本公開(kāi)大體上涉及粉末床添加制造設(shè)備及方法。更具體而言，本公開(kāi)涉及用于形成大致無(wú)裂紋構(gòu)件的粉末床添加制造設(shè)備及方法。高溫材料的顯著進(jìn)步通過(guò)常規(guī)地稱(chēng)為"超級(jí)合金"的Co基、Ni基、Ti基和Fe基合金的配方實(shí)現(xiàn)。這些合金典型地主要設(shè)計(jì)成滿足機(jī)械性質(zhì)要求，如抗蠕變和疲勞強(qiáng)度。就此而言，現(xiàn)代金屬合金在高溫應(yīng)用中得到了廣泛使用，如用于燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中。

背景技術(shù)：

金屬合金構(gòu)件如燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)件典型地是鑄造和/或加工的。典型地，一次性芯模(DCD)過(guò)程用于鑄造金屬合金構(gòu)件。DCD鑄造方法通常伴有使用添加或其它制造方法，以產(chǎn)生一次性殼，其用于形成陶瓷芯，并且接著隨后使用陶瓷芯來(lái)常規(guī)地鑄造構(gòu)件。高壓渦輪葉片典型地使用此類(lèi)方法制造。然而，當(dāng)前金屬合金構(gòu)件鑄造技術(shù)如DCD需要昂貴的工具，并且包括高制作成本。此外，當(dāng)前金屬合金構(gòu)件鑄造技術(shù)由于拔模角限制、需要避免懸置以及鑄造過(guò)程中固有的其它限制而在構(gòu)件設(shè)計(jì)復(fù)雜性和幾何形狀中受限。

最近，用于制造金屬合金構(gòu)件的添加制造方法作為鑄造和加工方法的備選方案出現(xiàn)。添加制造也稱(chēng)為"分層制造"、"激光燒結(jié)"、"反向加工"和"3D打印"。此類(lèi)用語(yǔ)出于本公開(kāi)的目的看作是同義詞。在基礎(chǔ)水平上，添加制造技術(shù)基于以截面逐層方式建立材料以形成3D構(gòu)件的構(gòu)思。添加制造技術(shù)共同的是使用3D模擬軟件(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)或CAD)、加工裝備和層合材料。一旦產(chǎn)生CAD草圖，則機(jī)器裝備從CAD文件讀取數(shù)據(jù)，并且使用期望材料的連續(xù)層來(lái)制作3D構(gòu)件。

不同于鑄造過(guò)程，添加制造不由提供拔模角、避免懸置等的需要限制。相比于典型的鑄造和加工方法，添加制造還簡(jiǎn)化和降低與金屬合金構(gòu)件制造相關(guān)聯(lián)的成本。例如，渦輪葉片和其它高溫渦輪構(gòu)件的添加制造消除了鑄造和加工所需的昂貴工具，這導(dǎo)致了顯著成本和循環(huán)時(shí)間減少。

一些特定添加制造過(guò)程使用粉末床熔合技術(shù)來(lái)在添加步驟中熔合金屬合金粉末以產(chǎn)生構(gòu)件。例如，一些添加制造過(guò)程在添加步驟中使用能量束來(lái)熔合粉末床中的金屬合金粉末的層。此類(lèi)粉末床添加制造過(guò)程的一些實(shí)例包括直接金屬激光燒結(jié)/熔合(DMLS)/(DMLF)、選擇性激光燒結(jié)/熔合(SLS)/(SLF)，以及電子束熔化(EBM)。在這些過(guò)程中，粉末床中的金屬合金粉末的層熔合于下覆的部分形成的構(gòu)件(或種子構(gòu)件)以將新層添加于構(gòu)件。金屬合金粉末的新層沉積到粉末床中和在部分形成的構(gòu)件的先前形成的層之上，并且金屬合金粉末的新層類(lèi)似地熔合于構(gòu)件。沉積和熔合程序重復(fù)許多次，以產(chǎn)生部分形成的構(gòu)件上的多層，以最終形成金屬合金構(gòu)件。

令人遺憾地，由粉末床熔合添加制造技術(shù)形成的金屬合金構(gòu)件可在形成期間(即，在沉積和熔合程序期間)和在建造后過(guò)程或使用期間經(jīng)歷裂開(kāi)。例如，一些粉末床熔合添加制造技術(shù)可不保持添加層中的可接受的熱廓線(該添加層在建造過(guò)程期間形成構(gòu)件)，如金屬合金粉末的新熔合層的冷卻速率，或金屬合金粉末的新熔合層與構(gòu)件的相鄰部分之間的熱梯度。由添加制造形成的構(gòu)件的層的不可接受的熱廓線趨于引起熱應(yīng)力，其具有在構(gòu)件中產(chǎn)生裂紋的趨勢(shì)。

因此，合乎需要的是提供改進(jìn)的添加制造技術(shù)，如，粉末床熔合添加制造設(shè)備及方法，其減小形成的金屬合金構(gòu)件在建造過(guò)程期間和/或建造后兩者裂開(kāi)的趨勢(shì)。此外，合乎需要的是提供用于在高溫燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中快速且有效地使用的金屬合金構(gòu)件。本公開(kāi)的其它合乎需要的特征和特性將從結(jié)合附圖進(jìn)行的隨后的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求，以及本發(fā)明的該背景部分變得顯而易見(jiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，本公開(kāi)提供了一種用于制造金屬構(gòu)件或其部分的設(shè)備。設(shè)備包括建造板，其包括建造表面、底表面以及在底表面與建造表面之間延伸穿過(guò)建造板的孔口。設(shè)備還包括促動(dòng)器，其能夠操作成使金屬構(gòu)件關(guān)于建造板平移，使得金屬構(gòu)件的端部部分定位在建造板的孔口內(nèi)和在建造表面下方。設(shè)備還包括密封件，其聯(lián)接在建造板的孔口內(nèi)，并且構(gòu)造成接合金屬構(gòu)件的端部部分。設(shè)備還包括外部熱控制機(jī)構(gòu)，其定位成鄰近建造板的底表面，并且能夠操作成形成端部部分的預(yù)定溫度廓線，以防止構(gòu)件裂開(kāi)。建造板的孔口、密封件以及金屬構(gòu)件的端部部分協(xié)作以形成粉末床，其構(gòu)造成將預(yù)定成分的金屬粉末保持在其中。

在一些實(shí)施例中，建造板的孔口包括第一截面，其限定不大于由金屬構(gòu)件的端部部分的第二截面限定的面積的135%的面積。在一些實(shí)施例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)關(guān)于建造板成固定位置關(guān)系。在一些實(shí)施例中，建造板為非金屬的。在一些實(shí)施例中，設(shè)備還包括溫度反饋機(jī)構(gòu)，其根據(jù)溫度廓線經(jīng)由外部熱控制機(jī)構(gòu)控制端部部分的溫度。在一些此類(lèi)實(shí)施例中，溫度反饋機(jī)構(gòu)包括測(cè)量端部部分的溫度的溫度測(cè)量裝置。

在一些實(shí)施例中，密封件關(guān)于粉末床內(nèi)的至少金屬粉末封閉孔口。在一些實(shí)施例中，設(shè)備還包括定向能量源，其能夠操作成產(chǎn)生適合于將粉末床中的金屬粉末熔合在金屬構(gòu)件的端部部分上的能量束。在一些此類(lèi)實(shí)施例中，設(shè)備還包括束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，其能夠操作成以對(duì)應(yīng)于金屬構(gòu)件的截面層的圖案將能量束引導(dǎo)在金屬粉末之上。在一些實(shí)施例中，設(shè)備還包括形成大致無(wú)氧氣氛的不透氣的建造封殼，其中至少粉末床定位在大致無(wú)氧氣氛內(nèi)。

