在工件上增材打印的工件-组件以及增材制造系统和方法与流程

本公开大体上涉及用于在工件上增材打印的工件-组件以及在工件上增材打印的增材制造系统和方法，包括构造成将多个工件定位并保持于公共构建平面处以用于在工件上增材打印的工件-组件。

背景技术：

根据本公开，将为合乎期望的是，利用增材制造机器或系统来增材打印到预先存在的工件上(包括作为单次构建的部分而增材打印到多个预先存在的工件上)。当增材打印到这样的工件上时，对于增材制造机器、系统以及方法而言将为合乎期望的是，以足够的精度和准确度增材打印到预先存在的工件上，以便提供近净形构件。因此，需要改进的增材制造机器和系统以及在工件上增材打印的方法。

本公开所设想的工件包括原始制备的工件以及旨在修复、再构建、升级等的工件，诸如在其整个服务寿命期间可经历损伤、磨损和/或劣化的机器或装置构件。将为合乎期望的是，在工件(诸如，机器或装置构件)上增材打印，以便对这样的构件进行修复、再构建或升级。还将为合乎期望的是，在工件上增材打印，以便产生新的构件(诸如，可表现出增强的性能或服务寿命的构件)。

机器或装置构件的一个示例包括翼型件(诸如，在涡轮机中使用的压缩机叶片或涡轮叶片)。这些翼型件在其整个服务寿命期间频繁地经历损伤、磨损和/或劣化。例如，提供服务的翼型件(诸如，燃气涡轮发动机的压缩机叶片)在长期使用之后显示出侵蚀、缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这样的叶片经受显著地高的应力和温度，显著地高的应力和温度不可避免地使叶片随时间推移而磨损(特别是在叶片的末梢附近)。例如，叶片末梢易受由下者引起的磨损或损伤：叶片末梢与涡轮机护罩之间的摩擦或擦挂(rub)、由热气体引起的化学劣化或氧化、由循环加载和卸载引起的疲劳、晶格的扩散蠕变等。

值得注意地，磨损或损伤的叶片如果未被校正，则可造成机器故障或性能劣化。具体地，这样的叶片可使涡轮机表现出降低的操作效率，这是因为叶片末梢与涡轮机护罩之间的间隙可允许气体通过涡轮机级而泄漏，而不会转换成机械能。当效率下降到规定水平之下时，涡轮机典型地停止服务以进行大修和修复。此外，削弱的叶片可造成发动机的完全断裂和灾难性故障。

结果，用于涡轮机的压缩机叶片典型地是频繁检查、修复或更换的目标。完全更换这样的叶片典型地是昂贵的，然而，可以以相对低的成本(与利用全新叶片来更换相比)修复一些叶片以用于延长寿命。尽管如此，传统的修复过程还是倾向于为劳动密集并且耗时的。

例如，传统的修复过程使用焊接/包覆技术，通过该技术，可将修复材料以粉末或线的形式供应到修复表面，并且，修复材料可使用聚焦的功率源(诸如，激光、电子束、等离子弧等)来熔融并且结合到修复表面。然而，利用这样的焊接/包覆技术来修复的叶片还经历繁琐的后处理，以实现目标几何形状和表面光洁度。具体地，由于结合到修复表面的焊接/包覆修复材料的庞大的特征尺寸，修复的叶片需要繁重的机加工来移除多余的材料，其随后是抛光，以实现目标表面光洁度。值得注意地，这样的机加工和抛光过程一次在单个叶片上执行，为劳动密集的并且繁琐的，并且造成单次修复的大的总体劳动成本。

备选地，其它直接能量沉积(ded)方法可用于叶片修复，例如，诸如冷喷涂，该方法引导高速金属粉末以轰击目标或基础构件，使得粉末变形并沉积于基础构件上。然而，这些ded方法都不适合于批处理或以省时的方式修复大量的构件，因此几乎不提供商业价值。

因此，需要用于增材制造包括增材打印于工件上的延伸节段的近净形构件的改进的设备、系统和方法，包括修复工件(诸如压缩机叶片和涡轮叶片)的设备、系统和方法。

技术实现要素：

方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践目前公开的主题而了解。

在一个方面，本公开包含构造成将多个工件与构建平面对准的工件-组件。示例性工件组件可包括：构建板，其具有多个工件对接部(dock)；多个工件底座(shoe)，其具有构造成接纳一个或多个工件的部分的槽，多个工件底座分别插入或能够插入到多个工件对接部中；多个偏压部件，其分别定位或能够定位于构建板与多个工件底座之间，以便对工件底座施加偏压力；以及一个或多个夹紧机构，其联接或能够联接到构建板，且能够操作成将多个工件底座固定于相应的工件对接部内。

在另一方面，本公开包含用于将多个工件与构建平面对准的系统。示例性系统可包括对准板、一个或多个提升块以及工件-组件。工件-组件可包括：构建板，其具有多个工件对接部；多个工件底座，其具有构造成接纳一个或多个工件的部分的槽，多个工件底座分别插入或能够插入到多个工件对接部中；多个偏压部件，其分别定位或能够定位于构建板与多个工件底座之间，以便对工件底座施加偏压力；以及一个或多个夹紧机构，其联接或能够联接到构建板，且能够操作成将多个工件底座固定于相应的工件对接部内。

在又一方面，本公开包含将多个工件对准的方法。示例性方法可包括：将对准板放置于一个或多个提升块的顶部上，一个或多个提升块定位成邻近于装载到构建板的相应的工件对接部中的多个工件；以及使用分别定位于构建板与多个工件之间的偏压部件来将多个工件推靠在对准板上，使得工件的相应的工件-界面在与对准板接触时彼此对准。

