通過(guò)額外制造制成的復(fù)合葉片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了通過(guò)額外制造制成的復(fù)合葉片。本發(fā)明涉及一種低壓整流器軸向渦輪機(jī)的葉片(26)。該葉片(26)還可以是轉(zhuǎn)子葉片和/或渦輪葉片。該葉片(26)包括具有基體和增強(qiáng)件(40)的復(fù)合材料，增強(qiáng)件包括形成三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格，三維結(jié)構(gòu)具有基于多面體描述三維網(wǎng)格的多個(gè)桿(44)。三維結(jié)構(gòu)在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間在葉片(26)的大部分厚度范圍內(nèi)和/或在前緣(36)和后緣(38)之間在葉片(26)的大部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)延伸。增強(qiáng)件(40)的桿(44)彼此結(jié)合，并分布在葉片的壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的體積內(nèi)。桿(44)形成占據(jù)整個(gè)葉片(26)的三維網(wǎng)格。本發(fā)明還涉及一種通過(guò)額外層制造來(lái)制造葉片(26)的重復(fù)方法。
【專利說(shuō)明】通過(guò)額外制造制成的復(fù)合葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合渦輪機(jī)葉片。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有增強(qiáng)件和基體的復(fù)合葉片。本發(fā)明還涉及一種具有根據(jù)本發(fā)明的葉片的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明還涉及一種制造具有增強(qiáng)件和基體的復(fù)合葉片的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]軸向渦輪機(jī)包括用于加速氣流的轉(zhuǎn)子葉片環(huán)形排以及調(diào)整加速氣流的定子葉片環(huán)形排。葉片必須是輕量的，以降低渦輪機(jī)的質(zhì)量。特別地，轉(zhuǎn)子葉片的減小降低了轉(zhuǎn)子的慣性。
[0003]不過(guò)，葉片的減小必須符合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。葉片必須承受渦輪機(jī)中的振動(dòng)和可能的吸入物。而且，轉(zhuǎn)子葉片必須承受離心力。選擇用于制造葉片的復(fù)合材料是降低其重量同時(shí)維持一定機(jī)械阻力的折衷方案。
[0004]從出版的專利文獻(xiàn)服2204215八5中已知一種軸向渦輪增壓器的復(fù)合轉(zhuǎn)子葉片。該葉片包括形成在復(fù)合板堆疊上的主結(jié)構(gòu)。這些板具有由石墨制成的長(zhǎng)纖維，長(zhǎng)纖維嵌入固化樹(shù)脂中。此外，該葉片包括插入復(fù)合板之間、鍍?cè)谥鹘Y(jié)構(gòu)頂部上的若干層金屬絲網(wǎng)。金屬網(wǎng)預(yù)先用樹(shù)脂填充，樹(shù)脂在模制期間使所述堆疊的樹(shù)脂交聯(lián)。然而，這種葉片的機(jī)械強(qiáng)度降低。此外，其生產(chǎn)要求更多的準(zhǔn)備操作以及增加這種葉片成本的板操縱。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。更具體地說(shuō)，本發(fā)明旨在加強(qiáng)復(fù)合葉片。本發(fā)明還旨在提供一種生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的葉片的方法。
[0007]技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)葉片，該葉片包括具有基體和增強(qiáng)件的復(fù)合材料，增強(qiáng)件包括網(wǎng)格(腕也)，該葉片具有前緣、后緣、壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面，所述表面從前緣延伸至后緣，其特征在于，網(wǎng)格形成在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間在葉片的大部分厚度范圍內(nèi)延伸的和/或在前緣和后緣之間在葉片的大部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)延伸的三維結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是具有通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)互連的桿的一體化結(jié)構(gòu)，具有材料連續(xù)性。