用于附加形成部件的至少一个部件区的装置和方法
【专利说明】用于附加形成部件的至少一个部件区的装置和方法
[0001]本发明涉及用于生成性地形成根据权利要求1的序文所述的、部件(特别是液流供料机的部件)的至少一个部件区域的装置，以及根据权利要求13的序文所述的、用于生成性地形成部件(特别是液流供料机的部件)的至少一个部件区域的方法。
[0002]用于形成部件的方法和装置大部分是已知的。具体而言，生成性的制造方法(所谓的快速制造或快速成型方法)是已知的，其中通过粉末层基的附加制造方法以分层的方式构建所述的部件。例如可以通过激光或电子束熔融或烧结方法来形成主要的金属部件。其中，至少一种粉末状部件材料首先被施加于装置的分层的、构建和连接区的区域的部件平台上。随后，通过至少一种高能射束(例如电子束或激光束)向分层的构建和连接区的区域的部件材料提供能量而局部熔融和/或烧结部件材料。其中，根据待形成的各个部件层的层信息来控制高能射束。在熔融和/或烧结后，通过层中预定的层厚度来降低部件平台。此后，重复所提及的步骤直至最终完成所述的部件。
[0003]由现有技术来看，具体而言，用于形成液流供料机的部件(例如航空发动机或燃气涡轮的部件)的生成性形成方法也是已知的，例如DE 102009051479A1中所述的方法，或者用于形成液流供料机的部件的相应装置。
[0004]在所述的这种方法中，通过向分层的构建和连接区的区域的部件平台中施加至少一种粉末状部件材料以及通过在分层的构建和连接区的区域中供入的能量局部熔融或烧结所述的部件材料，从而形成相应的部件。其中，能量的供入是通过激光束(例如C02激光，Nd: YAG激光，Yb光纤激光以及二极管激光)或电子束来实施的。此外，在DE 102009051479A1中所述的方法中，通过区域熔炉将所形成的部件或者构建和连接区加热至恰好低于部件材料的熔点之下的温度，从而保持定向固化的或单晶的晶体结构。
[0005]通过DE102006058949A1，用于快速形成和修理燃气涡轮(特别是航空发动机)的叶片的叶片末端的装置和方法也是已知的，其中使用感应加热以及激光或电子束烧结。
[0006]此外，感应加热待形成的部件与借助于选择性激光熔融而生成性形成部件的结合在EP 2359964A1中有所描述。
[0007]WO 2008/071165A1再次描述了通过粉末熔敷焊接来修理燃气涡轮的涡轮叶片的装置和方法，其中类似于激光或电子束之类的辐射源用于熔敷焊接。同时，通过感应线圈提供用于加热待修理叶片的加热装置。
[0008]DE 102012206122A1描述了通过激光粉末熔敷焊接和/或选择性地辐射粉末层来生成性形成部件的装置，其中所述的装置具有相对于一个或多个粉末层空间移动设置的至少一个感应线圈。其中，感应线圈可以沿着分开形成的轨道组件线性移动。通过局部诱导加热部件(其分别适应于待形成的部件的几何形状)，在部件的形成中可以可靠地防止热裂的形成，特别是使用高温合金用于生成性制造更是如此。
[0009]但是，在包含可移动的感应线圈的已知的方法中，认为以下背景是不利的:目前为止仍需要其他的仪器机构，例如额外的轨道组件。因此，所述的装置的价格升高，并且将不具有可移动的感应线圈的此类装置在随后装配成具有相应感应线圈的装置通常是不可行的或者唯一需要高额的构建成本。
[0010]因此，本发明的目的是提供最初提及的一种装置，其具有简化的构建结构，并允许相对简单地装配至少一个可移动的加热装置。此外，本发明的目的是提供最初提及的一种方法，其在构建上可简单地实现。
[0011]根据本发明，本发明的目的是通过以下方法解决的:具有权利要求1所述的特征的、用于生成性形成部件的至少一个部件区域的装置;具有权利要求13所述的特征的相应的方法；以及具有权利要求18所述的特征的、在用于生成性形成部件的至少一个部件区域的装置中使用的涂敷机。便于研发本发明的有利构造在各个从属权利要求中描述，其中所述的装置的有利构造被认为是所述的方法以及涂敷机的有利的构造，反之亦然。
[0012]本发明的第一个方面涉及用于生成性形成部件的至少一个部件区域的装置，特别是液流供料机的部件。其中，所述的装置包含用于将部件材料的至少一个粉末层施加于至少一个较低的部件平台的至少一个构建和连接区中的至少一个涂敷机，其中所述的涂敷机可以相对于部件平台移动。此外，所述的装置包含用于生成至少一个高能射束的至少一个辐射源，通过该辐射源，粉末层可以局部熔融和/或与构建和连接区的区域中的部件层烧结。此外，至少一个加热装置被设置在涂敷机上。通过加热装置在涂敷机上的排布，可以在使部件材料的粉末层暴露于辐射源之前、过程中和/或之后来加热该区域。由于通过加热装置的这种加热，可以可靠地避免热裂的形成，特别是在使用高温金属合金作为部件材料中。由于加热装置被设置在涂敷机上，所以首先可以省略用于移动部件的构建和连接区的区域中的加热装置的其他移动单元。所述的加热装置可以不可移动地设置在涂敷机上，使得该加热装置可以通过涂敷机的移动而沿着部件平台的构建和连接区或者在部件平台的构建和连接区上移动。由此，总体构成了装置的简单的构建结构。此外，已经提出的用于生成性形成部件的装置可以装配相应的加热装置，其设置在涂敷机上。接着，加热装置可以通过涂敷机的相应的移动单元在部件平台的构建和连接区上与涂敷机一起移动。术语“设置的”或“排布”应该理解为加热装置可以直接或间接与涂敷机连接。例如与涂敷机形成机械连接是可行的。
