本發(fā)明涉及一種制造諸如渦輪機(jī)的導(dǎo)向葉片或渦輪機(jī)的導(dǎo)向葉片的部件之類的部件的方法以及相應(yīng)部件。

背景技術(shù)：

借助于增材制造工藝或相應(yīng)的工藝構(gòu)造或制造渦輪機(jī)部件是已知的，渦輪機(jī)部件例如為葉片、特別是導(dǎo)向葉片。因此，實施了粉末床法，然而粉末床法通常需要復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)和后處理。這又會導(dǎo)致不必要的或不利的表面特性。所述支承結(jié)構(gòu)屬于僅在執(zhí)行主要制造時所需的“廢棄的(dead)”、“不傾向的(un-lean)”或不需要的結(jié)構(gòu)。此外，所述粉末床方法可能限于單個幾何軸線的構(gòu)建或制造。另一方面，諸如激光熔覆或激光金屬沉積的替代手段通常太不精確，特別是在表面結(jié)構(gòu)的表面粗糙度和幾何“分辨率(resolution)”方面。

例如，在ep2756909a1中描述了激光熔覆的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種部件的改進(jìn)的制造方法，優(yōu)選地為增材制造方法，通過該改進(jìn)的制造方法可以克服上述缺點，所述部件例如為用于燃?xì)鉁u輪機(jī)的導(dǎo)向葉片的部件或相應(yīng)的導(dǎo)向葉片。

上述目的通過獨立權(quán)利要求的主題來實現(xiàn)。有利的實施方式是從屬權(quán)利要求的主題。

本公開的一方面涉及一種制造部件的方法，該方法包括通過或借助于粉末床制造工藝制造部件的第一區(qū)段的步驟。粉末床制造工藝有利地是增材制造工藝。該方法還包括通過或借助于增材制造工藝制造部件的起始于或基于第一區(qū)段的第二區(qū)段，使得第二區(qū)段超過或超出第一區(qū)段的至少一個側(cè)面而突出或伸出了突出距離或伸出距離。因此，在部件或第二區(qū)段的平面圖中，第二區(qū)段可以超過所提及的側(cè)面或側(cè)部或外邊緣突出或伸出。

第二區(qū)段的制造可以借助于所提及的增材制造工藝在第一區(qū)段上直接執(zhí)行。優(yōu)選地，通過不同的工藝或方法來執(zhí)行第一區(qū)段的制造和第二區(qū)段的制造。突出部可以涉及第二區(qū)段的懸伸結(jié)構(gòu)或相應(yīng)的延伸部。所提及的側(cè)部或側(cè)面優(yōu)選地表示例如圍繞第一區(qū)段的縱向軸線延伸的第一區(qū)段的橫向或周向側(cè)。因此，所提及的突出的延伸是定向的，或者換句話說，突出部沿著與所述縱向軸線垂直的軸線延伸。

優(yōu)選地，借助于多軸線制造工藝諸如激光熔覆或激光金屬沉積來執(zhí)行第二區(qū)段的制造。有利的是，在例如導(dǎo)向葉片的構(gòu)造或制造期間，可以利用所提及的粉末床制造工藝和增材或多軸線制造工藝兩者的優(yōu)點，其中，可以克服上述缺點或缺陷。特別地，在部件的制造期間，可以避免支承突出材料的復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)。

此外，可以有利地消除在支承結(jié)構(gòu)的后續(xù)后處理期間可能引起的所述不利的表面特性。

在一個實施方式中，突出距離等于第一區(qū)段的橫向尺寸的至少雙倍或兩倍。

在一個實施方式中，突出距離等于第一區(qū)段的橫向尺寸的至少四倍。

在一個實施方式中，第二區(qū)段超過或超出第一區(qū)段的至少兩個相反的側(cè)面而有利地突出了突出距離。第二區(qū)段可以超過第一區(qū)段的所有橫向側(cè)部或側(cè)面而周向地突出，即圍繞第一區(qū)段的縱向軸線突出。

