[发明专利]在工件上进行增材打印的增材制造系统和方法

说明书

本发明涉及在工件上进行增材打印的增材制造系统和方法。一种增材制造系统(100)可包括可操作地耦合到视觉系统(102)和增材制造机器(104)的控制器(2000)。控制器可配置成根据已由视觉系统捕获的一个或多个视场(114)的一个或多个数字表示来确定多个工件(116)中的各个的工件‑界面(120)并确定多个工件中的相应的工件的工件‑界面的一个或多个坐标，并且配置成将一个或多个打印命令传送到增材制造机器以便将多个延伸节段(206)增材打印于多个工件中的相应的工件的工件‑界面上，其中已至少部分地基于一个或多个视场的一个或多个数字表示而生成一个或多个打印命令。

技术领域

本公开大体上涉及在工件上进行增材打印的增材制造系统和方法，并且更特别地涉及包括配置成对工件进行定位的视觉系统和构造成在工件上进行打印的增材制造机器的系统和方法。

背景技术

可利用增材制造机器或系统来根据三维计算机模型产生构件。构件的模型可使用计算机辅助设计(CAD)程序来构造，并且，增材制造机器或系统可根据模型而增材打印构件。在先前的增材制造机器或系统的情况下，典型地，构件被增材打印于构建板上和/或构建室内。在完成增材打印过程之后，从构建板和/或构建室移除构件以用于进一步处理。构建板和/或构建室并非正在增材打印的构件的部分，而是，构建板和构建室分别提供用以在增材打印过程期间支承构件的表面和/或媒介。结果，如果如CAD模型所预期的那样成功地打印构件，则最终增材打印的构件在构建板上和/或构建室内的具体位置可并非特别重要的。

然而，根据本公开，将合乎期望的是，利用增材制造机器或系统来增材打印到预先存在的工件上(包括作为单次构建的部分而增材打印到多个预先存在的工件上)。当增材打印到这样的工件上时，对于增材制造机器、系统以及方法而言将合乎期望的是，以足够的精度和准确度增材打印到预先存在的工件上，以便提供近净形构件。因此，需要改进的增材制造机器和系统以及在工件上进行增材打印的方法。

本公开所设想的工件包括原始制备的工件以及旨在修复、再构建、升级等的工件，诸如在其整个服务寿命期间可经历损伤、磨损和/或劣化的机器或装置构件。将合乎期望的是，在工件(诸如，机器或装置构件)上进行增材打印，以便对这样的构件进行修复、再构建或升级。还将合乎期望的是，在工件上进行增材打印，以便产生新的构件(诸如，可表现出增强的性能或服务寿命的构件)。

机器或装置构件的一个示例包括翼型件(诸如，在涡轮机中使用的压缩机叶片或涡轮叶片)。这些翼型件在其整个服务寿命期间频繁地经历损伤、磨损和/或劣化。例如，提供服务的翼型件(诸如，燃气涡轮发动机的压缩机叶片)在长期使用之后显示出侵蚀、缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这样的叶片经受显著地高的应力和温度，显著地高的应力和温度不可避免地使叶片随时间推移而磨损(特别是在叶片的末梢附近)。例如，叶片末梢易受由下者引起的磨损或损伤：叶片末梢与涡轮机护罩之间的摩擦或擦挂(rub)、由热气体引起的化学劣化或氧化、由循环加载和卸载引起的疲劳、晶格的扩散蠕变等。

值得注意地，磨损或损伤的叶片如果未被校正，则可造成机器故障或性能劣化。具体地，这样的叶片可使涡轮机表现出降低的操作效率，这是因为叶片末梢与涡轮机护罩之间的间隙可允许气体通过涡轮机级而泄漏，而不会转换成机械能。当效率下降到规定水平之下时，涡轮机典型地停止服务以进行大修和修复。此外，削弱的叶片可造成发动机的完全断裂和灾难性故障。

结果，用于涡轮机的压缩机叶片典型地是频繁检查、修复或更换的目标。完全更换这样的叶片典型地是昂贵的，然而，可以以相对低的成本(与利用全新叶片来更换相比)修复一些叶片以用于延长寿命。尽管如此，传统的修复过程还是倾向于为劳动密集并且耗时的。