根据聚焦能量源的操纵电流的强度进行调节的、使用聚焦能量源的增材制造方法与流程
1.本技术涉及一种使用聚焦能量源的增材制造方法，所述方法根据所述聚焦能量源的操纵电流的强度进行调节。更具体地，本发明涉及一种通过聚焦能量沉积材料(在英语中称为ded，即“定向能量沉积”)的增材制造方法。
背景技术：
2.在航空领域，某些钛部件(例如喷气式发动机的吊架的主结构)是通过组装由材料块加工而成的多个复杂部件来制造。这种制造技术相对较长并且以钛屑的形式产生无法重复使用的大量材料损失。
3.为了减少废料量，增材制造方法允许通过将材料层彼此堆叠来制造部件。
4.根据图1所示的实施方式，部件10是通过堆叠材料层12来制造的，这些材料层是通过使用聚焦能量源(例如激光束、电子束)来熔化材料而获得的。根据称为聚焦能量沉积材料的技术，粉末或线材形式的材料在能量供应的同时进行沉积。
5.根据一种程序，随着聚焦能量源的前进，钛线材被放线，以获得材料带的叠置。
6.在进行通过聚焦能量沉积材料制造钛部件的制造测试时，能量失控特殊现象(也称为闪光)随机且不受控制地发生，从而导致刚刚沉积的钛带及其周围结构遭到破坏，如图2所示。
7.虽然每单位面积使用的能量水平约为500j/mm2以获得规则的带状，但在能量失控时，每单位面积的能量水平介于3000j/mm2和8000j/mm2之间，这导致对钛带和周围结构的破坏以及部件的报废。
8.由于这种能量失控仍然是一种难以控制的现象，这种通过聚焦能量沉积材料的增材制造技术无法在部件的大规模生产过程中实施。
技术实现要素：
9.本发明旨在弥补现有技术的全部或部分缺陷。
10.为此，本发明涉及一种通过堆叠材料层来制造部件的制造方法，这些材料层的每一层通过由能量束以冲击区域为目标的、材料的连续沉积和融化而获得，来自材料供给系统的材料被构造为处于其中材料供给系统向冲击区域供给材料的启用状态以及其中材料供给系统不再向冲击区域供给材料的停用状态，能量束由构造为处于其中聚焦能量源产生能量束的启用状态以及其中聚焦能量源不产生能量束的停用状态，能量束包括由操纵电流的强度控制的至少一个特征。
11.根据本发明，制造方法包括监测操纵电流的强度的监测步骤、将所监测的操纵电流的强度与给定阈值进行比较的比较步骤以及当操纵电流的强度大于给定阈值时停止制造方法的停止步骤。
12.当操纵电流的强度超过给定阈值时，制造方法的这种暂时停止允许显著降低能量
失控的风险。
13.根据另一特征，制造方法包括当所监测的操纵电流的强度变得低于给定阈值时恢复制造方法的恢复步骤。
14.根据另一特征，在恢复步骤时，聚焦能量源被切换到启用状态。
15.根据另一特征，在恢复步骤时，材料供给系统被切换到启用状态。
16.根据另一特征，如果所监测的操纵电流的强度大于给定阈值，则制造方法包括停用聚焦能量源的停用步骤，在该停用步骤时，聚焦能量源被切换到停用状态，聚焦能量源和部件相对于彼此固定；以及停用材料供给系统的停用步骤，在该停用步骤时，材料供给系统被切换到停用状态，材料供给系统和部件相对于彼此固定。
17.根据另一特征，停用聚焦能量源和材料供给系统的停用步骤连续实现。
18.根据另一特征，监测操纵电流强度的监测步骤连续实现。
19.根据另一特征，给定阈值是运行强度的函数，该运行强度对应于在没有能量失控的制造方法时所使用的操纵电流的强度。
20.根据另一特征，给定阈值等于运行强度加上对应于运行强度除以10的百分数。
附图说明
21.其他特征和优点将从以下对本发明的描述中显而易见，这些描述仅以示例方式给出并参考附图，在附图中：
[0022]-图1是通过增材制造方法获得的部件的一部分的示意图，该方法通过聚焦能量沉积材料而没有能量失控，
[0023]-图2是通过增材制造方法获得的部件的一部分的示意图，该方法通过聚焦能量沉积材料但具有能量失控，
