本發(fā)明大體上涉及添加制造技術(shù)，并且更具體地涉及用于添加制造構(gòu)件的方法和由此方法制作的構(gòu)件。

背景技術(shù)：

利用常規(guī)添加制造方法產(chǎn)生的構(gòu)件和產(chǎn)品已知具有特別在任何面向下的表面上的較差表面精整和過(guò)大的粗糙度。這些缺陷影響產(chǎn)生某些結(jié)構(gòu)的能力，例如包括水平管、拱形、室(閉合或以其它)，等。面向下的表面中的這些瑕疵導(dǎo)致縮短的零件疲勞壽命、材料相對(duì)于粗糙表面的累積、循環(huán)流體的流動(dòng)和湍流問(wèn)題，以及從孔隙的流體泄漏。結(jié)果，常規(guī)添加方法通常在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中避免，其中可能需要諸如較大未支承的懸垂部分和其它面向下的表面的性質(zhì)。

就精密構(gòu)件制造而言，特別是在涉及多個(gè)子構(gòu)件時(shí)，耗時(shí)且一體的步驟為子構(gòu)件的緊固、定位和/或再緊固。在子構(gòu)件與底座工件和/或其它(多個(gè))子構(gòu)件的任何最終附接(多個(gè))步驟之前，通常需要該(多個(gè))步驟來(lái)將子構(gòu)件置于精確的位置。

因此，不斷需要改善制造技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)提供添加制造構(gòu)件的方法和由導(dǎo)致構(gòu)件改善的這些相同方法制成的構(gòu)件來(lái)克服上述缺陷中的至少一些。更具體而言，本發(fā)明針對(duì)一種改善的方法，其允許構(gòu)件在構(gòu)件的某些(多個(gè))表面上具有改善的精整，且/或利用更簡(jiǎn)化的制造步驟構(gòu)成，而沒(méi)有伴隨的質(zhì)量降低。

因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種方法包括：利用添加制造系統(tǒng)來(lái)添加制造具有至少一個(gè)定位器元件的第一子構(gòu)件，由此使用添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)來(lái)定位至少一個(gè)定位器元件的第一位置；基于定位，將第二子構(gòu)件的一部分有選擇地置于第一子構(gòu)件的至少一個(gè)定位器元件附近；以及在一個(gè)區(qū)域中將第二子構(gòu)件附接到第一子構(gòu)件上，其中該區(qū)域基于從所述添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的定位，由此限定構(gòu)件。

因此，按照本發(fā)明的另一方面，一種構(gòu)件包括：第一子構(gòu)件，其中第一子構(gòu)件具有添加制造的定位器元件；以及附接到第一子構(gòu)件上的第二子構(gòu)件，其中定位器元件在與第一子構(gòu)件相同的添加制造構(gòu)建室內(nèi)附接至第二子構(gòu)件。

本發(fā)明的第一技術(shù)方案提供了一種方法，包括：利用添加制造系統(tǒng)來(lái)添加制造具有至少一個(gè)定位器元件的第一子構(gòu)件，由此使用所述添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)來(lái)用于定位所述至少一個(gè)定位器元件的第一位置；基于所述定位，將第二子構(gòu)件的一部分有選擇地放置于所述第一子構(gòu)件的所述至少一個(gè)定位器元件附近；以及在一個(gè)區(qū)域中將所述第二子構(gòu)件附接至所述第一子構(gòu)件，其中所述區(qū)域基于來(lái)自所述添加制造系統(tǒng)的所述控制系統(tǒng)的所述定位，由此限定構(gòu)件。

本發(fā)明的第二技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述附接包括利用焊接源來(lái)焊接。

本發(fā)明的第三技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述焊接源包括激光器。

本發(fā)明的第四技術(shù)方案是在第二技術(shù)方案中，所述焊接包括以下中的一者：氣體焊接、電子束焊接、摩擦攪拌焊接、超聲波焊接和熱焊接。

本發(fā)明的第五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述第二子構(gòu)件是添加制造的。

本發(fā)明的第六技術(shù)方案是在第三技術(shù)方案中，所述添加制造還包括將所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件添加制造為整體工件。

本發(fā)明的第七技術(shù)方案是在第六技術(shù)方案中，所述有選擇地放置還包括使所述第二子構(gòu)件從所述整體工件朝所述第一子構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的第八技術(shù)方案是在第七技術(shù)方案中，在所述旋轉(zhuǎn)期間，所述第二子構(gòu)件保持附接至所述第一子構(gòu)件。