此外，本公开的另一方面包含在多个工件上增材打印的方法。示例性方法可包括：将多个工件安装于工件-组件中；以及在工件上(诸如在工件的工件-界面上)增材打印。

技术方案1.一种工件-组件，包括：

构建板，其包括多个工件对接部；

多个工件底座，其分别插入或能够插入到所述多个工件对接部中；所述工件底座分别包括构造成接纳一个或多个工件的部分的槽；

多个偏压部件，其分别定位或能够定位于所述构建板与所述多个工件底座之间，以便对所述工件底座施加偏压力；

一个或多个夹紧机构，其联接或能够联接到所述构建板，且能够操作成将所述多个工件底座固定于相应的所述工件对接部内。

技术方案2.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述工件包括压缩机叶片或涡轮叶片。

技术方案3.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，与所述工件底座对应的所述槽包括燕尾槽，所述燕尾槽构造成接纳压缩机叶片的燕尾部或涡轮叶片的燕尾部。

技术方案4.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述多个工件对接部分别包括燕尾槽，且所述工件底座分别包括燕尾键，所述燕尾槽构造成接纳所述燕尾键。

技术方案5.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述偏压部件包括一个或多个弹簧、一个或多个磁体对和/或一个或多个压电促动器。

技术方案6.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述一个或多个夹紧机构包括一个或多个边缘夹具。

技术方案7.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述一个或多个边缘夹具包括：

一个或多个楔节段；

一个或多个卡爪节段；以及

一个或多个加载机构。

技术方案8.根据任意前述技术方案所述的设备，其特征在于，所述一个或多个边缘夹具包括一个或多个夹紧轨道。

技术方案9.一种用于将多个工件与构建平面对准的系统，所述系统包括：

对准板；

一个或多个提升块；以及

工件-组件，所述工件-组件包括：

构建板，其包括多个工件对接部；

多个工件底座，其分别插入或能够插入到所述多个工件对接部中；所述工件底座分别包括构造成接纳一个或多个工件的部分的槽；

多个偏压部件，其分别定位或能够定位于所述构建板与所述多个工件底座之间，以便对所述工件底座施加偏压力；

一个或多个夹紧机构，其联接或能够联接到所述构建板，且能够操作成将所述多个工件底座固定于相应的所述工件对接部内。

技术方案10.根据任意前述技术方案所述的系统，其特征在于，所述一个或多个提升块具有与所述构建平面的期望高度对应的高度。

技术方案11.根据任意前述技术方案所述的系统，其特征在于，在将所述工件装载于所述工件-组件中、所述一个或多个提升块定位成邻近于所述工件且所施加的所述对准板定位于所述一个或多个提升块上的情况下，所述偏压部件对所述工件底座施加力，从而将所述工件的相应的工件-界面推靠在所述对准板的底表面上。

技术方案12.根据任意前述技术方案所述的系统，其特征在于，所述系统包括带有不同高度的多种提升块，以便适应不同的工件和/或具有不同尺寸的工件。

技术方案13.一种将多个工件对准的方法，所述方法包括：

将对准板放置于一个或多个提升块的顶部上，所述一个或多个提升块定位成邻近于装载到构建板的相应的工件对接部中的多个工件；以及

使用分别定位于所述构建板与所述多个工件之间的偏压部件来将所述多个工件推靠在所述对准板上，使得所述工件的相应的工件-界面在与所述对准板接触时彼此对准。

技术方案14.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，将所述工件装载到工件底座中，且将所述工件底座装载到所述相应的工件对接部中。

技术方案15.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

对于所述多个工件中的各个而言，将工件联接到与所述工件对应的工件底座，所述工件底座具有构造成接纳所述工件的部分的槽；

将所述工件底座插入到所述构建板的所述相应的工件对接部中的一个中；以及

重复所述联接步骤和所述插入步骤，使得将所述多个工件中的各个装载到所述构建板的相应的工件对接部中。

技术方案16.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

将多个所述工件底座夹紧于所述相应的工件对接部中；以及

从一个或多个提升块的顶部上移除所述对准板。

技术方案17.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

开始增材打印过程。

技术方案18.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

开始增材打印过程利用粉末床熔合(pbf)系统。

技术方案19.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述pbf系统包括直接金属激光熔融(dmlm)系统、电子束熔融(ebm)系统、选择性激光熔融(slm)系统、定向金属激光烧结(dmls)系统或选择性激光烧结(sls)系统。

技术方案20.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述工件包括压缩机叶片或涡轮叶片。

参考以下描述和所附权利要求书，这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图例示了示例性实施例，并与描述一起用来阐释目前公开的主题的某些原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且充分的公开(包括其最佳模式)，在附图中：

图1示意性地描绘了示例性增材制造系统的横截面视图；

图2a和图2b分别示出了与构建平面失准的多个工件和结果未能成功地将均匀的粉末层施加于整个构建平面上的再涂覆器；

图3a和图3b分别示出了与构建平面对准的多个工件和成功地将均匀的粉末层施加于整个构建平面上的再涂覆器；

图4示出了包括带有安装于其中的多个工件的示例性工件-组件的示例性工件对准系统，其中工件的顶部彼此对准；

图5a和图5b分别示出了工件和保持工件的工件底座的透视图；

图5c示出了构建板的透视图，其带有示例性工件对接部的放大视图以及在保持工件的同时插入到工件对接部中的图5b的工件底座的放大视图；

图6a示出了定位于基板上的示例性工件-组件和定位成邻近于工件-组件的多个提升块的透视图；

图6b示出了定位于图6a的工件-组件的上方的示例性对准板的透视图；

图6c和图6d示意性地示出了根据工件-组件的一个实施例而将多个工件与构建平面对准；

图6e和图6f示意性地示出了根据工件-组件的另一实施例而将多个工件与构建平面对准；

图7是描绘将一个或多个工件安装于工件-组件中的示例性方法的流程图；以及

图8是描绘在多个工件上增材打印的示例性方法的流程图。

本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本公开的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细地参考目前公开的主题的示例性实施例，其一个或多个示例在附图中例示。各个示例通过阐释的方式来提供，并且不应当被解释为限制本公开。实际上，对于本领域技术人员而言将为明显的是，可在本公开中作出多种修改和变型，而不脱离本公开的范围或精神。例如，作为一个实施例的部分而例示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生另外的其它实施例。因此，本公开旨在涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。

