[发明专利]用于工具增材制造的方法和系统

说明书

披露了一种增材制造系统，所述增材制造系统包括电极头，所述电极头包括电极阵列以沉积材料来形成三维零件。所述阵列包括第一多个电极和第二多个电极，所述第一多个电极由具有第一延展性和第一硬度的第一金属材料形成，所述第二多个电极由具有第二延展性和第二硬度的第二金属材料形成，其中，所述第一延展性大于所述第二延展性，并且所述第二硬度大于所述第一硬度。电源提供电力以用于为每个电极建立焊接电弧。驱动辊系统驱动每个电极。控制器连接至所述电源以控制所述增材制造系统的操作来使用所述第一多个电极形成所述零件的内部部分、并且控制所述增材制造系统的操作来使用所述第二多个电极形成所述零件的外部部分，使得所述零件的内部部分的延展性大于所述零件的外部部分的延展性。

相关申请的交叉引用

在此要求于2017年11月29日提交的美国临时专利申请序列号62/592,045的权益，并且其披露内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及与焊接或类似于焊接的技术(例如，包层)相关的系统和方法、并且更具体地涉及使用多种工艺的工具增材制造。

背景技术

常规地，增材制造工艺能够以相对较低的沉积速率(例如粉末：30-100cm³/hr；焊丝：800-2000cm³/hr)来制造近净形零件，其中逐层地构建每个零件。构建时间可能会很长，并且偶尔可能产生缺陷，比如由低热量输入造成的欠熔合。基于焊丝的增材制造工艺可以比基于粉末的工艺具有更高的沉积速率；但是，基于粉末的工艺可以具有更高的分辨率，以获得更详细的特征。因此，不同的增材制造工艺具有优点和缺点，这是在制造近净形零件时应考虑的。

传统上，在多种不同制造工艺中使用治具、固定装置、模口、模具、机床、切削工具、量规、以及其他工具(在本文中被统称为工具或工装)。此类工装典型地制成非常难以执行特定功能(例如，金属冲压或锻造)并且倾向于具有高碳含量。工装通常由非常硬的材料制成，所述材料由单件精炼材料机加工而成。例如，通常经由快速冷却来形成马氏体结构(例如，马氏体)而制造硬质工具。马氏体结构通常是指非常硬的钢结晶结构形式、但也可以指通过无扩散转变而形成的任何晶体结构。总体上，马氏体是碳在铁中的硬且非常脆的固溶体，铁是硬化钢的主要成分。虽然通常需要工装的硬度来执行制造功能，但是这样的硬质工装易于开裂，因为碳含量太高。然而，典型地，工装的仅一小部分表面在使用期间经受高应力和/或温度，而工装的其余部分并不。

发明内容

本发明的实施例包括与针对工装的增材制造相关的方法、组合物、以及结构。此类工装可以用于例如经由热或冷工艺来冲压、锻造或铸造金属、或用于挤压金属或塑料。而且，工装可以例如在注射模制工艺中用于注射金属、塑料或玻璃。此外，工装可以用于例如使用玻璃纤维或碳纤维的工艺中。此类工装可能需要在热和/或冷的环境中操作并且抵抗撞击、磨损、变形、腐蚀、热冲击和侵蚀中的一种或多种。例如，因瓦(Invar)是具有低热膨胀系数的镍-铁合金。本文所描述的用于工装增材制造的工艺、组合物以及结构与传统的非增材途径不同。由于此类沉积物的硬脆性，因此，经由增材制造来制造/制作工装(其含有高水平的碳)非常困难。因此，经由增材制造工艺来制造工装不使用与传统制成的工装相同的合金含量。对于工具增材制造，可以用某种其他合金来代替碳，并且控制冷却速率以提供工装的强度和其他希望特性。