[发明专利]制造三维制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及耐高温部件的技术，尤其是用于燃气轮机的部件。其指的是制造三维制品的方法。

背景技术

通过例如选择性激光熔化(SLM)的基于粉末的增量制造工艺(additive manufacturing process)制造的制品或部件，例如用于燃气轮机的高温环境的制品或部件，其机械性能在“刚堆积(as-built)”状态表现为强烈的各向异性行为。

图5示出了基本的SLM配置10，其中三维制品11通过具有预设层厚d、面积和轮廓的粉末层12的连续增加来制造，其随后通过来自激光装置13并由控制单元15控制的扫描激光束14熔化。

如图5所示，当粉末层12在z方向上增加时，在z方向上延伸的第一试样16a(参见附图1)表现出与在xy平面内延伸的第二试样16b不同的性能。

图2示出了在室温下相同标称组成的三组试样的杨氏模量E，即，A1-3、B1-3、C1-3。第一组A1-3涉及通过非增量制造工艺制得的参照板。第二组B1-3涉及在z轴上延伸的SLM加工试样(如同图1中试样16a)。第三组C1-3涉及在xy平面内延伸的SLM加工试样(如同图1中试样16b)。

现在，每组的第一试样(A1、B1和C1)已经通过现有技术的程序制造。

可容易地看出，杨氏模量E表现出实质上的各向异性，z轴试样B1和xy平面试样C1之间的差超过20GPa，并且两个试样均大大低于(超过50GPa)参照试样A1。

本发明认为可能需要额外的处理来降低通过增量制造工艺生产的制品的性能的这种各向异性。

文献US2012／000890A1公开了使用激光金属成型(LMF)修复燃气轮机叶片的方法，其中修复燃气轮机叶片的叶项的厚度减少部分。所述方法包括通过去除叶顶的厚度减少部分将叶项表面加工成平坦表面的去除厚度减少部分的步骤，通过用激光束熔化延展性比形成燃气轮机叶片的基体材料更高的堆积材料的粉末以形成具有预定厚度的堆积部分并且在其表面被加工成平坦表面的叶顶上以多个层堆积熔化的粉末的堆焊步骤，将该堆积部分加工成与叶顶在经受厚度损失之前原来所具有的形状相同的形状的成型步骤；和去除由在堆焊步骤中激光焊接导致的残余应变的热处理步骤。

文献WO2012／016836A1教导了一种用于通过选择性激光熔化(SLM)制造部件的方法，所述方法包括：构建适用于为部件提供热处理的作为用于制造部件的相同选择性激光熔化的一部分的热处理装置；并且通过热处理装置为部件提供热处理。所述热处理用于使部件避免不需要的材料性能，例如，像延展性而不是脆性。

发明内容

本发明的一个目的是公开一种通过增量制造方法制造三维制品的方法，该方法没有具有显著各向异性的缺点。

该目的和其他目的通过根据权利要求1的方法实现。

根据本发明的用于制造三维制品的方法，包括以下步骤

a)通过增量制造工艺由金属基体材料连续堆积所述制品，从而产生其性能具有实质上各向异性的制品；和

b)在足够高的温度下热处理所述制造的制品以通过重结晶和／或颗粒粗化显著降低所述各向异性。

根据本发明的一个实施方案，所述增量制造工艺是激光金属成型(LMF)、激光工程化近净成型(LENS)或直接金属沉积(DMD)中的一种，并且使用线材形式的金属基体材料。

根据本发明的另一个实施方案，所述增量制造工艺是选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)或电子束熔化(EBM)中的一种，并且使用粉末形式的金属基体材料。

特别是，所述方法包括以下步骤：

a)生成所述制品的三维模型，然后通过切片法计算截面；

b)随后将所述计算的截面传送到机器控制单元(15)；

c)提供处理所需要的所述基体材料的粉末；

d)在基材板或先前处理过的粉末层上制备具有规则和均匀厚度的粉末层(12)；

e)根据存储在控制单元(15)中的三维模型通过用能束(14)扫描对应于所述制品截面的区域来进行熔化；

f)将先前形成的截面的上表面降低一层的厚度(d)；

g)重复所述步骤c)到f)直至达到根据三维模型的最终截面；和

h)热处理所述三维制品(11)。

更特别是，使所述粉末的颗粒尺寸分布与所述粉末层的层厚度相适应以产生较好的流动性，这对于制备具有规则和均匀厚度的粉末层是必需的。

根据本发明的进一步的实施方案，所述粉末颗粒具有球形形状。