理解到，诸如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等的用语是方便的词语，并且将不被解释为限制性的用语。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用，以将一个构件与另一构件区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。用语“一”和“一种”不指示对量的限制，而是指示存在所引用的项中的至少一个。

在此并且在整个说明书和权利要求书中，范围限制组合且互换，并且，除非上下文或语言另外指示，否则这样的范围被标识，并且包括其中所包含的全部子范围。例如，本文中所公开的全部范围都包括端点，并且，端点能够彼此独立地组合。

如本文中在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言适用于修饰可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”、“近似地”以及“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于所规定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度。

如下文中详细地描述的，本主题的示例性实施例涉及增材制造机器或方法的使用。如本文中所使用的，用语“增材制造的”或“增材制造技术或过程”大体上指代如下的制造过程：其中(一种或多种)材料的连续层彼此上下地设置，以逐层地“建造”三维构件。连续层大体上熔合在一起以形成整体式构件，该整体式构件可具有多种一体的子构件。

如本文中所使用的，用语“近净形”指代具有非常接近于最终“净”形的如打印的形状的增材打印的特征。近净形构件可经历表面精加工(诸如，抛光、磨光等)，但不需要繁重的机加工以便实现最终“净”形。通过示例的方式，近净形与最终净形的差异可为大约1500微米或更小，诸如大约1000µm或更小，诸如大约500µm或更小，或诸如大约100µm或更小，或诸如大约50µm或更小，或诸如大约25µm或更小。

尽管本文中将增材制造工艺描述为通过典型地沿竖直方向逐点、逐层地构建物体来实现复杂物体的制备，但其它制备方法是可能的且处于本主题的范围内。例如，尽管本文中的论述涉及添加材料以形成连续层，但本领域技术人员将认识到，本文中所公开的方法和结构可与任何增材制造技术或制造工艺一起来实践。例如，本发明的实施例可使用层-增材过程、层-减材过程或混合过程。

根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔合沉积成型(fdm)、选择性激光烧结(sls)、诸如通过喷墨和激光喷射(laserjet)的3d打印、立体光刻(sla)、直接选择性激光烧结(dsls)、电子束烧结(ebs)、电子束熔融(ebm)、激光工程化净成形(lens)、激光净形制造(lnsm)、直接金属沉积(dmd)、数字光处理(dlp)、直接选择性激光熔融(dslm)、选择性激光熔融(slm)、直接金属激光熔融(dmlm)和其它已知的过程。

除了使用直接金属激光烧结(dmls)或直接金属激光熔融(dmlm)过程(其中使用能量源来选择性地使粉末层的部分烧结或熔融)之外，应当认识到，根据备选实施例，增材制造过程还可为“粘合剂喷射”过程。在这方面，粘合剂喷射涉及以与上文中所描述的方式类似的方式连续地沉积添加粉末层。然而，代替使用能量源来产生能量束以选择性地使添加粉末熔融或熔合，粘合剂喷射涉及选择性地将液体粘合剂沉积到各个粉末层上。液体粘合剂可为例如能够光固化的聚合物或另一液体结合剂。其它合适的增材制造方法和变体旨在处于本主题的范围内。

本文中所描述的增材制造过程可用于使用任何合适的材料来形成构件。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂，或可呈固体、液体、粉末、片材、线或任何其它合适形式的任何其它合适的材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文中所描述的增材制造的构件可部分地、完全地或以某一组合由包括但不限于下者的材料形成：纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金、铁、铁合金、不锈钢和镍基或钴基超级合金(例如，能够以名称inconel®(其能够从specialmetalscorporation获得)获得的超级合金)。这些材料是适合于在本文中所描述的增材制造过程中使用的材料的示例，且大体上可被称为“添加材料”。

另外，本领域技术人员将认识到，可使用用于结合那些材料的多种材料和方法且将其设想为处于本公开的范围内。如本文中所使用的，对“熔合”的引用可指代用于产生上文中的任何材料的结合层的任何合适的过程。例如，如果物体由聚合物制成，则熔合可指代在聚合物材料之间产生热固性结合。如果物体为环氧树脂，则结合可通过交联过程形成。如果材料为陶瓷，则结合可通过烧结过程形成。如果材料为粉末状金属，则结合可通过熔融或烧结过程形成。本领域技术人员将认识到，使材料熔合以通过增材制造来制作构件的其它方法是可能的，且目前公开的主题可与那些方法一起来实践。

另外，本文中所公开的增材制造过程允许由多种材料形成单个构件。因此，本文中所描述的构件可由上文中的材料的任何合适的混合物形成。例如，构件可包括使用不同材料、过程和/或在不同增材制造机器上形成的多个层、节段或部分。以此方式，可构造具有不同的材料和材料性质以用于满足任何特定应用的需求的构件。另外，尽管本文中所描述的构件完全通过增材制造过程构造，但应当认识到，在备选实施例中，这些构件中的全部或部分可经由铸造、机加工和/或任何其它合适的制造过程而形成。实际上，可使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些构件。

现在将描述示例性增材制造过程。增材制造过程使用构件的三维(3d)信息(例如，三维计算机模型)来制备构件。因此，可在制造之前限定构件的三维设计模型。在这方面，可扫描构件的模型或原型来确定构件的三维信息。作为另一示例，可使用合适的计算机辅助设计(cad)程序来构造构件的模型，以限定构件的三维设计模型。

