用于增料制造的設(shè)備和方法
【專利說明】用于増料制造的設(shè)備和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 用于制造諸如飛行器機身、機翼等等的大型組件的常規(guī)技術(shù)一般需要將各部分互 連來形成最終的結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)這樣的互連，要利用多個后處理操作以及大量的緊固件及 關(guān)聯(lián)硬件（例如，密封帽、墊片、填料，等等）。例如，多個孔被鉆出以容納緊固件的安裝。而 且，各種特征常常必須被后形成在組成部分和/或最終結(jié)構(gòu)中。因此，針對大型結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有 制造技術(shù)是勞動密集型的，并且增加了制造周期和成本。此外，設(shè)計自由度常常被常規(guī)制造 方法所強加的要求所限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 因此，旨在解決上面確定的關(guān)注的設(shè)備和方法將發(fā)現(xiàn)是有效用的。
[0003] 以下是根據(jù)本公開的主題的可以或可以不被要求保護的示例的非窮舉列表。
[0004] 本公開的一個示例涉及一種增料制造設(shè)備（additive manufacturing apparatus)，所述增料制造設(shè)備包括具有長度L1的線性軌道。所述線性軌道能在水平平面 中圍繞垂直軸線A旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動（之一）。所述增料制造設(shè)備進一步包括電磁能量源，所述電 磁能量源以可移動的方式聯(lián)接到所述線性軌道并且能在具有半徑R的極坐標系中移動。
[0005] 本公開的另一示例涉及一種增料制造設(shè)備，所述增料制造設(shè)備包括均具有長度L1 的線性軌道。所述線性軌道能在水平平面中圍繞垂直軸線A旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動（之一）。所述增 料制造設(shè)備進一步包括電磁能量源，所述電磁能量源以可移動的方式聯(lián)接到所述線性軌道 并且能在具有半徑R的極坐標系中移動。
[0006] 本公開的又一示例涉及一種用于由金屬粉末增料制造實體的方法。所述方法包 括：將由所述金屬粉末制成的第一材料層（stratum)分布在至少部分地由搭建平臺界定的 粉末床容積中。所述方法進一步包括：當(dāng)沿著極坐標系中的第一預(yù)定路徑移動電磁輻射源 時，通過將由所述金屬粉末制成的所述第一材料層的第一選定部暴露至來自所述電磁能量 源的電磁能量，將由所述金屬粉末制成的所述第一材料層的所述第一選定部熔融在粉末床 容積中，以形成所述實體的第一層的至少一部分。所述電磁輻射源能在線性行進路徑中沿 著線性軌道移動，并且所述線性軌道能在水平平面中圍繞垂直軸線A旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動（之一）。
【附圖說明】
[0007] 由此已經(jīng)籠統(tǒng)地描述了本公開的示例，現(xiàn)在將參考附圖，附圖不一定按比例繪制， 并且其中在全部幾個視圖中，相同的附圖標記指定相同或類似的部分，并且其中：
[0008] 圖1A是根據(jù)本公開的一個或多個示例的增料制造設(shè)備的框圖的第一部分；
[0009] 圖1B是根據(jù)本公開的一個或多個示例的增料制造設(shè)備的框圖的第二部分；
[0010] 圖2是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的極坐標系 的不意圖；
[0011] 圖3是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性頂 視平面圖；
[0012] 圖4是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖3的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0013] 圖5是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性頂 視平面圖；
[0014] 圖6是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖5的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0015] 圖7是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性頂 視平面圖；
[0016] 圖8是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖7的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0017] 圖9是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性頂 視平面圖；
[0018] 圖10是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0019] 圖11是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖10的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0020] 圖12是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0021] 圖13是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖12的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0022] 圖14是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0023] 圖15是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖14的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0024] 圖16是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0025] 圖17是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖16的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0026] 圖18是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0027] 圖19是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖18的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0028] 圖20是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 頂視平面圖；
