[发明专利]用于增材生产制品的方法

说明书

本发明公开了用于增材生产三维制品的方法。用能量源扫描具有特定组成的镍基金属合金的粉末层，以在该层的至少一个点上熔融该粉末。此后，从该点移除该能量源以使该金属合金固化并形成具有期望形状的层。本发明还公开了可通过该方法获得的制品。

技术领域

本文所公开的主题整体涉及增材制造，并且更具体地涉及用于增材生产三维制品的方法。该方法包括用能量源对具有特定组成的镍基金属合金的粉末层进行扫描，该能量源在该层的至少一个点上熔融粉末。该方法还包括从该层的至少一个点移除能量源，这使得金属合金固化并形成具有期望形状的层。本文还公开了可通过所述方法获得的制品，诸如涡轮的部件或其他类型的涡轮机械设备的部件，其可包括但不限于泵、阀、压缩机、发动机、涡轮；并且公开了此类制品作为包括涡轮或其他类型的涡轮机械设备的装置的部件的用途。

背景技术

增材铸造(“增材制造”)是一组工艺，其特征在于通过堆叠多个大致二维层来生产三维部件。每一层通常都非常薄(例如介于约20微米与约100微米之间)，并且许多重叠层以二维形状按顺序形成，该二维形状在每一层上都变化以提供具有期望的最终三维轮廓的固体制品。与其中移除材料以形成制品(例如，机器的部件)的期望轮廓的传统“减材”生产工艺相反，增材制造工艺渐进地添加聚合物或金属材料以形成具有最终形状或几乎最终形状的制品。

增材生产允许高精度地生产复杂物品，这大大减少了设计、原型制作和实现之间的时间并且大大降低了制品的总成本，从而基本上消除了浪费以及使用传统方法进行生产所需的大多数工具。GB2506494 A中报告了增材制造工艺的示例。

高效的增材制造将有利于高温合金部件的制造，例如有利于用于航空航天工业和其他应用的燃气涡轮发动机部件的生产。

“高温合金”是被设计成在高温下具有高性能的金属合金。具体地，“高温合金”通常是指在高温下具有优异的机械强度和耐粘性变形(“蠕变”)性的合金。

然而，高温合金材料的性质给增材制造带来了各种困难。例如，高温合金的耐高温性是由于微观结构，而微观结构使得它们容易形成裂缝。一定数量的高温合金通常被认为是“难以焊接的”(HTW)，因此它们由于容易开裂而很难在增材生产工艺中形成，特别是对于具有高百分比的γ’相形成元素诸如铝和钛的镍基高温合金而言。通常认为，铝和/或钛的量超过约3％时，会形成体积分数超过约30％的初生γ相，这使得材料难以焊接(HTW)。

考虑到HTW材料的操作性能(其通常比一般使用的材料的操作性能高)，结合有HTW材料将是期望的，特别是对于部件的承受最极端条件和应力的某些部分而言。

具体地，在用于“石油和天然气”应用的涡轮、压缩机和泵领域，具有优异的抗机械应力和热应力性的部件将是有利的。

作为非限制性示例，HTW材料可结合到涡轮发动机部件中，诸如空气动力学型材、叶片、喷嘴、防护件、旋转涡轮部件、轮子、垫圈、具有HTW合金的3D制造部件以及可与高温和/或高压和/或腐蚀性/侵蚀性气体接触的部件。

在操作期间，在HTW中形成的部件可承受导致部件的各部分磨损或损坏的操作条件。以举例的方式，涡轮的空气动力学型材的尖端(诸如叶片)可随时间推移而被消耗，从而降低涡轮的效率。

由于难以组合HTW材料，这使得标准修复技术变得困难，因此对这些磨损部分进行修复是不切实际的。使用热工艺(诸如激光涂覆或常规热喷射)重构此类部件，导致材料沉积，这些材料可能会因高温而弱化或开裂。焊接技术不适用，因为结合到部件中的钎焊材料难以满足操作要求。