本發(fā)明的第九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述第二子構(gòu)件經(jīng)由以下中的至少一者來(lái)制造：鑄造、擠制、軋制、鍛造和機(jī)加工。

本發(fā)明的第十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述添加制造、有選擇地放置和附接在共同的構(gòu)建室中完成。

本發(fā)明的第十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述添加制造包括直接金屬激光熔化(DMLM)。

本發(fā)明的第十二技術(shù)方案是在第五技術(shù)方案中，所述第一子構(gòu)件和所述第二子構(gòu)件在共同的構(gòu)建室中的共用的構(gòu)建板上添加制造。

本發(fā)明的第十三技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，至少一個(gè)定位器元件還包括至少一個(gè)支承元件。

本發(fā)明的第十四技術(shù)方案是在第十三技術(shù)方案中，所述第二子構(gòu)件的一部分包括構(gòu)造成至少部分地承載在所述至少一個(gè)支承元件上的承載表面。

本發(fā)明的第十五技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述有選擇地放置包括將所述第二子構(gòu)件人工地或自動(dòng)地放置在所述第一子構(gòu)件上。

本發(fā)明的第十六技術(shù)方案是在第四技術(shù)方案中，所述熱焊接包括以脈沖模式激光焊接。

本發(fā)明的第十七技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述構(gòu)件的一部分包括基本水平的表面。

本發(fā)明的第十八技術(shù)方案是在第十七技術(shù)方案中，所述基本水平的表面包括基本面向下的表面。

本發(fā)明的第十九技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述構(gòu)件的一部分包括以下中的一者：管、拱形和懸垂物。

本發(fā)明的第二十技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，所述構(gòu)件包括以下中的一者：開(kāi)啟的室和封閉的室。

本發(fā)明的第二十一技術(shù)方案是在第一技術(shù)方案中，在附接之后還包括以下中的一者：添加制造所述構(gòu)件；將第三子構(gòu)件附接至所述構(gòu)件；以及將所述構(gòu)件附接至第二構(gòu)件。

本發(fā)明的第二十二技術(shù)方案提供了一種通過(guò)第一技術(shù)方案的方法制造的構(gòu)件。

本發(fā)明的第二十三技術(shù)方案提供了一種構(gòu)件，包括：第一子構(gòu)件，其中所述第一子構(gòu)件具有添加制造的定位器元件；以及附接至所述第一子構(gòu)件的第二子構(gòu)件，其中所述添加制造的定位器元件在與所述第一子構(gòu)件相同的添加制造構(gòu)建室內(nèi)附接至所述第二子構(gòu)件。

本發(fā)明的第二十四技術(shù)方案是在第二十三技術(shù)方案中，第一和第二子構(gòu)件中的至少一者具有至少一個(gè)基本面向下的表面。

本發(fā)明的第二十五技術(shù)方案是在第二十四技術(shù)方案中，所述至少一個(gè)基本面向下的表面包括以下中的一者的一部分：管、拱形、造型的表面和懸垂物。

本發(fā)明的第二十六技術(shù)方案是在第二十三技術(shù)方案中，所述第一子構(gòu)件包括支承元件，以及所述第二子構(gòu)件包括構(gòu)造成承載在所述支承元件上的承載表面。

本發(fā)明的第二十七技術(shù)方案是在第二十六技術(shù)方案中，所述支承元件和所述承載表面限定連接區(qū)域，其中所述連接區(qū)域是熱焊接的。

本發(fā)明的第二十八技術(shù)方案是在第二十七技術(shù)方案中，所述連接區(qū)域是利用以脈沖模式操作的激光器來(lái)熱焊接的。

本發(fā)明的第二十九技術(shù)方案是在第二十七技術(shù)方案中，還包括所述連接區(qū)域下方的空間。

本發(fā)明的第三十技術(shù)方案是在第二十七技術(shù)方案中，所述連接區(qū)域的一部分為凹入的。

本發(fā)明的各種其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳細(xì)描述和附圖中變得清楚。

附圖說(shuō)明

附圖示出了當(dāng)前構(gòu)想成用于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。

圖1A-1E為結(jié)合本發(fā)明的方面的連續(xù)地構(gòu)建的構(gòu)件的截面立面視圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例構(gòu)成的構(gòu)件的部分的截面示意圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的子構(gòu)件的截面立面視圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的子構(gòu)件的截面立面視圖。

