用于增材制造零件中的开口的悬臂式掩模的制作方法

用于增材制造零件中的开口的悬臂式掩模


背景技术：

1.本公开整体涉及零件的制造后处理，并且更具体地涉及用于保护增材制造零件的表面中的开口的掩模。
2.增材制造(am)包括通过材料的连续层叠而不是材料的移除来生产零件的多种过程。因此，增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心材料坯体(其中许多被切削掉并丢弃)机加工零件，增材制造中使用的唯一材料是使部件成形所需的材料。因此，许多工业零件(诸如涡轮转子叶片)优选地通过增材制造制成。
3.在通过增材制造形成之后，可进一步处理零件。在一个示例中，零件可暴露于喷丸加工，其中零件的表面用锤击(peening)材料(诸如金属丸)轰击。在另一个示例中，零件可涂覆有保护层以保护其下面的材料免受使用零件的恶劣环境的影响。例如，可将热屏障涂层(tbc)施加到涡轮转子叶片的外表面，以保护叶片在使用期间免受高温影响。
4.一些零件可包括在其表面中的开口，该开口需要在制造后处理期间受到保护。例如，涡轮转子叶片可包括各种内部冷却回路，这些内部冷却回路通过冷却通道(即，零件表面中的开口)通向零件的外表面。可提供冷却通道以冷却它们所存在于的内部结构，和/或在零件的整个外表面上产生冷却膜。
5.采用多种机构来保护开口。在一些情况下，可移除材料诸如插塞可设置在开口中或开口上方，以例如防止它们在涂层施加在开口上方时被填充。可移除材料阻挡涂层进入开口，但增加了制造时间和复杂性，因为必须最终移除可移除材料和/或其上方的涂层。例如，每个开口必须移除阻挡材料，这可能是耗时的。此外，涂层典型地施加在阻挡材料上方，但需要从阻挡材料上方移除以暴露阻挡材料和/或开口。因为涂层桥接在阻挡材料上方，所以涂层的移除可导致涂层的其余部分(例如，tbc)的大量破裂，这可使得零件不可用或需要大量的附加处理。在通过该工艺利用零件的材料卡住阻挡材料的情况下，在锤击处理之后移除阻挡材料可能特别具有挑战性。其他方法采用永久性屏蔽特征来保护开口。在后一种情况下，增加了零件的复杂性，并且可牺牲零件的性能以适应屏蔽。


技术实现要素：

6.本公开的第一方面提供了一种用于增材制造零件的掩模，该增材制造零件包括在该零件的表面中间隔开的多个开口，该掩模包括：附接系带，该附接系带被配置为在该多个开口之间以悬臂方式一体地联接到该零件；第一盖构件，该第一盖构件包括一体地联接到该附接系带的第一近侧端部和至少部分地在该多个开口的第一部分上方延伸的第一远侧端部，该第一盖构件的该第一远侧端部与该零件分开第一间距；第二盖构件，该第二盖构件包括一体地联接到该附接系带的第二近侧端部和至少部分地在该多个开口的第二部分上方延伸的第二远侧端部，该第二盖构件的该第二远侧端部与该零件分开第二间距；和分离构件，该分离构件从该第一盖构件和该第二盖构件中的每者延伸，其中该附接系带为与该零件的唯一连接。
7.本公开的第二方面提供了一种增材制造(am)结构，该结构包括：零件，该零件包括在该零件的表面中间隔开的多个开口；和掩模，该掩模包括：附接系带，该附接系带被配置为在第一多个开口和第二多个开口之间以悬臂方式一体地联接到该零件；第一盖构件，该第一盖构件包括一体地联接到该附接系带的第一近侧端部和至少部分地在该多个开口的第一部分上方延伸的第一远侧端部，该第一盖构件的该第一远侧端部与该零件分开第一间距；第二盖构件，该第二盖构件包括一体地联接到该附接系带的第二近侧端部和至少部分地在该多个开口的第二部分上方延伸的第二远侧端部，该第二盖构件的该第二远侧端部与该零件分开第二间距；和分离构件，该分离构件从该第一盖构件和该第二盖构件中的每者延伸，其中该附接系带为与该零件的唯一连接，并且其中该述零件、该附接系带、该第一盖构件和该第二盖构件以及该分离构件包括多个整体材料层。
8.本公开的第三方面提供了一种用于增材制造零件的掩模，该零件在其表面中包括多个开口，该掩模包括：附接系带，该附接系带被配置为以悬臂方式邻近于第一多个开口一体地联接到该零件；和盖构件，该盖构件包括一体地联接到该附接系带的近侧端部和至少部分地在该多个开口上方延伸的远侧端部，该盖构件的该远侧端部与该零件分开第一间距，其中该附接系带为与该零件的唯一连接。
9.本公开的第四方面包括一种增材制造(am)结构，该结构包括：零件，该零件包括在其表面中的多个开口；掩模，该掩模包括：附接系带，该附接系带被配置为以悬臂方式邻近于第一多个开口一体地联接到该零件；盖构件，该盖构件包括一体地联接到该附接系带的近侧端部和至少部分地在该多个开口上方延伸的远侧端部，该盖构件的该远侧端部与该零件分开第一间距；和分离构件，该分离构件从该盖构件延伸，其中该附接系带为与该零件的唯一连接，并且其中该零件、该附接系带、该盖构件和该分离构件包括多个整体材料层。