设计模型可包括构件的整个构造(包括构件的外部表面和内部表面两者)的3d数字坐标。例如，设计模型可限定主体、表面和/或内部通路，诸如开口、支承结构等。在一个示例性实施例中，三维设计模型转换成例如沿着构件的中心(例如，竖直)轴线或任何其它合适的轴线的多个切片或节段。各个切片可针对切片的预先确定的高度而限定构件的薄横截面。多个连续横截面切片一起形成3d构件。然后逐个切片或逐层地“建造”构件，直到完成。

以此方式，可使用增材过程来制备本文中所描述的构件，或更具体地，例如通过使用激光能量或热使塑料熔合或聚合或通过使金属粉末烧结或熔融而连续地形成各个层。例如，特定类型的增材制造过程可使用能量束(例如，电子束或电磁辐射，诸如激光束)来使粉末材料烧结或熔融。可使用任何合适的激光和激光参数，包括相对于功率、激光束光点尺寸和扫描速率的考虑。构建材料可由针对增强的强度、耐用性和使用寿命(特别是在高温下)而选择的任何合适的粉末或材料形成。

各个连续层例如可在大约10µm与200µm之间，但根据备选实施例，厚度可基于任何数量的参数来选择，且可为任何合适的尺寸。因此，通过利用上文中所描述的增材成形方法，本文中所描述的构件可具有与在增材成形过程期间利用的相关联的粉末层的一个厚度(例如，10µm)一样薄的横截面。

另外，通过利用增材过程，构件的表面光洁度和特征可取决于应用而如需要的那样变化。例如，可通过在增材过程期间选择适当的激光扫描参数(例如，激光功率、扫描速度、激光焦点尺寸等)(尤其是在横截面层的对应于零件表面的外围中)来调整表面光洁度(例如，使其较光滑或较粗糙)。例如，可通过增大激光扫描速度或减小形成的熔融池的尺寸来实现较粗糙的光洁度，且可通过减小激光扫描速度或增大形成的熔融池的尺寸来实现较光滑的光洁度。还可改变扫描图案和/或激光功率以改变所选择的区域中的表面光洁度。

在完成构件的制备之后，可将多种后处理程序应用于构件。例如，后处理程序可包括通过例如吹扫或抽真空来移除多余的粉末。其它后处理程序可包括应力解除过程。另外，可使用热、机械和/或化学后处理程序来对零件进行精加工，以实现期望的强度、表面光洁度和其它构件性质或特征。

值得注意地，在示例性实施例中，由于制造限制，本主题的若干方面和特征先前是不可能的。然而，本发明人已有利地利用增材制造技术中的当前进展来改进增材制造这样的构件的多种构件和方法。虽然本公开不限于使用增材制造来大体上形成这些构件，但增材制造确实提供了多种制造优点，包括制造的简易性、降低的成本、较高的准确度等。

并且，上文中所描述的增材制造方法实现以非常高的精度水平形成本文中所描述的构件的复杂得多且错综得多的形状和轮廓。例如，这样的构件可包括薄的增材制造层、横截面特征和构件轮廓。另外，增材制造过程实现具有不同材料的单个构件的制造，使得构件的不同部分可表现出不同的性能特性。制造过程的连续、增材本质实现这些新颖特征的构造。结果，使用本文中所描述的方法来形成的构件可表现出改进的性能和可靠性。

本公开大体上提供了构造成在预先存在的工件上增材打印的增材制造机器、系统以及方法。预先存在的工件可包括新的工件以及正在修复、再构建或升级的工件。在一个方面，提供了可构造成保持多个工件的工件-组件，其中工件-界面(诸如工件的顶部部分)分别彼此对准。目前公开的工件-组件可包括使工件的工件-界面(例如，顶部部分)与构建平面自对准的偏压部件。本文中所描述的工件-组件、系统和方法允许在多个工件的工件-界面上同时或并行地增材打印来作为同一次构建的部分。在其它优点中，这样的工件-组件可在再构建工件时提供改进的生产率和减少的所消耗的劳动和时间。另外，在工件的工件-界面彼此对准的情况下，可最大限度地减少或消除再涂覆器故障，从而在并行或同时地再构建多个工件时减小或消除针对再涂覆器故障的趋势。

现在将更详细地描述本公开的示例性实施例。图1示出了示例性增材制造系统100。示例性增材制造系统100可包括粉末床熔合(pbf)系统，诸如直接金属激光熔融(dmlm)系统、电子束熔融(ebm)系统、选择性激光熔融(slm)系统、定向金属激光烧结(dmls)系统或选择性激光烧结(sls)系统。可利用增材制造系统100来通过使粉末材料的顺序层彼此熔融或熔合而以逐层的方式在工件上增材打印。示例性增材制造系统100包括：粉末供应室102，其容纳成批的粉末104；以及构建室106。包括构建板110的工件-组件108可定位在构建室106中，在构建室106中，可以以逐层的方式增材再构建固定到工件-组件108的构建板110的一个或多个工件112。一个或多个工件112可在相应的工件112的工件-界面(例如，顶表面)114与构建平面116对准的情况下固定到构建板110。粉末供应室102包括粉末活塞118，粉末活塞118在系统100的操作期间提升粉末底面120。当粉末底面120提升时，粉末104的部分被迫离开粉末供应室102。

再涂覆器122(诸如辊子或刀片)将粉末104中的一些推过工作表面124且推到构建平台126上。构建板110可利用卡盘系统128以构造成将构建板110以足够高的准确度和精度定位于构建平台126上和/或构建室106内的方式固定到构建平台126。工件112可在将构建板110固定到构建平台126之前固定到构建板110。再涂覆器122利用粉末104来填充构建室106，且然后将粉末104的薄层顺序地分配于整个构建平面116上和工件112的整个工件-界面(例如，顶表面)114上，以将顺序层增材打印于工件112的工件-界面114上。例如，粉末104的薄层可为大约10至100微米厚，诸如大约20µm至80µm厚，诸如大约40µm至60µm厚，或诸如大约20µm至50µm厚，或诸如大约10µm至30µm厚。在工件-界面114与构建平面116对准的情况下，构建平面116与工件-界面114之间的界面可表示与将被增材打印于工件112的工件-界面114上的粉末104的下一层对应的平面。