圖5A-5C為結(jié)合本發(fā)明的方面的連續(xù)地構(gòu)建的構(gòu)件的截面立面視圖。

圖6為繪出根據(jù)本發(fā)明的方面的方法的流程圖。

零件列表

10 第一子構(gòu)件

12 定位器元件

14 子構(gòu)件

16 變窄的區(qū)域

18 第一位置

20 第二子構(gòu)件

22 第二子構(gòu)件的位置

24 第二表面

30 區(qū)域

40 附加(例如，第三)子構(gòu)件

100 構(gòu)件

200 構(gòu)建板

210 熱焊接

220 激光器

230 控制系統(tǒng)

240 構(gòu)建室

300 方法

310 添加制造具有至少一個(gè)定位器元件的第一子構(gòu)件

320 定位對(duì)添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)已知的至少一個(gè)定位器元件的第一位置

330 將第二子構(gòu)件的一部分有選擇地放置在第一子構(gòu)件的至少一個(gè)定位器元件附近

340 相對(duì)于基于控制系統(tǒng)已知的定位(例如，第一位置)的位置，第二子構(gòu)件在一個(gè)區(qū)域中附接到第一子構(gòu)件上。

具體實(shí)施方式

除非另外限定，否則本文中使用的技術(shù)和科學(xué)用語(yǔ)具有與本領(lǐng)域的技術(shù)人員參照當(dāng)前公開(kāi)的主題一般理解到的相同的意義。如本文中所使用的，用語(yǔ)"第一"、"第二"等不表示任何順序、質(zhì)量或重要性，而是用于將一個(gè)元件與另一個(gè)區(qū)分開(kāi)。用語(yǔ)"一個(gè)"、"一種"和"該"不表示數(shù)量限制，而是表示提到的項(xiàng)目中的至少一個(gè)的存在，且用語(yǔ)"前"、"后"、"底部"和/或"頂部"除非另外指出，否則僅用于方便描述，且不限于任何一個(gè)位置或空間定向。

如果公開(kāi)范圍，則針對(duì)相同構(gòu)件或性質(zhì)的所有范圍的端點(diǎn)是包括性的，且可獨(dú)立組合(例如，"達(dá)到大約25wt%"的范圍包括"大約5wt%到大約25wt%"的范圍的端點(diǎn)和所有中間值，等)。結(jié)合數(shù)量使用的修飾的"大約"包括指定值，且具有由上下文指出的意義(例如，包括與特定數(shù)量的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的誤差程度)。因此，由用語(yǔ)"大約"修飾的值不必僅限于指定的精確值。

本發(fā)明的方面示為例如通過(guò)允許提高的設(shè)計(jì)自由度(例如，產(chǎn)生大懸垂結(jié)構(gòu)的能力)、改善制造效率(例如，較少步驟)和進(jìn)行功能改善而示為提供優(yōu)于之前的添加制造方法的優(yōu)點(diǎn)。最后，使得改善的構(gòu)件制造的機(jī)會(huì)可用。

參看圖1A至1E，以時(shí)間順序示出了經(jīng)由示例性方法制造的示例性構(gòu)件的截面立面視圖。如圖1A中所示，第一子構(gòu)件10利用激光系統(tǒng)(例如，見(jiàn)圖2)的激光來(lái)添加制造在構(gòu)建板200上。第一子構(gòu)件10可包括至少第一表面。

參看圖1B，一個(gè)或更多個(gè)定位器元件12設(shè)在第一子構(gòu)件10上。如圖所示，(多個(gè))定位器元件12可完全包繞第一子構(gòu)件10的外周。作為備選，(多個(gè))定位器元件12可間斷地放置。在實(shí)施例中，(多個(gè))定位器元件12也可包括至少一個(gè)支承元件。例如，如圖1B中所示，定位元件12還用作用于第二子構(gòu)件20(見(jiàn)圖1C)的結(jié)構(gòu)支承元件。通過(guò)在制作第一子構(gòu)件10中使用添加制造技術(shù)，且通過(guò)將隨后的過(guò)程或子構(gòu)件應(yīng)用于相同的構(gòu)建環(huán)境(例如，構(gòu)建室)內(nèi)，且包括至少一個(gè)定位器元件12，經(jīng)由添加制造精確定位在第一子構(gòu)件10的一個(gè)或更多個(gè)位置18(圖2)允許了隨后的過(guò)程或子構(gòu)件20,40(例如，見(jiàn)圖1E)精確地應(yīng)用于第一子構(gòu)件10。即，激光/添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)230(圖2)具有關(guān)于第一位置18的所需的位置數(shù)據(jù)。如本文所述，由控制系統(tǒng)230知曉該第一位置18將允許制造技術(shù)的改善。