[0024]-图3是说明用于实施通过聚焦能量沉积材料的增材制造方法的制造装置的示意图，以及
[0025]-图4是示出本发明的实施例的说明通过聚焦能量沉积材料的增材制造方法的流程图。
具体实施例
[0026]
如图3中所示，通过聚焦能量沉积材料的增材制造方法允许通过堆叠材料层16来获得部件14，这些材料层16通过连续沉积材料18并且借助聚焦能量源20将材料融化而获得。
[0027]
根据一种程序，聚焦能量源20产生能量束22，其具有位于冲击区域24中的冲击点22.1，该冲击区域位于基底26上并且材料18在该冲击区域中以至少一根线材的形式粉末的形式提供。通常，冲击区域24位于受控气氛28中，该受控气氛具有例如气体成分、气体运动学、压力、温度中的至少一种受控特征。
[0028]
基底26可以是独立于要制造的部件14的支撑件或部件14中的已沉积的材料层16。
[0029]
能量束22可以是激光束、电子束、等离子束等。
[0030]
根据一种构造，材料层16是材料带。
[0031]
用于实施制造方法的制造装置30除了聚焦能量源20之外还包括材料供给系统32，
其被构造为以供给点32.1向冲击区域24供给材料18；气氛管理系统34，其被构造为管理受控气氛28的至少一个特征；至少一个位移系统36，其被构造为使基底26、聚焦能量源20和/或材料供给系统32位移；以及操纵系统38，其被构造为控制聚焦能量源20、材料供给系统32、气氛管理系统34以及每个位移系统36。
[0032]
聚焦能量源20包括操纵装置40，其允许控制能量束22的至少一个特征。根据一实施例，操纵装置40被构造为控制具有允许控制能量束22的至少一个特征的强度的操纵电流。
[0033]
在聚焦能量源20的情况下，操纵电流对应于聚焦能量源20的供电电流40.1。根据一实施例，操纵装置40包括对供电电流40.1的强度的测量装置40.2。
[0034]
聚焦能量源20被构造成处于其中聚焦能量源20产生能量束22的启用状态以及其中聚焦能量源20不产生能量束22的停用状态。
[0035]
材料供给系统32被构造成处于其中材料供给系统32向冲击区域24供给材料18的启用状态以及其中材料供给系统32不再向冲击区域24供给材料18的停用状态。
[0036]
气氛管理系统34被构造成处于其中气氛管理系统34调节受控气氛28的至少一个特征的启用状态以及其中气氛管理系统34不调节受控气氛28的任何特征的停用状态。
[0037]
每个位移系统36均被构造成处于其中使聚焦能量源20和/或材料供给系统32移位的启用状态以及其中聚焦能量源20和材料供给系统32静止的停用状态。
[0038]
根据一实施例，材料18可以是钛或该材料呈线材形式。当然，本发明不限于材料18的该实施例。
[0039]
根据一种构造，制造装置30包括支撑聚焦能量源20和材料供给系统32的单个位移系统36。根据另一种构造，制造装置30包括支撑聚焦能量源20的第一位移系统以及支撑材料供给系统32的第二位移系统。根据另一构造，制造装置30包括被配置为使基底26位移的位移系统。
[0040]
在制造方法时，应该控制和操纵大量参数使得沉积的材料层16具有至少一种预期特征。预期特征尤其包括材料的尺寸特征、机械特征、健康特征。
[0041]
某些受控和操纵参数与聚焦能量源20、能量束22和支撑聚焦能量源20的位移系统36相关。作为示例，与聚焦能量源20、能量束22和支撑聚焦能量源20的位移系统36相关的参数为聚焦能量源20的启用/停用状态、能量束22的冲击点22.1的位置、能量束22的冲击点22.1的位移速度、能量束22的功率、能量、频率和/或动量以及冲击点22.1的尺寸。与聚焦能量源20、能量束22和支撑聚焦能量源20的位移系统36相关的参数列表在此并未穷举。
[0042]
