属部分。随后除去所述模具形状(壳体)，例如，通过机械或化学方式去除。一些传统方法尝试在形成所述蜡质模型之前向蜡质模塑工具添加特征。这可能比在形成蜡质铸模之后改造更快，但是可能十分昂贵，因为需要再成形整个蜡质模塑工具。此外，改造原始蜡质模塑工具可能导致特征例如，沿不同方向延伸的特征之间冲突。还可以使用子蜡质模型和蜡质模型的汇集，但是这些方法将形成接缝，需要在事后纠
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[0017]为了解决传统模塑/铸造方法中的问题，本发明的多个方面包括用于有效改造现有模具以包括额外特征的解决方案。
[0018]本发明的多个特定方面包括一种方法，所述方法包括:提供初步蜡质铸造模型(可选的预加工)；向所述初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀以形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征；涂覆所述改造的蜡质模型，以形成围绕所述改造的蜡质模型的模具形状；以及除去所述改造的蜡质模型，而留下包括所述至少一个额外特征的铸造模具。
[0019]本发明的多个其他特定方面包括一种系统，所述系统包括:激光系统，所述激光系统经编程以向初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀来形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征；成像系统，用于在执行激光烧蚀之后扫描所述改造的蜡质模型，以形成所述至少一个额外特征的图像；涂覆系统，用于涂覆所述改造的蜡质模型，以形成围绕所述改造的蜡质模型的模具形状，以及去除所述改造的蜡质模型，而留下包括所述至少一个额外特征的铸造模具；以及铸造系统，用于使用具有所述至少一个额外特征的铸造模具由铸造材料铸造形状。
[0020]本发明的其他方面包括一种方法，所述方法包括:提供初步蜡质铸造模型(可选的预加工)；向所述初步蜡质铸造模型执行激光烧蚀以形成改造的蜡质模型，所述改造的蜡质模型包括所述初步蜡质铸造模型中不存在的至少一个额外特征，其中所述执行所述激光烧蚀包括向所述初步蜡质铸造模型施加脉冲激光，以直接蒸发所述初步蜡质铸造模型的一部分，形成所述至少一个额外特征，其中所述直接蒸发包括:将所述初步蜡质铸造模型的所述部分的局部温度升高到约500摄氏度以上；以及将所述初步蜡质铸造模型的邻接部分的温度维持在低于约120摄氏