參看圖1C，基于由控制系統(tǒng)230(圖2)已知的定位器元件12的第一位置的定位，第二子構(gòu)件20的一部分有選擇地置于第一子構(gòu)件10的至少一個(gè)定位器元件12附近。如圖所示，第二子構(gòu)件20包括至少一個(gè)第二表面24。在所示實(shí)施例中，第二子構(gòu)件20放置成使得第二表面24關(guān)于構(gòu)件100基本面向下。第二子構(gòu)件20可人工地、自動(dòng)地或組合地置于第一子構(gòu)件10上或附近。

第二子構(gòu)件20可經(jīng)由以下技術(shù)中的一個(gè)或更多個(gè)來(lái)制作或處理：添加制造、鑄造、鍛造、機(jī)加工、軋制、擠制和其它材料處理方法。

參看圖1D，第一子構(gòu)件10和第二子構(gòu)件20兩者的區(qū)域30附接(例如，利用激光器220(圖2)來(lái)熱焊接210)在如由定位器元件12證實(shí)的由控制系統(tǒng)230(圖2)之前已知的位置30處。利用附接到第一子構(gòu)件10上的第二子構(gòu)件20，限定了構(gòu)件100。如圖所示，區(qū)域30可為接頭或接縫區(qū)域。區(qū)域30可由以脈沖模式或連續(xù)模式操作的激光器220(圖2)熱焊接。作為備選，電子束可用于熱焊接。

如圖1D中所示，熱焊接210可發(fā)生在區(qū)域30，其中區(qū)域30在空區(qū)域或空間區(qū)域上方。區(qū)域30可為凹入的。以此方式，具有內(nèi)部區(qū)域和/或面向下的表面的構(gòu)件可更容易制造。此外，用于熱焊接210的熱源可構(gòu)建在添加構(gòu)建室(例如，見(jiàn)圖2)中。

各種方法可用于將第二子構(gòu)件20附接到第一子構(gòu)件10上。附接可由焊接完成?？墒褂酶鞣N焊接方法，包括但不限于，氣體焊接、電子束焊接、摩擦攪拌焊接、超聲波焊接和熱焊接。焊接源可包括任何適合的源，包括但不限于激光器。

參看圖1E，示出了示例性完成的構(gòu)件100?？蛇x地，在熱焊接(見(jiàn)圖1D)之后，附加(例如，第三)子構(gòu)件40可置于或添加沉積在第二子構(gòu)件30的頂部上。在任何情況下，完成的構(gòu)件100可包括如圖所示的具有面向下的表面的封閉室。一旦完成熱焊接(圖1D)，則所得部分可與構(gòu)建板200分開(kāi)來(lái)用于進(jìn)一步處理，且/或添加沉積可重啟。

現(xiàn)在已知或以后開(kāi)發(fā)的多種添加制造技術(shù)可用于制作導(dǎo)致完成的構(gòu)件的子構(gòu)件中的一個(gè)或所有。例如，可使用直接金屬激光熔化(DMLM)。作為備選，可使用電子束(EB)添加制造方法。

不同于剛剛論述的那些的構(gòu)件的多種結(jié)構(gòu)和形狀可利用本文所述的方法制作。例如，構(gòu)件可包括室(開(kāi)啟或封閉)、拱形、管、具有懸垂物的結(jié)構(gòu)、具有造型的表面的結(jié)構(gòu)，等。類似地，構(gòu)件可包括這些性質(zhì)的組合。

參看圖2，繪出了示例性添加制造系統(tǒng)的示意圖。系統(tǒng)可包括連接到控制系統(tǒng)230上的激光器220。一個(gè)以上的子構(gòu)件(例如，10,20,40)可在構(gòu)建板200上的構(gòu)建室240中添加制造。如圖所示，與控制系統(tǒng)230一起工作的激光器220可在x-y-z坐標(biāo)系中添加制造且精確地?zé)岷附?。如本文所述，由于控制系統(tǒng)230精確地放置定位器元件12的位置18，故控制系統(tǒng)230知曉位于控制系統(tǒng)230的可重復(fù)性內(nèi)的位置18處的第一子構(gòu)件10的位置。以此方式，鄰近第一子構(gòu)件10的第二子構(gòu)件20的精確定位不需要第一子構(gòu)件10或第二子構(gòu)件20的任何附加緊固。如圖所示，第二子構(gòu)件20的位置22可精確地位于第一子構(gòu)件10的定位器元件12的位置18附近。隨后的熱焊接210可接著發(fā)生將子構(gòu)件10,20附接到彼此上。該精確定位在激光束的寬度內(nèi)和/或激光系統(tǒng)的重復(fù)性內(nèi)是準(zhǔn)確且可重復(fù)的。當(dāng)方法的所有步驟在相同構(gòu)建室中和/或相同構(gòu)建板上完成時(shí)，附加的利益是可能的。

