用于涡轮叶片的制造或修复的激光加热的制作方法

本申请涉及机械部件的制造或修复领域，对于机械部件，必须根据精确的热分布来执行至少一个加热步骤。特别地，本申请适用于部件的制造，该部件特别是由金属和/或复合材料制造，并且具有复杂形状并且可能经受显著的热应力和机械应力，该部件例如为例如用于飞行器发动机的涡轮叶片。

背景技术：

1、在制造叶片的过程中，通常的做法是对叶片元件进行热处理，这改变了叶片元件材料的特性。例如，所谓的“预加热”热处理可以在焊接操作之前或材料添加操作之前实施，以限制材料中的应力并防止裂纹的出现。为了执行这种步骤，已知特别地使用感应加热设备。

2、感应加热设备的示例在图1a至图1b(分别给出了横截面视图和纵截面视图)中示出，并且能够在由线圈2产生的电磁场中对主体1进行非接触加热。

3、在所示的示例中，线圈2具有适合于主体1的形状并复制主体的几何形状。这使得热量能够均匀地分布。

4、这种设备的缺点是难以适应于具有不同几何形状的元件的加热。此外，在一些情况下，可能期望在部件的不同区域上的不均匀但受控的热量分布。

5、出现了实施针对一个或多个上述缺点而改进的新的加热设备的问题。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供了一种激光加热设备，该激光加热设备用于根据预定的热廓线对部件或部件元件进行加热，所述加热设备包括：给定的激光源，给定的激光源设置有一个或多个激光发射器，以分别根据第一预定功率在所述部件或所述部件元件的第一目标区域的方向上发射至少一个第一激光辐射，并且根据第二预定功率在所述部件或所述部件元件的与第一目标区域不同的第二目标区域的方向上发射第二激光辐射，第二预定功率不同于第一预定功率。

2、这种设备可以使得能够获得精确控制的加热温度梯度或对部件或部件元件进行基本上均匀的加热，而不必复制该部件的几何形状。

3、这种设备可以用于执行“预加热”，换言之，特别是通过粉末床熔化技术或通过lmd(代表“激光金属沉积(laser metal deposition)”)在增材制造期间在给定的材料添加步骤之前的热处理。

4、这种加热设备还可以用于特别是通过粉末床熔化技术或通过lmd在增材制造期间在给定的材料添加步骤之后进行热处理。

5、在这两种情况下，加热在低于所述给定材料或所述粉末的熔化温度的温度下进行。

6、特别地，所考虑的部件可以是金属和/或复合材料部件，特别是要经受显著的热应力和机械应力的部件。

7、该激光加热设备特别地适用于对飞行器发动机的涡轮叶片元件进行制造或修复。

8、加热设备设置有用于对所述激光发射器元件进行控制的模块，所述模块被配置成：

9、-获取将所述部件的目标区域的几何数据和/或位置数据与相应的加热温度值相关联的热廓线数据，

10、-根据所述热廓线数据调制所述激光源的所述一个或多个激光发射器的发射功率。

11、根据可能的实施例，根据所述第一功率的所述第一激光辐射和根据所述第二功率的所述第二激光辐射可以由同一激光发射器连续地发射。因此，可以实现加热的时间控制。

12、根据所述第一功率的所述第一激光辐射和根据所述第二功率的所述第二激光辐射可以分别地并伴随地来自第一激光发射器和第二激光发射器。因此，还可以实现加热的空间控制。

13、根据可能的实施方式，激光源可以由属于第一支撑件的一个或多个第一发射器以及属于与第一支撑件不同的第二支撑件的一个或多个第二发射器形成，在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间设置空间，以容纳所述部件。

14、根据另一个可能的实施方式，激光源包括分布在支撑件的围绕空腔形成封闭轮廓的区域上的激光发射器，该封闭轮廓特别是圆形或卵形，部件可以布置在该空腔中。

15、有利地，激光发射器是vcsel型激光二极管。

16、有利地，如上文所限定的加热设备可以与通过金属粉末或熔融金属线类型的材料(有利地为lmd类型的材料)的直接沉积进行增材制造的设备相关联，或者集成到特别地通过金属粉末或熔融金属线类型的材料(有利地为lmd类型的材料)的直接沉积进行增材制造的系统中。