[0013]在根据本发明的装置的其他有利的构造中，可以形成加热装置，使得可以通过感应加热和/或电磁辐射来影响部件层的至少粉末层的加热。其中，所述的加热装置可以包括至少一种激光和/或至少一种微波和/或至少一种红外辐射源和/或至少一种UV辐射源。此夕卜，所述的加热装置可以包含至少一个感应线圈。其中，在本发明的范围内，各个装置可以理解为感应线圈，其能够产生感应加热(因此例如与缠绕的数量无关)，这样感应线圈还可以称为例如感应回路(inducton loop)。其中，所述的装置可以包含多个设置于涂敷机上的感应线圈，其设置于与构建和连接区的表面平行的一个或多个平面上。具体而言，2个感应线圈可以以彼此交叉排列的方式操作，其中具体而言可以在所述的交叉区域中提供用于熔融和/或烧结粉末状部件材料的辐射源的高能射束。在其他的有利的构造中，感应线圈可以不可移动地设置在涂敷机上，并且其他的感应线圈可以通过移动单元可移动地设置在涂敷机上。术语“设置的”或“排布”应该理解为在所提及的元件之间直接或间接形成连接。
[0014]在根据本发明的装置的其他有利的构造中，至少一个加热装置可以可移动地设置在涂敷机上。其中，所述的涂敷机可以包含至少一个移动单元，在该移动单元上，依次设置有至少一个加热装置。由此，还可以有利地形成加热装置沿着涂敷机的移动方向相反的方向移动，以便由此能够使构建和连接区的其他区域被加热装置所加热。而且，具体而言所述的装置还可以包含可移动地设置于涂敷机上的至少一个加热装置和不可移动地设置于涂敷机上的至少一个加热装置。通过至少2个加热装置在涂敷机上的排布，可以依次有利地加热部件平台的构建和连接区的较大的区域、以及在该区域中施加的部件材料。术语“设置的”或“排布”应该理解为在所提及的元件之间直接或间接形成连接。
[0015]可以通过相应的移动单元来移动涂敷机，或者通过移动部件平台来影响涂敷机相对于部件平台的相对移动性。在上文提及的实施方案中，可以可任选地省略涂敷机的分开的移动单元。
[0016]在根据本发明的装置的其他有利的构造中，所述的涂敷机包含至少一个可移动的叶片，使得构建和连接区的区域中的粉末层在暴露于高能射束的过程中所述的叶片至少部分缩回至涂敷机中。其中，术语“刮刀”应该理解为所有可用的抹平装置，例如刮刀、刮墨刀、唇状物、梳状物或辊。由此，如果刮刀被设置在涂敷机上，使得该刮刀在高能射束的暴露过程中至少部分突出于暴露区域中，则可以有利地确保刮刀不能被高能射束损坏。
[0017]在根据本发明的装置的其他有利的构造中，所述的装置包含用于聚焦高能射束的至少一个聚焦装置。由此，确保高能射束总是保持聚焦在待熔融和/或烧结的粉末状部件材料层上(与部件平台的可能的向上或向下移动无关)。
[0018]在根据本发明的装置的其他有利的构造中，高能射束为激光束或电子束。
[0019]本发明的第二个方面涉及用于形成部件的至少一个部件区域的方法，特别是液流供料机的部件。其中，所述的方法至少包括以下步骤:a)通过至少一个涂敷机将至少一种粉末状构建材料分层施加在构建和连接区的区域中的至少一个部件平台上，其中所述的涂敷机可以相对于部件平台移动;b)通过至少一个高能射束将能量供入用于形成部件层的构建和连接区的区域中，从而局部熔融和/或分层烧结部件材料，其中通过至少一个加热装置在局部熔融和/或分层烧结部件材料之前和/或过程中和/或之后来影响设置于构建和连接区的区域中的至少部件材料的加热；c)通过预定层厚度来降低所述部件平台的分层；以及d)重复步骤a)至c)，直至部件区域完成。
[0020]其中，至少一个加热装置被设置在涂敷机上，并且在通过高能射束向构建和连接区的区域中提供能量的过程中，设置在涂敷机上的至少一个叶片向远离部件材料的表面移动。通过至少一个加热装置在涂敷机上的排布，确保了在构建和连接区的区域上用于移动加热装置的依次构建的简单的解决方法。术语“设置的”或“排布”应该理解为加热装置可以直接或间接与涂敷机连接。例如与涂敷机形成机械连接是可行的。此外，在暴露于高能射束的过程中通过使涂敷机或设置在涂敷机上的刮刀远离部件材料的表面移动可以确保涂敷机或设置于其上的刮刀免于被损坏。其中，刮刀可以移动形成，使得在构建和连接区的区域中的粉末层暴露于高能射束的过程中刮刀至少部分缩回至涂敷机中。而且，对于刮刀远离部件材料的表面的移动，还可以降低部件平台。在降低部件平台的过程中，有利的是，可以改变高能射束相对于部件材料的表面的射束聚焦定位。例如可以将高能射束聚焦于部件材料的表面上。由此，构成了该区域中部件材料的最佳熔融和/或烧结。
[0021]本发明的第三个方面涉及在用于生成性形成部件的至少一个部件区域的装置中使用的涂敷机。根据本发明，所述的涂敷机可以相对于装置的部件平台移动，并针对至少一个加热装置的排布而形成。根据本发明的涂敷机允许在部件材料的粉末层区域暴露于装置的辐射源之前、过程中和/或之后来加热部件材料的粉末层。根据加热装置的这种加热，可以可靠地避免热裂的形成，特别是在使用高温合金作为部件材料中。由于加热