某些受控和操纵参数与材料18、材料供给系统32和支撑材料供给系统32的位移系统36相关。作为示例，与材料18、材料供给系统32以及与支撑材料供给系统32的位移系统36有关的参数为所用材料18的性质和特性、材料供给系统32的启用/停用状态、供给点32.1的位置以及供给点32.1的位移速度。与材料18、材料供给系统32和支撑材料供给系统32的位移系统36有关的参数列表在此并未穷举。
[0043]
某些其他受控和操纵参数与气氛管理系统34相关。
[0044]
根据一实施例，制造装置30包括多个传感器，其被构造为测量或确定与聚焦能量源20、其操纵装置40、能量束22、冲击区域24、受控气氛28、材料供给系统32、气氛管理系统34、一个或多个位移系统36相关的某些特征的值，所监测或确定的值被传输至操纵系统38。
[0045]
根据一种程序，操纵系统38包括至少一种控制律，其允许根据所监测或确定的这些值来控制或操纵聚焦能量源20、能量束22、材料供给系统32、气氛管理系统34、一个或多个位移系统36。
[0046]
通常，操纵系统38包括多种控制律。
[0047]
在运行时，冲击区域24的每单位面积的能量水平小于3000j/mm2。通常，每单位面积的能量水平介于40j/mm2和3000j/mm2之间。
[0048]
如果每单位面积的能量水平保持小于给定阈值，则材料层16正确形成并具有预期特征。
[0049]
随机且无法解释地，其中每单位面积的能量显著大于3000j/mm2并可达到接近8000j/mm2的值的能量失控会发生并会扰乱材料层16的形成，该材料层然后不再具有预期特征。
[0050]
在能量失控时，某些受控和操纵参数会发散并失控。鉴于大量参数及其相互作用，很难确定哪些参数在这种能量失控现象中起主要作用以及应该采取哪些纠正措施。
[0051]
根据本发明的一个特征，避免失控现象的受控参数是聚焦能量源20的操纵电流的强度，该强度应该保持在给定阈值以下。避免能量失控的纠正措施是只要聚焦能量源20的操纵电流的强度大于给定阈值就停止该方法。当操纵电流的强度低于给定阈值时，制造方法恢复。
[0052]
根据图4所示的操作模式，制造方法包括监测聚焦能量源20的操纵电流的强度的监测步骤42以及将所监测的操纵电流的强度与给定阈值进行比较的比较步骤44。
[0053]
无论聚焦能量源20、材料供给系统32和/或位移系统36的启用或停用状态如何，都可以实施对操纵电流的强度的监测步骤42。
[0054]
如果所监测的操纵电流的强度低于给定阈值，则制造方法包括继续步骤46直至获得部件14的最终步骤48。
[0055]
如果所监测的操纵电流的强度大于给定阈值，则制造方法包括停用聚焦能量源20的停用步骤50，在该停用步骤50时，聚焦能量源20被切换到停用状态，聚焦能量源20和部件14相对于彼此固定；以及停用材料供给系统32的停用步骤52，在该停用步骤52时，材料供给系统32被切换到停用状态，材料供给系统32和部件14相对于彼此固定，然后是当所监测的操纵电流的强度变得低于给定阈值时恢复该方法的恢复步骤54。
[0056]
根据一实施例，聚焦能量源20和材料供给系统32的停用步骤50、52同时执行。
[0057]
在恢复步骤54时，聚焦能量源20、材料供给系统32和每个位移系统36均被切换到启用状态。
[0058]
当操纵电流的强度超过给定阈值时，制造方法的这种暂时停止允许显著降低能量失控的风险。
[0059]
根据一种程序，操纵电流的强度的监测步骤连续执行。
[0060]
根据另一特征，给定阈值是运行强度的函数，该运行强度对应于在没有能量失控的制造方法时所使用的操纵电流的强度。根据制造模式，该运行强度例如介于50ma和300ma之间。
[0061]
根据一实施例，给定阈值等于运行强度加上对应于运行强度除以10的百分数。
[0062]
因此，对于约50ma的工作强度，阈值等于50+5％，即52.5ma。对于约300ma的工作强