參看圖3，第二子構(gòu)件20示為在某些構(gòu)造中添加制造。舉例來(lái)說(shuō)，圖3繪出了第二子構(gòu)件20，其在構(gòu)建板200上添加制造，使得其以基本豎直的構(gòu)造制成。以此方式，表面24然后如圖1D中所示安裝，使得面向下的表面24導(dǎo)致構(gòu)件100。

參看圖4，第一子構(gòu)件10和第二子構(gòu)件20示為在共同的或共用的構(gòu)建板200上添加制造。以此方式，節(jié)省了再定位(多個(gè))子構(gòu)件10,20的時(shí)間。除所示之外的子構(gòu)件的其它構(gòu)件可在共用構(gòu)建板200時(shí)使用。圖5A至5C共同示出了根據(jù)示例性方法的構(gòu)件100的制造的時(shí)間發(fā)展。參看圖5A，第一子構(gòu)件10和第二子構(gòu)件14添加制造為單個(gè)整體件。第一子構(gòu)件10可包括一個(gè)或更多個(gè)定位器元件12和一個(gè)或更多個(gè)位置(見(jiàn)圖2，元件18)。變窄的區(qū)域16可在第一子構(gòu)件10與第二子構(gòu)件14之間。如圖5B中所示，第二子構(gòu)件14可通過(guò)使圖5A中制作出的子構(gòu)件14的部分圍繞變窄的區(qū)域16旋轉(zhuǎn)來(lái)限定。如圖5C所示，第二子構(gòu)件14然后完全置于第一子構(gòu)件10上。以此方式，由于制作構(gòu)件100不需要構(gòu)建板200上的子構(gòu)件10,14的任何移動(dòng)和/或緊固，故可節(jié)省時(shí)間。構(gòu)件100的完成可遵循例如參照?qǐng)D1D和/或圖1E所示和所述的步驟。

參看圖6，示出了示例性方法的流程圖。方法300包括一系列步驟，包括310處的添加制造具有至少一個(gè)定位器元件的第一子構(gòu)件?；谔砑又圃?10，方法300在320處定位至少一個(gè)定位器元件的第一位置，其為添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)已知的。方法300然后在330處將第一子構(gòu)件的至少一個(gè)定位器元件附近的第二子構(gòu)件的一部分有選擇地放置在控制系統(tǒng)從320中已知的位置(例如，第一位置)處。在340處，第二子構(gòu)件在一個(gè)區(qū)域中熱焊接到第一子構(gòu)件上，其中熱能施加到基于控制系統(tǒng)從320已知的定位(例如，第一位置)的位置處，且相對(duì)于該位置施加。在這些方法下的構(gòu)件的完成之后，構(gòu)件然后可接受附加的添加制造過(guò)程和/或附加的(多個(gè))子構(gòu)件與其的附接。

盡管可使用本文所示和所述的實(shí)施例，其中添加制造和熱焊接通常由激光器和激光器系統(tǒng)完成，但可使用其它手段。例如且不限制，添加制造和/或熱焊接可作為備選通過(guò)感應(yīng)加熱完成。

因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，一種方法包括：利用添加制造系統(tǒng)添加制造具有至少一個(gè)定位器元件的第一子構(gòu)件，由此使用添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)來(lái)定位至少一個(gè)定位器元件的第一位置；基于定位，將第二子構(gòu)件的一部分有選擇地置于第一子構(gòu)件的至少一個(gè)定位器元件附近；以及在一個(gè)區(qū)域中將第二子構(gòu)件附接到第一子構(gòu)件上，其中該區(qū)域基于從所述添加制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的定位，由此限定構(gòu)件。

因此，按照本發(fā)明的另一方面，一種構(gòu)件包括：第一子構(gòu)件，其中第一子構(gòu)件具有添加制造的定位器元件；以及附接到第一子構(gòu)件上的第二子構(gòu)件，其中定位器元件在與第一子構(gòu)件相同的添加制造構(gòu)建室內(nèi)附接到第二子構(gòu)件上。

已經(jīng)按照優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，且認(rèn)識(shí)到除明確所述的那些以外，等同方案、備選方案和改型是可能的，且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。