在一個實施方式中，第一區(qū)段的制造在第一裝置中執(zhí)行，并且第二區(qū)段的制造在與第一裝置不同的第二裝置中執(zhí)行，并且其中，在第一區(qū)段的制造之后，第一區(qū)段從第一裝置拆下并且安裝到第二裝置中，以進(jìn)行后續(xù)的第二區(qū)段的制造。換句話說，可以重新安裝第一區(qū)段或部件。盡管不同的制造或構(gòu)造裝置用于所提及的方法，但是可以調(diào)整這兩種技術(shù)或裝置以便簡便高效地重新安裝，使得可以以高效簡便的方式執(zhí)行部件的制造。

在一個實施方式中，第一區(qū)段的制造和第二區(qū)段的制造在同一裝置中執(zhí)行。因此，所提及的裝置有利地被配置成能夠執(zhí)行基于粉末床的制造工藝和多軸線制造工藝。

在一個實施方式中，第一區(qū)段通過或借助于以下技術(shù)中的至少一種技術(shù)來制造：選擇性激光熔化、電子束熔化、選擇性激光燒結(jié)。優(yōu)選地，第一區(qū)段通過選擇性激光熔化來制造，因為這可以是用于構(gòu)造導(dǎo)向葉片或類似部件的粉末床制造工藝中最有利的工藝或技術(shù)。

在一個實施方式中，第二區(qū)段通過或借助于多軸線制造工藝?yán)缂す馊鄹瞾碇圃臁?/p>

在一個實施方式中，第二區(qū)段通過或借助于例如激光熔覆的機(jī)器人或cad受控制造工藝來制造。

在一個實施方式中，第一區(qū)段在預(yù)制或分離的基板或平臺上進(jìn)行制造，例如適應(yīng)性地制造在預(yù)制或分離的基板或平臺上。預(yù)制的基板可以是用于已經(jīng)使用的部件或已經(jīng)使用的部件的一部分的部件的平臺，例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的已經(jīng)使用的導(dǎo)向部件。有利的是，所提及的方法可以用于例如渦輪機(jī)的維修應(yīng)用。

在一個實施方式中，第一區(qū)段被直接制造，而不使用預(yù)制或分離的基板或平臺。根據(jù)該實施方式，平臺可以是用于部件的新平臺，或者替代性地表現(xiàn)為平臺本身。

在一個實施方式中，部件是用于渦輪機(jī)例如燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片的一部分。

在一個實施方式中，部件是渦輪機(jī)例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的導(dǎo)向葉片。

在一個實施方式中，第一區(qū)段是渦輪機(jī)例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的翼面。

本公開的另一方面涉及一種部件，該部件包括通過粉末床制造工藝制造的第一區(qū)段和通過增材制造工藝制造的第二區(qū)段，其中，第二區(qū)段超過第一區(qū)段的至少一個側(cè)面而突出了突出距離。

該部件優(yōu)選地通過所描述的方法制造或者可以通過所描述的方法制造。結(jié)合該方法在上下文中描述的特征因此也可以應(yīng)用于所描述的部件，反之亦然。

以下方面可以與本發(fā)明相關(guān)：

方面1：為增材制造的分層粉末床提供最佳精度和表面光潔度的工藝，并結(jié)合lmd工藝，以避免在皮下(downskin)區(qū)域處的支承結(jié)構(gòu)和不良的表面質(zhì)量。

方面2：方面1的工藝，其中，使用5軸線lmd工藝。

附圖說明

在下文中參照附圖中示出的圖示實施方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，在附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的部件的示意圖。