17、典型地，这种系统设置有至少一个材料分配器构件和与所述给定的激光源不同的另一个激光源。

18、有利地，该系统还设置有控制装置，该控制装置用于根据所述材料分配器构件的定位数据来调制所述一个或多个激光发射器的相应发射功率。根据特定实施例，这些控制装置被集成到上文所限定的控制模块中。

19、如上文所限定的激光加热设备可以用于实施不同的热处理步骤，以准备部件用于焊接、或用于材料添加、或用于增强，或以特别是在上述步骤中的任一步骤之后控制冷却。

20、根据另一方面，本发明的实施例提供了如上文所限定的激光加热设备的用途，以用于飞行器发动机的叶片元件或叶片的修复或制造。

21、根据另一方面，本发明的实施例提供了一种用于对飞行器发动机的叶片的至少一部分进行制造或修复的方法，该方法包括通过激光辅助粉末喷涂，特别是通过lmd类型的激光辅助粉末喷涂进行增材制造的一个或多个步骤，所述增材制造步骤中的至少一个之前或之后是使用如上文所限定的激光加热设备进行加热。

22、有利地，在低于所述粉末的熔化温度的温度下执行热处理。

技术特征：

1.一种激光加热设备，所述激光加热设备用于根据预定的热廓线对机械部件(5，35)或部件元件进行加热，特别是对涡轮的叶片元件或叶片进行加热，所述加热设备包括给定的激光源，所述给定的激光源设置有一个或多个激光发射器(111，…，11j，11k，…，11n)，以分别根据第一预定功率在所述部件或所述部件元件的第一目标区域(61)的方向上发射至少一个第一激光辐射，并且根据第二预定功率在所述部件或所述部件元件的与所述第一目标区域不同的第二目标区域(65)的方向上发射第二激光辐射，所述第二预定功率不同于所述第一预定功率，所述设备还包括所述激光发射器元件(111，…，11n)的控制模块(28)，所述控制模块被配置成：

2.根据权利要求1所述的设备，

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述给定的激光源包括属于第一支撑件(61)的一个或多个第一发射器(11j)以及属于与所述第一支撑件不同的第二支撑件(62)的一个或多个第二发射器(11k)，在所述第一支撑件和所述第二支撑件之间设置空间，以容纳所述部件(5)。

4.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述给定的激光源包括分布在支撑件(71)的围绕空腔(77)形成封闭轮廓的区域上的激光发射器(11j，11k)，所述封闭轮廓特别地具有圆形或卵形形状，所述部件(5)能够布置在所述空腔中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述激光发射器是vcsel型激光二极管。

6.一种用于通过金属粉末或熔融金属线类型的材料，特别是lmd类型的材料的直接沉积进行增材制造的系统，所述系统包括根据权利要求1至5中任一项所述的激光加热设备。

7.根据权利要求6所述的增材制造系统，所述增材制造系统设置有材料分配器构件和与所述给定的激光源不同的另一个激光源，所述加热设备被配置成使得所述一个或多个激光发射器以特定功率发射，从而在低于所述材料的熔化温度的温度下实现加热。

8.一种根据权利要求1至5中任一项所述的加热设备的用途，以用于飞行器发动机的叶片元件或叶片的修复或制造。

9.一种用于对飞行器发动机的叶片或叶片元件进行制造或修复的方法，所述方法包括通过激光辅助粉末喷涂，特别是通过lmd类型的激光辅助粉末喷涂进行增材制造的一个或多个步骤，所述步骤中的至少一个步骤之前或之后是使用根据权利要求1至5中任一项所述的激光加热设备进行热处理。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，在低于粉末的熔化温度的温度下执行所述热处理。

技术总结
公开了一种用于对涡轮叶片或涡轮叶片元件类型的机械部件(35)进行激光加热的设备，该设备包括：一个或多个激光发射器(11j，…，11k)，用于分别以第一预定功率向该部件的第一目标区域发射至少第一激光辐射，以及用于以第二预定功率向该部件的与第一目标区域不同的第二目标区域发射第二激光辐射，该第二预定功率不同于第一预定功率，该第二预定功率不同于第一预定功率。

技术研发人员：达米安·乔纳森·朱利安·库帕德,纪尧姆·瓦伦丁·贾蒙多·马里恩
受保护的技术使用者：赛峰集团
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12