10.本公开的示例性方面被设计成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。
附图说明
11.从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：
12.图1示出了根据本公开的实施方案的用于增材制造零件的多个掩模的透视图。
13.图2示出了根据本公开的实施方案的掩模的放大截面视图。
14.图3示出了根据本公开的实施方案的在其上具有涂层的掩模的放大截面视图。
15.图4示出了根据本公开的实施方案的具有涂层和空间填充材料的掩模的放大截面视图。
16.图5示出了根据本公开的实施方案的具有附接系带的另选形式的掩模的放大截面视图。
17.图6示出了根据本公开的实施方案的具有附接系带的另一另选形式的掩模的放大截面视图。
18.图7示出了根据本公开的实施方案的示出了附接系带的变化的多个掩模的透视图。
19.图8示出了根据本公开的实施方案的示出分段盖构件和分离构件的多个掩模的透视图。
20.图9示出了沿图8中线9
‑
9的截面视图。
21.图10示出了根据本公开的另选实施方案的掩模的截面视图。
22.图11示出了根据本公开的又一另选实施方案的掩模的截面视图。
23.图12示出了根据本公开的另一个实施方案的掩模的截面视图。
24.图13示出了根据本公开的实施方案的用于增材制造零件的多个掩模的透视图。
25.图14示出了根据本公开的实施方案的图13的处于松弛位置的掩模的放大截面视图。
26.图15示出了根据本公开的实施方案的其上具有工具的掩模的放大截面视图。
27.图16示出了根据本公开的实施方案的在其上具有涂层的掩模的放大截面视图。
28.图17示出了根据本公开的实施方案的图13的处于挠曲位置的掩模的放大截面视图。
29.图18示出了根据本公开的实施方案的示出了附接系带的变化的多个掩模的透视图。
30.图19示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
31.图20示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
32.图21示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
33.图22示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
34.图23示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
35.图24示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
36.图25示出了根据本公开的实施方案的包括另选特征的掩模的截面视图。
37.应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。
具体实施方式
38.作为初始事项，为了清楚地描述本技术，当引用和描述相关机器部件时，将有必要选择某些术语。在可能范围内，通用行业术语将以与术语的接受含义一致的方式来使用和采用。除非另有说明，否则应当对此类术语给出与本技术的上下文和所附权利要求书的范围一致的广义解释。本领域的普通技术人员将了解，通常可以使用若干不同或重叠术语来引用特定部件。在本文中可描述为单个零件的物体可以包括多个部件并且在另一个上下文中被引用为由多个部件组成。另选地，本文中可描述为包括多个部件的物体可在别处称为单个零件。
39.通常需要描述相对于某个位置设置在不同线性位置的零件。术语“远侧”是指物件的比同一物件的“近侧”场所或部分更远的场所或部分。例如，物件的远侧端部更远离同一物件的近侧端部。因此，这些术语提供相对于彼此的一般定位。此外，在本文中可以有规律地使用若干描述性术语，如下所述。术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示单独部件的位置或重要性。
40.本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。
将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。
41.在元件或层被称为“在
…
上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层的情况下，它可直接在另一个元件或层上、接合到、连接到或联接到另一个元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接处于另一个元件或层上”、“直接接合到另一个元件或层”、“直接连接到另一个元件或层”或“直接联接到另一个元件或层”时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在