为了将层增材打印于工件112的工件-界面114上，能量源130将能量束132(诸如激光或电子束)沿着构建平面116引导至粉末104的薄层上，以使粉末104熔融或熔合到工件112的工件-界面114。扫描器134控制束的路径，以便仅使粉末104层的将熔融或熔合到工件112的部分熔融或熔合。典型地，利用dmlm、ebm或slm系统来使粉末104完全地熔融，其中相应的层利用能量束132的相应的经过来熔融或再熔融。相反地，利用dmls或sls系统来使粉末104的层烧结，从而大体上在未达到粉末104的熔点的情况下使粉末104的颗粒彼此熔合。在粉末104的层熔融或熔合到工件112之后，构建活塞136使构建平台126以一定的增量逐渐地下降，从而针对粉末104的下一层而限定下一个构建平面116，且再涂覆器122将粉末104的下一层分配于整个构建平面116上。粉末104的顺序层可以以此方式熔融或熔合到工件112，直到完成增材打印过程。

大体上，再构建过程的生产率可通过并行地再构建多个工件112来提高。然而，如图2a和图2b中所示出的，工件112相对于构建平面116的失准可引入增材打印故障。图2a示出了多个工件112，其包括定位成与构建平面116对准的第一工件200、定位于构建平面116的下方的第二工件202和定位于构建平面116的上方的第三工件204。当再涂覆器122在再构建过程开始时将粉末104分配于整个构建平面116上时，大体上将预期第一工件200在其整个顶部部分上接纳粉末104的适当厚的层。相比之下，第二工件202和第三工件204例示了与构建平面116的失准，失准很可能可引起再构建故障。例如，第二工件202可表现出能够归因于粉末104的过厚的层206的再构建故障，诸如粉末104的层与第二工件202的不充分结合。这样的不充分结合可由粉末104或第二工件202的顶层的不完全熔融以及由截留在层内的气体形成的空隙(其在充分熔融的情况下大体上将消除)引起。作为另一示例，第三工件204可表现出能够归因于第三工件204的表面208的再构建故障，表面208在构建平面116的上方突出，使得再涂覆器122跳过突出表面208，或再涂覆器122由于不能够移过突出表面208而卡住。

在一些实施例中，工件112的工件-界面114之间的失准可引起增材打印故障。即使失准的工件不会引起总的打印故障(诸如使再涂覆器122卡住)，失准也可引起熔融、尺寸不准确度、显微硬度、拉伸性质和/或材料密度上的变化。这些变化可在向工件112添加顺序层时传播。另外，通过在工件112上增材打印而形成的带有这样的变化的构件如果恢复服务则可在操作期间发生故障，从而可能引起对其它设备的损伤(包括灾难性故障)。例如，如果再构建的压缩机叶片或涡轮叶片发生故障，则故障可对涡轮机的其它部分造成损伤，从而可能致使涡轮机立即不能够操作。

然而，如图3a和图3b中所示出的，本公开提供了工件-组件108，工件-组件108构造成将多个工件112的工件-界面114(例如，顶部部分)与构建平面116对准。这样的工件-界面114可包括大体上与工件112在装载到工件-组件108中时的最高或最上面(tallest)的部分对应的表面、平面、末梢等。在工件-界面114对准的情况下，可通过在多个工件112的工件-界面114上增材打印来增材制造多个构件，同时保证再涂覆器122可在工件112中的各个上施加粉末104的均匀薄层。在一些实施例中，目前公开的工件对准系统400和工件-组件108可能够在100微米或更小(诸如80µm或更小，诸如60µm或更小，诸如40µm或更小，诸如20µm或更小，或诸如10µm或更小)的公差内将多个工件-界面114与构建平面116对准。

图4示出了示例性工件对准系统400。系统包括工件-组件108、对准板402以及一个或多个提升块404。在一些实施例中，对准板402以及一个或多个提升块404可为分开的构件。备选地，对准板402以及一个或多个提升块404可限定为单个一体式构件的部分。例如，对准板402以及一个或多个提升块404可形成为单个无缝构件，或对准板402以及一个或多个提升块404可诸如经由紧固件、焊接等而彼此联接。

工件-组件108可保持任何数量的工件112。例如，如所示出的，工件-组件108可保持最多达20个工件112。作为另一示例，工件-组件108可构造成保持从2至100个工件112或更多，诸如从2至20个工件112，诸如从10至20个工件112，诸如从20至60个工件112，诸如从25至75个工件112，诸如从40至50个工件112，诸如从50至100个工件112，诸如从5至75个工件112，诸如从75至100个工件112，诸如至少2个工件112，诸如至少10个工件112，诸如至少20个工件112，诸如至少40个工件112，诸如至少60个工件112，或诸如至少80个工件112。

在一些实施例中，例如，当工件112为涡轮机的压缩机叶片或涡轮叶片时，工件-组件108可构造成如能够适用的那样保持与压缩机和/或涡轮的一个或多个级中的叶片的数量对应的数量的叶片。以此方式，可将涡轮和/或压缩机的给定的一个或多个级的叶片中的全部维持在一起，以用于在一个单次构建中增材打印。将认识到，工件-组件108和构建板110反映一个示例性实施例，其通过示例的方式来提供且将并非限制性的。设想工件-组件108和/或构建板110的多种其它实施例，这些实施例也可允许工件112以合适的定位和对准固定，这些实施例中的全部都处于本公开的精神和范围内。