在一些實(shí)施例中，設(shè)備還包括預(yù)定成分的金屬粉末的源，以及傳遞機(jī)構(gòu)，其能夠操作成將金屬粉末從源傳遞并且以金屬粉末大致填充粉末床。在一些實(shí)施例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈，其在金屬構(gòu)件定位在孔口內(nèi)時(shí)圍繞金屬構(gòu)件延伸。在一些此類(lèi)實(shí)施例中，建造板由電絕緣材料形成，該電絕緣材料能夠操作成防止至少一個(gè)感應(yīng)線圈將建造板加熱至金屬粉末的燒結(jié)溫度。

在另一方面，本公開(kāi)提供了一種制造構(gòu)件或其部分的方法。該方法包括使構(gòu)件關(guān)于建造板平移，該建造板包括建造表面、底表面、在建造表面與底表面之間延伸的孔口，以及密封件，其聯(lián)接在孔口內(nèi)使得構(gòu)件的端部部分與密封件接合，并且在孔口內(nèi)定位在建造表面下方。該方法還包括將預(yù)定成分的金屬粉末沉積到建造板的孔口中和在密封件和構(gòu)件的端部部分之上。該方法還包括引導(dǎo)來(lái)自定向能量源的束來(lái)以圖案熔合沉積的金屬粉末的一部分以在端部部分上形成構(gòu)件的截面層。該方法還包括形成形成的截面層的溫度廓線，其中外部熱控制機(jī)構(gòu)定位在建造板的底表面下方以防止構(gòu)件裂開(kāi)。

在一些實(shí)施例中，使構(gòu)件平移、使金屬粉末沉積、從定向能量源引導(dǎo)束以及形成溫度廓線形成循環(huán)，并且該方法還包括執(zhí)行循環(huán)多次以將多個(gè)層添加于構(gòu)件。在一些實(shí)施例中，建造板為非金屬的，外部熱控制機(jī)構(gòu)包括圍繞金屬構(gòu)件延伸的至少一個(gè)感應(yīng)線圈，并且密封件防止沉積的金屬粉末穿過(guò)孔口。在一些實(shí)施例中，建造板的孔口、密封件以及金屬構(gòu)件的端部部分協(xié)作以形成保持沉積的金屬粉末的粉末床。在一些實(shí)施例中，構(gòu)件為渦輪葉片，并且形成的截面層為渦輪葉片的末端部分的一部分。

在另一方面，本公開(kāi)提供了一種形成渦輪葉片的末端部分的方法。該方法包括使渦輪葉片基部部分關(guān)于建造板平移，該建造板包括建造表面、底表面、在建造表面與底表面之間延伸的孔口，以及密封件，其聯(lián)接在孔口內(nèi)使得渦輪葉片基部的端部部分與密封件接合，并且在孔口內(nèi)定位在建造表面下方。該方法還包括將金屬粉末沉積到建造板的孔口中和在密封件和渦輪葉片基部部分的端部部分之上。該方法還包括從定向能量源以圖案引導(dǎo)束來(lái)將沉積的金屬粉末的層熔合至端部部分，以形成渦輪葉片基部部分上的末端部分的一部分。該方法還包括形成形成的截面層的溫度廓線，其中外部熱控制機(jī)構(gòu)鄰近建造板的底表面以防止端部部分裂開(kāi)。

在一些實(shí)施例中，使渦輪葉片基部平移、使金屬粉末沉積、從定向能量源引導(dǎo)束，以及形成溫度廓線形成循環(huán)，并且該方法還包括執(zhí)行循環(huán)多次來(lái)以逐層方式形成渦輪葉片基部部分上的末端部分。在一些實(shí)施例中，該方法還包括通過(guò)從渦輪葉片基部部分除去之前存在的末端部分來(lái)形成渦輪葉片基部部分。在一些實(shí)施例中，建造板為非金屬的，并且外部熱控制機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈，其圍繞金屬構(gòu)件延伸并且關(guān)于建造板成固定位置關(guān)系布置。在一些實(shí)施例中，密封件能夠操作成防止至少沉積的金屬粉末穿過(guò)孔口。

技術(shù)方案1. 一種用于制造金屬構(gòu)件或其部分的設(shè)備，包括：

建造板，其包括建造表面、底表面和在所述底表面與所述建造表面之間延伸穿過(guò)所述建造板的孔口；

促動(dòng)器，其能夠操作成使金屬構(gòu)件相對(duì)于所述建造板平移，使得所述金屬構(gòu)件的端部部分定位在所述建造板的所述孔口內(nèi)和在所述建造表面下方；

密封件，其聯(lián)接在所述建造板的所述孔口內(nèi)，并且構(gòu)造成接合所述金屬構(gòu)件的所述端部部分；以及

外部熱控制機(jī)構(gòu)，其定位成鄰近所述建造板的所述底表面，并且能夠操作成形成所述端部部分的預(yù)定溫度廓線以防止所述構(gòu)件裂開(kāi)，

其中所述建造板的所述孔口、所述密封件和所述金屬構(gòu)件的所述端部部分協(xié)作以形成構(gòu)造成將預(yù)定成分的金屬粉末保持在其中的粉末床。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述建造板的所述孔口包括第一截面，其限定不大于由所述金屬構(gòu)件的所述端部部分的第二截面限定的面積的135%的面積。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述外部熱控制機(jī)構(gòu)關(guān)于所述建造板成固定位置關(guān)系。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述建造板為非金屬的。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括溫度反饋機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述溫度廓線經(jīng)由所述外部熱控制機(jī)構(gòu)控制所述端部部分的溫度。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的設(shè)備，其特征在于，所述溫度反饋機(jī)構(gòu)包括測(cè)量所述端部部分的溫度的溫度測(cè)量裝置。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述密封件關(guān)于所述粉末床內(nèi)的至少所述金屬粉末封閉所述孔口。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括定向能量源，其能夠操作成產(chǎn)生適合于將所述粉末床中的所述金屬粉末熔合在所述金屬構(gòu)件的所述端部部分上的能量束。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案8所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，其能夠操作成以對(duì)應(yīng)于所述金屬構(gòu)件的截面層的圖案將所述能量束引導(dǎo)在所述金屬粉末之上。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括形成大致無(wú)氧氣氛的不透氣的建造封殼，其中至少所述粉末床定位在所述大致無(wú)氧氣氛內(nèi)。

技術(shù)方案11. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括：

所述預(yù)定成分的所述金屬粉末的源；以及

傳遞機(jī)構(gòu)，其能夠操作成將金屬粉末從所述源傳遞并且以所述金屬粉末大致填充所述粉末床。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的設(shè)備，其特征在于，所述外部熱控制機(jī)構(gòu)包括在所述金屬構(gòu)件定位在所述孔口內(nèi)時(shí)圍繞所述金屬構(gòu)件延伸的至少一個(gè)感應(yīng)線圈。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案12所述的設(shè)備，其特征在于，所述建造板由電絕緣材料形成，所述電絕緣材料能夠操作成防止所述至少一個(gè)感應(yīng)線圈將所述建造板加熱至所述金屬粉末的燒結(jié)溫度。