…
之间”与“直接在
…
之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
42.如上所述，本公开提供了用于增材制造零件的掩模，该零件在零件的表面中包括第一多个开口和间隔开的第二多个开口。掩模与该零件一起制造，并且可包括附接系带，该附接系带被配置为以悬臂方式在第一多个开口和第二多个开口之间一体地联接到该零件。掩模可通过附接系带的断裂而从零件移除。在一个实施方案中，第一盖构件和第二盖构件包括一体地联接到附接系带的近侧端部和至少部分地在相应的多个开口上方延伸的远侧端部。在另一个实施方案中，单个盖构件一体地联接到附接系带并且至少部分地在多个开口上方延伸。可向某些实施方案提供分离构件以允许容易地从零件移除掩模。在任何情况下，附接系带为与该零件的唯一连接。掩模的截面可为大致伞形或l形。
43.参见图1至图12，示出了根据本公开的某些实施方案的用于增材制造零件102的掩模100。图1示出了根据本公开的某些实施方案的用于增材制造零件102(下文称为“零件102”)的掩模100的透视图。掩模100和零件102可使用用于零件材料的任何适当的增材制造技术形成，并且可共同构成增材制造(am)结构103(仅图2)。增材制造(am)包括通过材料的连续层叠而不是材料的移除来生产部件的多种过程。因此，增材制造可形成复杂的几何形状，而无需使用任何种类的工具、模具或夹具，并且很少浪费或不浪费材料。并非由实心材料坯体(其中许多被切削掉并丢弃)加工部件，增材制造中使用的唯一材料是使部件成形所需的材料。增材制造技术通常包括采用待形成的部件(例如零件102和掩模100)的三维计算机辅助设计(cad)文件，以电子方式将该部件切成层(例如，18微米至102微米厚)并且创建具有每个层的二维图像(包括向量、图像或坐标)的文件。然后，可将该文件加载到制备软件系统中，该制备软件系统解读该文件，使得可通过不同类型的增材制造系统来构建该部件(例如掩模100和零件102)。在3d打印、快速原型(rp)和直接数字制造(ddm)形式的增材制造中，选择性地分配材料层(例如，塑料或陶瓷)以形成部件，例如，通过层后铺设材料层。相反，在金属粉末增材制造技术、诸如直接金属激光熔化(dmlm)(也称为选择性激光熔化(slm))中，将金属粉末层顺序地熔化在一起以形成该零件。更具体地讲，使用涂敷器均匀地分布于金属粉末床上之后，将细金属粉末层顺序地熔化。每个涂敷器包括由金属、塑料、材料、碳纤维或橡胶制成的模唇、刷、刮刀或滚筒形式的涂敷器元件，该涂敷器元件将金属粉末均匀铺展在构建平台上方。金属粉末床可在竖直轴中移动。该过程在具有精确控制的气氛的处理室中发生。一旦形成每个层，就可通过选择性地熔化金属粉末来使部件几何形状的每个二维切片熔凝。该熔化可通过高功率的熔化束(诸如100瓦镱激光器)执行，以便完全
焊接(熔化)金属粉末而形成固体金属。该熔化束使用扫描镜在x
‑
y方向上移动，并且其强度足以完全焊接(熔化)金属粉末以形成固体金属。可降低金属粉末床以用于每个后续二维层，并且该过程重复进行，直至完全形成该部件。在一个非限制性示例中，掩模100和零件102可通过用于金属零件的dmlm或slm或用于陶瓷零件的3d打印来形成。
44.在图1的实施方案中，零件102包括在零件102的表面110中的多个开口106。多个开口106可包括大致成一条线分组的任何数量的开口。零件102可包括任何现在已知或以后开发的工业零件。在一个非限制性示例中，零件102可包括涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括通过冷却通道通向零件的外表面(例如，表面110)的各种内部冷却回路。可提供冷却通道以冷却它们所存在的内部结构，和/或在零件102的表面110上形成冷却膜。尽管在所有情况下不是必需的，如图1示例所示，开口106可定位在零件的表面110中的从零件的另一个表面114延伸的底座112中。
45.开口106在表面110处可具有任何截面形状，例如圆形、椭圆形、多边形(正方形、矩形、梯形等)、扩散器形状等，并且可相对于表面110沿任何方向延伸到零件102中。多个开口106跨一定距离(例如，在一条线上)定位在零件102的表面110中。多个开口106可以间隔方式(例如，等距或不等距)跨表面110定位。图1中示出了四组开口106，每组具有相关联的掩模100。可采用任何数量的掩模100，例如少于四个或多于四个。
46.图2示出了根据本公开的某些实施方案的图1的掩模100的放大截面视图。掩模100包括附接系带120，该附接系带被配置为在选定的开口106之间以悬臂方式一体地联接到零件102，即，其为仅在其一个端部处联接到零件102的突出构件。附接系带120为与零件102的唯一连接。如将要描述的，附接系带120以允许容易地从零件102移除掩模100的方式将掩模100联接到零件102。应当注意，由于某些增材制造技术的限制，掩模100和零件102可能不一定以与所示相同的取向形成。
