[发明专利]制造装置和方法

说明书

用于制造金属制品的方法和装置涉及提供非金属原料，例如以期望的金属的氧化物的形式或者以期望的金属合金的组分的氧化物的混合物的形式。制造装置具有用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置和用于将金属产物转化为金属粉末的处理器。将粉末进给至增材制造装置中以由金属粉末制备金属制品。至少还原装置和处理器以及优选地还有增材制造装置是并置的，或者位于相同容器中或相同建筑物中或相同场所。

本发明涉及用于制造金属制品的装置和方法以及金属制品，并且特别地涉及有关增材制造的装置、方法和制品。

背景技术

在商业上常规地使用Kroll和Hunter工艺制造钛。这些工艺以非常大的规模进行，是能量密集的，并且涉及使用污染性材料例如氯。两种工艺的产品是海绵钛的固体块，并且使用固结、重熔和机械加工工艺由海绵钛制备钛或钛合金制品需要大量另外的成本和能量消耗。

考虑必须使用Kroll或Hunter工艺制造的海绵钛的质量与由海绵钛制成的成品中使用的钛的质量之间的比率是有益的。(钛或钛合金组件由于钛的高强度和低密度而通常被特别用于飞机中，并因此，技术人员有时将上述比率称为“买对飞(buy-to-fly)”比率。)该比率通常为3:1至10:1。浪费的材料通常在机械加工期间损失，并且具有不期望的高氧含量，使得其不能容易地再循环。高的“买对飞”比率是常规的钛制造制品的高成本和这些制品中不期望的高嵌入能量的重要因素。

尽管在此参照钛和钛合金描述了这些考虑，但是在制备由其他金属制成的制品时也出现了类似的问题。

因此，对于制备金属制品例如钛和钛合金制品的替代方法存在技术上和商业上的需求。

发明内容

本发明提供了如所附独立权利要求中限定的装置、方法、产品、控制系统和控制方法，现在应参考这些独立权利要求。本发明的优选的或有利的特征在从属权利要求中进行了陈述。

因此，在第一方面中，本发明可以提供用于制造金属制品的装置，其包括：用于将原料电化学还原为金属产物的还原装置；用于将金属产物转化为金属粉末的处理器；以及用于由金属粉末制备金属制品的增材制造装置。优选地，还原装置、处理器和增材制造装置是并置的，或者位于相同场所，并且可以通过适当编程的控制器布置和控制以协同地操作。例如，可以控制还原装置以生产期望的金属产物，以便通过处理器处理以形成期望的金属粉末。然后将粉末输入至增材制造装置以制备期望的制品。因此，可以控制还原装置和处理器以便仅在需要金属粉末用于增材制造装置时或在需要金属粉末用于增材制造装置之前不久生产期望的金属粉末，减少浪费并且减少对储存或贮存增材制造尚不需要的粉末的需要。

相比之下，常规的增材制造工艺需要储存或运输金属粉末。消除这些需要对于某些金属材料是特别重要的，例如钛和钛合金，其中必须小心控制储存条件和运输条件二者以防止粉末降解并避免安全风险例如火灾风险。

在该文中，提及钛合金可以采取包括含大于50重量％的钛的基于钛的合金。

为了便于安装和操作，还原装置、处理器和增材制造装置可以位于容器或便携式建筑物中。该容器或建筑物可以是便携式的，以使得装置能够在将装置作为单元运输到待制造金属制品的位置之前在中间位置(例如工厂)制造和组装。装置可以通过任何方便的方法运输，例如任何容器运输方法。

这样的装置可以被运输到可能期望能够制造金属制品的例如建筑施工场所或临时工厂或灾区。在这样的设置中的增材制造允许很大的自由度以制作不同形状的制品，并且装置允许使用不同的原料，使得金属制品可以根据需要由不同的金属或合金制成。

有利地，并置的装置可以在可能期望能够制造金属制品的原本不可接近的位置处(例如在船上)实施。在这样的位置的另一个优点是仅需要储存用于制造工艺的非金属原料，而无需储存可能易燃或者可能随着时间通过氧化而劣化的用于增材制造的金属粉末。