技術(shù)方案14. 一種制造構(gòu)件或其部分的方法，包括：

使構(gòu)件關(guān)于建造板平移，所述建造板包括建造表面、底表面、在所述建造表面與所述底表面之間延伸的孔口，以及密封件，其聯(lián)接在所述孔口內(nèi)，使得所述構(gòu)件的端部部分與所述密封件接合，并且在所述孔口內(nèi)定位在所述建造表面下方；

將預(yù)定成分的金屬粉末沉積到所述建造板的所述孔口中和在所述密封件和所述構(gòu)件的所述端部部分之上；

引導(dǎo)來(lái)自定向能量源的束來(lái)以圖案熔合所述沉積的金屬粉末的一部分以在所述端部部分上形成所述構(gòu)件的截面層；以及

形成所述形成的截面層的溫度廓線，其中外部熱控制機(jī)構(gòu)定位在所述建造板的所述底表面下方以防止所述構(gòu)件裂開(kāi)。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的方法，其特征在于，使所述構(gòu)件平移、使所述金屬粉末沉積、從所述定向能量源引導(dǎo)所述束，以及形成所述溫度廓線形成循環(huán)，并且其中所述方法還包括執(zhí)行所述循環(huán)多次以將多個(gè)層添加于所述構(gòu)件。

技術(shù)方案16. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的方法，其特征在于，所述建造板為非金屬的，其中所述外部熱控制機(jī)構(gòu)包括圍繞所述金屬構(gòu)件延伸的至少一個(gè)感應(yīng)線圈，并且其中所述密封件防止所述沉積的金屬粉末穿過(guò)所述孔口。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的方法，其特征在于，所述建造板的所述孔口、所述密封件，以及所述金屬構(gòu)件的所述端部部分協(xié)作以形成保持所述沉積的金屬粉末的粉末床。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案14所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件為渦輪葉片，并且其中所述形成的截面層為所述渦輪葉片的末端部分的一部分。

技術(shù)方案19. 一種形成渦輪葉片的末端部分的方法，包括：

使渦輪葉片基部部分關(guān)于建造板平移，所述建造板包括建造表面、底表面、在所述建造表面與所述底表面之間延伸的孔口，以及密封件，其聯(lián)接在所述孔口內(nèi)，使得所述渦輪葉片基部的端部部分與所述密封件接合，并且在所述孔口內(nèi)定位在所述建造表面下方；

將金屬粉末沉積到所述建造板的所述孔口中和在所述密封件和所述渦輪葉片基部部分的所述端部部分之上；

從定向能量源以圖案引導(dǎo)束來(lái)將所述沉積的金屬粉末的層熔合至所述端部部分，以形成所述渦輪葉片基部部分上的末端部分的一部分；以及

形成所述形成的截面層的溫度廓線，其中外部熱控制機(jī)構(gòu)鄰近所述建造板的所述底表面以防止所述端部部分裂開(kāi)。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，使所述渦輪葉片基部平移、使所述金屬粉末沉積、從所述定向能量源引導(dǎo)所述束，以及形成所述溫度廓線形成循環(huán)，并且其中所述方法還包括執(zhí)行所述循環(huán)多次來(lái)以逐層方式將所述末端部分形成在所述渦輪葉片基部部分上。

技術(shù)方案21. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括通過(guò)從所述渦輪葉片基部部分除去之前存在的末端部分來(lái)形成所述渦輪葉片基部部分。

技術(shù)方案22. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，所述建造板為非金屬的，并且其中所述外部熱控制機(jī)構(gòu)包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈，其圍繞所述金屬構(gòu)件延伸并且關(guān)于所述建造板以固定位置關(guān)系布置。

技術(shù)方案23. 根據(jù)技術(shù)方案19所述的方法，其特征在于，所述密封件能夠操作成防止至少所述沉積的金屬粉末穿過(guò)所述孔口。

本公開(kāi)的這些和其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將從連同附圖進(jìn)行的本公開(kāi)的各種方面的以下詳細(xì)描述變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

認(rèn)作是本公開(kāi)的主題在說(shuō)明書(shū)的結(jié)尾處的權(quán)利要求中特別指出并且明確要求權(quán)利。本公開(kāi)的前述及其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將從連同附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述容易理解，在該附圖中：

圖1繪出了根據(jù)本公開(kāi)的示例性添加制造設(shè)備的建造封殼的透視圖；

圖2繪出了圖1的添加制造設(shè)備的示例性構(gòu)件的透視圖；

圖3繪出了形成構(gòu)件的圖1的添加制造設(shè)備的示例性構(gòu)件的透視圖；

圖4繪出了形成構(gòu)件的圖1的添加制造設(shè)備的示例性構(gòu)件的透視圖；

圖5繪出了形成構(gòu)件的圖1的添加制造設(shè)備的示例性構(gòu)件的截面視圖；

圖6繪出了在層形成在構(gòu)件上并且構(gòu)件重新定位之后的圖1的添加制造設(shè)備；

圖7繪出了在層形成在圖6的重新定位構(gòu)件上并且金屬粉末沉積在設(shè)備的粉末床中之后的圖1的添加制造設(shè)備；

圖8繪出了在圖7的構(gòu)件上形成隨后層的圖1的添加制造設(shè)備；以及

圖9繪出了在隨后層形成在圖8的構(gòu)件上并且構(gòu)件重新定位之后的圖1的添加制造設(shè)備。

具體實(shí)施方式

將在下面詳細(xì)參照本公開(kāi)的示例性實(shí)施例，其實(shí)例在附圖中示出。在可能的任何地方，附圖各處使用的相同附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。

圖1示出了根據(jù)本公開(kāi)的用于制造或形成無(wú)裂紋的至少一個(gè)金屬合金構(gòu)件的示例性粉末床熔合添加制造設(shè)備10。在一個(gè)實(shí)例中，構(gòu)件為無(wú)裂紋的高溫超級(jí)合金構(gòu)件。用語(yǔ)無(wú)裂紋等在本文中用于表示在由粉末床熔合設(shè)備10形成的金屬合金構(gòu)件或構(gòu)件部分的層在其凝固之后的微觀結(jié)構(gòu)中沒(méi)有熱引起的裂紋。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有大約100微米寬且間隔開(kāi)近似100微米的熱引起的裂紋的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于以現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有大約100微米寬且間隔開(kāi)近似100微米的熱引起的裂紋的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于以現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有位于相應(yīng)形成的層中的熱引起的裂紋(如延伸穿過(guò)相應(yīng)形成的層的整個(gè)高度/厚度的裂紋)的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于以現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有為顆粒之間的突然間斷的熱引起的裂紋的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于由現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有為不規(guī)則形狀的"收縮裂紋"的熱引起的裂紋的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于由現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。在一些實(shí)例中，設(shè)備10能夠經(jīng)由沒(méi)有上文所述的熱引起的裂紋中的各個(gè)的層形成金屬合金構(gòu)件(或其部分)，其趨于由現(xiàn)有粉末床熔合添加制造設(shè)備/方法形成。

添加制造設(shè)備10能夠執(zhí)行如本文中詳述的本公開(kāi)的制造方法。在該實(shí)例中，設(shè)備10包括建造封殼12，其至少部分地包圍設(shè)備10的構(gòu)件。例如，至少粉末床(未示出)設(shè)在建造封殼12內(nèi)，使得粉末床中的金屬粉末P的熔合在限定環(huán)境中發(fā)生。在一些實(shí)施例中，建造封殼12限定大致無(wú)氧的氣氛。在一些實(shí)施例中，建造封殼12限定惰性氣氛(例如，氬氣氛)。在另外的實(shí)施例中，建造封殼12限定還原氣氛來(lái)使氧化最小化。