对准板402以及一个或多个提升块404用于将工件-组件108中的多个工件112与构建平面116对准。任选地，工件对准系统400可包括基板406。备选地，在一些实施例中，图4中所示出的基板406可表示增材制造系统100的构建平台126。工件-组件108包括带有设置于其中的一个或多个工件隔区(bay)408的构建板110。一个或多个工件隔区408中的各个可包括一个或多个工件对接部410。在一些实施例中，一个或多个提升块404可为构建板110的组成部分。例如，构建板110以及一个或多个提升块404可限定为单个一体式构件的部分。例如，构建板110以及一个或多个提升块404可形成为单个无缝构件，或构建板110以及一个或多个提升块404可诸如经由紧固件、焊接等而彼此联接。备选地，一个或多个提升块404可为工件对准系统400的分开的构件。在一些实施例中，一个或多个工件隔区408可另外包括一个或多个夹紧机构412，一个或多个夹紧机构412操作成将一个或多个工件112固定到构建板110。一个或多个工件对接部410可构造成接纳工件底座414，工件底座414可构造成接纳工件112。一个或多个夹紧机构412可构造成将工件底座414在对应的工件对接部410内夹紧就位。

如图4中所示出的，提供了两个提升块404。然而，将认识到，可提供一个或多个提升块404，且提升块404可以以任何期望的方式构造，以便将对准板402定位在合适位置处，以便将工件-组件108中的多个工件112与构建平面116对准，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。作为另一示例，提升块404可采取环绕工件的环(诸如矩形环)的形式。作为又一示例，基板406以及一个或多个提升块404可限定为单个一体式构件的部分。例如，基板406以及一个或多个提升块404可形成为单个无缝构件，或基板406以及一个或多个提升块404可诸如经由紧固件、焊接等而彼此联接。

现在参考图5a和图5b，将描述一个或多个工件112在工件-组件108中的安装的另外的方面。在示例性实施例中，为了将一个或多个工件112安装于工件-组件108中，一个或多个工件112(图5a)中的各个可联接到工件底座414(图5b)。工件底座414可具有与构建板110的工件隔区408和/或工件对接部410互补的尺寸和形状。工件块414可包括槽506，槽506构造成牢固地保持工件112且允许工件与构建平面116对准。槽506可具有与工件112的部分互补的任何期望的形状。工件112可与槽506可滑动地接合并互锁，从而提供充分适贴(snug)配合，除了滑动插入或移除之外，最大限度地减小或防止工件112相对于工件底座414移动或摆动。工件112可侧向地(诸如沿y-方向)插入到槽506中或从槽506移除。然而，将认识到，槽506可竖直取向，以便允许工件112沿z-方向可滑动地插入。实际上，可提供任何插入角，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。在一些实施例中，固定螺钉(未示出)可通过凹部508来提供，以将工件112固定在工件底座414的燕尾槽506内。

在示例性实施例中，工件112可包括翼型件，诸如压缩机叶片500。压缩机叶片500可具有常规的燕尾部502，燕尾部502可具有任何合适的形式，其包括侧向相反的柄脚(tang)504，柄脚504接合涡轮机的转子盘中的互补燕尾槽，以用于在压缩机叶片500在操作期间旋转时将压缩机叶片500沿径向固持到盘。虽然在示例性实施例中示出了压缩机叶片500，但将认识到，本公开还包含可在涡轮机中利用的其它翼型件(包括涡轮叶片)以及可增材再构建的任何其它工件112，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。如图5b中所示出的，示例性工件底座414可包括与压缩机叶片500的柄脚504和/或燕尾部502互补的燕尾槽506。压缩机叶片500的燕尾部502可侧向地(诸如沿y-方向)插入到燕尾槽506中或从燕尾槽506移除。燕尾部502和燕尾槽506可彼此可滑动地接合并互锁，从而提供充分适贴配合，除了滑动插入或移除之外，最大限度地减小或防止压缩机叶片500相对于工件底座414移动或摆动。

工件底座414可包括任何数量的槽506，且给定的槽506可具有任何期望的长度，以便保持任何数量的工件112。图5b中所示出的示例性工件底座414具有带有足以保持单个工件112的长度的槽506，但将认识到，工件底座414还可构造有额外的槽506和/或较长的槽506，以便保持多个工件112。然而，在示例性实施例中，大体上，对于各个单独的工件112而言可为合乎期望的是，插入分开的工件底座414中，以便允许各个单独的工件112能够分开与构建平面116对准。虽然压缩机叶片500示出为示例性工件112，但将认识到，目前公开的工件对准系统400和/或工件-组件108可构造成用于与任何其它工件112一起使用。实际上，设想许多其它工件112，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。

如图5b中所示出的，工件底座414包括与压缩机叶片500的燕尾部502接合并互锁的燕尾槽506。将认识到，工件底座414可类似地包括与其它工件112的燕尾部502部分接合并互锁的燕尾槽506。备选地，工件底座414可包括与任何这样的其它工件112的特征对应的任何其它互补的槽、凹部、凹槽等，使得特征与工件底座414接合并互锁。另外或在备选方案中，工件底座414可包括构造成将工件112固定到工件底座414的一个或多个固定螺钉、夹具等。

示例性工件底座414具有与工件-组件108的构建板110中的工件对接部410互补的形状。图5c示出了示例性工件对接部410的放大视图v1和在保持工件112的同时插入到工件对接部410中的图5b的工件底座414的放大视图v2。如放大视图v1中所示出的，工件对接部410包括构建板110中的凹部，该凹部具有部分地由多个侧向壁510限定的周界。限定工件对接部410的侧向壁510的周界对应于一个或多个工件底座414的周界的至少部分，使得一个或多个工件底座414可配合于工件对接部410内。工件底座414可与工件对接部410可滑动地接合。例如，工件底座414竖直地(例如，沿着z-轴)滑动，同时最大限度地减小或防止侧向移动(例如，沿着x-轴和/或y-轴)。