47.掩模100还包括：第一盖构件130，该第一盖构件包括一体地联接到附接系带120的第一近侧端部132和至少部分地在多个开口106的第一部分上方延伸的第一远侧端部134；和第二盖构件140，该第二盖构件包括一体地联接到附接系带120的第二近侧端部142和至少部分地在多个开口106的第二部分上方延伸的第二远侧端部144。第一盖构件130和第二盖构件140沿着开口延伸的整个距离分别至少部分地在多个开口106上方延伸。即，所有开口106至少部分地被相应的盖构件130、140覆盖。“至少部分地被覆盖”表示允许开口106的一些暴露。例如，第一盖构件130的第一远侧端部134与零件102分开第一间距d1，并且第二盖构件140的第二远侧端部144与零件102分开第二间距d2。因此，暴露开口106的一些间距d1、d2由盖构件130、140提供。
48.间距d1、d2提供了许多优点。在某些实施方案中，如图2所示，第一间距d1和第二间距d2具有被配置为防止锤击材料146(例如，金属丸、冰、球丸、砂等)从中穿过的尺寸。在这种情况下，可确定锤击材料146的直径d3，并且间距d1、d2的尺寸被设计成充分小于直径d3以防止锤击材料146进入间距d1、d2。以这种方式，盖构件130、140可防止对开口106的损坏，否则这些损坏可能因锤击材料146的撞击而发生。在某些实施方案中，如图3所示，第一间距d1和第二间距d2具有被配置为防止施加在相应盖构件130、140上的涂层148从相应盖构件130、140桥接到零件102的尺寸。即，间隙149存在于涂层148中。间距d1、d2可基于例如涂层148材料、涂覆格式、预期厚度等因素来设计尺寸。如图所示，虽然涂层148涂覆零件102和掩
模100，但其未能进入间距d1、d2，因此未涂覆或填充开口106。另外，涂层148不能跨间距d1、d2连接，从而留下间隙149。以这种方式，当移除掩模100时，涂层148不需要断裂来移除掩模，这可能导致涂层148在零件102上延伸的地方破裂。即，不存在施加到零件102上的涂层148的力，因此不存在零件102上的涂层148破裂的可能性。虽然间距d1、d2的尺寸可根据锤击材料146和/或涂层148而变化，但在一个非限制性示例中，第一间距d1和第二间距d2可各自在0.88毫米(mm)至1.4mm(0.035英寸至0.055英寸)之间。该尺寸范围将例如防止厚度在1.40mm和1.52mm之间的涂层148从盖构件130、140桥接到零件102，并且将防止1.5mm金属丸留在间距d1、d2中并撞击开口106。其他尺寸是可能的。
49.如图4所示，在某些实施方案中，空间填充材料150可定位在第一盖构件130和第二盖构件140中的至少一者与表面110之间。空间填充材料150可至少部分地填充盖构件130、140和间距d1、d2下方的空间。空间填充材料150可包括能够填充空间而不会不必要地过多填充开口106的任何材料，并且应易于移除。空间填充材料150可包括但不限于长丝，该长丝包括水溶性聚合物或其他共晶盐。
50.掩模100还可包括从第一盖构件130和第二盖构件140中的每一者(即，总体从盖构件130、140)延伸的分离构件152。分离构件152可包括能够接合并操纵以通过附接系带120的断裂从零件102移除掩模100的任何结构。分离构件152可包括例如能够由工具(未示出)(例如通道锁钳、可调扳手等)抓握的方形端部。除此之外或另选地，如图7所示，分离构件152可在其中包括工具接纳特征154，该工具接纳特征被配置为接纳工具(未示出)，诸如但不限于撬杆、螺丝刀、通道锁钳、可调扳手。工具接纳特征154可具有任何形状和/或尺寸以防止涂层148(图3)填充它。在任何情况下，分离构件152能够使用工具或手动地操纵以施加使附接系带120断裂的力，从而允许移除掩模100。分离构件152可具有距盖构件130、140的任何期望的竖直高度。
51.进一步关于附接系带120，如图2和图3所示，附接系带120具有最小宽度w，该最小宽度允许其容易地从零件102分离，并且因此掩模100从零件分离。图2示出了以基本上垂直的角度与零件102会合的附接系带120。在图2中，宽度w通常是均匀的；然而，这在所有情况下均不是必要的，因为可能有利的是附接系带120锥形化或变窄以促进断裂。例如，图3示出了附接系带120，其具有一体地联接到零件102并具有第一(最小)宽度w1的下部部分126、和在下部部分126上方并具有宽于第一宽度w1的第二宽度w2的上部部分128。较小的宽度w1使得更容易断裂附接系带120，并且在零件102上留下较少的需要通过机加工来移除的残余部分。图5和图6示出了根据其它实施方案的具有变化宽度的附接系带120的放大截面视图。图5和图6示出了盖构件130、140可具有其下表面156，该下表面以任何所期望的方式成形以产生附接系带120的所期望的最小宽度w。在一个非限制性示例中，附接系带120可具有在0.01毫米(mm)至0.50mm(0.01英寸至0.02英寸)范围内的最小宽度w。最小宽度w可根据大量因素而变化，这些因素包括但不限于：零件和掩模材料、零件102的尺寸、开口106的尺寸、移除所需的力、待使用的预期工具、盖构件130、140的预期总宽度wc(图2)等。附带地，在一个非限制性示例中，盖构件130、140的总宽度wc可为3.81mm至4.32mm(0.15英寸至0.17英寸)。
