熔渣清除裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及焊接和材料結(jié)合技術(shù)，尤其涉及用于在顆粒狀原料的選擇性激光熔化或燒結(jié)之后進(jìn)行熔渣清除的機(jī)器和過程。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接和燒結(jié)過程經(jīng)常產(chǎn)生熔渣覆蓋。熔渣清除可能是具有挑戰(zhàn)的，尤其是在所形成的金屬或其它材料必須連續(xù)層疊以形成修補(bǔ)、熔覆或?qū)盈B構(gòu)造時(shí)。人工清除每層之間的恪渣是緩慢且徒勞的O
[0003]埋弧焊(SAW)、電渣焊(ESW)、選擇性激光熔化(SLM)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)已經(jīng)被用來通過增量制造而產(chǎn)生焊接、熔覆和部件。在埋弧焊中，顆粒狀的助焊劑在電極線或帶與襯底之間埋下電弧以保護(hù)熔融材料不會(huì)與大氣發(fā)生反應(yīng)。該處理在金屬沉積的表面留下熔渣，其必須在已有沉積上方或旁邊形成后續(xù)焊接通道之前被清除。該熔渣被手工清除，并且未使用的顆粒狀助焊劑被真空吸塵處理并且與新的助焊劑相結(jié)合以便用于進(jìn)一步的處理。該處理還被用于埋弧熔覆。電渣焊或熔覆通過在作為電流導(dǎo)體的處理點(diǎn)處提供熔融的助焊劑而避免了電弧。其它處理技術(shù)包括原料粉末的激光熔覆和選擇性激光熔化(SLM)或選擇性激光燒結(jié)(SLS)。
[0004]在熔渣輕易從沉積表面脫落的情況下可以在埋弧焊中采用真空吸塵來恢復(fù)熔渣和未使用的助焊劑。然而，當(dāng)需要物理接觸來驅(qū)逐熔渣脫，真空吸塵就不夠了。針對(duì)粉床處理(例如，SLM、SLS)而言，真空吸塵趨向于連同熔渣一起或者優(yōu)先于熔渣清除原料粉末，這是因?yàn)樵摲勰┹^輕并且沒有附著到襯底上。如此不僅使得不能清除熔渣，而且還清除了未使用的原料，而后者是之前沉積上方或旁邊的附加熔化/燒結(jié)通道所需要的。
【附圖說明】
[0005]在以下描述中參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，其中:
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含覆蓋以用于處理的顆粒狀原料的襯底的腔室的示意性截面圖；
[0007]圖2是圖1中的機(jī)器在原料熔化或燒結(jié)已經(jīng)在襯底上形成了覆蓋以熔渣的沉積之后的視圖；
[0008]圖3是圖1中的機(jī)器將熔渣層重新定位于腔室邊沿上方以便進(jìn)行熔渣清除的視圖；
[0009]圖4是部署在圖1中的腔室上并且將熔渣從材料沉積掠下并置于分離器上的熔渣清除設(shè)備的視圖，上述分離器將熔渣從可重新使用的的顆粒狀原料中分離出來；
[0010]圖5是圖4中的機(jī)器將所恢復(fù)的原料循環(huán)至材料沉積的頂表面以便進(jìn)一步成層或熔覆的視圖；
[0011]圖6是本發(fā)明的具有可垂直調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)熔渣清除設(shè)備的實(shí)施例的視圖；
[0012]圖7示出了使得被修補(bǔ)、焊接、成層或構(gòu)造的組件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的實(shí)施例；
[0013]圖8圖示了能夠由所公開的機(jī)器進(jìn)行操作的方法中的步驟。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1示出了機(jī)器20，其具有包圍供修補(bǔ)、熔覆、焊接或構(gòu)造的組件或襯底24的熔化腔室22。該腔室可以具有上沿38，其可以是平面或曲面的，并且可以對(duì)隨后描述的熔渣清除設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)。可移動(dòng)定位器25可以支撐襯底24并且使得其相對(duì)于腔室22垂直移動(dòng)。顆粒狀原料26部署在襯底24上以便被諸如激光之類的能量源28所熔化或燒結(jié)。能量源28可以以可編程路徑30跨原料26進(jìn)行移動(dòng)以便熔化或燒結(jié)顆粒狀材料26，后者可以包括合金成分和助焊劑。例如，激光束可以利用可移動(dòng)鏡面或棱鏡進(jìn)行指向以掃描可編程路徑30從而利用用于加熱的激光能量對(duì)原料26的預(yù)定區(qū)域進(jìn)行“涂描(paint) ”。原料26可以是任意類型或組合的材料，其能夠被熔化或燒結(jié)以形成其上具有一層熔渣的固態(tài)層或主體。
[0015]圖2示出了由原料26的熔化或燒結(jié)而形成于襯底24上的沉積32。熔渣層34形成于沉積32的上表面33上。
[0016]圖3示出了由定位器25所升高36的襯底，而例如使得沉積32的頂表面與腔室22的邊沿38齊平。