在一些实施例中，工件底座414可包括燕尾键512(图5b)，且工件对接部410可包括与工件底座414的燕尾键512互补的对接-燕尾槽514。工件底座414的燕尾键512可与工件对接部410的对接-燕尾槽514可滑动地接合并互锁。例如，工件底座414可竖直地(例如，沿着z-轴)插入到工件对接部410的互补的对接-燕尾槽514中。然而，将认识到，工件底座414的燕尾键512和对应的对接-燕尾槽514可水平地取向，以便允许工件底座414可滑动地侧向插入到工件对接部410中。可提供任何插入角，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。工件对接部410的对接-燕尾槽514与工件底座414的燕尾键512适贴地接合并互锁，从而除了沿竖直方向的移动之外，最大限度地减小或防止工件底座414相对于工件对接部410移动或摆动。

工件对接部410和/或工件底座414包括一个或多个偏压部件516，一个或多个偏压部件516在工件底座414与构建板110(诸如工件对接部410的底部)之间施加偏压力(例如，向上或竖直偏压力)。偏压部件516可包括能够操作成施加这样的偏压力的一个或多个弹簧、一个或多个磁体对(例如，永磁体或电磁体)、一个或多个压电促动器等。由偏压部件516施加的偏压力在工件底座414上偏压，以便允许工件112的工件-界面114与对准板402对准。偏压部件516还可包括构造成转移和/或放大其偏压运动的一个或多个活塞、杠杆臂或其它联结件。在一些实施例中，一个或多个偏压部件516可定位于工件对接部410的外部和/或工件隔区408的外部，且转移和/或放大元件可与工件底座414相互作用，以便在工件底座414与构建板110之间施加偏压力。另外或备选地，偏压部件516可联接到构建板110(例如，在工件对接部410的底表面处)和/或工件底座414。

如图5b中所示出的，工件底座414可另外或备选地包括第一偏压凹部518，第一偏压凹部518构造成接纳偏压部件516的部分。另外或在备选方案中，如图5c的放大视图v1中所示出的，第二偏压凹部520可定位于工件对接部410的底表面处，以便接纳偏压部件516的部分。偏压部件516可例如利用干涉配合(诸如压配合、摩擦配合、搭扣配合等)来固定在第一偏压凹部518和/或第二偏压凹部520内。在一些实施例中，偏压部件516的第一部分可定位或固定于工件底座414的第一偏压凹部518内，且偏压部件的第二部分可定位于工件对接部410的第二偏压凹部520内。工件底座414可大体上通过一个或多个部件516的相应端部与第一偏压凹部518和第二偏压凹部520之间的干涉配合来固定到构建板110。备选地，工件底座414可容易地能够从工件对接部410移除。例如，当偏压凹部518、520提供相对宽松的干涉配合时。

在一些实施例中，多个工件112可联接到对应的多个工件底座414，且工件底座414可插入到对应的多个工件对接部410中。备选地，当工件底座414固定到构建板110时，在不从构建板110移除工件底座414的情况下，工件112仍然可联接到工件底座414。例如，如图5c的放大视图v2中所示出的，偏压部件516可配合于对应的偏压凹部518、520内，以便将工件底座414定位于使工件底座414的燕尾槽506能够接近的竖直位置处，使得工件112的燕尾部502可如由箭头522指示的那样侧向地插入到工件底座414的燕尾槽506中。

仍然参考图5c，在一些实施例中，构建板110可包括一个或多个夹紧机构412。夹紧机构412可与插入对应的工件对接部410内的一个或多个工件底座414可移动地接合，从而对一个或多个工件底座414施加夹紧力，以便将一个或多个工件底座414在相应的工件对接部410内锁定就位。在一些实施例中，由夹紧机构412对工件底座414施加的夹紧力可至少部分地转移到工件底座414内的工件112，从而将工件112在工件底座414内固定就位。另外或在备选方案中，可通过分开的夹紧机构(诸如，可例如通过工件底座414中的凹部508而能够接近的固定螺钉(未示出)或其它能够可移动地接合的机构)而将工件112在工件底座414内固定就位。

如图5c的放大视图v2中所示出的，示例性夹紧机构412可包括一个或多个边缘夹具524。还设想其它夹紧机构412，其中的全部都处于本公开的精神和范围内。示例性边缘夹具524包括楔节段526和一个或多个卡爪(jaw)节段528，以及加载机构530(诸如螺纹螺栓等)。楔节段526可包括任何楔型的形状，包括楔、棱锥、圆顶、平截头体、菱面体等。楔节段526和加载机构530可为分开的构件或一个集成式构件的部分。在一些实施例中，边缘夹具524可与工件底座414直接接合。备选地，夹紧机构412可包括一个或多个夹紧轨道532，一个或多个夹紧轨道532定位于一侧上的一个或多个边缘夹具524与另一侧上的一个或多个工件对接部410之间。夹紧轨道532可固定地联接到一个或多个边缘夹具524。备选地或另外，夹紧轨道532可在一个或多个边缘夹具524与一个或多个工件对接部410之间自由浮动。

现在转到图6a-6f，将更详细地描述工件112与对准板402的对准。如所提到的，示例性工件对准系统400包括对准板402以及一个或多个提升块404。多个工件112可使用一个或多个提升块404来与对准板402对准，以将对准板402定位在保持工件112的构建板110的上方的合适高度处。如图6a中所示出的，多个工件底座414定位于构建板110的相应的工件对接部410内，其中各个工件底座414保持对应的工件112。夹紧机构412可处于松开位置，使得工件底座414可诸如在由对准板402施加的向下的力下和/或通过由一个或多个对应的偏压部件516施加的向上的力自由地向下和/或向上移动(图6c-6e)。

