用于在接合之前使用多種錨固材料和溫度控制設備來進行表面覆蓋的疊加制造系統和方法
【專利說明】用于在接合之前使用多種錨固材料和溫度控制設備來進行表面覆蓋的疊加制造系統和方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]此申請要求2013年7月16日提交的標題為“用于接合和表面覆蓋的疊加制造系統”的美國臨時申請序號61/846，935的優先權和權益，該申請的全部內容為了所有目的以引用的方式并入本文。
【背景技術】
[0003]本發明總體上涉及疊加制造，并且更具體來說，涉及用于接合不同材料并且用于形成表面覆蓋的疊加制造錨。
[0004]各種制成品可以包含具有不同材料的部件。可以理解的是，制成品的不同材料可以通過緊固件、配合的幾何形狀、焊接或者其他工藝來接合在一起。緊固件或互補幾何形狀可能給接合處增加部件或重量。來自將部件焊接在一起的熱量輸入可能形成熱影響區(HAZ)，該熱影響區影響接合處的性質，諸如強度或疲勞壽命。將不相容的基礎材料混合到焊接中可能會形成不良的相結構或金屬間結構。直接制造(DM)工藝可以在真空腔中通過電子束構建材料。然而，真空腔和電子束可能降低DM工藝對于一些產品的可用性。
【發明內容】
[0005]以下闡述根據最初要求的發明的某些方面。應理解，這些方面是僅呈現以便為讀者提供形成本發明可能采用的某些形式的簡要概述并且這些方面并不旨在限制本發明的范圍。事實上，本發明可以涵蓋以下可能未闡述的各種方面。
[0006]在個實施例中，一種置加制造系統包括:置加制造工具，該置加制造工具被配置成將多個液滴供應到部件;溫度控制設備，該溫度控制設備被配置成控制該部件的溫度；以及控制器，該控制器被配置成獨立于通過溫度控制設備對該部件的溫度控制，控制多個液滴中的每個液滴的成分、形成和對該部件的施加。多個液滴被配置成構建該部件。多個液滴中的每個液滴包括至少一種金屬錨固材料。
[0007]在另一個實施例中，一種疊加地形成部件的方法包括通過聯接到該部件的溫度控制設備來控制部件的溫度以及形成多個液滴，其中多個液滴中的每個液滴包括多種金屬錨固材料中的至少一種。方法還包括至少部分地基于用于該部件的預定指令組來確定對于多個液滴中的每個液滴而言在該部件上的期望沉積位置以及將多個液滴中的每個液滴沉積到所述部件的各自期望沉積位置處。
[0008]在另一個實施例中，一種疊加制造系統包括一個或多個饋送器、疊加制造工具、溫度控制設備和控制器。一個或多個饋送器被配置成將多種金屬錨固材料供應到疊加制造工具，該疊加制造工具被配置成通過多個微沉積來構建部件。疊加制造工具被配置成從各自液滴形成多個微沉積中的每個微沉積，并且各自液滴包括多種金屬錨固材料中的一種或多種金屬錨固材料。溫度控制設備包括加熱元件并且被配置成加熱該部件。控制器被配置成獨立地控制溫度控制設備和多個微沉積中的每個微沉積的各自液滴的成分。
【附圖說明】
[0009]本發明的這些和其他特征、方面和優點將在參照附圖閱讀以下詳細描述時變得更好理解，附圖中相同字符在所有圖中代表相同部件，其中:
[0010]圖1是疊加制造系統和部件的實施例的圖；
[0011]圖2是疊加制造系統和部件的實施例的圖；
[0012]圖3是具有集成的工具頭的疊加制造系統的實施例的圖；
[0013]圖4是由圖1的疊加制造系統形成的不同材料之間的接合處的實施例的圖；
[0014]圖5是示出由圖1的疊加制造系統形成的接合處的示例性材料成分的圖表；
[0015]圖6是由圖1的疊加制造系統形成的不同材料之間的接合處的實施例的橫截面；
[0016]圖7是由圖1的疊加制造系統形成的不同材料之間的接合處的實施例的橫截面；
[0017]圖8是由圖1的疊加制造系統形成的不同材料之間的接合處的實施例的橫截面；
[0018]圖9是用于疊加地形成部件的方法的實施例的流程圖；以及
[0019]圖10是疊加制造系統和部件的實施例的圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將描述本發明的一個或多個具體實施例。為了提供這些實施例的簡明描述，在說明書中可能未描述實際實施方式的所有特征。應了解，在任何這些實際實施方式的開發中，如在任何工程或設計項目中，必須做出若干實施方式專用決定以實現開發者的具體目標，諸如符合系統相關和商業相關的約束，這些目標可能在各實施方式之間不同。此外，應了解，這些開發工作可能是復雜且耗時的，但是對于受益于本發明的普通技術人員而言將仍然是設計、生產和制造的例行任務。