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述桿在至少三個(gè)非共面方向上取向，優(yōu)選地通過(guò)至少四個(gè)非共面方向取向。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，增強(qiáng)件在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間占據(jù)葉片厚度的多于60%、優(yōu)選多于80%。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的網(wǎng)格的體積密度隨葉片高度和/或從前緣至后緣改變。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，此外，增強(qiáng)件包括形成葉片的前緣和/或后緣和/或壓力側(cè)表面和/或抽吸側(cè)表面的一個(gè)或多個(gè)壁，所述一個(gè)或多個(gè)壁優(yōu)選地與網(wǎng)格一體。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，基體和增強(qiáng)件由不同材料制成，基體包括熱塑性樹(shù)脂，增強(qiáng)件包括金屬，優(yōu)選為鈦。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，增強(qiáng)件一體地制成，通過(guò)額外層制造方法制造。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維結(jié)構(gòu)在葉片的大部分厚度范圍內(nèi)延伸穿過(guò)葉片。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維結(jié)構(gòu)在葉片的大部分厚度范圍內(nèi)垂直于抽吸側(cè)表面延伸。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維結(jié)構(gòu)形成三維網(wǎng)格。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維網(wǎng)格包括包層(可能是總體包層)，所述包層界定出占據(jù)壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的大部分體積的空間。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，彼此鏈接的桿直接附接到其它桿。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，增強(qiáng)件包括多于一百、優(yōu)選多于一千個(gè)彼此連接的桿。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述桿分布在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的體積中。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個(gè)桿是彎曲的。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個(gè)桿具有截面變化。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述桿具有不同長(zhǎng)度。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個(gè)桿是大致球形的。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個(gè)桿是大致立方形的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，桿體積密度介于壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間體積的1%和80%之間，優(yōu)選介于5%和50%之間，更優(yōu)選介于10%和20%之間。
