使用用于复合部件的复合增材制造特征的复合增材制造方法
【专利说明】使用用于复合部件的复合増材制造特征的复合増材制造方法
[0001] 关于联邦政府资助研究与发展的声明
[0002] 本发明是部分在由能源部颁发的政府合同N〇.DE-FC26-05Nt42643下以政府的支 持做出。政府对本发明享有特定的权利。
技术领域
[0003] 本文公开的主题涉及增材制造，更具体的，涉及用于复合部件的使用复合增材制 造特征的复合增材制造方法。
【背景技术】
[0004] 增材制造工艺通常包含一种或多种材料的积聚以制造网状或近似网状物体，与减 材制造方法形成对比。尽管"增材制造"是工业标准术语(ASTMF2792)，增材制造包含各种名 称下已知的各种制造和成型技术，包括无模成形，3D打印，快速成型/制模，等等。增材制造 技术能够从品种繁多的材料制造复杂部件。通常，独立的物体可以通过从计算机辅助设计 (CAD)模型制造。一个示例增材制造工艺使用能量束，例如，电子束或电磁辐射，如激光束， 烧结或熔化粉末金属，生成固体三维物体，其中粉末金属的颗粒粘结在一起。不同材料系 统，例如，可以使用工程塑料，热塑弹性体，金属，和陶瓷。激光烧结或熔化是一个示例增材 制造工艺，用于快速制造功能原型或工具。应用可以包括用于熔模铸造的模型，注塑成型和 压模铸造的金属模，用于砂型铸造的模具和模芯，以及它们相对复杂的部件。为了便于在设 计周期期间发明的沟通和测试的原型件的制造，是增材制造工艺的其它潜在用途。同样的， 包括多个复杂设计的部件，如具有内部通道的那些对包括铸造或锻压的其它制造技术不敏 感，可以使用增材制造方法来制造。
[0005] 激光烧结涉及通过使用激光束烧结或熔化微细粉末生成三维（3D)物体。具体的， 烧结可以在低于粉末材料熔点的温度引起粉末的熔融(熔聚），然而熔化可以引起粉末颗粒 的完全熔化以形成固体均质体。有关激光烧结或激光熔化的物理处理包括热传递到粉末材 料，然后烧结或者熔化粉末材料。尽管激光烧结和熔化处理可以应用到范围广泛的粉膜材 料，生产路线的科学和技术方面，例如，烧结或熔化率，并且层制造过程中微观结构演变上 处理参数的作用可以导致各种生产注意事项。例如，这种制造方法可能伴有多种模式的加 热，物质和动量传递，以及化学反应。
[0006] 激光烧结/熔化技术可以具体的限定投射激光束到基板(例如，构建板)上控制量 的粉末材料，以在其上形成熔化颗粒或熔融材料的层。通过相对基板沿着预定路径，通常称 为扫描模式移动激光束，层可以被限定在基板上的两个尺寸(例如，" X"和"y"方向），层的高 度和厚度(例如，" z"方向）部分由激光束和粉末材料参数确定。扫描模式可以包括平行扫描 线，也称为扫描向量或剖面线，并且两个相邻扫描线之间的距离可以成为剖面间距，其可以 小于激光束的直径以达到充分的重叠，以保证粉末材料的完全烧结或熔化。重复激光沿着 所有或部分扫描模式的移动可以有助于其它材料层被熔覆和随后的烧结或熔化，从而生成 三维物体。
[0007] 例如，激光烧结或熔化技术可以包括使用连续波(CW)激光，如在大约1064nm运行 的Nd:YAG激光。这种实施例可以有助于相对高的材料沉积率，特别适用于修复应用或可允 许随后机加工操作以完成成品物体之处。其它激光烧结和熔化技术可以替代的或另外的使 用，例如，脉冲激光，不同类型的激光，不同能量/波长参数，不同粉末材料或各种扫描模式 以帮助一个或更多个三维物体的生成。然而，三维物体的基本形状可能限制为相对平面(例 如，扁平)结构，这种形状可能与三维物体最终连接的非平面(例如，弯曲）部件不匹配。
[0008] 因此，使用用于复合部件的复合增材制造特征的替代复合增材制造方法将会在本 领域中大受欢迎。
【发明内容】