如圖1中所示，建造封殼12包括第一不透氣區(qū)14，其限定粉末床中的金屬粉末P的熔合在其中發(fā)生的環(huán)境。建造封殼12還可包括第二區(qū)16，其可或可不為不透氣的，并且在一個(gè)實(shí)例中限定與第一區(qū)14連通的環(huán)境。在一些此類(lèi)實(shí)施例中，如下文關(guān)于圖5-9進(jìn)一步論述的，設(shè)備10的密封件(未示出)關(guān)于第二區(qū)16有效封閉第一不透氣區(qū)14。如圖1中所示，建造封殼12還可包括到建造封殼12的內(nèi)部中的可密封或密封的視覺(jué)和/或觸覺(jué)通路15。建造封殼12還可包括用于金屬粉末"P"、氣體、功率、冷卻水等分別進(jìn)入和離開(kāi)建造封殼12的輸入部和輸出部。在該實(shí)例中，還存在多個(gè)窗口17以便觀看制造過(guò)程。觀看還可包括安裝在內(nèi)部或外部的允許成像的一個(gè)或更多個(gè)相機(jī)。

圖2-5示出了粉末床熔合設(shè)備10的構(gòu)件，其可定位在封殼12內(nèi)，如圖6-9的截面視圖中所示，并且有效形成大致無(wú)裂紋的金屬合金構(gòu)件。如圖2,3和6-9中所示，設(shè)備10可包括粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18、粉末平移機(jī)構(gòu)20、建造平臺(tái)24、建造板26、密封件28、外部熱控制機(jī)構(gòu)30以及構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32。

在一個(gè)實(shí)例中，建造平臺(tái)24為提供平面工作表面34的剛性結(jié)構(gòu)。在如圖2和5-9中所示的示出實(shí)例中，建造平臺(tái)24可包括與建造板26連通并且使建造板26暴露的建造開(kāi)口42、與粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18連通的供應(yīng)開(kāi)口44，以及與溢流容置部45連通的溢流開(kāi)口22。

在一個(gè)實(shí)例中，建造板26沿第一方向定位在工作表面34的供應(yīng)開(kāi)口44與溢流開(kāi)口22之間，如沿側(cè)向方向X，如圖6-9中所示。建造板26可包括由建造平臺(tái)24的建造開(kāi)口42暴露的建造表面36。在一個(gè)實(shí)例中，建造板26的建造表面36為平面的，并且可與建造平臺(tái)24的工作表面34共面，如圖2和5-9中所示。在一些其它實(shí)施例中，建造板26的建造表面36可定位在建造平臺(tái)24的工作表面34下方或上方。如圖2,3和5-9中所示，建造板26可包括從建造表面36延伸并且穿過(guò)建造板26的孔口38。如下文進(jìn)一步論述的，建造板26的孔口38可與粉末床60連通并且部分地形成粉末床60。

在一個(gè)實(shí)施例中，建造板26可為大致非傳導(dǎo)的。例如，建造板26可由大致非傳導(dǎo)材料(例如，氧化鋁)制成。在一些實(shí)施例中，建造板26可為陶瓷、玻璃或另外的非金屬。建造板26可由電絕緣材料形成，該電絕緣材料能夠操作成防止外部熱控制機(jī)構(gòu)30(其能夠操作成形成構(gòu)件"C"的預(yù)定溫度廓線，如下文說(shuō)明的)將建造板26加熱至用于形成構(gòu)件"C"的層的金屬粉末"P"的燒結(jié)溫度。以該方式，外部熱控制機(jī)構(gòu)30能夠形成構(gòu)件"C"的預(yù)定溫度廓線，以抵抗構(gòu)件"C"的裂開(kāi)，而不干擾形成構(gòu)件"C"的層的金屬粉末"P"的熔合或燒結(jié)。在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)為基于感應(yīng)的。在其它實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)為基于輻射或激光的(例如，一個(gè)或更多個(gè)熱燈或輔助激光器)。

在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10的粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18包括供應(yīng)容器50，其構(gòu)造成保持一定體積的金屬粉末"P"，下覆建造平臺(tái)24的供應(yīng)開(kāi)口44且與其連通，如圖2,3和6-9中所示。粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18還可包括供應(yīng)部件52，其為大致實(shí)心的并且跨過(guò)供應(yīng)容器50的內(nèi)部，如圖6-9中所示。供應(yīng)部件52可以可平移地設(shè)在供應(yīng)容器50內(nèi)，并且聯(lián)接于促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54。促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54可能夠操作成使供應(yīng)部件52選擇性地平移穿過(guò)供應(yīng)容器50的內(nèi)部。

當(dāng)促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54將供應(yīng)部件52定位在與建造平臺(tái)24間隔的供應(yīng)容器50內(nèi)的降低位置時(shí)，期望的金屬合金成分的金屬粉末"P"的供應(yīng)可提供在供應(yīng)容器50內(nèi)，如圖6-9中所示。期望的金屬合金成分可為超級(jí)合金成分，如包括Co基、Ni基、Ti基和Fe基合金成分。當(dāng)促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54使供應(yīng)部件52在供應(yīng)容器50內(nèi)從降低位置朝建造平臺(tái)24的工作表面34平移至預(yù)定升高位置，如圖6和9中所示時(shí)，預(yù)定量的金屬粉末"P"推過(guò)供應(yīng)開(kāi)口44，并且提供在建造平臺(tái)24上方和到其上。以該方式，粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18可能夠操作成使設(shè)在供應(yīng)容器50內(nèi)的金屬粉末"P"的一部分選擇性地暴露在工作表面34上方。盡管示意性地繪出了促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，許多不同機(jī)構(gòu)可用作促動(dòng)器機(jī)構(gòu)54，如氣動(dòng)或液壓缸、滾珠絲杠或線性電促動(dòng)器等。

一旦粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18使從供應(yīng)容器50提供在建造平臺(tái)24的工作表面34上方和到其上的金屬粉末"P"中的一些暴露，如圖6和9中所示，則粉末平移機(jī)構(gòu)20能夠操作成使暴露的金屬粉末"P"在建造平臺(tái)24的工作表面34和建造板26的建造表面36之上平移。例如，如圖2和圖6-9中所示，在一個(gè)實(shí)例中，粉末平移機(jī)構(gòu)20包括粉末接合部件56和促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58。粉末接合部件56可為剛性長(zhǎng)形部件，其設(shè)在工作表面34和建造表面36上方。在該實(shí)例中，粉末接合部件56的底緣57緊鄰工作表面36和/或建造表面36。在又一個(gè)實(shí)例中，底緣57可鄰接工作表面34(和/或建造表面36，取決于其位置)并且與其共面，如圖2和6-9中所示。在其它實(shí)施例(未示出)中，粉末接合部件56的底緣57可與工作表面34(和/或建造表面36)間隔，并且/或者關(guān)于工作表面34(和/或建造表面36)成角。

粉末平移機(jī)構(gòu)20的促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58可能夠操作成使粉末接合部件56關(guān)于開(kāi)始位置選擇性地平移，其中粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18和暴露的金屬粉末"P"定位在促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58與建造板26的建造表面36之間，如圖6和9中所示。從開(kāi)始位置，促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58可使粉末接合部件56平移成與暴露的金屬粉末"P"接合并且在供應(yīng)開(kāi)口44之上，并且接著進(jìn)一步使接合部件56和接合的金屬粉末"P"沿建造平臺(tái)24的工作表面34平移，橫跨建造板26的孔口38，并且至少至溢流開(kāi)口22，如圖7中所示。