[0029] 圖21是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖20的增料制造設(shè)備的示意性局部側(cè)視 圖；
[0030] 圖22是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 局部截面?zhèn)纫晥D；
[0031] 圖23是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 局部截面?zhèn)纫晥D；
[0032] 圖24是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 局部立體圖；
[0033] 圖25是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 側(cè)視圖；
[0034] 圖26是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 局部立體圖；
[0035] 圖27是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的表面處 理裝置的示意性局部立體圖；
[0036] 圖28是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的第一粉 末去除子系統(tǒng)的示意性局部立體圖；
[0037] 圖29是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的粉末 包容隔室、表面處理裝置、第一粉末去除子系統(tǒng)和第二粉末去除子系統(tǒng)的示意性頂視平面 圖；
[0038] 圖30是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的第二粉 末去除子系統(tǒng)的示意性立體圖；
[0039] 圖31是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的粉末分 配裝置的示意性側(cè)視圖；
[0040] 圖32是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的粉末分 布箱的示意性立體圖；
[0041] 圖33是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的粉末分 配裝置的示意性頂視平面圖；
[0042] 圖34是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的保護氣 體系統(tǒng)的示意性立體圖；
[0043] 圖35是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的保護氣 體系統(tǒng)的示意性局部側(cè)視圖；
[0044] 圖36是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的示意性 側(cè)視圖；
[0045] 圖37是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的搭建板 的不意性立體圖；
[0046] 圖38是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的搭建平 臺的不意性立體圖；
[0047] 圖39是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的電磁能 量源和搭建平臺的示意性側(cè)視圖；
[0048] 圖40是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的電磁能 量源和搭建平臺的示意性側(cè)視圖；
[0049] 圖41是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的電磁能 量源和搭建平臺的示意性側(cè)視圖；
[0050] 圖42是根據(jù)本公開的一個或多個示例的圖1A和圖1B的增料制造設(shè)備的電磁能 量源和搭建平臺的示意性側(cè)視圖；
[0051] 圖43A是根據(jù)本公開的一個或多個示例的由金屬粉末增料制造實體的方法的框 圖的第一部分；
[0052] 圖43B是根據(jù)本公開的一個或多個示例的由金屬粉末增料制造實體的方法的框 圖的第二部分；
[0053] 圖44是飛行器生產(chǎn)和檢修方法的框圖；以及
[0054] 圖45是飛行器的示意圖。
【具體實施方式】
[0055] 在上面提到的圖1A和圖1B中，連接各種元件和/或部件的實線（如果有的話） 可以代表機械、電氣、流體、光學(xué)、電磁及其它聯(lián)接和/或它們的組合。如本文所用的，"聯(lián) 接"意指直接以及間接關(guān)聯(lián)。例如，構(gòu)件A可以與構(gòu)件B直接關(guān)聯(lián)，或者可以例如經(jīng)由另一 構(gòu)件C與構(gòu)件B間接關(guān)聯(lián)。將要理解的是，各種公開元件之間并非所有的關(guān)系都必然被表 現(xiàn)。因此，除了框圖中描繪的聯(lián)接，還可能存在其它聯(lián)接。連接各種元件和/或部件的虛線 (如果有的話）代表在功能和用途方面與實線所代表的聯(lián)接類似的聯(lián)接；然而，虛線所代表 的聯(lián)接或者可以被選擇性地提供，或者可能涉及本公開的替代或可選示例。同樣，用虛線代 表的元件和/或部件（如果有的話）表示本公開的替代或可選示例。環(huán)境元件（如果有的 話）用點線代表。為了清楚起見，還可能示出虛擬（虛構(gòu)）元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解 到，圖1A和圖1B中圖示的一些特征可能以各種方式組合，而不需要包括圖1A和圖1B、其它 附圖和/或隨附的公開內(nèi)容中描述的其它特征，即使在本文中并未明確地圖示這樣的一個 或多個組合。類似地，不限于所呈現(xiàn)示例的附加特征可以與本文中示出且描述的一些或所 有的特征組合。