一个或多个提升块404可定位成邻近于多个工件112，诸如邻近于构建板110、在构建板110的顶部上、邻近于基板406或在基板406的顶部上。一个或多个提升块404具有高度h，高度h对应于对准板402的期望高度。当将工件112与对准板402对准时，对准板402应当处于使得各个工件112的工件-界面114(例如，顶表面)接触对准板402的高度处。优选地，对准板402的底表面部分地压缩与各个相应的工件112对应的(一个或多个)偏压部件516，使得部分压缩的(一个或多个)偏压部件516的反作用力分别将相应的工件112的工件-界面(例如，顶表面)114与对准板402的底表面对准。

一个或多个提升块404的高度h可被选择成以便对应于构建平面116的高度。在一些实施例中，一个或多个提升块404的高度h和/或构建平面116的高度可略小于工件112在定位于构建板110中时的高度。例如，高度h可对应于略小于工件112在定位于构建板110中时的最小高度。以此方式，当对准板402定位于一个或多个提升块404的顶部上时，与各个相应的工件112对应的(一个或多个)偏压部件516可被部分地压缩。在一些实施例中，可提供带有不同高度h的多种提升块404，以便适应不同的工件112或具有不同尺寸的工件112。可取决于定位于构建板110中的工件112的高度来选择具有适当高度h的提升块404。

一旦对准板402已定位于适当尺寸的一个或多个提升块404上，工件112的工件-界面114(例如，顶部部分)就可在偏压部件516的力下与对准板402的底表面自对准。可在对准板402仍然定位于一个或多个提升块404上的同时上紧夹紧机构412，从而在工件112的工件-界面114彼此对准的情况下将工件112固定到构建板110。如图6b中所示出的，对准板402可包括一个或多个通路600，一个或多个通路600允许接近夹紧机构412的加载机构530。例如，通路600可定位于加载机构530的上方，且通路600可提供用于使工具与加载机构530接合的路径。加载机构530可包括螺栓头和/或套筒(诸如六边形套筒、开槽套筒等)，且工具(诸如套筒扳手、六角键或其它驱动器)可穿过通路600，以便上紧或松开加载机构530。对准板402、一个或多个提升块404、基板406和/或构建板110包括联接元件602，诸如构造成接纳销、螺栓等的孔。可利用这样的联接元件602来将工件对准系统400的相应的部分联接在一起，诸如以用于工作站等之间的输送。

如图6c和图6d中所示出的，在一些实施例中，偏压部件516可包括一个或多个弹簧604，诸如压缩弹簧。如图6e和图6f中所示出的，在一些实施例中，偏压部件516可包括一个或多个磁体对606，其中相同的电荷面向彼此。磁体对606可为永磁体或电磁体。不管偏压部件516的类型如何，在对准板402定位于一个或多个提升块404上的情况下，偏压部件516都对工件底座414施加力，该力将工件112的工件-界面114推靠在对准板402的底表面608上，从而将工件112的工件-界面114与构建平面116对准。

现在转到图7，将描述在工件-组件108中安装和/或对准工件112的示例性方法。示例性方法可与一个或多个工件112一起执行，包括使用工件对准系统400和/或工件-组件108来安装和/或对准多个工件112。如图7中所示出的，示例性方法700包括：在步骤702处，将对准板402放置于一个或多个提升块404的顶部上，一个或多个提升块404定位成邻近于装载到构建板110的相应的工件对接部410中的多个工件112；以及在步骤704处，使用分别定位于构建板110与多个工件112之间的偏压部件516来将多个工件112推靠在对准板402上，使得工件112的相应的工件-界面114在与对准板402接触时彼此对准。可将工件112装载到工件底座414中，且可将工件底座414装载到相应的工件对接部410中。工件底座414可具有构造成接纳工件112的部分的槽。

在一些实施例中，示例性方法700可另外包括：在步骤706处，对于多个工件112中的各个而言，将工件112联接到与工件112对应的工件底座414；以及在步骤808处，将工件底座414插入到构建板110的相应的工件对接部410中的一个中。可在步骤710处重复联接步骤706和插入步骤708，使得将多个工件112中的各个装载到构建板110的相应的工件对接部410中。示例性方法700可进一步包括：在步骤712处，将多个工件底座414夹紧于相应的工件对接部410中，从一个或多个提升块404的顶部上移除对准板。示例性方法700还可任选地包括：在步骤714处，在工件112上(诸如在工件112的工件-界面114上)增材打印。

现在转到图8，将论述在多个工件112上增材打印的示例性方法800。示例性方法800包括：在步骤802处，将多个工件112安装于工件-组件108中；以及在步骤804处，在工件112上(诸如在工件112的工件-界面114上)增材打印。可如参考图7而描述的那样将工件112安装于工件-组件108中。

本文中所描述的示例性方法700、800可使用包括下者的任何增材制造系统来执行：粉末床熔合(pbf)系统，诸如直接金属激光熔融(dmlm)系统、电子束熔融(ebm)系统、选择性激光熔融(slm)系统、定向金属激光烧结(dmls)系统或选择性激光烧结(sls)系统。工件112可由任何类型的材料形成，且可选择与工件112由其形成的材料的类型和/或将在再构建工件112中利用的材料的类型对应的增材制造系统100。作为示例，工件112和/或用于工件112的再构建材料可包括金属或金属合金、塑料、陶瓷和/或复合物。作为示例，金属或金属合金可包括钨、铝、铬、铜、钴、钼、钽、钛、镍和钢及其组合，以及超级合金，诸如奥氏体镍-铬基超级合金。

本书面描述使用示例性实施例来描述目前公开的主题(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践这样的主题(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。目前公开的主题的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。