度，阈值等于300+30％，即390ma。
技术特征：
1.一种通过堆叠材料层(16)制造部件(14)的制造方法，通过由能量束(22)指向冲击区域(24)的对材料(18)的连续沉积和熔化获取所述材料层(16)的每一层，其中所述材料(18)来自材料供给系统(32)；所述材料供应系统(32)被构造为能够处于启用状态以及停用状态，当处于所述启用状态时，所述材料供给系统(32)向所述冲击区域(24)供给所述材料(18)，当处于所述停用状态时，所述材料供给系统(32)不再向所述冲击区域(24)供给所述材料(18)；所述能量束(22)由聚焦能量源(20)发射，所述聚焦能量源(20)被构造为能够处于启用状态以及停用状态，当处于所述启用状态时，所述聚焦能量源(20)产生所述能量束(22)，当处于所述停用状态时，所述聚焦能量源(20)不产生所述能量束(22)，而且所述能量束(22)包括由操纵电流的强度控制的至少一个特征，其特征在于，所述制造方法包括：监测步骤(42)，其中监测所述操纵电流的强度；比较步骤(44)，其中将所监测的所述操纵电流的所述强度与给定阈值进行比较；以及停止步骤，其中当所述操纵电流的所述强度大于所述给定阈值时停止所述制造方法。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：恢复步骤(54)，其中在监测到的所述操纵电流的所述强度变得低于所述给定阈值时恢复所述制造方法。3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述恢复步骤(54)时，将所述聚焦能量源(20)切换到所述启用状态。4.根据权利要求2或3所述的制造方法，其特征在于，在所述恢复步骤(54)时，将所述材料供给系统(32)切换到所述启用状态。5.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，如果监测到的所述操纵电流的所述强度大于所述给定阈值，则所述制造方法包括：停用所述聚焦能量源(20)的停用步骤(50)，在所述停用步骤(50)中，将所述聚焦能量源(20)切换至所述停用状态，所述聚焦能量源(20)和所述部件(14)相对于彼此固定；以及停用所述材料供给系统(32)的停用步骤(52)，在所述停用步骤(52)中，将所述材料供给系统(32)切换到所述停用状态，所述材料供给系统(32)和所述部件(14)相对于彼此固定。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述聚焦能量源(20)和所述材料供给系统(32)的所述停用步骤(50、52)同时执行。7.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，监测所述操纵电流的所述强度的监测步骤连续地执行。8.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述给定阈值是运行强度的函数，所述运行强度对应于在没有发生能量失控的所述制造方法时所使用的操纵电流的强度。9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述给定阈值等于所述运行强度加上对应于所述运行强度除以10的百分数。
技术总结
本发明涉及一种通过堆叠材料层(16)来制造部件(14)的制造方法，这些材料层的每一层借助能量束(22)连续沉积和熔化材料(18)而获得，能量束的至少一个特征由操纵电流的强度控制，其特征在于，制造方法包括监测操纵电流的强度的监测步骤、将所监测的操纵电流的强度与给定阈值进行比较的比较步骤以及在操纵电流的强度大于给定阈值时停止制造方法的停止步骤。该方法的这种暂时停止显著降低能量失控的风险，该能量失控可能会破坏所沉积的材料带以及周围结构。围结构。围结构。
