[发明专利]在工件上进行预处理和增材打印的增材制造系统和方法

说明书

一种在工件上增材打印延伸段的方法可以包括使用来自增材制造机器的能量束对工件的工件界面进行预处理，从而提供已经接收预处理的经预处理的工件界面，其中预处理修正工件和/或工件界面的异常特征。这种方法可以另外包括使用来自增材制造机器的能量束在经预处理的工件界面上增材打印延伸段。用于在工件上打印延伸段的示例性增材制造系统可以包括可操作地耦接到视觉系统和增材制造机器的控制器。

技术领域

本公开总体上涉及在工件上进行增材打印的增材制造系统和方法，并且更具体地涉及包括构造成定位工件的视觉系统和构造成对工件进行预处理并在经预处理的工件上进行增材打印的增材制造机器的系统和方法。

背景技术

可以利用增材制造机器或系统来根据三维计算机模型生产部件。可以使用计算机辅助设计(CAD)程序来构造部件的模型，并且增材制造机器或系统可以根据模型来增材打印部件。对于先前的增材制造机器或系统，通常，部件被增材打印在构建板上和/或构建室内。在完成增材打印过程后，将部件从构建板和/或构建室移走以进行进一步处理。构建板和/或构建室不是被增材打印的部件的一部分，而是在增材打印过程中，构建板和构建室分别提供表面和/或介质来支撑部件。结果，如果按照CAD模型的预期成功地打印了部件，则最终的增材打印部件在构建板上和/或在构建室内的特定位置可能不是特别重要。

然而，根据本公开，将期望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，包括作为单个构建的一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，系统和方法，期望以足够的精度和准确性增材打印到预先存在的工件上，以提供近净形部件。因此，需要改进的增材制造机器和系统以及在工件上增材打印的方法。

在本公开中，考虑到当在工件上进行增材打印时，期望在其上增材打印的材料与工件充分结合。在基于粉末的增材制造系统中，使用能量源将粉末的连续层彼此结合(例如，熔化或熔融)，该能量源的焦点通常对应于被熔化或熔融至紧靠粉末层下方的材料的该层的高度。但是，当在预先存在的工件上进行增材打印时，工件表面上的高度变化可能会导致散布在工件表面上的粉末以及工件表面和被熔化或熔融至其的连续粉末层之间的结合发生变化或中断。另外，预先存在的工件的表面可能具有氧化或其他表面特征，这可能会影响粉末与之的结合。因此，进一步需要改进的增材制造机器和系统，以及在工件上进行预处理和增材打印的方法。

本公开所预期的工件包括原始制造的工件，以及打算进行修理，重建，升级等的工件，例如可能在它们的整个使用寿命中遭受损坏，磨损和/或退化的机器或装置部件。期望在诸如机器或装置部件之类的工件上进行增材打印，以修理，重建或升级此类部件。还希望在工件上进行增材打印，以生产新的部件，例如可以表现出增强的性能或使用寿命的部件。

机器或装置部件的一个示例包括空气箔，例如涡轮机中使用的压缩机叶片或涡轮叶片。这些空气箔在其整个使用寿命中经常遭受损坏，磨损和/或退化。例如，长期使用后，提供过服务的空气箔，例如燃气涡轮发动机的压缩机叶片，会显示出腐蚀，缺陷和/或裂纹。具体地，例如，这种叶片承受很大的高应力和高温，这不可避免地导致叶片随着时间的推移而磨损，特别是在叶片的末端附近。例如，叶片末端很容易因叶片末端与涡轮机护罩之间的摩擦或刮蹭，热气体的化学降解或氧化，循环加载和卸载引起的疲劳，晶格的扩散蠕变等而磨损或损坏。

值得注意的是，如果不加以纠正，磨损或损坏的叶片可能会导致机器故障或性能下降。具体地，由于叶片末端和涡轮机护罩之间的间隙可允许气体泄漏通过涡轮机级而不转换成机械能，因此此类叶片可导致涡轮机表现出降低的操作效率。当效率降至规定水平以下时，通常将涡轮机停运以进行大修和维修。此外，薄弱的叶片可能会导致发动机完全断裂和灾难性故障。

结果，用于涡轮机的压缩机叶片通常是频繁检查，修理或更换的目标。完全更换这些叶片通常很昂贵，但是，某些叶片可以以相对较低的成本进行维修以延长使用寿命(与更换新叶片相比)。然而，传统的维修过程往往需要大量劳动和时间。