52.附接系带120也可采用多种结构形式。虽然被示出为大致垂直于零件102，但可采用一些非垂直的角度。在某些实施方案中，如图1所示，附接系带120可在掩模100的整个长度上延伸，该长度包括单个长度的盖构件130、140。另选地，如图7中的各种形式所示，附接
系带120可沿着由盖构件130、140所覆盖的距离在间隔开的连接点处一体地联接到零件102。可采用间隔开的附接系带120的任何构型。在图7的非限制性示例中：掩模100a具有以变化的长度大致随机地间隔开的附接系带120；掩模100b也具有附接系带120，该附接系带以变化的长度大致随机地间隔开但与掩模100a不同地间隔开；掩模100c具有附接系带120，该附接系带除了端部附接系带120e之外以均匀长度等距间隔开；并且掩模100d具有以均匀长度等距间隔开的成对的附接系带120。在某些实施方案中，附接系带120沿着由盖构件130、140所覆盖的距离的25％和60％之间一体地联接到零件102。在另一个实施方案中，附接系带120沿着由盖构件130、140所覆盖的距离的25％和35％之间一体地联接到零件102。可利用任何期望的附接系带120间距和长度来获得期望的分离动作(例如期望的力、工具等)，并且在移除掩模100之后，期望的附接系带120残留在零件120上。可通过机加工(例如磨削)来移除附接系带120的任何残余部分。
53.参见图8和图9，在其它实施方案中，第一盖构件130和第二盖构件140以及分离构件152可沿着由盖构件130、140覆盖的距离分段成多个盖构件和分离构件区段156。此处，间隙158(图9)可沿着掩模100的长度形成于盖构件130、140和分离构件152中。如图9所示，沿图8中的线9
‑
9沿截面视图截取，区段156可连接在相邻盖构件130、140的下端部处，以便保持对掩模100的支撑。通过断裂附接系带120的相应部分，多个盖构件和分离构件区段156中的每者可单独地与零件102分离。分段允许更容易且选择性地移除掩模100的区段。
54.返回图2，盖构件130、140已被示出为具有背离零件102的凸形外表面164和面向零件102的凹形内(下)表面156。在这种情况下，具有分离构件152的盖构件130、140可具有蘑菇形截面。如图1至图9所示，在这些实施方案中，掩模100具有一定程度上伞形的截面。然而，盖构件130、140可具有以本文所述的能够与零件102一起增材制造的方式保护开口106的任何期望形状。图10至图12示出了另选形状的多个非全面示例的截面视图。图10示出了更接近枞树形掩模，图11示出了更下垂的伞形或蘑菇形掩模，并且图12示出了更类似十字形的掩模。其他形状可以也是可能的并且被认为在本公开的范围内。掩模100的外表面(例如，表面164(图2))或分离构件152的外表面可被配置为以不同于零件102的方式与涂层148(图3)联接，例如，具有更粗糙的表面以更好地保持。虽然附图示出了盖构件130、140，其中附接系带120的每侧上为相同形状的盖构件(即，如对称的)，但本文所示的不同形状的盖构件可以以不对称的方式使用，例如，图2的盖构件130与图12的盖构件140一起使用。本文所示的不同形状的盖构件130、140的任何组合可以以非对称方式使用。
55.掩模100可由与零件102相同的材料制成。因此，材料可取决于零件的应用。在一个实施方案中，掩模100与零件102可由金属制成，该金属可包括纯金属或合金。例如，在零件102是涡轮叶片的情况下，该金属可包括几乎任何非反应性金属粉末，即非爆炸或非导电粉末，诸如但不限于：钴铬钼(cocrmo)合金、不锈钢、奥氏体镍
‑
铬基合金诸如镍
‑
铬
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钼
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铌合金(nicrmonb)(例如，inconel625或inconel718)、镍
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铬
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铁