[0017]圖4示出了安裝在由螺栓所例示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)39上的被例示為刮刀的熔渣清除設(shè)備40，上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)39使得該熔渣清除設(shè)備跨沉積32的頂表面進(jìn)行移動(dòng)。這清除了熔渣清除設(shè)備40的切割表面35上方的熔渣34。這里，“切割表面”表示諸如平面或旋轉(zhuǎn)表面之類的表面幾何形狀，該熔渣清除設(shè)備在沉積32和熔渣清除設(shè)備40之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)期間清除材料到上述切割表面以外。沉積32的頂表面33已經(jīng)被定位在切割表面35而使得熔渣34得以被清除。同樣被清除的還有保留在沉積上表面33的水平面上方的至少一部分可重復(fù)使用的原料37。可以提供分離設(shè)備42，其基于顆粒大小或其它標(biāo)準(zhǔn)將熔渣從可重復(fù)使用的原料中分離出來。該分離例如可以由穿孔傳送帶、振動(dòng)篩或篩選機(jī)來實(shí)施。傳送設(shè)備44可以將所恢復(fù)的原料27傳輸至收集器46，或者該收集器可以直接被分離設(shè)備42進(jìn)行填裝。
[0018]熔渣清除設(shè)備40尤其可以被諸如刮刀或刨機(jī)之類的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，其可選地可以被實(shí)現(xiàn)為具有尖齒或刀片的旋轉(zhuǎn)圓柱體，例如旋轉(zhuǎn)刨機(jī)頭。優(yōu)選類型的熔渣清除設(shè)備將熔渣從沉積破除或切除，并且將熔渣34分割為大于可重復(fù)使用的原料27的最大顆粒大小的小塊以便于從中進(jìn)行分離。在將沉積的上表面定位為與邊沿38齊平或者與切割表面35齊平之后，熔渣清除設(shè)備40可以由腔室的上沿38進(jìn)行引導(dǎo)，如所示出的，上述切割表面35可以與邊沿38共面。
[0019]圖5示出了原料饋送器48，其將所恢復(fù)的原料27連同新的原料26 —起分布在沉積32上以通過圖1中的能量源28的進(jìn)一步掃描30而在其上形成進(jìn)一步的沉積。定位器25可以使得襯底24降低50而使得腔室邊沿38保持另外的原料層26、27。
[0020]圖6示出了實(shí)施例21，其中旋轉(zhuǎn)的刷子或刀片52在引導(dǎo)軌道54上從起始位置56向終止位置58進(jìn)行移動(dòng)以清除處于沉積上表面的水平以及高于該水平的熔渣34和可重復(fù)使用的原料27。該引導(dǎo)軌道54能夠進(jìn)行垂直調(diào)節(jié)55以將切割表面35定位在沉積32的上表面33。在該實(shí)施例中，切割表面35近似或確切地與該旋轉(zhuǎn)的刷子或刀片的旋轉(zhuǎn)表面相切。該圓柱形旋轉(zhuǎn)刷子或刀片52可以利用線刷毛、尖齒來實(shí)現(xiàn)或者被實(shí)現(xiàn)為刨機(jī)頭。
[0021]熔渣清除設(shè)備40、52可以安裝在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上或者由后者進(jìn)行移動(dòng)，上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)特別是位置變換機(jī)構(gòu)，諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)系或者是螺紋驅(qū)動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的或液壓的活塞。該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括引導(dǎo)設(shè)備或者針對(duì)其進(jìn)行操作，上述引導(dǎo)設(shè)備諸如軌道54或腔室邊沿38，其對(duì)熔渣清除設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)以相對(duì)于腔室22沿預(yù)定切割表面35進(jìn)行移動(dòng)。
[0022]被配置以這里的裝置的機(jī)器20、21例如包括腔室22、原料饋送器48、具有可編程掃描30的能量源28、熔渣清除設(shè)備40或52驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)39以及分離設(shè)備42。其可以由電子處理控制器自動(dòng)進(jìn)行控制以執(zhí)行如這里所描述的熔渣清除和分離。這樣的機(jī)器能夠進(jìn)行操作以自動(dòng)利用一層或多層材料沉積對(duì)襯底進(jìn)行修補(bǔ)或熔覆，并且在每次沉積之后自動(dòng)清除熔渣。用于機(jī)器自動(dòng)化的控制器、電機(jī)、致動(dòng)器和互連并未在圖中示出，因?yàn)檫@樣的部件是過程自動(dòng)化和控制領(lǐng)域中已知的。
[0023]圖7示出了實(shí)施例60，其具有包含原料64的腔室62，該原料64可以是顆粒狀和/或處于液化或流體化的形式。用于修復(fù)、熔覆或焊接或構(gòu)造一或者更一般地用于構(gòu)造的型體(form)—的組件66被定位以接收在其表面67上的原料64流。組件66通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)71而