在金屬粉末"P"由接合部件56推動(dòng)橫跨建造板26的孔口38時(shí)，金屬粉末"P"能夠落下穿過(guò)孔口38并且到粉末床60中。以該方式，粉末平移機(jī)構(gòu)20可能夠操作成將金屬粉末"P"沉積穿過(guò)建造板26的孔口38并且到粉末床60中。粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18可構(gòu)造成使至少足夠量的金屬粉末"P"暴露，使得供應(yīng)機(jī)構(gòu)18使粉末床60填充有金屬粉末"P"。在粉末床60填充有金屬粉末"P"之后，由粉末平移機(jī)構(gòu)20運(yùn)送的任何過(guò)量或未使用的金屬粉末"P"可由粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18推過(guò)建造板26的孔口38并且至溢流開(kāi)口22。過(guò)量的金屬粉末"P"由此可沉積到溢流容置部45中，溢流容置部45用作用于過(guò)量粉末"P"的貯藏器。盡管示意性地繪出了促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到許多不同機(jī)構(gòu)可用作促動(dòng)器機(jī)構(gòu)58，如氣動(dòng)或液壓缸、滾珠絲杠或線性電促動(dòng)器等。

如上文論述的，在一些實(shí)施例中，粉末接合部件56的底緣57可鄰接工作表面34和/或建造表面36。結(jié)果，在粉末接合部件56使金屬粉末"P"平移橫跨工作表面34和建造表面36時(shí)，可防止金屬粉末"P"沉積在工作表面34和/或建造表面36上。然而，在備選實(shí)施例中，粉末接合部件56的底緣57可與工作表面34和/或建造表面36間隔，如高達(dá)大約250微米。在此類(lèi)實(shí)施例中，在粉末接合部件56使金屬粉末"P"平移橫跨工作表面34和建造表面36時(shí)，粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18可形成工作表面34和/或建造表面36上的金屬粉末"P"層，如定位在建造表面36上的孔口38上方和圍繞其定位的層。

如圖3-9中所示，在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10的構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32包括構(gòu)件接合機(jī)構(gòu)62和構(gòu)件促動(dòng)器55。構(gòu)件接合機(jī)構(gòu)62可以可除去地聯(lián)接于構(gòu)件"C"。構(gòu)件促動(dòng)器55可能夠操作成使構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32和由此構(gòu)件"C"關(guān)于建造板26平移。具體而言，構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可定位在與建造表面36大致相對(duì)的建造板26的底表面37下方，并且能夠操作成使聯(lián)接于其的構(gòu)件"C"關(guān)于建造板26平移，如沿如圖6-9中指示的垂直方向Z。

構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可能夠操作成使構(gòu)件"C"定位，使得構(gòu)件"C"的端部部分64定位在建造板26的孔口38內(nèi)，如圖3-9中所示。以該方式，構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可有效將構(gòu)件"C"的端部部分64定位在建造板26的孔口38內(nèi)，并且在新層熔合在端部部分64的末端或自由端部上之后使構(gòu)件"C"從其降低，以制備部分形成的構(gòu)件"C"用于形成附加層。例如，在第一層形成在構(gòu)件"C"的端部部分64上之后，構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可使構(gòu)件"C"關(guān)于建造板26降低在大約10微米到大約250微米(例如，大約30微米到大約50微米)的范圍內(nèi)，以將端部部分64定位在孔口38內(nèi)并且制備構(gòu)件"C"用于形成下一個(gè)第二層，如本文中所述。注意的是，層增加影響添加制造過(guò)程的速度和由層形成的構(gòu)件"C"的部分的分辨率。盡管示意性地繪出了構(gòu)件促動(dòng)器55，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，許多不同機(jī)構(gòu)可用作構(gòu)件促動(dòng)器55，如氣動(dòng)或液壓缸、滾珠絲杠或線性電促動(dòng)器等。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10構(gòu)造成使得形成在構(gòu)件"C"的端部部分64上的粉末"P"的層的厚度，和由此由其形成在端部部分64上的層的厚度在大約1微米到大約250微米的范圍內(nèi)，在大約10微米到大約50微米的范圍內(nèi)，或在大約30微米到大約50微米的范圍內(nèi)。用語(yǔ)"端部部分64"在本文中用于大體上表示在構(gòu)件"C"的制作過(guò)程期間的特定時(shí)間點(diǎn)處的構(gòu)件"C"的自由端部和鄰近其的一部分。形成在現(xiàn)有的端部部分64的部分上的隨后層由此形成構(gòu)件"C"的新端部部分64的至少一部分。在構(gòu)件"C"的制造過(guò)程期間的特定時(shí)間點(diǎn)處的端部部分64可為所得的或如制造的構(gòu)件"C"的任何部分，如所得的構(gòu)件"C"的基部部分、中間部分或末端部分。用語(yǔ)端部部分64由此不關(guān)于由通過(guò)設(shè)備10沉積的層形成的構(gòu)件"C"的(多個(gè))部分以限制意義在本文中使用。

在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10的外部熱控制機(jī)構(gòu)30定位成鄰近建造板26的底表面37，如圖3-9中所示。在一些實(shí)施例中，如圖5-9中所示，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可與建造板26的底表面37間隔。在另一個(gè)實(shí)施例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可鄰接建造板26的底表面37。在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30關(guān)于建造板26以固定位置關(guān)系布置。在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可定位成盡可能接近新層在構(gòu)件"C"的端部部分64上的形成，以控制其溫度廓線(如本文中進(jìn)一步說(shuō)明的)。例如，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可定位成盡可能接近建造板26的底表面37。在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可定位成鄰近建造板26的底表面37，并且包括軟磁性材料，其構(gòu)造成朝構(gòu)件"C"的端部部分64集中通量以控制形成在其上的層的溫度廓線。如圖3-9中所示，外部熱控制機(jī)構(gòu)30可形成內(nèi)部空間或空隙，其與建造板26的孔口38大致對(duì)準(zhǔn)(例如，沿垂直方向)。構(gòu)件"C"可延伸穿過(guò)外部熱控制機(jī)構(gòu)30的內(nèi)部空間或空隙并且到建造板26的孔口38中。換言之，外部熱控制機(jī)構(gòu)30的一部分可至少部分地圍繞構(gòu)件"C"延伸。構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可由此能夠操作成使構(gòu)件"C"關(guān)于外部熱控制機(jī)構(gòu)30(和建造板26)平移。

外部熱控制機(jī)構(gòu)30可能夠操作成形成構(gòu)件"C"的端部部分64的預(yù)定溫度廓線。例如，在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30包括至少一個(gè)感應(yīng)線圈，其在金屬構(gòu)件"C"定位在建造板26的孔口38內(nèi)時(shí)大致包繞金屬構(gòu)件"C"。由于金屬構(gòu)件"C"是傳導(dǎo)的，故外部熱控制機(jī)構(gòu)30的至少一個(gè)感應(yīng)線圈能夠在電流穿過(guò)線圈并且產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)控制構(gòu)件"C"的溫度。此外，在外部熱控制機(jī)構(gòu)30定位成鄰近建造板26的底表面27時(shí)，外部熱控制機(jī)構(gòu)30能夠控制構(gòu)件"C"的端部部分64的溫度，以確保由金屬粉末"P"形成的構(gòu)件"C"的層不裂開(kāi)。以該方式，外部熱控制機(jī)構(gòu)30能夠操作成形成端部部分64的預(yù)定溫度廓線以防止構(gòu)件"C"裂開(kāi)。

