熔渣清除装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及焊接和材料结合技术，尤其涉及用于在颗粒状原料的选择性激光熔化或烧结之后进行熔渣清除的机器和过程。
【背景技术】
[0002]焊接和烧结过程经常产生熔渣覆盖。熔渣清除可能是具有挑战的，尤其是在所形成的金属或其它材料必须连续层叠以形成修补、熔覆或层叠构造时。人工清除每层之间的恪渣是缓慢且徒劳的O
[0003]埋弧焊(SAW)、电渣焊(ESW)、选择性激光熔化(SLM)和选择性激光烧结(SLS)已经被用来通过增量制造而产生焊接、熔覆和部件。在埋弧焊中，颗粒状的助焊剂在电极线或带与衬底之间埋下电弧以保护熔融材料不会与大气发生反应。该处理在金属沉积的表面留下熔渣，其必须在已有沉积上方或旁边形成后续焊接通道之前被清除。该熔渣被手工清除，并且未使用的颗粒状助焊剂被真空吸尘处理并且与新的助焊剂相结合以便用于进一步的处理。该处理还被用于埋弧熔覆。电渣焊或熔覆通过在作为电流导体的处理点处提供熔融的助焊剂而避免了电弧。其它处理技术包括原料粉末的激光熔覆和选择性激光熔化(SLM)或选择性激光烧结(SLS)。
[0004]在熔渣轻易从沉积表面脱落的情况下可以在埋弧焊中采用真空吸尘来恢复熔渣和未使用的助焊剂。然而，当需要物理接触来驱逐熔渣脱，真空吸尘就不够了。针对粉床处理(例如，SLM、SLS)而言，真空吸尘趋向于连同熔渣一起或者优先于熔渣清除原料粉末，这是因为该粉末较轻并且没有附着到衬底上。如此不仅使得不能清除熔渣，而且还清除了未使用的原料，而后者是之前沉积上方或旁边的附加熔化/烧结通道所需要的。
【附图说明】
[0005]在以下描述中参考附图对本发明进行解释，其中:
[0006]图1是根据本发明实施例的包含覆盖以用于处理的颗粒状原料的衬底的腔室的示意性截面图；
[0007]图2是图1中的机器在原料熔化或烧结已经在衬底上形成了覆盖以熔渣的沉积之后的视图；
[0008]图3是图1中的机器将熔渣层重新定位于腔室边沿上方以便进行熔渣清除的视图；
[0009]图4是部署在图1中的腔室上并且将熔渣从材料沉积掠下并置于分离器上的熔渣清除设备的视图，上述分离器将熔渣从可重新使用的的颗粒状原料中分离出来；
[0010]图5是图4中的机器将所恢复的原料循环至材料沉积的顶表面以便进一步成层或熔覆的视图；
[0011]图6是本发明的具有可垂直调节的旋转熔渣清除设备的实施例的视图；
[0012]图7示出了使得被修补、焊接、成层或构造的组件进行旋转的实施例；
[0013]图8图示了能够由所公开的机器进行操作的方法中的步骤。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了机器20，其具有包围供修补、熔覆、焊接或构造的组件或衬底24的熔化腔室22。该腔室可以具有上沿38，其可以是平面或曲面的，并且可以对随后描述的熔渣清除设备进行引导。可移动定位器25可以支撑衬底24并且使得其相对于腔室22垂直移动。颗粒状原料26部署在衬底24上以便被诸如激光之类的能量源28所熔化或烧结。能量源28可以以可编程路径30跨原料26进行移动以便熔化或烧结颗粒状材料26，后者可以包括合金成分和助焊剂。例如，激光束可以利用可移动镜面或棱镜进行指向以扫描可编程路径30从而利用用于加热的激光能量对原料26的预定区域进行“涂描(paint) ”。原料26可以是任意类型或组合的材料，其能够被熔化或烧结以形成其上具有一层熔渣的固态层或主体。
