[发明专利]用于增材制造和热处理的固定装置

说明书

用于增材制造和热处理加工的固定装置。所述固定装置具有：具有上表面和下表面的工具；和配置为将基材可释放地固定至所述工具的上表面的附接系统。所述工具具有：具有上面部和下面部的主体和覆盖所述主体的上面部或下面部的加强层。所述加强层可以是超合金。

技术领域

本发明涉及用于增材制造(additive manufacturing)和热处理的方法和相关设备。

背景技术

增材制造通常涉及通过将材料逐层沉积来构建完整部件或向预先形成的基材添加特征的三维零件的生产。其与常规的减材加工工艺形成对比，因为通过增材制造工艺生产的部件是近净成形的，即接近其最终(净)形状，从而降低了对另外的精加工的需求和浪费的多余材料。

增材制造工艺，特别是对于较大部件的生产的关键挑战是由于沉积材料固化时产生的高内应力而使在沉积加工期间所制造的零件变形。

在WO2014/072699中提出了对该问题的解决方案。床支撑着通过夹具保持就位的工件的母板。通过增材制造工艺在母板上构建层的堆叠，并且在逐渐形成堆叠的同时通过称重传感器测量工件中的应力。如果这样的应力高于预定阈值，则在安装至增材制造设备的同时通过冷加工工艺例如冷轧或喷丸来消除工件应力。

在US7344608中，将基材夹紧在固定装置中并且在其上沉积材料以形成复杂制品。使用陶瓷插入物和涂层包装生产的制品。包装确保了制品维持其真实形状并允许在随后的热处理加工期间膨胀。然后将安装至固定装置的经包装制品放置在盒中，用粒状材料包裹并加热。将其加热到足以消除应力的温度，并在该温度下维持一段时间使得制品中的应力消除。

在US2016/0108483中，将基材固定至固定装置，并且操作增材制造系统以通过在固定至固定装置的基材上构建零件来执行构建加工。通过在基材上形成一系列金属材料层来构建零件，金属材料在构建加工期间熔化并固化，从而将零件接合(bonding)至基材并在零件中产生热诱导应力。将零件、基材和固定装置一起从增材制造系统移动至热处理系统，其中当其移动时，基材保持固定至固定装置并且零件保持接合至基材。操作热处理系统以通过将零件、基材和固定装置一起加热来执行热处理加工，从而消除零件中的热诱导应力，在热处理加工期间基材保持固定至固定装置。最后，从固定装置释放基材并且从固定装置中移除零件和基材。当其从固定装置中移除时，零件保持接合至支撑物。

理想地，由零件中的内部应力在固定装置中产生的最大弯曲应力比固定装置在热处理温度下将经历塑性变形时的应力小得多，因此固定装置在热处理加工期间仍处于线性弹性状况。然而，出乎意料地发现，可产生引起固定装置经历塑性变形的极端弯曲应力。因此，必须修理固定装置以使其恢复至其先前的形状或者报废。

发明内容

本发明的第一方面提供了用于增材制造和热处理加工的固定装置，所述固定装置包含：具有上表面和下表面的工具；和配置为将基材可释放地固定至所述工具的上表面的附接系统，其中所述工具包含具有上面部和下面部的主体和覆盖所述主体的上面部或下面部的加强层。

通常，主体包含主体材料，并且加强层包含与主体材料不同的加强材料。

附接系统可包含一个或更多个附接构件(例如夹具或紧固件)。

任选地，加强层是覆盖与工具的上表面相对的主体的下面部的下加强层。这使得加强层远离工具的上表面并且远离工具的中性弯曲轴，增强了工具的刚度。

任选地，下加强层在100℃下具有比主体低的热膨胀系数，优选低超过20％。

替代地，加强层是覆盖主体的上面部的上加强层。在这种情况下，工具还可包含与上加强层相对的覆盖主体的下面部的下加强层，或者主体的下面部可以是未加固的(即未被加强层覆盖)。