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钼合金(nicrfemo)(例如，可购自哈氏合金国际公司(haynes international,inc.)的x)或镍
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铬
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钴
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钼合金(nicrcomo)(例如，可购自哈氏合金国际公司(haynes international,inc.)的haynes 282)等。在另一个示例中，该金属可包括几乎任何金属，诸如但不限于：工具钢(例如，h13)、钛合金(例如，ti6al4v)、不锈钢(例如，316l)、钴
‑
铬合金(例如，cocrmo)和铝合金(例如，alsi
10
mg)。另选地，零件102和掩模100可由(例如)塑料或陶瓷制成。如所指出的，掩模100和
零件102可由将根据材料而变化的增材制造(例如，dmlm、slm、3d打印等)技术制成。在任何情况下，零件102、附接系带120、第一盖构件130和第二盖构件140以及分离构件152将包括由增材制造产生的多个整体材料层。
56.参见图13至图18，示出了根据本公开的另一个实施方案的用于增材制造零件102的掩模200。掩模200和零件102可使用用于零件材料的任何适当的增材制造技术来形成，并且可共同构成am结构203(仅图14)。在该实施方案中，零件102可在其表面110中包括(单个)多个开口204。也就是说，虽然掩模200可以覆盖多个开口，但在该实施方案中，仅提供单行中的一组开口204。零件102可包括任何现在已知或以后开发的工业零件。在一个非限制性示例中，零件102可包括涡轮转子叶片，该涡轮转子叶片包括通过冷却通道通向零件的外表面(例如，表面110)的各种内部冷却回路。可提供冷却通道以冷却它们所存在的内部结构，和/或在零件102的表面110上形成冷却膜。尽管在所有情况下不是必需的，如图13示例所示，开口204可定位在零件的表面110中的从零件的另一个表面114延伸的底座112中。开口204在表面110处可具有任何截面形状，例如圆形、椭圆形、多边形(正方形、矩形、梯形等)、扩散器形状等，并且可相对于表面110沿任何方向延伸到零件102中。多个开口204跨一定距离(例如，大致在一条线上)定位在零件102的表面110中。开口204可以以间隔方式(例如，等距或不等距)跨表面110定位。虽然在图13中示出了两个掩模200，但是可以采用任何数量的掩模200，例如，少于两个或多于两个。
57.图14和图15示出了根据本公开的某些实施方案的掩模200的放大截面视图。图14是沿图13中的线15
‑
15截取的，并且图15是沿图13中的线16
‑
16截取的。掩模200包括附接系带220，该附接系带被配置为以悬臂方式邻近多个开口204一体地联接到零件102，即，其为仅在其一个端部处联接到零件102的突出构件。附接系带220为与零件102的唯一的全时连接。如将要描述的，附接系带220以允许容易地从零件202移除掩模200的方式将掩模200联接到零件102。
58.掩模200也包括盖构件230，该盖构件包括一体地联接到附接系带220的近侧端部232和至少部分地在多个开口204上方延伸的远侧端部234。远侧端部234可具有任何截面形状，例如，如图所示的大致三角形。盖构件230沿着多个开口延伸的整个距离至少部分地在多个开口204上方延伸。即，所有开口204至少部分地被盖构件230覆盖。盖构件230和附接系带220为掩模200提供略微l形或7形的截面。
59.如前所述，“至少部分地被覆盖”指示允许开口204的一些暴露。例如，如图14所示，盖构件230的远侧端部234与零件102分开间距d4。因此，暴露开口204的一些间距d4由盖构件230提供。间距d4(类似于先前图中的间距d1、d2)提供多个优点。在某些实施方案中，如图14所示，间距d4具有被配置为防止锤击材料246(例如，金属丸、冰、球丸、砂等)从其中穿过的尺寸。在这种情况下，可确定锤击材料246的直径d5，并且间距d4的尺寸被设计成充分小于直径d5以防止锤击材料246进入间距d4。以这种方式，盖构件230可防止对开口204的损坏，否则该损坏可由锤击材料246撞击而发生。在某些实施方案中，如图16所示，间距d4具有被配置为防止施加在盖构件230上的涂层248在远侧端部234处从盖构件230桥接到零件102的尺寸。间距d4可基于例如涂层248材料、涂覆格式、预期厚度等因素来设计尺寸。如图所示，虽然涂层248涂覆零件102和掩模200，但涂层未进入间距d4，因此未涂覆或填充开口204。盖构件230防止涂层248到达开口204，留下间隙249。另外，涂层248不能跨间距d4连接。