[0056] 在上面提到的圖1A、圖1B和圖43-圖45中，各框可以代表操作和/或其部分，并 且連接各種框的線并不暗示所述操作或其部分的任何特別的順序或從屬關(guān)系。圖1A、圖1B 和圖43-圖45以及描述本文中闡述的方法的操作的隨附的公開內(nèi)容不應(yīng)該被解釋為必然 確定將執(zhí)行操作的順序。相反，雖然表示一個例證性順序，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在適當(dāng)?shù)臅r 候可以修改操作的順序。因此，可以以不同的順序或同時執(zhí)行某些操作。另外，本領(lǐng)域技術(shù) 人員將了解到，并非所有描述的操作都需要執(zhí)行。
[0057] 在以下描述中，闡述了許多具體細節(jié)，以提供對所公開概念的透徹理解，這可以在 沒有一些或所有的這些詳情的情況下實施。在其它情況下，已知器件和/或工藝的細節(jié)已 經(jīng)被省略，以避免不必要地模糊本公開。雖然將結(jié)合具體示例來描述一些概念，但是將要理 解的是，這些示例并非旨在限制。
[0058] 除非另有說明，否則術(shù)語"第一"、"第二"等等在本文中僅用作標記，并非旨在將序 數(shù)、位置或?qū)哟位髲娂佑谶@些術(shù)語所參照的條目。而且，例如，參照"第二"條目不需要 或排除例如"第一"或低編號條目和/或例如"第三"或高編號條目的存在。
[0059] 本文中參照"一個示例"意味著，結(jié)合示例描述的一個或多個特征、結(jié)構(gòu)或特性被 包括在至少一個實施方案中。短語"一個示例"在說明書中的各種地方可以或可以不參照 相同的示例。
[0060] 下面提供根據(jù)本公開的主題的可以或可以不被要求保護的例證性的非窮舉示例。
[0061] 例如參照圖1A、圖1B和圖2-圖42,增料制造設(shè)備100 ( -般被稱為設(shè)備100)包 括具有長度L1的線性軌道122。線性軌道122是在水平平面中圍繞垂直軸線A(圖3-圖 21)可旋轉(zhuǎn)或可轉(zhuǎn)動的線性軌道。設(shè)備100進一步包括電磁能量源110,電磁能量源110以 可移動的方式聯(lián)接到線性軌道122并且能在具有半徑R的極坐標系250 (圖2)中移動。此 段落的前述主題根據(jù)本公開的示例1。
[0062] 當(dāng)大規(guī)模地制造實體300 (圖1A)時，增料制造設(shè)備100有利于電磁能量源110以 及由此由電磁能量源110產(chǎn)生的電磁能量306沿著曲線行進路徑252(圖2)移動到由極坐 標系250限定的任何地點。
[0063] 增料制造設(shè)備100用于制造實體300。在增料制造實體300 (圖1A)期間，在極坐 標系250中移動電磁能量源110會生產(chǎn)出具有諸如大體柱形形狀（例如，飛行器機身）的 任何制造形狀的實體300 (例如，大型實體300)。作為一個具體的非限制性示例，在增料制 造工藝期間，電磁能量源110在極坐標系250中沿著曲線行進路徑252 (圖2)移動，以制造 具有至少部分曲線形狀的實體300。
[0064] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解到，線性軌道122可以是一個或多個（例如，多個）線性軌 道122。每個線性軌道122均具有電磁能量源110,電磁能量源110與線性軌道122關(guān)聯(lián)并 且以可移動的方式聯(lián)接到線性軌道122。
[0065] 增料制造包括用于制造三維實體300的任何工藝，例如在計算機控制下將連續(xù)的 材料層鋪放在三維實體300中。實體300可以具有幾乎任何設(shè)計出的形狀或幾何形狀和/ 或幾乎任何制造出的形狀或幾何形狀。作為一個示例，實體300可以由三維計算機模型或 一些其它電子數(shù)據(jù)源生產(chǎn)。
[0066] 電磁能量源110產(chǎn)生和/或發(fā)射電磁能量306,電磁能量306能夠照射基材以形成 固態(tài)均一的材料質(zhì)量（例如，實體300)。作為一個示例，增料制造設(shè)備100用于制造由金 屬制成的實體300。通過用電磁能量306逐層地將金屬粉末302熔融成固態(tài)均一的金屬質(zhì) 量，增料制造設(shè)備100例如在計算機控制下利用電磁能量源110來形成金屬實體300。
[0067] 金屬粉末302可以包括米取粉末形式的任何金屬或金屬合金。作為一個不例，金 屬粉末302包括與實體300相同的材料。例如，金屬粉末302可以是不具有附加填料材料 的純材料。作為一個示例，金屬粉末302包括不同于實體300材料的附加材料。例如，金屬 粉末302可以包括附加填料材料。
[0068] 由增料制造工藝制造的實體300可以顯著減少在組裝操作中所需的步驟的數(shù)目。 進一步，增料制造工藝可以生產(chǎn)出具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和/或形狀的實體300。作為一個示例， 利用增料制造設(shè)備100的增料制造工藝可以生產(chǎn)出包括各種實體具體特征（例如，緊固孔、 內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)、開口，等等）的實體300,這可以大大減少或者甚至消除機加工和/或?qū)⑦@樣 的特征安裝在實體300中的組裝步驟。
[0069] 總體參照圖1A和圖1B并且特別參照例如圖2,如本文所用的，"極坐標系"是用從 固定點258起的距離264(例如，線性距離）以及從固定方向（例如，零度）起的角度260確 定平面（例如，水平平面）上的每個點262的二維坐標系。從固定點258起的距離264限 定徑向坐標。角度260限定角坐標。
[0070] 在本文中描述的示例中，固定點258(還被稱為極點）是由垂直軸線A(圖3-圖 21)與水平平面交叉所限定的點。極坐標系250的半徑R是從極坐標系250的固定點258 起的最大距離264。
[0071] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，雖然電磁能量源110的（例如，沿著曲線行進路徑252 的）運動相對于極坐標系250進行限定，但是增料制造設(shè)備100可以定位電磁能量源110 相對于極坐標系250、笛卡爾坐標系（例如，使用處于從兩個固定的垂直定向線上的固定點 起的一定距離處的兩個數(shù)字坐標，以唯一地確定點在平面上的位置），或任何其它合適的位 置確定系統(tǒng)的位置。作為一個示例，增料制造設(shè)備100可以由計算機可編程命令操作，以控 制電磁能量源110的位置和/或運動。
[0072] 總體參照圖1A和圖1B并且特別參照例如圖3-圖21，電磁能量源110包括電子束 發(fā)生器或激光束發(fā)生器中的一者。此段落的前述主題根據(jù)本公開的示例2,并且示例2包括 上面的示例1的主題。
[0073] 在增料制造工藝中使用的電子束發(fā)生器和/或激光束發(fā)生器生產(chǎn)出（例如，產(chǎn)生 和/或發(fā)射）足夠量的能量（例如，分別為電子束或激光束），以促進金屬粉末302的熔融。