圖2示出了根據(jù)本文描述的方法的實施方式構(gòu)造的部件的示意圖。

圖3示出根據(jù)本文描述的方法的另一實施方式構(gòu)造的部件的示意圖。

具體實施方式

圖1示意性地示出了現(xiàn)有技術(shù)的部件，特別是導(dǎo)向葉片部件。部件100包括下部平臺1。下部平臺1可以通過任何增材制造工藝來構(gòu)造。該部件還包括翼面2，翼面2可以包括精美或精致的結(jié)構(gòu)。下部平臺1可以構(gòu)成用于翼面2的基板或平臺。翼面2要以一定的精度和表面質(zhì)量制造，翼面2優(yōu)選通過選擇性激光熔化(slm)制造。例如，諸如激光金屬沉積(lmd)的激光熔覆技術(shù)不能實現(xiàn)所需的幾何精度，并且可能需要額外的后處理，例如機(jī)械加工。

部件100還包括上部平臺3，上部平臺3可以是部件100的任何部分或子部件，例如燃?xì)鉁u輪機(jī)的殼體的一部分或?qū)蛉~片的部件。由于所需的幾何精度和分辨率(resolution)，上部平臺3通常也通過slm構(gòu)造。由于上部平臺3在翼面2的橫向延伸(水平尺寸)上從兩個側(cè)面(圖1中的左側(cè)和右側(cè))突出或伸出較遠(yuǎn)，所以制造過程需要廣泛使用對上部平臺3的懸伸或伸出結(jié)構(gòu)或部分進(jìn)行支承的支承結(jié)構(gòu)4。因此，任何突出部或懸伸部在slm工藝中可以由相應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)或材料有利地支承。

基板或下部平臺1和/或翼面2在此可以與第一區(qū)段相對應(yīng)或者應(yīng)與第一區(qū)段相關(guān)聯(lián)，并且上部平臺3應(yīng)與第二區(qū)段相關(guān)聯(lián)(參見下面的圖2和圖3)。

圖2示出了已經(jīng)或可以通過本文描述的制造方法制造的部件100的示意圖。如圖所示，部件100包括“h”形輪廓或橫截面。部件100包括下部平臺或平臺1。平臺1可以構(gòu)成基板或基部部分。部件100還包括第一區(qū)段2。第一區(qū)段2優(yōu)選地構(gòu)成部件100的翼面或用于部件100的翼面。第一區(qū)段2包括位于第一區(qū)段2的相反兩側(cè)(參見圖2中的左側(cè)和右側(cè))的側(cè)面5。側(cè)面5也可以表示第一區(qū)段2的一個周向側(cè)面或多個周向側(cè)面。第一區(qū)段2包括在圖2中用ld表示的橫向尺寸。

優(yōu)選地，通過或借助于粉末床制造工藝?yán)鐂lm制造第一區(qū)段2。這是為了如上所述地以所需的幾何精度或分辨率來制造部件100。替代性地，第一區(qū)段2可以通過例如電子束熔化或選擇性激光燒結(jié)來制造。優(yōu)選地，第一區(qū)段2沿著部件100和/或第一區(qū)段2的縱向軸線z制造或建造。在所提及的粉末床制造工藝中，縱向軸線z可以涉及第一區(qū)段2的構(gòu)建軸線?？v向軸線z有利地垂直于橫向尺寸ld。

平臺1優(yōu)選地在諸如slm的同一工藝中沿著第一區(qū)段2制造或者與第一區(qū)段2一起制造。為此，平臺1和第一區(qū)段2優(yōu)選地構(gòu)成部件100的整體部分或子部件，部件100的該整體部分或子部件直接通過所提出的方法進(jìn)行制造，而不使用任何單獨的或預(yù)制的平臺或基板。

部件100還包括第二區(qū)段3。第二區(qū)段3可以是部件100的上部平臺或外部平臺或外部部分，諸如殼體。第二區(qū)段3在第一區(qū)段2和/或平臺1制造之后連續(xù)地結(jié)合至第一區(qū)段2以構(gòu)成部件100。優(yōu)選地，通過或借助于諸如lmd或激光熔覆的多軸線制造工藝來制造第二區(qū)段3。