以这种方式，当掩模200被移除时，零件102上的涂层248不受影响。不存在施加到零件102上的涂层248的力，因此不存在零件102上的涂层248破裂的可能性。虽然间距d4的尺寸可根据锤击材料246和/或涂层248而变化，但在一个非限制性示例中，间距d4可在0.88毫米(mm)至1.4mm(0.035英寸至0.055英寸)之间。该尺寸范围将防止例如厚度在1.40mm和1.52mm之间的涂层248从盖构件230桥接到零件102，并且将防止1.5mm金属丸在间距d4中停留并撞击开口204。其他尺寸也是可能的。
60.掩模200还可包括从盖构件230延伸的分离构件252。分离构件252可包括能够接合和操纵以通过断裂附接系带从零件102移除掩模200的任何结构。分离构件252可包括例如能够由工具(未示出)(例如通道锁钳、可调扳手等)抓握的方形端部。除此之外或另选地，如图13所示，分离构件252可在其中包括工具接纳特征254，该工具接纳特征被配置为能够接纳工具268(仅图15)，诸如但不限于撬杆、螺丝刀、通道锁钳、可调扳手。工具接纳特征254可具有防止涂层248填充它的任何尺寸和/或形状。在某些实施方案中，如图14最佳所示，与图1至图12中的盖构件130、140相反，盖构件230还可包括与分离构件252相距距离d6(仅图14)的力接收表面270。由定位在分离构件252的工具接纳特征254中的工具268施加的力f(向上或向下)施加杠杆力lf(分别为顺时针或逆时针)以从零件102分离附接系带220。在任何情况下，分离构件252能够操纵以通过工具或手动地施加使附接系带220断裂的力，从而允许移除掩模200。分离构件252可具有距盖构件230的任何期望的竖直高度。例如如图14所示，分离构件252可定位在盖构件230的近侧端部232上方，或例如如图15所示，分离构件可在盖构件230的近侧端部232和远侧端部234之间间隔开，例如更靠近近侧端部232以允许在移除期间更直接地向附接系带220施加力。
61.如图13以及图14的截面所示，掩模200可任选地包括从盖构件230的远侧端部234延伸的至少一对枢转限制构件274。在图13中，示出了从每个掩模200的远侧端部234延伸的三个枢转限制构件274；然而，可使用任何数量，包括多于三个。如图14所示，在盖构件230的第一松弛位置，每个枢转限制构件274从远侧端部234延伸至距零件102(即，表面110)的间距d7。即，每个枢转限制构件274可使其自身的远侧端部276与零件110间隔开间距d7。枢转限制构件274和零件102之间的间距d7小于盖构件230的远侧端部234和零件102之间的间距d4。在一个非限制性示例中，间距d7可为大约0.1毫米(mm)(0.004英寸)。如图17所示，由于掩模200的悬臂性质，在诸如涂覆和/或锤击工艺的某些情况下，掩模200可枢转。在该设定中，枢转限制构件274可在第二枢转位置(其中弯矩力bm(图17)被施加到附接系带220、盖构件230和分离构件252中的至少一者)中更靠近和/或接触零件102而移动。因此，枢转限制构件274抵抗在处理期间施加的并非旨在移除掩模200的任何临时力。一旦弯矩bm力被移除，掩模200就可以返回到例如图14所示的松弛位置，并且间距d7返回在枢转限制构件274与零件102之间。图16示出了不具有枢转限制构件的掩模200。
62.进一步关于附接系带220，如图14所示，附接系带220具有最小宽度w3，该最小宽度允许其容易地与零件102分离，并且因此允许掩模200与零件分离。图14示出了以基本上垂直的角度与零件102会合的附接系带220；其他角度可以是可能的。附接系带220可锥形化或变窄以促进断裂。例如，在图14中，附接系带220可具有一体地联接到零件102的具有第一(最小)宽度w3的下部部分226、和在下部部分226上方的具有宽于第一宽度w3的第二宽度w4的上部部分228。附接系带220也可具有如关于图5和图6所述的变化的宽度，或如图2所示的
大致均匀的宽度。在一个非限制性示例中，附接系带220可具有在0.01毫米(mm)至0.50mm(0.01英寸至0.02英寸)范围内的最小宽度w3。最小宽度w3可根据大量因素而变化，这些因素包括但不限于：零件和掩模材料、零件102的尺寸、开口204的尺寸、移除所需的力、待使用的预期工具、盖构件230的预期宽度wcm(图14)等。附带地，在一个非限制性示例中，盖构件230的盖构件宽度wcm可为5.33mm至6.35mm(0.21英寸至0.25英寸)。
