[发明专利]用于涡轮机部件的增材制造的方法

说明书

本发明涉及用于制造部件的方法，该部件特别是涡轮机部件，该部件呈材料的多个叠置的层的形式，该方法包括将材料供应到供给喷嘴(8)的步骤，以及朝向供给喷嘴(8)投射能量以使穿过供给喷嘴的材料熔融的步骤。根据本发明，该方法包括在能量投射步骤期间用冷却元件冷却供给喷嘴(8)的步骤。

技术领域

本发明涉及特别是航空中的部件的增材制造的领域。

背景技术

例如通过文献US-A1-2019030602、EP-A1-2 705 942、WO-A2-2016086912、EP-A1-3388 171、EP-A1-3 498 402、WO-A1-2019035810说明了现有技术。

增材制造技术使得能够特别地在没有机加工的情况下，通过使旨在用于制造部件的材料的连续的层进行沉积和堆叠并将这些层部分或全部合并来制造复杂的部件。该技术以重要的方式已经发展了多年。增材制造包括但不限于选择性激光熔融(SLM)、电子束粉末熔融(EBM)以及直接金属熔融(LMD)。在LMD技术中，材料可以以粉末形式(LMD粉末)或线材形式(LMD线材)来供给。

以线材的形式提供材料的LMD技术的原理是通过熔融的材料的线材的沉积来进行层加。这是通过增材制造设备实现的，该增材制造设备包括用于供给线材的喷嘴以及用于向线材产生能量以使线材熔融并获得被沉积在最终部件的支撑部上的熔融材料(或熔融浴)的元件。

根据待沉积的材料的量和沉积时间，该方法可能很长。在部件的整个制造过程期间，供应到线材以使线材熔融的能量在设备中产生了温度上升。在熔融材料的水平处，温度可能达到约2000℃，这可能导致设备的某些构件(特别是用于供给线材的喷嘴)的变形。事实上，该供给喷嘴(通常由铜制成)在热量的作用下将伸长。伸长会影响熔融材料的沉积的质量，因为在供给喷嘴的加热期间，供给喷嘴将开始膨胀，从而离开沉积的最佳条件。由此产生的沉积物可能有缺陷，并且在检查时被视为不一致。在最坏的情况下，供给喷嘴的加热导致线材的通道横截面的减小，从而导致线材流率的停止。

发明内容

本发明特别旨在提供用于制造部件的方法，该部件特别是涡轮机部件，该方法使得能够保持熔融材料的最优输出，以获得高质量的且一致的材料沉积物，而不影响制造时间和制造成本。

根据本发明，这通过用于制造部件的方法来实现，该部件特别是涡轮机部件，该部件呈在制造支撑部上的材料的多个叠置的层的形式，该方法包括将材料供应到供给喷嘴中的步骤，以及朝向材料投射能量以使材料在制造支撑部上熔融的步骤，该方法包括在能量投射步骤期间通过冷却元件冷却供给喷嘴的步骤。

因此，该方案使得能够实现上述目的。特别地，供给喷嘴的冷却是使得能够保持供给喷嘴的几何特征并且保持沉积物的质量的简单的方案。这种冷却不会增加部件的制造时间，也不会影响制造成本。

在另一个特征中，材料呈线材的形式。使用填充线材沉积呈材料珠的形式的熔融材料更快。材料珠的沉积更加规则且洁净，这意味着部件在物理化学抗性和机械抗性方面的质量更好。此外，沉积材料的产率很高，因为产率几乎是100％。

另一个特征是材料是金属的，以获得金属的涡轮机部件。

作为该方法的进一步的特征，冷却元件以介于1巴到3巴之间的压力进行喷射。这样的压力足以冷却供给喷嘴，而不会干扰或改变供给喷嘴中的材料的熔融。

另一个特征是冷却元件的温度在20℃范围内。该温度(室温)意味着不需要附加能量源来冷却供给喷嘴，供给喷嘴已经处于比供给喷嘴中的熔融的材料相对更冷的温度。

根据另一个特征，冷却元件是中性气体流，例如氮气或氩气。这样，冷却使得能够对从熔融材料获得的并且由供给喷嘴沉积的材料珠提供更好的局部保护，因为所使用的中性气体也用于使设备的外壳变得惰性，制造支撑部和供给喷嘴布置在外壳中。中性气体还使得能够防止部件在制造过程期间氧化。