[0009] 在一个实施例中，公开了一种复合增材制造方法。复合增材制造方法包括在预烧 结预成型基部上构建增材结构，其中构建增材结构包括重复地将多个增材材料层熔化在一 起，其中至少第一层的增材材料连接到预烧结预成型基部，并且其中，预烧结预成型基部包 括初始形状。复合增材制造方法还包括修改包含增材结构的预烧结预成型基部的初始形状 为包含增材结构的修改形状，和，在其修改形状中连接预烧结预成型基部到部件。
[0010] 在另一实施例中，公开了一种复合增材制造特征。复合增材制造特征包括预烧结 预成型基部，其包括不同于初始形状的修改形状，和，连接到预烧结预成型基部的增材结 构，其中，通过将多个层的增材材料熔化在一起使增材结构构建在处于其初始形状的预烧 结预成型基部上，其中，至少第一层的增材材料连接到处于其初始形状的预烧结预成型基 部。
[0011] 在又一实施例中，公开了一种复合部件。复合部件包括连接到部件的预烧结预成 型基部。预烧结预成型基部包括不同于初始形状的修改形状。复合部件还包括连接到预烧 结预成型基部的增材结构，其中，通过将多个层的增材材料熔化在一起使增材结构构建在 其初始形状中的预烧结预成型基部上，其中，至少第一层的增材材料连接到处于其初始形 状的预烧结预成型基部。
[0012] 由在本文中公开的实施例提供的这些和其它特征通过结合附图阅读以下详细说 明书将会更充分的理解。
[0013] 本发明的第一技术方案提供一种复合增材制造方法，包括:在预烧结预成型基部 上构建增材结构，其中，构建增材结构包括重复地将多个增材材料层熔化在一起，其中，至 少第一层的增材材料连接到预烧结预成型基部，并且其中，预烧结预成型基部包括初始形 状;修改包含增材结构的预烧结预成型基部的初始形状为包含增材结构的修改形状;将处 于其修改形状的预烧结预成型基部连接到部件。
[0014] 本发明的第二技术方案是，在第一技术方案中，初始形状包括平面表面。
[0015] 本发明的第三技术方案是，在第一技术方案中，修改形状包括非平面表面。
[0016] 本发明的第四技术方案是，在第三技术方案中，非平面表面包括弯曲表面。
[0017] 本发明的第五技术方案是，在第一技术方案中，将处于其修改形状的预烧结预成 型基部连接到部件包括连接预烧结预成型基部到部件的弯曲表面。
[0018] 本发明的第六技术方案是，在第一技术方案中，部件包括涡轮部件。
[0019] 本发明的第七技术方案是，在第六技术方案中，涡轮部件包括喷嘴，并且其中，将 处于其修改形状的预烧结预成型基部连接到喷嘴包括将预烧结预成型基部连接到喷嘴的 内表面。
[0020] 本发明的第八技术方案是，在第一技术方案中，增材结构包括一个或更多个冷却 特征延伸件。
[0021] 本发明的第九技术方案是，在第一技术方案中，重复地将多个增材材料层熔化在 一起包括使用粉末层增材制造工艺。
[0022] 本发明的第十技术方案是，在第一技术方案中，预烧结预成型基部包括混合物，混 合物包括贱金属合金和第二合金，贱金属合金包括混合物的大约30重量百分比至大约90重 量百分比，第二合金包括充足量的熔点抑制剂以具有比贱金属合金更低的熔化温度。
[0023] 本发明的第十一技术技术方案提供一种复合增材制造特征，包括:预烧结预成型 基部，包括不同于初始形状的修改形状;和，连接到预烧结预成型基部的增材结构，其中，通 过将多个增材材料层熔化在一起使增材结构构建在处于其初始形状时的预烧结预成型件 上，其中，至少第一层的增材材料连接到处于其初始形状时的预烧结预成型基部。
[0024] 本发明的第十二技术方案是，在第十一技术方案中，修改形状包括非平面表面。
[0025] 本发明的第十三技术方案是，在第十二技术方案中，初始形状包括平面表面。
[0026] 本发明的第十四技术方案是，在第十二技术方案中，非平面表面包括弯曲表面。
[0027] 本发明的第十五技术方案是，在第十一技术方案中，增材结构包括一个或更多个 冷却特征延伸件。
[0028] 本发明的第十六技术方案提供一种复合部件，包括:连接到部件的