在一個(gè)實(shí)例中，特定構(gòu)件"C"的端部部分64的預(yù)定溫度廓線為從至少一個(gè)層的燒結(jié)或熔合溫度到其凝固溫度(例如，大約1300攝氏度，取決于金屬合金粉末"P"的成分)的、構(gòu)成端部部分64的至少一個(gè)新形成的層的預(yù)定冷卻廓線，使得至少在凝固時(shí)，至少一個(gè)層無(wú)裂紋。導(dǎo)致凝固層無(wú)裂紋的、新形成的層的預(yù)定溫度廓線，如從其燒結(jié)或熔合溫度到凝固溫度的預(yù)定冷卻廓線可按經(jīng)驗(yàn)確定、實(shí)驗(yàn)確定或它們的組合。在一些實(shí)施例中，特定構(gòu)件"C"的端部部分64的預(yù)定溫度廓線可為從其燒結(jié)或熔合溫度到凝固溫度的、構(gòu)成端部部分64的至少一個(gè)新形成的層的預(yù)定冷卻廓線的范圍，使得至少在凝固時(shí)，至少一層無(wú)裂紋。由有效防止至少在凝固時(shí)至少一層中的裂紋的至少一個(gè)形成層制成的特定構(gòu)件"C"的端部部分64的特定溫度廓線可由一定數(shù)量的因素影響或取決于其(至少部分地)，如金屬粉末"P"的成分、至少一層的厚度、至少一層的形狀/構(gòu)造、至少一層的初始溫度(即，熔合溫度)、至少一層的凝固溫度、至少一層與在前層和/或隨后層或形成部分之間的溫度梯度、凝固之后的至少一層的期望微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)件"C"的最終操作參數(shù)、至少一層的形成的期望速度(即，構(gòu)件由平移機(jī)構(gòu)32的移動(dòng))等。在一個(gè)實(shí)例中，設(shè)備10通過(guò)使用至少外部熱控制機(jī)構(gòu)30和構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32(用以使構(gòu)件"C"關(guān)于外部熱控制機(jī)構(gòu)30平移)而形成或施加預(yù)定溫度廓線至特定構(gòu)件"C"的端部部分64(例如，至至少一個(gè)新形成的層)，如從熔合到凝固的冷卻廓線。

設(shè)備10的密封件28可聯(lián)接在建造板26的孔口38內(nèi)，并且構(gòu)造成接合構(gòu)件"C"的端部部分64，如圖5-9中所示。例如，密封件28可在建造表面36與底表面37之間設(shè)在孔口38內(nèi)。在一些實(shí)施例中，密封件28可設(shè)在在建造表面36與底表面37之間形成在孔口38中的凹口或槽口29內(nèi)，如圖5中所示。在一些實(shí)施例中，密封件28可設(shè)在建造板26的建造表面36下方和/或底表面37上方。

密封件28可為大致實(shí)心的，并且接合建造板26和建造板26的端部部分64，使得密封件28關(guān)于粉末床60內(nèi)的至少金屬粉末"P"封閉孔口38，如圖5中所示。在一些實(shí)施例中，密封件28還可構(gòu)造成關(guān)于封殼的第二區(qū)16封閉第一區(qū)14，使得第一區(qū)14為大致不透氣的，并且限定關(guān)于金屬粉末"P"的熔合的氣氛。

在一個(gè)實(shí)例中，密封件28為大致非傳導(dǎo)的。例如，密封件28可由大致非傳導(dǎo)材料(例如，非金屬材料)制成。在一些實(shí)施例中，密封件28可為陶瓷或玻璃。密封件28可由電絕緣材料形成，該電絕緣材料能夠操作成防止基于感應(yīng)的外部熱控制機(jī)構(gòu)30將密封件28加熱至粉末床60內(nèi)的金屬粉末"P"的燒結(jié)溫度。在一個(gè)實(shí)例中，外部熱控制機(jī)構(gòu)30使用溫度反饋控制機(jī)構(gòu)，其經(jīng)由外部熱控制機(jī)構(gòu)30根據(jù)溫度廓線控制端部部分64的溫度。溫度反饋控制機(jī)構(gòu)可包括溫度測(cè)量裝置，其測(cè)量端部部分64的溫度，如經(jīng)由紅外(IR)高溫測(cè)定法、熱相機(jī)或任何其它機(jī)構(gòu)。溫度測(cè)量裝置可確定端部部分64的溫度，并且溫度反饋控制機(jī)構(gòu)可基于確定的溫度來(lái)控制外部熱控制機(jī)構(gòu)30，以根據(jù)溫度廓線將更多或更少的熱施加于端部部分64。以該方式，外部熱控制機(jī)構(gòu)30的溫度反饋控制機(jī)構(gòu)可允許外部熱控制機(jī)構(gòu)30的準(zhǔn)確控制以保持適合的溫度廓線。外部熱控制機(jī)構(gòu)30可由此能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整以確保由設(shè)備10形成的層包括防止裂紋形成在其中的溫度廓線。

在一些實(shí)施例中，密封件28可定形和另外構(gòu)造成接合構(gòu)件"C"的特定端部部分64和/或建造板26的特定孔口38。在其它實(shí)施例中，密封件28可能夠適于或符合不同形狀的端部部分64和/或孔口38。密封件28可為接合建造板26(例如，在孔口38內(nèi))和構(gòu)件"C"的端部部分64并且防止至少金屬粉末"P"穿過(guò)孔口38的任何設(shè)計(jì)或構(gòu)造。例如，密封件28可包括在孔口38與端部部分64之間延伸的陶瓷纖維(例如，陶瓷棉)，如迷宮式密封設(shè)計(jì)、彈簧加載的陶瓷板，或用以使孔口38與至少金屬粉末"P"封閉的任何其它設(shè)計(jì)或方面。密封件28可關(guān)于構(gòu)件"C"靜止，或者密封件28可關(guān)于構(gòu)件"C"移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)例中，密封件28可包括構(gòu)件接合部分或機(jī)構(gòu)(其構(gòu)造成接合構(gòu)件"C"的端部部分64)，以及構(gòu)造成接合構(gòu)件接合部分和建造板26的板接合部分或機(jī)構(gòu)。

如圖5和7中所示，建造板26的孔口38、密封件28和金屬構(gòu)件"C"的端部部分64可協(xié)作以形成粉末床60，其保持預(yù)定成分的金屬粉末"P"。金屬構(gòu)件"C"的端部部分64可定位在建造表面36下方。粉末床60可由此至少在建造板26的孔口38的內(nèi)壁或內(nèi)側(cè)之間，以及在密封件28和延伸經(jīng)過(guò)密封件28的金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的部分之上延伸，如圖5中所示。以該方式，建造板26的孔口38、密封件28和金屬構(gòu)件"C"的端部部分64可協(xié)作以形成粉末床60，其將預(yù)定成分的金屬粉末"P"保持在其中。設(shè)備10的粉末床60由此有利地為相對(duì)小的，并且集中至由金屬粉末"P"形成構(gòu)件"C"的端部部分64上的層的位置。