[0029]本發(fā)明還涉及一種渦輪機(jī)葉片，該葉片包括具有基體和增強(qiáng)件的復(fù)合材料，該葉片包括前緣、后緣、壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面，兩個(gè)表面從前緣延伸至后緣，其特征在于，增強(qiáng)件包括互連空腔的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間延伸，并由基體填充。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，空腔經(jīng)由形成在增強(qiáng)件中的通道彼此連通，所述通道由基體填充。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，空腔是大致多面體，例如立方體或四面體。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，至少一個(gè)、優(yōu)選若干、可能的話所有多面體邊緣都帶有斜角，以留在形成互連棒的增強(qiáng)件部分之間。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，所述棒具有與根據(jù)本發(fā)明的葉片的增強(qiáng)件的桿相同的特征。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，上面列舉的所有不同的技術(shù)特征可以組合。
[0035]本發(fā)明還涉及一種制造復(fù)合渦輪機(jī)葉片的重復(fù)方法，該葉片包括基體和增強(qiáng)件，其特征在于，優(yōu)選地基于粉末，通過(guò)額外層制造來(lái)同時(shí)制造基體和增強(qiáng)件。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，該方法包括重復(fù)下列步驟:(4沉積形成所述增強(qiáng)件的填充材料；(13)呈現(xiàn)聚合的增強(qiáng)填充材料；化)冷卻；((1)沉積形成所述基體的填充材料；(6)呈現(xiàn)聚合的基體填充材料；冷卻步驟化)是可選的。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，同時(shí)執(zhí)行步驟⑷和⑷和/或同時(shí)執(zhí)行步驟㈦和
(6)。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是具有通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)互連的桿的一體化結(jié)構(gòu)，具有材料連續(xù)性，大多數(shù)桿相對(duì)于所述層傾斜，優(yōu)選地傾斜超過(guò)5°，更優(yōu)選地傾斜超過(guò) 15。。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是具有通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)互連的桿的一體化結(jié)構(gòu)，具有材料連續(xù)性，所述層在堆疊方向上堆疊，所述桿主要相對(duì)于堆疊方向傾斜，優(yōu)選地傾斜超過(guò)10。，更優(yōu)選地傾斜超過(guò)20。。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是具有通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)互連的桿的一體化結(jié)構(gòu)，具有材料連續(xù)性，所述桿的粗糙度此大于2 4 III，優(yōu)選大于10 4 III，更優(yōu)選大于50 4 III。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，層厚度小于200^111，優(yōu)選小于50^111，更優(yōu)選小于
10 卩 III。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，粉末包括小于200 ^ 1優(yōu)選小于2 ^ II1、更優(yōu)選小于5011111的顆粒尺寸。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，優(yōu)選借助激光或電子束，通過(guò)加熱粉末來(lái)執(zhí)行聚合。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，該方法包括在兩次實(shí)現(xiàn)步驟(1)沉積形成基體的填充材料之間，重復(fù)(優(yōu)選重復(fù)若干次)步驟4沉積形成增強(qiáng)件的材料和4呈現(xiàn)聚合的增強(qiáng)材料。
[0045]本發(fā)明還涉及一種包括至少一個(gè)葉片的渦輪機(jī)，其特征在于，該葉片如本發(fā)明所述和/或該葉片根據(jù)本發(fā)明的制造復(fù)合葉片的方法制造而成。
[0046]發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