63.附接系带220也可采用多种结构形式。在某些实施方案中，如图13所示，附接系带120可在掩模200的整个长度上延伸，该整个长度包括单个长度的盖构件230。另选地，类似于图7中以各种形式所示，附接系带220可沿着由盖构件230覆盖的距离在间隔开的连接点处一体地联接到零件102。可采用间隔开的附接系带220的任何构型。在图18的非限制性示例中：掩模200a具有以变化的长度大致随机地间隔开的附接系带220；掩模200b也具有附接系带220，该附接系带以变化的长度大致随机地间隔开但与掩模200a不同地间隔开；掩模200c具有附接系带220，该附接系带除了端部附接系带220e之外以均匀长度等距间隔开；并且掩模200d具有以均匀长度等距间隔开的成对的附接系带220。在某些实施方案中，附接系带220沿着由盖构件230覆盖的距离的25％和60％之间一体地联接到零件102。在另一个实施方案中，附接系带220沿着由盖构件230覆盖的距离的25％和35％之间一体地联接到零件102。可利用任何期望的附接系带220间距和长度来获得期望的分离动作(例如期望的力、工具等)，并且在移除掩模200之后，期望的附接系带220残留在零件220上。可通过机加工(例如磨削)来移除附接系带220的任何残余部分。
64.进一步参照盖构件230，例如如图14所示，盖构件230可包括一对方形拐角280、282。方形拐角280、282位于附接系带220的相对侧上。以这种方式，当通过手或通过诸如钳子的工具抓握时，可通过断裂附接系带220来容易地移除掩模200。
65.图19至图25示出了类似于掩模200的多个另选实施方案的截面视图。在这些实施方案中，例如如图19所示，掩模300包括附接系带220和盖构件230。盖构件230的近侧端部232联接到附接系带220。盖构件230及其远侧端部234在开口204上方延伸，并且远侧端部234具有距零件102(即，表面110)的间距d8。间距d8可类似于间距d4(图14)。在每个实施方案中，任选的枢转限制构件274可从远侧端部234延伸，但为清楚起见可不示出。
66.图19至图21示出与掩模200(图12至图18)类似的掩模300(包括分离构件252和各种另选结构)的截面视图。图19示出具有远侧端部234的掩模300，该远侧端部具有大致多边形(例如，矩形)截面形状。图20示出了具有远侧端部234的掩模300，该远侧端部包括远离附接系带220延伸的凸缘384。图21示出了类似于图20的掩模300，但该掩模包括在盖构件230的近侧端部232和远侧端部234之间间隔开的分离构件352，并且包括用于接纳工具(未示出)的切口386。
67.图22至图25示出了掩模300的截面视图，其中分离构件352(图19至图21)已被省略。图22示出了掩模300，其中分离构件352(图19至图21)已被省略，并且附接系带220为线性的。图23示出了类似于图22但包括远侧端部234的掩模300，该远侧端部具有远离附接系带220延伸的凸缘384。图24和图25示出了掩模300，其中方形拐角280、282(图22)被省略。在图24中，盖构件230是倒圆的，并且在图25中，盖构件230包括用于被手或被工具(未示出)(例如钳子)抓握的平行侧面388、390。在图25中，附接系带220具有一体地联接到零件102的具有第一(最小)宽度w5的下部部分326、和下部部分326上方并且具有宽于第一宽度w5的第
二宽度w6的上部部分328。图25中的远侧端部234具有尖端392。
68.图19至图25所示的任何另选特征可被混合和匹配以形成本公开范围内的另选实施方案。
69.掩模200、300可由与零件102相同的材料制成。掩模200、300和零件102可由本文列出的用于掩模100和零件102的任何材料制成。掩模200、300和零件102可由增材制造(例如用于金属零件的dmlm或slm，或用于陶瓷零件的3d打印)制成。..在该情况下，零件102、附接系带220、盖构件230和分离构件252(以及本文所述的任何另选特征)将包括多个整体材料层。
70.虽然本公开的实施方案已被描述为掩模100、200、300与零件102一起增材制造，但将容易认识到，掩模100、200、300可通过增材制造或其他技术单独形成并且例如通过焊接联接到零件102。
71.本公开的实施方案提供了用于增材制造零件的掩模，该掩模在其他工艺(诸如涂覆和锤击)期间提供对零件表面中的开口的保护。本文所述的掩模可与零件一起增材制造，以消除对例如利用缠带或焊接结构费力地手动掩蔽开口的需要。掩模还更好地保护开口免受可能损坏它们的工艺(例如，锤击)的影响，并且消除了对开口的高成本清洁的需要。
72.如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。应用于范围的特定值的“大约”适用于两个终止值，除非另外依赖于测量值的仪器的精度，否则可以指示所述值的+/
‑
10％。
73.以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。