[发明专利]对准构件用于粉末床增材制造修复过程的工具组件和方法

说明书

本发明涉及对准构件用于粉末床增材制造修复过程的工具组件和方法。一种在增材制造机器中对准多个构件以用于修复过程的工具组件和方法包括：定位多个构件，使得多个构件中的各个的修复表面例如在重力下或使用偏压部件接触对准板。该方法进一步包括：利用容纳壁来包围对准板以围绕多个构件限定贮存器；以及将诸如蜡或灌封材料的填充材料分配到贮存器中，填充材料构造成用于在填充材料凝固时固定多个构件的相对位置。

技术领域

本主题大体上涉及增材制造机器和过程，并且更特别地涉及用于对准多个构件以用于粉末床增材制造修复过程的工具组件。

背景技术

机器或装置构件在其整个服务寿命期间经常经历损坏、磨损和/或劣化。例如，燃气涡轮发动机的提供服务的压缩机叶片在长期使用之后显示出腐蚀、缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这样的叶片受到很大的应力，应力不可避免地使叶片随着时间的推移而磨损(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坏：叶片末梢与护罩之间的摩擦或擦挂(rubbing)、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，如果不纠正，则磨损或损坏的叶片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护罩之间的间隙可允许气体通过涡轮级泄漏，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翻新。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，用于燃气涡轮发动机的压缩机叶片典型地是经常的检查、修复或更换的目标。完全更换这样的叶片经常是非常昂贵的，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。然而，现有的修复过程倾向于是劳动密集型且耗时的。

例如，传统的压缩机叶片末梢修复过程使用焊接/包覆技术，在该技术中，以粉末或线的形式向叶片末梢供应修复材料。修复材料通过聚焦功率源(例如激光、e-束、等离子弧等)熔化，并结合到叶片末梢。然而，利用这样的焊接/包覆技术修复的叶片需要繁琐的后处理来实现目标几何形状和表面光洁度。具体地，由于焊接/包覆修复接头的庞大特征尺寸，修复的叶片需要繁重的机加工来移除末梢上的多余材料，并且进一步需要辅助抛光过程来实现目标表面光洁度。值得注意地，这样的过程一次在单个叶片上执行，是非常劳动密集且繁琐的，并且造成单次修复的非常高的总体劳动成本。

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在基础构件上。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，已开发新颖的系统和方法并将其呈现在本文中，以用于使用粉末床增材制造过程来修复或再构建磨损的压缩机叶片(或任何其它构件)。具体地，这样的修复过程大体上包括：移除多个压缩机叶片中的各个的磨损部分；将多个压缩机叶片定位在增材制造机器的构建平台上；确定各个叶片末梢的精确位置；以及逐层地将修复节段直接打印到叶片末梢上，直到压缩机叶片达到其原始尺寸或另一合适的目标尺寸和形状。

本文中所描述的这样的新颖的增材制造DMLM修复程序的关键挑战中的一个涉及使叶片末梢在相同的竖直高度处对准以促进粉末沉积和再涂覆过程。具体地，再涂覆过程大体上使用再涂覆器刀片，再涂覆器刀片在粉末床上将添加粉末刮擦或铺展成层(在使该层的部分熔合之前)。然而，如果叶片末梢在期望高度上方太远，则可发生与再涂覆器的物理接触，从而引起再涂覆过程的故障。相比之下，如果叶片末梢在期望高度下方太远，则可能不会发生沉积的添加粉末的层恰当地熔合到叶片，例如，这是因为熔化池未深到足以与叶片末梢形成恰当的结合。