[0021]轉向圖1，疊加制造系統10的實施例從一種或多種錨固材料22形成(例如，印刷、構建)部件12。疊加形成的部件12可以是第一工件14、第二工件16或者第一工件14與第二工件16之間的接合處或者其任何組合。在一些實施例中，第一工件14和第二工件16可以具有不同的材料，所述材料具有顯著不同的物理性質。例如，在一個實施例中，第一工件14可以是鋁并且第二工件16可以是鋼。疊加制造工具18沉積多個液滴20以形成(例如，印刷、構建)一種或多種錨固材料22的部件12。在一些實施例中，疊加制造工具18將液滴20沉積在第一工件14與第二工件16之間。如以下更詳細描述，疊加制造工具18可以使用一種或多種類型的能量來形成和沉積液滴20從而形成部件12。疊加制造工具18所使用的一種或多種類型的能量可以包括但不限于電功率輸出、光子能量(例如，激光)或者其任何組合。在部件12為第一工件14與第二工件16之間的接合處的情況下，疊加制造工具18使用能量經由部件12將第一工件14與第二工件16接合在一起。
[0022]疊加制造工具18加熱來自饋送器24的一種或多種錨固材料22以形成具有期望成分的液滴20。在一些實施例中，疊加制造工具18的混合器31被配置成接收并混合來自饋送器24的一種或多種錨固材料22。例如，混合器31可以將多種錨固材料22組合成具有錨固材料22的期望組合的電極32。在一些實施例中，混合器31可以形成多種錨固材料22的粉末混合物。電極32和/或粉末混合物可以被形成為液滴20。一種或多種錨固材料22是金屬材料，其包括但不限于鋁合金、鋼合金、招、鐵、銅、錳、硅、鎂、鋅、鉻、鈦、鉬和鎳。如本文所論述，液滴20是材料轉移的單位。每個液滴20在固化時可以變成“微沉積”，并且部件12由多個微沉積21形成。圖2示出將錨固材料22(例如，電極32)引導至微沉積21的熔池23中從而形成部件12的疊加制造工具18的實施例。錨固材料22在插入到熔池23中時可以處于適當的環境溫度或預加熱的溫度下。錨固材料22的部分25(例如，球)由熔池23熔融，由此形成部件12的微沉積21而不會形成限定的液滴20。例如，錨固材料22的預加熱的部分25可以接合熔池23，由此通過熱絲焊接工藝形成部件12的微沉積21。如可以了解，熔池23可以是尚未固化的部件12的新近形成的區。施加到熔池23用于熔融部分25的能量包括但不限于電阻加熱、光子(激光)能量或感應加熱。
[0023]返回到圖1，一種或多種錨固材料22可以包括但不限于粉末、實心焊絲、藥芯焊絲、管狀焊絲或涂層焊絲或者其任何組合。在一些實施例中，第一錨固材料26可以大體上是第一工件14的材料，并且第二錨固材料28可以大體上是第二工件16的材料。換言之，第一錨固材料26和第二錨固材料28可以具有大體上與各自第一工件14和第二工件16類似或者相容的化學成分。例如，第一錨固材料26相對于第一工件14的材料可以僅具有較小差異(例如，元素成分僅相差成分百分比的甚小部分、來自相同合金族的不同合金)。在一些實施例中，錨固材料22可以包括但不限于具有比第一工件14和/或第二工件16的材料低的熔融溫度的釬焊或軟釬焊材料。具有比第一工件14或第二工件16低的熔融溫度的錨固材料22可以使得在施加一種或多種錨固材料22時與第一材料14或第二材料16相鄰的微沉積21的層不會熔融。疊加制造系統10的一些實施例可以包括多于兩種錨固材料22，諸如3、4、5、6、7、8、9、10或更多種錨固材料22。例如，可以將第三種錨固材料29供應到疊加制造工具18。第三種錨固材料29可以具有大體上與第一工件14的材料或第二工件16的材料類似的化學成分。額外地或可替代地，第三種錨固材料29可以具有作為在第一錨固材料26與第二錨固材料28之間提供期望性質(例如，黏合、增加或減少的流動性)的合金材料的化學成分，和/或第三種錨固材料29的化學成分可以將期望性質(例如，強度、硬度、電防腐)提供給部件12。
[0024]疊加制造系統10的控制器30控制液滴20的施加以從微沉積21形成部件(例如，錨)
12。在具有有線錨固材料22的一些實施例中，控制器30通過調整供應到疊加制造工具18的混合器31的并由此形成電極32的一種或多種錨固材料22的相對量來控制施加到部件12的液滴20的成分。例如，在第一錨固材料26大體上與第一工件的材料類似或相容的情況下，控制器30可以增加電極32中的第一錨固材料26的相對比例以在第一工件14附近形成(例如，印刷)部件12的部分。如本文所論述，每個液滴20的成分是基于構成各自液滴20的一種或多種錨固材料22 ο液滴20至少部分地是液體(例如，熔融的)。在一些實施例中，液滴20可以是封裝相同或不同的錨固材料2 2的固體元件的液體錨固材料2 2。例如，疊加制造工具18可以至少部分地僅熔融液滴20的外層。
[0025]疊加制造工具18可以通過混合器31將多種錨固材料22混合(例如，熔融、燒結、壓緊)成具有混合成分的電極32。控制器30可以控制疊加制造工具18以從混合電極32形成具有混合成分的液滴20。控制器30可以通過改變混合電極32中的一種或多種錨固材料22的比例來調整部件(例如，錨)12的成分。在一些實施例中，疊加制造工具18將一種或多種錨固材料22中的每一種作為單獨的電極32供應，疊加制造工具18分別將所述單獨的電極形成為液滴20。例如，控制器30可以控