特別地，第二區(qū)段3優(yōu)選地通過5軸線機(jī)器人和/或cad(計算機(jī)輔助設(shè)計)的受控lmd工藝來制造。替代性地，第二區(qū)段3可以通過或借助于8軸線lmd工藝來制造。所提及的軸線可以涉及相應(yīng)技術(shù)中可用的自由度。特別地，該工藝的基部以及相關(guān)設(shè)備裝置可以沿著三個垂直空間方向移動。此外，所述基部可以圍繞兩個垂直的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜或旋轉(zhuǎn)，由此可以實現(xiàn)八個幾何自由度。

替代性地，第二區(qū)段3可以通過或借助于粉末床制造工藝諸如slm來制造。根據(jù)該實施方式，在制造第二區(qū)段2之前，優(yōu)選地，第二區(qū)段2也在相應(yīng)的裝置中重新安裝或轉(zhuǎn)動，使得可以避免使制造不利地復(fù)雜化的(廢棄的)支承結(jié)構(gòu)。

如圖2所示，第二區(qū)段3超過或超出第一區(qū)段2的側(cè)面5中的至少一個側(cè)面、優(yōu)選地側(cè)面5中的所有側(cè)面而懸伸、突出或伸出了突出距離pd。因此，在觀察平面圖(未示出)中的部件和/或第二區(qū)段3時，第二區(qū)段優(yōu)選地超過所提及的側(cè)面5或側(cè)面5的邊緣而突出。

優(yōu)選地，突出距離pd等于第一區(qū)段2的橫向尺寸ld的至少雙倍或兩倍，更優(yōu)選地等于第一區(qū)段2的橫向尺寸ld的四倍。在準(zhǔn)備制造的部件中，突出距離pd越大，即第二區(qū)段3超過第一區(qū)段2的側(cè)面5突出得越多，所提出的方法在部件100例如用于特定的導(dǎo)向葉片部件的構(gòu)造中越有利。

與示出單向豎直側(cè)面5的圖中的示意圖不同，例如，第一區(qū)段2可以根據(jù)渦輪機(jī)導(dǎo)向葉片的特定要求折彎或彎曲。優(yōu)選地，根據(jù)導(dǎo)向葉片的翼面，第一區(qū)段2包括細(xì)小且精致的結(jié)構(gòu)。此外，圖2中的部件100的幾何結(jié)構(gòu)必須在空間上被理解為使得第二區(qū)段3優(yōu)選地超過第一區(qū)段2的每個橫向側(cè)面5而以所描述的方式突出。因此，所提及的第一區(qū)段的橫向尺寸可以涉及x方向(圖中的水平方向)或y方向(進(jìn)出紙平面的方向)的尺寸。

通過對第二區(qū)段3應(yīng)用lmd工藝，可有利地克服由復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)所帶來的缺點(參見上文)，而這些復(fù)雜的支承結(jié)構(gòu)在通過例如slm制造第二區(qū)段3時是必要的。這是因為次級制造(sub-manufacture)從slm轉(zhuǎn)換為lmd，其中，可以進(jìn)一步構(gòu)造當(dāng)前制造的部件的部分(即第一區(qū)段2)，而不需要所提及的支承結(jié)構(gòu)。由于制造或次級制造或相應(yīng)工藝的轉(zhuǎn)換，可能需要轉(zhuǎn)換制造裝置，即通過例如slm構(gòu)造的子部件(平臺1和/或第一區(qū)段2)必須從對應(yīng)的slm裝置拆下并且安裝到例如lmd裝置(圖中未示出的裝置)中。替代性地，在合適的裝置中，可以在同一裝置中執(zhí)行兩個工藝，即第一區(qū)段2的制造和第二區(qū)段3的制造。

通常，根據(jù)本公開可理解的是，在沿著第二區(qū)段或者視情況而定為部件100的豎向延伸的任何位置或高度處切換成lmd工藝。

優(yōu)選地，在不同的制造或構(gòu)造裝置用于所提出的方法的情況下，可以調(diào)整相應(yīng)的裝置或設(shè)置，以在部件或?qū)蛉~片的構(gòu)造期間容易且有效地“重新安裝”，使得整個部件的制造可以是以高效簡便的方式進(jìn)行。