[0047]本發(fā)明可通過(guò)提供在葉片內(nèi)部延伸的三維增強(qiáng)件來(lái)增強(qiáng)復(fù)合葉片。這種增強(qiáng)件使葉片具有對(duì)機(jī)械應(yīng)力的均勻抵抗性。增強(qiáng)件經(jīng)由桿形成異質(zhì)構(gòu)架，桿的形式響應(yīng)于復(fù)合材料中的應(yīng)力而局部地適配。此外，桿和壁連接，從而改善組件的堅(jiān)固性。
[0048]使用額外的制造工藝允許制造這樣的葉片，其中，針對(duì)這種葉片所必要的操縱得以減少。增強(qiáng)件和基體的同時(shí)實(shí)現(xiàn)能得到復(fù)雜的形狀。該技術(shù)便于獲得這種彎曲通道，彎曲通道沿葉片延伸，并由基體和增強(qiáng)件定界。而且，例如基于粉末的額外制造產(chǎn)生具有粒狀表面的桿，這有利于將基體錨定在每個(gè)桿上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的軸向渦輪機(jī)。
[0050]圖2是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機(jī)壓縮機(jī)的圖示。
[0051]圖3示出本發(fā)明的葉片。
[0052]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的葉片沿圖3的軸線4-4的截面圖。
[0053]圖5描繪出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的葉片的增強(qiáng)桿的布置。
[0054]圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的葉片的增強(qiáng)桿的布置。
[0055]圖7示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的制造葉片的重復(fù)方法的圖示。
[0056]圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的制造葉片的重復(fù)方法的圖示。

【具體實(shí)施方式】
[0057]在下列描述中，術(shù)語(yǔ)“內(nèi)”或“內(nèi)部”以及“外”或“外部”指的是相對(duì)于軸向渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置。
[0058]圖1示意性地示出軸向渦輪機(jī)。在該情況下，它是雙路式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2包括第一壓縮級(jí)(指定的低壓壓縮機(jī)3)、第二壓縮級(jí)(指定的高壓壓縮機(jī)6)、燃燒室8以及一個(gè)或多個(gè)渦輪級(jí)10。在運(yùn)行期間，經(jīng)由中心軸傳遞到轉(zhuǎn)子12的渦輪機(jī)10的機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)兩個(gè)壓縮機(jī)3和6。用于增加傳動(dòng)比的裝置可增加傳遞到壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度?；蛘?，不同的渦輪級(jí)能夠經(jīng)由同心軸連接到壓縮機(jī)級(jí)。這些壓縮機(jī)級(jí)包括與定子葉片排相關(guān)聯(lián)的若干轉(zhuǎn)子葉片排。轉(zhuǎn)子繞其旋轉(zhuǎn)軸線14的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生氣流，并且逐漸地將氣流壓縮到燃燒室8的入口。
[0059]入口風(fēng)扇16聯(lián)接到轉(zhuǎn)子12，并產(chǎn)生氣流，該氣流分為一次流18和二次流20，一次流18通過(guò)上面提及的渦輪機(jī)的各級(jí)，二次流20沿機(jī)器通過(guò)環(huán)形導(dǎo)管(僅部分地示出)，然后在渦輪機(jī)出口處與一次流匯合。一次流18和二次流20是環(huán)形流，并通過(guò)渦輪機(jī)的殼體引導(dǎo)。為此，殼體具有可以設(shè)在內(nèi)部或者外部的柱形壁或框架。
[0060]圖2是如圖1的軸向渦輪機(jī)2的軸向壓縮機(jī)的截面圖。該壓縮機(jī)可以是低壓壓縮機(jī)或高壓壓縮機(jī)3。可觀察到風(fēng)扇16的一部分以及用于一次流18和二次流20的分隔噴嘴22。轉(zhuǎn)子12包括若干轉(zhuǎn)子葉片排24，在該情況下為三排。
[0061]低壓壓縮機(jī)3包括若干整流器，在該情況下為四個(gè)，每個(gè)整流器包括定子葉片26排。整流器與風(fēng)扇16或者轉(zhuǎn)子葉片排相關(guān)聯(lián)，用于調(diào)整或整流所述氣流，以將所述流的速度轉(zhuǎn)換為壓力。
[0062]定子葉片26從外殼體28基本上沿徑向延伸，并且借助固定裝置(比如螺紋桿30)固定。定子葉片彼此均勻地間隔開(kāi)，并且在所述流中具有相同的角取向。有利地，一排的葉片是相同的。可選地，葉片之間的間隔能局部地變化，它們的角取向也能局部地變化。一些葉片可以與它們排的其余葉片不同。