還如圖5中所示，如果粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18在其以金屬粉末"P"填充粉末床60時(shí)鄰接建造表面36，則粉末床60可僅延伸至建造表面36。如果粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18在其以金屬粉末"P"填充粉末床60時(shí)與建造表面36間隔，則粉末床60可延伸經(jīng)過(guò)建造表面36(未示出)。金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的末端或端部關(guān)于建造表面36或粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18的相對(duì)定位可由此確定定位在金屬構(gòu)件"C"的端部部分64上或上方的粉末床60中的金屬粉末"P"的深度或厚度，和因此由金屬粉末"P"形成在端部部分64上的層的厚度(如下文進(jìn)一步描述的)。在一些實(shí)施例中，構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32可使構(gòu)件"C"定位，使得定位在構(gòu)件"C"的端部部分64上或上方的粉末床60中的金屬粉末"P"的厚度，以及因此由金屬粉末"P"形成在端部部分64上的層的厚度可在大約10微米到大約50微米的范圍內(nèi)(例如，大約30微米)。

在粉末床60的構(gòu)造可關(guān)于建造板26的孔口38的構(gòu)造(例如，形狀、尺寸等)時(shí)，在一些實(shí)施例中，孔口38可構(gòu)造成使粉末床60的尺寸，和由此在構(gòu)件"C"的形成期間的"使用的"金屬粉末"P"的量最小化。例如，在一些實(shí)施例中，建造板26的孔口38包括第一截面，其限定不大于由金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的第二截面限定的對(duì)應(yīng)面積的135%的面積。在一些其它實(shí)施例中，建造板26的孔口38包括第一截面，其限定不大于由金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的第二截面限定的對(duì)應(yīng)面積的125%或115%的面積。在一些實(shí)施例中，建造板26的孔口38可模擬或另外對(duì)應(yīng)于金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的構(gòu)造(和/或形成在端部部分64上的層的期望構(gòu)造)。例如，如果構(gòu)件"C"為渦輪葉片，則孔口38(和潛在地，密封件28)可至少類(lèi)似于渦輪葉片的期望末端部分(例如，翼型件形狀)或渦輪葉片的基部部分的形狀定形，以使粉末床60的尺寸或體積(和由此用于形成渦輪葉片的末端部分的金屬粉末"P"的量)最小化。

圖6-9示出了設(shè)備10的附加示例性構(gòu)件，以及使用設(shè)備10來(lái)形成構(gòu)件"C"的端部部分64上的層以制造或形成構(gòu)件"C"的示例性方法。如圖6-9中所示，設(shè)備10可包括定向能量源80和束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)82。定向能量源80可能夠操作成產(chǎn)生有效將金屬粉末"P"熔合至金屬構(gòu)件"C"的端部部分64的能量束。例如，定向能量源80可為能夠操作成生成適合功率的束和其它操作特征以在制造過(guò)程期間熔合金屬粉末"P"的任何裝置。在一些實(shí)施例中，定向能量源80可為具有輸出功率密度的激光器，該輸出功率密度具有大約10到100kW/mm²范圍內(nèi)的數(shù)量級(jí)。其它定向能量源如電子束發(fā)射器為激光器的適合備選方案。

束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)82可能夠操作成以對(duì)應(yīng)于金屬構(gòu)件"C"的新截面層的圖案將定向能量源的能量束引導(dǎo)在粉末床60中的金屬粉末"P"之上，如圖8中所示。也如圖8中所繪，束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)82可包括至少一個(gè)可移動(dòng)鏡、棱鏡和/或透鏡，其能夠操作成以使由定向能量源80產(chǎn)生的束"B"可聚焦至期望的焦點(diǎn)"S"，并且在粉末床60中的金屬粉末"P"上的平面中以適合的圖案操縱至期望的位置。以該方式，定向能量源80和束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)82可用于將金屬粉末"P"在端部部分64之上熔合到構(gòu)件"C"上作為二維截面或?qū)?。?B"可由此將金屬粉末"P"的圖案加熱至熔合溫度，其引起金屬粉末"P"熔合、流動(dòng)和固結(jié)(本文中稱(chēng)為"熔合"(或其語(yǔ)法上的等同物)金屬粉末"P")。

如圖6中所示，利用設(shè)備10制造構(gòu)件"C"的方法可包括使構(gòu)件"C"關(guān)于建造板26平移，如經(jīng)由構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32，使得構(gòu)件"C"的端部部分64定位在孔口38內(nèi)(潛在地在建造表面36下方)并且與密封件28接合。建造板26的孔口38、密封件28和構(gòu)件"C"的端部部分64可協(xié)作以形成用于保持金屬粉末"P"的粉末床60。在此類(lèi)狀態(tài)期間，粉末供應(yīng)機(jī)構(gòu)18可使金屬粉末"P"暴露，也如圖6中所示。在金屬粉末"P"暴露的情況下，粉末平移機(jī)構(gòu)20可接著通過(guò)使暴露的金屬粉末"P"沉積穿過(guò)孔口38并且在密封件28和構(gòu)件"C"的端部部分64之上來(lái)填充粉末床60，如圖7中所示。粉末床60可由此在構(gòu)件"C"的端部部分64之上或上形成金屬粉末"P"的層。如上文提到的，在一個(gè)實(shí)例中，構(gòu)件"C"的端部部分64之上或上的金屬粉末"P"的層的厚度在30微米到50微米的范圍內(nèi)。

一旦金屬粉末"P"沉積在粉末床60內(nèi)，并且金屬粉末"P"的層由此形成在構(gòu)件"C"的端部部分之上或上，如圖8中所示，則定向能量源80和束引導(dǎo)機(jī)構(gòu)82可以以一圖案將能量束B(niǎo)引導(dǎo)至沉積金屬粉末"P"的層，以將金屬粉末"P"熔合至構(gòu)件"C"上的端部部分64作為新的截面層。在新截面層形成在構(gòu)件"C"的端部部分64上之后，外部熱控制機(jī)構(gòu)30用于形成至少新形成的截面層的溫度廓線以防止裂開(kāi)。另外，在新截面層形成在構(gòu)件"C"的端部部分64上之后，并且潛在地在至少新形成的截面層的溫度廓線的形成或部分形成期間，構(gòu)件"C"可通過(guò)構(gòu)件平移機(jī)構(gòu)32關(guān)于建造板26和外部熱控制機(jī)構(gòu)30平移，如圖9中所示。構(gòu)件"C"可平移至粉末床60中的下位置，使得具有新形成的層的構(gòu)件"C"的端部部分64定位在孔口38內(nèi)(潛在地在建造表面36下方)，并且與密封件28接合，如圖9中所示。構(gòu)件"C"可接著在用于粉末床60中的金屬粉末"P"的沉積和熔合的狀態(tài)中，以形成構(gòu)件"C"的端部部分64上的另一層。以該方式，使構(gòu)件"C"平移、使金屬粉末"P"沉積、將金屬粉末"P"層熔合在構(gòu)件"C"的端部部分64上，以及形成端部部分64的溫度廓線可形成循環(huán)，其可執(zhí)行多次來(lái)以截面層接截面層的方式制造或形成金屬構(gòu)件"C"。

上文所述的設(shè)備10和方法可用于潛在地連同其它方法構(gòu)造構(gòu)件"C"的全部或一部分。例如，為了經(jīng)由上文所述的設(shè)備10和方法構(gòu)造構(gòu)件"C"的全部，種子構(gòu)件可最初用于在其上形成第一層。在其它實(shí)施例中，為了經(jīng)由上文所述的設(shè)備10和方法構(gòu)造構(gòu)件"C"的一部分，層可形成在之前存在的部分形成的構(gòu)件"C"上。

