[发明专利]基于粉末床对多个相同部件进行增材构建的方法和设备

说明书

本发明涉及一种基于粉末床来对多个相同的部件(10)进行增材构建的方法和设备。该方法包括：借助于夹持装置(2)将部件(10)中的每个部件固定在底板(1)上；调整被固定的部件(10)中的至少一些部件相对于底板(1)的垂直位置，使得每个部件(10)的结构顶端(11)与底板(1)的间隔处于预先确定的公差范围(TB)内；在底板(1)上提供构建材料的粉末床(3)，直至粉末床达到公差范围(TB)的高度；以及分别在部件(10)的结构顶端(11)上进行材料的逐层增材构建。

技术领域

本发明涉及一种基于粉末床来对多个相同部件进行增材制造(特别是对部件进行修复)的方法以及相应的设备。

背景技术

这些部件(优选是相同的部件)特别适用于涡轮机，优选用于燃气涡轮的热气路径中。优选地，这些部件是涡轮转子叶片或翼型件。相应地，部件优选地分别包括镍基或钴基超合金或由镍基或钴基超合金组成。该合金可以是沉淀硬化的或可沉淀硬化的。替代地或附加地，部件可以是被磨损的部件和/或部分制造或部分构建的部件。

作为粉末床方法，生成制造方法或增材制造方法例如包括：选择性激光熔化(SLM)或激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM)。同样，增材方法包括激光金属沉积(LMD)。

例如，从EP 2 601 006 B1已知一种选择性激光熔化方法。

已经证明，增材制造方法对于复杂部件或采用复杂或精细设计(例如，迷宫式结构、冷却结构和/或轻质结构)的部件而言特别有利。增材制造尤其是由于工艺步骤链特别短而是有利的，因为可以在对应CAD文件的基础上直接执行部件的生产步骤或制造步骤。

此外，增材制造对于开发或生产的原型机特别有利，该原型机例如出于成本原因而不能借助于常规减成法或机械加工方法或铸造技术生产，或者不能通过这些手段有效地生产。

燃气涡轮的转子叶片经常需要在预期的维修间隔之后对翼型件尖端进行修复。这些翼型件尖端在使用燃气涡轮期间受到热、机械和/或腐蚀作用而损坏。为了进行修复，通常手动移除损坏区域，随后通过焊接方法(例如，激光金属沉积)进行构建。该移除可以以手动完成或者(部分)自动地完成。

在涡轮叶片的生产领域中已知，由于涡轮叶片对材料组成和几何形状的复杂性的要求，由真空精密铸造生产的零件的尺寸会有所波动(波动范围)。特别地，翼型件长度由于生产相关原因而变化，即，沿着翼型件的纵向轴线的起点或标称的翼型件长度被精确限定于仅十分之几毫米范围之内。

与所描述的与生产相关的翼型件长度波动或“不精确性”相同，移除翼型件尖端或磨损区域来预备重建翼型件尖端或磨损区域，会导致其余翼型件的长度发生变化或具有不精确性。

此外，经常期望只移除必须要移除的元件，因为通过焊接(“翻新”)而涂覆的“翻新材料”经常不具有与原始制造的元件所需或相同的材料质量或结构，这种区别例如涉及热裂纹敏感性方面。

因此，待修复元件或部件的尺寸关于其纵向范围受到某些不可避免的波动或不精确性的影响。与基于粉末床的增材制造相反，这些波动在常规修复方法(例如，激光金属沉积或WIG焊接)中没有问题。

然而，如果希望使用增材和/或基于粉末床的选择性方法(例如选择性激光熔化)再次构建部件，则上述波动将产生不可接受的结果，或者使通过基于粉末床的方法并行修复多个部件变得非常复杂。原因在于，在基于粉末床的方法的情况下，结构顶端的位置应当相对于衬底或底板被确定为在与该过程中使用的层厚度相对应的范围内。选择性激光熔化区域中的通常层厚度大约介于20μm和80μm之间。因此，部件或元件(假设它们都直接固定在该底板上)的尖端在构建方向上彼此不同的公差范围都应当介于层厚度的范围之内，以使得在各个涂覆过程期间不会出现问题，特别是不会出现碰撞。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种方法，以简化在粉末床上对多个部件进行的增材制造，或者可以扩展基于粉末床的制造技术的用途，从而还可以更广泛地使用增材制造技术的优点。