[0063]圖3是根據(jù)本發(fā)明的整流器的定子葉片26的圖示。該葉片可以是壓縮機(jī)葉片或渦輪葉片。
[0064]葉片26包括翼面32或主體，用于延伸進(jìn)環(huán)形流中。其可包括外平臺(tái)34，用于附接到壓縮機(jī)的外殼體。葉片32可包括布置在內(nèi)側(cè)的第二平臺(tái)。緊固裝置30可從平臺(tái)34與葉片32相反地延伸。葉片的翼面可比如通過(guò)焊接直接固定到渦輪機(jī)的殼體。在該情況下，葉片可以不具有外部平臺(tái)。葉片的內(nèi)端可包括開(kāi)口，充當(dāng)?shù)絻?nèi)部環(huán)形套圈的錨定件。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的替代例，葉片可以是轉(zhuǎn)子葉片。作為固定裝置，這種葉片可包括用于插入到轉(zhuǎn)子的對(duì)應(yīng)溝槽中的鴿尾榫。該葉片可以是風(fēng)扇葉片。
[0066]葉片26具有布置在上游的前緣36和位于下游的后緣38。其還具有布置在葉片排出側(cè)的壓力側(cè)表面和布置在葉片抽吸側(cè)的抽吸側(cè)表面。壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面從前緣36延伸到后緣38。它們分別是彎曲的和凸起的，并限定出葉片翼面32的形狀。
[0067]葉片26包括具有基體(未示出)和增強(qiáng)件40的復(fù)合材料。增強(qiáng)件40包括形成三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格。三維結(jié)構(gòu)可在葉片的翼面32的大部分體積范圍內(nèi)延伸，可能的話，在所有所述體積范圍內(nèi)延伸。三維結(jié)構(gòu)可在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間在葉片的大部分厚度范圍內(nèi)延伸。三維結(jié)構(gòu)可在前緣36和后緣38之間在葉片26的大部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)延伸。葉片厚度可以垂直于翼弦，葉片長(zhǎng)度可以沿著翼弦。
[0068]三維結(jié)構(gòu)可包括三維網(wǎng)格，其可選地由填充壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的體積的多面體限定。多面體可由鏈接節(jié)點(diǎn)限定。增強(qiáng)件可具有互連的空腔，互連的空腔形成通道網(wǎng)絡(luò)，通道網(wǎng)絡(luò)在大部分葉片范圍內(nèi)延伸，優(yōu)選地大致在翼面的整個(gè)體積范圍內(nèi)延伸。有利地，空腔由增強(qiáng)基體填充。有利地，平臺(tái)和/或緊固裝置固定到增強(qiáng)件。優(yōu)選地，它們是一體的。
[0069]可選地，葉片26的增強(qiáng)件40包括形成葉片前緣的壁42。壁42可以是從壓力側(cè)和抽吸側(cè)延伸的板。葉片的增強(qiáng)件40可包括形成抽吸側(cè)表面的至少一部分或壓力側(cè)表面的至少一部分的壁42，以保護(hù)葉片26免受磨損。
[0070]三維結(jié)構(gòu)包括桿44。桿44例如經(jīng)由連接節(jié)點(diǎn)或接結(jié)彼此連接或固定，具有材料連續(xù)性。優(yōu)選地，每個(gè)桿直接連接到另一桿，可選地連接到多于三個(gè)桿。這些桿42分散或分布在壓力側(cè)表面和抽吸側(cè)表面之間的體積中。這些桿44可分布在大部分所述體積中，優(yōu)選地遍布在所述體積中。桿44可在它們的端部彼此連接起來(lái)。它們可端對(duì)端地布置。
[0071]增強(qiáng)件40優(yōu)選地一體形成。桿44連接起來(lái)，一體地制成，優(yōu)選地壁42和桿44 一體地形成。因此，桿44固定到壁42，并形成一體的機(jī)械組件。
[0072]圖4描繪出葉片沿圖3的軸線4-4的橫截面。
[0073]增強(qiáng)件40的平均厚度可占葉片的壓力側(cè)表面46和抽吸側(cè)表面48之間的平均距離的10%多、優(yōu)選一半多?？蛇x地，由彼此連接的桿44占據(jù)的空間的平均厚度相當(dāng)于壓力側(cè)表面46和抽吸側(cè)表面48之間的平均間隔的10%多、優(yōu)選一半多。
[0074]桿44嵌入基體50中?；w50占據(jù)葉片32的大部分體積，優(yōu)選地超過(guò)75%?；w50可形成壓力側(cè)表面46和/或抽吸側(cè)表面48的大部分。桿44可以是平齊的，并形成壓力側(cè)表面46和丨或抽吸側(cè)表面48的一部分。基體50可形成前緣36和丨或后緣38。
