[发明专利]构建板夹紧组件和增材打印于工件的增材制造系统及方法

说明书

本发明涉及构建板夹紧组件和增材打印于工件的增材制造系统及方法。构建板夹紧组件可包括具有构建板接纳表面的工作站和从工作站的构建板接纳表面伸出的锁销。锁销可包括：中空销主体；设置在中空销主体内的活塞，活塞能够从缩回位置沿轴向移动到促动位置；和多个止动件，多个止动件能够响应于活塞沿轴向移动到促动位置而通过中空销主体中的多个止动件孔口中的相应止动件孔口沿径向伸出。在工件上工作的方法可包括：将构建板锁定接合在第一工作站处；执行第一工作步骤；从第一工作站释放构建板；将构建板锁定接合在第二工作站处；和执行第二工作步骤。增材制造系统可包括具有第一构建板接纳表面的视觉系统和具有第二构建板接纳表面的增材制造机器。

技术领域

本公开大体上涉及在工件上增材打印的增材制造系统和方法，且更特别地涉及构造成将构建板与增材制造系统的坐标对准的构建板-夹紧组件以及与其相关的系统和方法。

背景技术

根据本公开，将为合乎期望的是，利用增材制造机器或系统来增材打印到预先存在的工件上(包括作为单次构建的部分而增材打印到多个预先存在的工件上)。当增材打印到这样的工件上时，对于增材制造机器、系统以及方法而言将为合乎期望的是，以足够的精度和准确度增材打印到预先存在的工件上，以便提供近净形构件。因此，需要改进的增材制造机器和系统以及在工件上增材打印的方法。

本公开所设想的工件包括原始制备的工件以及旨在修复、再构建、升级等的工件，诸如在其整个服务寿命期间可经历损伤、磨损和/或劣化的机器或装置构件。将为合乎期望的是，在工件(诸如，机器或装置构件)上增材打印，以便对这样的构件进行修复、再构建或升级。还将为合乎期望的是，在工件上增材打印，以便产生新的构件(诸如，可表现出增强的性能或服务寿命的构件)。

机器或装置构件的一个示例包括翼型件(诸如，在涡轮机中使用的压缩机叶片或涡轮叶片)。这些翼型件在其整个服务寿命期间频繁地经历损伤、磨损和/或劣化。例如，提供服务的翼型件(诸如，燃气涡轮发动机的压缩机叶片)在长期使用之后显示出侵蚀、缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这样的叶片经受显著地高的应力和温度，显著地高的应力和温度不可避免地使叶片随时间推移而磨损(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伤：叶片末梢与涡轮机护罩之间的摩擦或擦挂(rub)、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，磨损或损伤的叶片如果未被校正，则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机护罩之间的间隙可允许气体通过涡轮机级而泄漏，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修复。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，用于涡轮机的压缩机叶片典型地是频繁检查、修复或更换的目标。完全更换这样的叶片典型地是昂贵的，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。尽管如此，传统的修复过程还是倾向于为劳动密集并且耗时的。

例如，传统的修复过程使用焊接/包覆技术，通过该技术，可将修复材料以粉末或线的形式供应到修复表面，并且，修复材料可使用聚焦的功率源(诸如，激光、电子束、等离子弧等)来熔融并且结合到修复表面。然而，利用这样的焊接/包覆技术来修复的叶片还经历繁琐的后处理，以实现目标几何形状和表面光洁度。具体地，由于结合到修复表面的焊接/包覆修复材料的庞大的特征尺寸，修复的叶片需要繁重的机加工来移除多余的材料，其随后是抛光，以实现目标表面光洁度。值得注意地，这样的机加工和抛光过程一次在单个叶片上执行，为劳动密集的并且繁琐的，并且造成单次修复的大的总体劳动成本。

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。