圖3以示意圖示出了通過本文所述的方法制造的部件的替代性實施方式。與圖2所示的部件不同，平臺1或基部部分是預(yù)制的、預(yù)先存在的或者是制造該部件所起始的單獨的平臺。因此，預(yù)制的平臺1不是與第一區(qū)段2一起制造的。然而，所述預(yù)先存在的平臺構(gòu)成了準(zhǔn)備制造的部件的一部分。

本文描述的本發(fā)明的方法可以涉及與以下問題及其解決方案相關(guān)的混合式制造或混合式制造方法或混合制造工藝。

問題a：當(dāng)導(dǎo)向葉片應(yīng)通過分層增材制造技術(shù)生產(chǎn)時，由于不合適的部件形狀，而使用太多的支承結(jié)構(gòu)，例如在導(dǎo)向葉片的氣體通道中(見圖1)。

問題b：現(xiàn)在只有分層粉末床工藝能提供足夠精確的精致結(jié)構(gòu)；在沒有額外的加工的情況下，lmd通常不夠準(zhǔn)確或精確到足以創(chuàng)建最終的幾何形狀。

問題c：建立在分層粉末床系統(tǒng)中的翼面部段或區(qū)段2在建立在典型的空間45-45度空間角度并因此產(chǎn)生了大量不需要的支承結(jié)構(gòu)的情況下通常具有較差的表面質(zhì)量。換句話說，第一區(qū)段可以在粉末床系統(tǒng)或裝置中以例如45°的傾斜方位或沿著例如45°的傾斜方位建造或構(gòu)造。

為了在上部平臺3具有許多必須被支承在松散的粉末床上的突出、懸伸或者皮下(downskin)表面的事實的情況下工作；唯一的方法是使用昂貴的熔模鑄造(參見圖1)，許多“不傾向的(un-lean)”、廢棄的支承結(jié)構(gòu)4(參見圖1)導(dǎo)致不經(jīng)濟(jì)的情況。

通過在一個單個部件中使用組合的不同的增材制造技術(shù)(參見圖2，像快速成型(rapidprototyping)這樣的新制造，或者參見圖3，從重復(fù)使用的或預(yù)制的下部平臺1或維修開始的新制造)：

所描述的方法可以涉及以下步驟：

步驟1：從相對簡單地構(gòu)建平臺1(參見圖2)或使用重復(fù)使用的下部平臺1(參見圖3)和結(jié)合的翼面2(當(dāng)不合適的皮下區(qū)域出現(xiàn)時，直到沿著翼面或第一區(qū)段的水平延伸的高度)開始，導(dǎo)向葉片的關(guān)鍵部分在粉末床工藝中沿z方向成層地構(gòu)建。

步驟2：將部分地構(gòu)成的部件從分層粉末床工藝中取出，并將其移動到5軸線激光金屬沉積(lmd)工藝(可能地，x或y或z方向)。具有應(yīng)該防止的皮下區(qū)域的第二平臺5在那里構(gòu)建。通過這樣做，以前不希望的皮下區(qū)域變成了對五軸線工藝更有利的構(gòu)建方向。

結(jié)合am的混合式方法：當(dāng)需要最佳精度和表面光潔度時，采用分層粉末床，并與5軸線lmd工藝相結(jié)合，以避免皮下區(qū)域處的支承結(jié)構(gòu)和不良的表面質(zhì)量。

盡管已經(jīng)參照具體實施方式描述了本發(fā)明，但是本說明書并不意味著被解釋為限制性的。參照本發(fā)明的描述，所公開的實施方式的各種修改以及本發(fā)明的替代性實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見。

例如，可以想到，該部件沒有體現(xiàn)為“h”形外形或橫截面，而是可以具有任何形狀，其中，第二區(qū)段如所描述地那樣超過第一區(qū)段的側(cè)面而伸出或懸伸。

因此，可以設(shè)想，在不脫離如所限定的本發(fā)明的實施方式的情況下可以做出相應(yīng)的修改。