[0075]桿44大致連接到另一桿44。大多數(shù)桿44鏈接到若干其它桿44，優(yōu)選至少六個(gè)，更優(yōu)選至少八個(gè)其它桿44。彼此互連的桿44形成連續(xù)的機(jī)械鏈接，連續(xù)的機(jī)械鏈接從前緣36延伸到后緣38和/或從壓力側(cè)表面46延伸到抽吸側(cè)表面48和/或從葉片的內(nèi)端延伸到葉片的外端。這些機(jī)械連接具有材料連續(xù)性。桿可形成互連的三維結(jié)構(gòu)。它們可形成三維網(wǎng)格。例如，三維網(wǎng)格指的是包括借助橫桿互連的多個(gè)平行網(wǎng)格的集合。
[0076]增強(qiáng)件40和基體50由不同材料制成。增強(qiáng)件40可由金屬制成，優(yōu)選由鈦制成，可能由鋼或鋁制成?；w50可以是聚合物，例如熱塑性樹(shù)脂，比如聚醚酰亞胺⑴瓜)?；蛘?，增強(qiáng)件40可包括陶瓷材料，優(yōu)選地基本上由陶瓷制成并包括聚合物樹(shù)脂。根據(jù)本發(fā)明的另一替代例，增強(qiáng)件可由金屬制成，并包括陶瓷基體。
[0077]增強(qiáng)材料的彈性模量可比基體材料的彈性模量更高?？蛇x地，增強(qiáng)件材料的抗張強(qiáng)度大于基體材料的抗張強(qiáng)度。
[0078]圖5描繪出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的葉片的增強(qiáng)部40的桿44的布局。桿的取向可局部地改變。
[0079]桿44布置在三個(gè)非共面方向上。三個(gè)方向可以不同角度相對(duì)彼此傾斜。三個(gè)方向可以成直角。這樣，桿44限定出六面體，比如立方體，其邊緣可相對(duì)于葉片高度傾斜。
[0080]桿44是互連的連接節(jié)點(diǎn)52。連接節(jié)點(diǎn)通常分為三組平面54。每組平面54包括平行平面，每組平面54彼此傾斜。連接節(jié)點(diǎn)52可連接到六個(gè)其它連接節(jié)點(diǎn)52 (優(yōu)選非共面的)。連接節(jié)點(diǎn)可布置在彎曲表面組上，例如大致貼合葉片的壓力側(cè)表面或抽吸側(cè)表面的凹面。
[0081]桿44通常具有相同長(zhǎng)度和相同截面。桿44可以是筆直的和圓形的。然而，桿44的長(zhǎng)度可改變，如它們的截面那樣。桿可具有其它桿的不同截面。一個(gè)桿的截面可例如在直徑或形狀方面變化。桿可在一端具有圓形橫截面，而在另一端具有方形橫截面。至少一個(gè)桿可以是彎曲的或有角度的。至少一個(gè)桿可以是平面的、球形的或立方形的。
[0082]桿44可具有小于40111111、優(yōu)選小于10111111、更優(yōu)選小于2111111的長(zhǎng)度。桿44可具有小于5111111、優(yōu)選小于0.50111111、更優(yōu)選小于0.10111111的寬度。
[0083]圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的葉片的增強(qiáng)部140的桿144的布置。該圖6示出用于相同或類似元件的前述附圖編號(hào)，不過(guò)編號(hào)增加了 100。
[0084]桿144布置在四個(gè)非共面方向上，優(yōu)選地布置在至少四個(gè)非共面方向上。桿144的連接節(jié)點(diǎn)152連接到形成四面體的桿144的四個(gè)其它連接節(jié)點(diǎn)152，四面體的中心可由共用連接節(jié)點(diǎn)占據(jù)。桿的取向和長(zhǎng)度在增強(qiáng)件內(nèi)改變。它們之間的四個(gè)方向限定出不同角度01、3 2、3 3、3 4、3 5、3 6)0這些角度可以相等。
[0085]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代例，增強(qiáng)桿可布置在六個(gè)方向上，一些分枝共面。桿可形成具有三角基底的棱錐。在該構(gòu)造中，相同的連接節(jié)點(diǎn)可以直接連接到十二個(gè)其它連接節(jié)點(diǎn)。
[0086]根據(jù)本發(fā)明的另一替代例，增強(qiáng)桿通過(guò)組合上述桿的布置而布置。
[0087]圖7示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例制造葉片的重復(fù)方法的圖示。
[0088]葉片通過(guò)額外的分層制造制成。所述層可以是平面的和/或具有恒定厚度的。葉片包括其增強(qiáng)件和其基體的同時(shí)制造。葉片由填充材料層制成。填充材料可用隨后凝固的熔融形式或粉末形式施加。粉末的聚合可通過(guò)例如使用激光或電子束加熱粉末來(lái)獲得。
[0089]粉末具有小于0.50臟顆粒的粒子尺寸?？蛇x地，粉末是納米粉末,其顆粒具有小于或等于50納米的平均顆粒直徑。形成增強(qiáng)件的層可具有小于0.50臟、優(yōu)選小于100 ^ 0的厚度。增強(qiáng)層的厚度可比基體層小。