在一些實(shí)施例中，構(gòu)件"C"可為渦輪構(gòu)件，如渦輪葉片。在一些此類(lèi)渦輪葉片實(shí)施例中，層可由金屬粉末"P"形成在渦輪葉片基部部分上，以形成渦輪葉片的末端和/或末端部分。在一些此類(lèi)實(shí)施例中，渦輪葉片基部部分可通過(guò)從渦輪葉片基部部分除去之前存在的末端和/或末端部分來(lái)形成。在其它實(shí)施例中，渦輪葉片基部部分還可由金屬粉末"P"的層形成，或者由另一制造過(guò)程形成。例如，可包括燕尾部、柄、平臺(tái)和根部中的至少一個(gè)的渦輪葉片基部部分可使用常規(guī)鑄造過(guò)程制造。翼型件的至少末端和/或末端部分(或翼型件的整體)可使用本文中所述的添加制造設(shè)備10和方法以逐層方式形成在此類(lèi)渦輪葉片基部部分上。

如本文中使用的渦輪葉片末端、末端部分和基部部分可為任何構(gòu)造，并且可包括任何形狀和/或設(shè)計(jì)。本文中所述的設(shè)備10和方法可由粉末"P"的層形成渦輪葉片末端、末端部分和基部部分中的任一個(gè)。如上文提到的，用語(yǔ)"端部部分64"在本文中用于大體上表示在制作過(guò)程期間的特定時(shí)間點(diǎn)處的構(gòu)件"C"的自由端部和鄰近其的一部分。由于構(gòu)件"C"逐層建立，故端部部分64隨著時(shí)間的過(guò)去發(fā)展。例如，如果由設(shè)備10形成的構(gòu)件"C"為渦輪葉片或其部分，則在渦輪葉片構(gòu)件"C"的制造過(guò)程期間的第一時(shí)間點(diǎn)處的端部部分64可為所得的葉片的基部部分(例如，所得的葉片的徑向內(nèi)部分)。在第一時(shí)間點(diǎn)之后的制造過(guò)程中的第二時(shí)間點(diǎn)處，渦輪葉片構(gòu)件"C"的端部部分64可為所得的葉片的末端部分(例如，葉片的徑向外部分，如翼型件)。在第二時(shí)間點(diǎn)之后的制造過(guò)程中的第三時(shí)間點(diǎn)處，渦輪葉片構(gòu)件"C"的端部部分64可為所得的葉片的末端(例如，葉片的徑向最外部分或端部，如，末端蓋，凹槽狀末端等)。以該方式，特定時(shí)間點(diǎn)處的渦輪葉片構(gòu)件"C"的端部部分64可為所得的葉片的任何小部分。簡(jiǎn)言之，用語(yǔ)"末端部分"和"端部部分"在本文中不用于表示由設(shè)備10形成的所得的構(gòu)件"C"的地點(diǎn)或位置，而是表示在構(gòu)件"C"的制造過(guò)程中的特定時(shí)間期間的構(gòu)件"C"的自由端部和鄰近其的一部分。

由本文中所述的添加制造設(shè)備10和方法形成的構(gòu)件"C"的層不必具有均一的金屬合金成分。例如，由設(shè)備10的金屬粉末"P"形成的層的成分可通過(guò)在添加制造過(guò)程期間改變粉末"P"的成分來(lái)變化，以產(chǎn)生構(gòu)件"C"的變化的層或區(qū)段。例如，渦輪葉片構(gòu)件"C"的翼型件部分的基部部分可由第一金屬粉末合金成分的層形成，并且翼型件部分的末端部分可由第二金屬粉末合金成分的層形成。例如，用于形成翼型件部分的末端部分的第二金屬粉末合金成分可具有大于用于翼型件部分的基部部分的第二金屬粉末合金成分的抗氧化。

本文中公開(kāi)的添加制造設(shè)備10和方法可至少部分地形成用于在高溫應(yīng)用中使用的任何制品、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。例如，本文中公開(kāi)的設(shè)備和方法可至少部分地形成渦輪葉片、燃燒器、護(hù)罩、噴嘴、熱障層和/或?qū)~。

前文描述了用于金屬合金構(gòu)件的分層制造的設(shè)備和對(duì)應(yīng)方法。本說(shuō)明書(shū)(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的所有特征，和/或如此公開(kāi)的任何方法或過(guò)程的所有步驟可以以除其中此類(lèi)特征和/或步驟中的至少一些互相排斥的組合之外的任何組合來(lái)組合。

將理解的是，以上描述旨在為示范性而非限制性的。例如，上述實(shí)施例(和/或其方面)可與彼此組合使用。此外，可作出許多改型來(lái)使特定情形或材料適于本公開(kāi)的教導(dǎo)，而不脫離其范圍。盡管本文中所述的材料的大小和類(lèi)型旨在限定本公開(kāi)的參數(shù)，但它們決不是限制性的，并且為示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在審閱以上描述時(shí)許多其它實(shí)施例將顯而易見(jiàn)。因此，本公開(kāi)的范圍應(yīng)當(dāng)參照所附權(quán)利要求連同此類(lèi)權(quán)利要求所賦予的等同方案的完整范圍確定。

在所附權(quán)利要求中，用語(yǔ)"包括(including)"和"其中(in which)"用作相應(yīng)用語(yǔ)"包括(comprising)"和"其中(wherein)"的通俗英文等同物。此外，在以下權(quán)利要求中，用語(yǔ)"第一"、"第二"等(如果有)僅用作標(biāo)記，并且不旨在對(duì)它們的對(duì)象施加數(shù)字或位置要求。此外，以下權(quán)利要求的限制并未以器件加功能的格式撰寫(xiě)，并且不旨在基于35 U.S.C. § 112的第六段解釋?zhuān)遣⑶抑钡酱祟?lèi)權(quán)利要求限制明確地使用短語(yǔ)"用于…的器件"后接沒(méi)有又一個(gè)結(jié)構(gòu)的功能的聲明。

該書(shū)面的描述使用實(shí)例以公開(kāi)本公開(kāi)的若干實(shí)施例(包括最佳模式)，并且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開(kāi)的實(shí)施例包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本公開(kāi)的可專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有不與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)顯著差別的等同結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實(shí)例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。

如本文中使用的，以單數(shù)敘述并且冠以詞語(yǔ)"一"或"一個(gè)"的元件或步驟應(yīng)當(dāng)理解為未排除多個(gè)所述元件或步驟，除非明確指出此類(lèi)排除。此外，提到本公開(kāi)的"一個(gè)實(shí)施例"不旨在解釋為排除也并入敘述的特征的附加實(shí)施例的存在。此外，除非明確相反指出，否則"包括"、"包含"或"具有"帶特定性質(zhì)的元件或多個(gè)元件的實(shí)施例可包括不具有該性質(zhì)的附加此類(lèi)元件。

雖然已經(jīng)結(jié)合僅有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)容易理解，本發(fā)明不限于此類(lèi)公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可修改本公開(kāi)，以并入迄今未描述但與本公開(kāi)的精神和范圍相稱(chēng)的任何數(shù)量的變型、更改、替換或等同布置。另外，雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的多種實(shí)施例，但將理解，本公開(kāi)的方面可包括所描述的實(shí)施例中的僅一些。因此，本公開(kāi)不視為由前述描述限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。