[0015]图2示出了由原料26的熔化或烧结而形成于衬底24上的沉积32。熔渣层34形成于沉积32的上表面33上。
[0016]图3示出了由定位器25所升高36的衬底，而例如使得沉积32的顶表面与腔室22的边沿38齐平。
[0017]图4示出了安装在由螺栓所例示的驱动机构39上的被例示为刮刀的熔渣清除设备40，上述驱动机构39使得该熔渣清除设备跨沉积32的顶表面进行移动。这清除了熔渣清除设备40的切割表面35上方的熔渣34。这里，“切割表面”表示诸如平面或旋转表面之类的表面几何形状，该熔渣清除设备在沉积32和熔渣清除设备40之间的相对运动期间清除材料到上述切割表面以外。沉积32的顶表面33已经被定位在切割表面35而使得熔渣34得以被清除。同样被清除的还有保留在沉积上表面33的水平面上方的至少一部分可重复使用的原料37。可以提供分离设备42，其基于颗粒大小或其它标准将熔渣从可重复使用的原料中分离出来。该分离例如可以由穿孔传送带、振动筛或筛选机来实施。传送设备44可以将所恢复的原料27传输至收集器46，或者该收集器可以直接被分离设备42进行填装。
[0018]熔渣清除设备40尤其可以被诸如刮刀或刨机之类的设备来实现，其可选地可以被实现为具有尖齿或刀片的旋转圆柱体，例如旋转刨机头。优选类型的熔渣清除设备将熔渣从沉积破除或切除，并且将熔渣34分割为大于可重复使用的原料27的最大颗粒大小的小块以便于从中进行分离。在将沉积的上表面定位为与边沿38齐平或者与切割表面35齐平之后，熔渣清除设备40可以由腔室的上沿38进行引导，如所示出的，上述切割表面35可以与边沿38共面。
[0019]图5示出了原料馈送器48，其将所恢复的原料27连同新的原料26 —起分布在沉积32上以通过图1中的能量源28的进一步扫描30而在其上形成进一步的沉积。定位器25可以使得衬底24降低50而使得腔室边沿38保持另外的原料层26、27。
[0020]图6示出了实施例21，其中旋转的刷子或刀片52在引导轨道54上从起始位置56向终止位置58进行移动以清除处于沉积上表面的水平以及高于该水平的熔渣34和可重复使用的原料27。该引导轨道54能够进行垂直调节55以将切割表面35定位在沉积32的上表面33。在该实施例中，切割表面35近似或确切地与该旋转的刷子或刀片的旋转表面相切。该圆柱形旋转刷子或刀片52可以利用线刷毛、尖齿来实现或者被实现为刨机头。
[0021]熔渣清除设备40、52可以安装在驱动机构上或者由后者进行移动，上述驱动机构特别是位置变换机构，诸如电机驱动系或者是螺纹驱动或电机驱动的或液压的活塞。该驱动机构可以包括引导设备或者针对其进行操作，上述引导设备诸如轨道54或腔室边沿38，其对熔渣清除设备进行引导以相对于腔室22沿预定切割表面35进行移动。
[0022]被配置以这里的装置的机器20、21例如包括腔室22、原料馈送器48、具有可编程扫描30的能量源28、熔渣清除设备40或52驱动机构39以及分离设备42。其可以由电子处理控制器自动进行控制以执行如这里所描述的熔渣清除和分离。这样的机器能够进行操作以自动利用一层或多层材料沉积对衬底进行修补或熔覆，并且在每次沉积之后自动清除熔渣。用于机器自动化的控制器、电机、致动器和互连并未在图中示出，因为这样的部件是过程自动化和控制领域中已知的。
[0023]图7示出了实施例60，其具有包含原料64的腔室62，该原料64可以是颗粒状和/或处于液化或流体化的形式。用于修复、熔覆或焊接或构造一或者更一般地用于构造的型体(form)—的组件66被定位以接收在其表面67上的原料64流。组件66通过驱动机构71而