[0090]實(shí)現(xiàn)葉片的重復(fù)過(guò)程可包括重復(fù)以下步驟:
[0091〕-沉積形成增強(qiáng)件的填充材料200，
[0092]-聚合增強(qiáng)填充材料202，
[0093]-冷卻204，
[0094]-沉積形成基體的填充材料206，
[0095]-聚合基體填充材料208。
[0096]該方法包括前述任務(wù)的序列，直到獲得完整葉片為止。該葉片由層制成。層可形成葉片輪廓。每層可包括至少一個(gè)增強(qiáng)材料層(優(yōu)選地若干增強(qiáng)材料層)以及至少一個(gè)基體材料層。一些層可僅包括形成增強(qiáng)件的材料，例如用以制造葉片平臺(tái)或其緊固材料。
[0097]冷卻階段204是可選的。當(dāng)增強(qiáng)材料和基體填充材料具有不同的聚合溫度時(shí)(例如，如果材料之一的聚合溫度會(huì)損壞另一材料)，這是有益的。另一避免冷卻步驟204的方案是與特別薄的層一起工作，特別薄的層的厚度允許幾乎瞬間冷卻剛剛施加的材料。例如，由于凝固材料的前層的熱容量，具有小于200 4 II1、優(yōu)選小于50 4 II1、更優(yōu)選小于20 4 III的厚度的金屬層允許快速冷卻。
[0098]該方法可包括在執(zhí)行沉積形成基體材料的填充材料步驟206之前，重復(fù)沉積形成增強(qiáng)件的材料200以及使形成增強(qiáng)件的材料聚合202。若干增強(qiáng)件沉積和聚合周期可在兩個(gè)基體沉積步驟206之間進(jìn)行。一些桿可焊接到另一桿，可選地，大多數(shù)或全部桿焊接在一起。
[0099]所述層形成可沿葉片高度取向的堆疊，葉片高度可對(duì)應(yīng)于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的徑向方向。桿可以相對(duì)于堆疊的方法傾斜。優(yōu)選地，大多數(shù)桿相對(duì)于堆疊傾斜，更優(yōu)選地傾斜超過(guò)5。、更優(yōu)選地傾斜超過(guò)20。。桿可主要相對(duì)于層傾斜，優(yōu)選地傾斜超過(guò)5。、更優(yōu)選地傾斜超過(guò)20。。
[0100]桿的表面可以是粗糙的，具有突出并形成空腔的顆粒形狀。該粗糙外表可源于材料的顆粒，可選地源于粉末，粉末的聚合維持總體形狀。桿表面可具有大于5 9 1優(yōu)選大于5011111的粗糙度粗糙度％是給定輪廓的絕對(duì)高度變化中的差別的積分平均值。使用的方法允許產(chǎn)生具有桿的金屬增強(qiáng)件，其顆粒具有均勻尺寸。
[0101]表面狀況改進(jìn)了桿和基體之間的錨定。我們順便注意到，額外層制造工藝促進(jìn)了通過(guò)基體填充桿的粒狀表面，尤其通過(guò)基體填充可能的空腔。
[0102]葉片可用混合方式制成。平臺(tái)和固定裝置可通過(guò)模制、機(jī)加工、鑄造制成。那么，平臺(tái)可用作在其上通過(guò)額外層制造而形成增強(qiáng)件的基礎(chǔ)。
[0103]圖8示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例制造葉片的重復(fù)過(guò)程。圖8示出用于相同或類似元件的前述附圖編號(hào)，不過(guò)編號(hào)增加了 100。
[0104]該方法包括重復(fù)以下步驟:
[0105](^)沉積形成增強(qiáng)件的填充材料300 ；
[0106](^)沉積形成基體的填充材料306 ；
[0107](0)呈現(xiàn)聚合的增強(qiáng)填充材料302 ；
[0108]((1)呈現(xiàn)聚合的基體填充材料308 ；
[0109](0)冷卻 304。
[0110]冷卻步驟304是可選的。
[0111]沉積填充材料的步驟300和306可同時(shí)執(zhí)行。類似地，呈現(xiàn)聚合的填充材料的步驟300和308可同時(shí)執(zhí)行。
[0112]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，明顯的是，本發(fā)明的不同實(shí)施例和各替代例可以組合。
【權(quán)利要求】
1.用于渦輪機(jī)(2)的葉片(26)，所述葉片(26)包括具有基體(50)和增強(qiáng)件(40)的復(fù)合材料，所述增強(qiáng)件包括網(wǎng)格，所述葉片(26)具有前緣(36)、后緣(38)、從所述前緣延伸到所述后緣的壓力側(cè)表面(46)和抽吸側(cè)表面(48)，其特征在于， 所述網(wǎng)格形成三維結(jié)構(gòu)，所述三維結(jié)構(gòu)在所述壓力側(cè)表面(46)和所述抽吸側(cè)表面(48)之間在葉片(26)的大部分厚度范圍內(nèi)和/或在所述前緣(36)和所述后緣(38)之間在葉片(26)的大部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的葉片(26)，其特征在于，三維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是具有通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)互連的桿的一體化結(jié)構(gòu)，具有材料連續(xù)性。
3.如權(quán)利要求2所述的葉片(26)，其特征在于，所述桿(44，144)在至少三個(gè)非共面方向上取向，優(yōu)選地通過(guò)至少四個(gè)非共面方向取向。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的葉片(26)，其特征在于，所述增強(qiáng)件(40)在所述壓力側(cè)表面(46)和所述抽吸側(cè)表面(48)之間占據(jù)葉片厚度的60%多、優(yōu)選80%多。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的葉片(26)，其特征在于，所述網(wǎng)格在所述壓力側(cè)表面(46)和所述抽吸側(cè)表面(48)之間的體積密度沿所述葉片(26)的高度和/或從所述前緣(36)至所述后緣(38)改變。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的葉片(26)，其特征在于，所述增強(qiáng)件(40)還包括形成所述葉片(26)的前緣和/或后緣和/或壓力側(cè)表面和/或抽吸側(cè)表面的一個(gè)或多個(gè)壁(42)，所述一個(gè)或多個(gè)壁優(yōu)選地與所述網(wǎng)格一體。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的葉片(26)，其特征在于，所述基體(50)和所述增強(qiáng)件(40)由不同材料制成，所述基體(50)包括熱塑性樹(shù)脂，所述增強(qiáng)件(40)包括金屬，優(yōu)選為鈦。
8.如權(quán)利要求7所述的葉片(26)，其特征在于，所述增強(qiáng)件(40)是一體的，并通過(guò)額外層制造方法制成。
9.制造復(fù)合渦輪機(jī)的葉片(26)的重復(fù)方法，所述葉片(26)包括基體(50)和增強(qiáng)件(40)，其特征在于，優(yōu)選地基于粉末，通過(guò)制成額外層來(lái)同時(shí)獲得所述基體(50)和所述增強(qiáng)件(40)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法包括重復(fù)步驟: (a)沉積形成所述增強(qiáng)件的填充材料(200，300)； (b)呈現(xiàn)聚合的增強(qiáng)填充材料(202，302)； (c)冷卻(204，304)； (d)沉積形成所述基體的填充材料(206，306)； (e)呈現(xiàn)聚合的基體填充材料(208，308)； 冷卻步驟c) (204, 304)是可選的。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，同時(shí)執(zhí)行步驟(a)和(d)和/或同時(shí)執(zhí)行步驟(b)和(e) ο
12.如權(quán)利要求9至11任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述葉片如權(quán)利要求2所述，大多數(shù)桿(44，144)相對(duì)于所述層傾斜，優(yōu)選地傾斜超過(guò)5°，更優(yōu)選地傾斜超過(guò)15°。
13.如權(quán)利要求9至12任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述葉片如權(quán)利要求2所述，所述層沿堆疊方向堆疊，所述桿(44，144)主要相對(duì)于堆疊方向傾斜，優(yōu)選地傾斜超過(guò)10°，更優(yōu)選地傾斜超過(guò)20°。
14.如權(quán)利要求9至13任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述葉片如權(quán)利要求2所述，所述桿(44，144)的粗糙度Ra大于2 μ m,優(yōu)選大于10 μ m,更優(yōu)選大于50 μ m。
15.如權(quán)利要求9至14任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述層的厚度小于200μ m,優(yōu)選小于50 μ m,更優(yōu)選小于10 μ m。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104420889SQ201410424670
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】J-F.科特奎斯 申請(qǐng)人:航空技術(shù)空間股份有限公司