增材制造工藝中有利地應用粉末助焊劑材料。粉末助焊劑材料對提 供射束能量捕獲、雜質清潔、大氣屏蔽、微球成形(bead shaping)和冷卻溫度控制W便實現 超合金材料的無開裂接合是有效的，而無需高溫熱箱焊接或者激冷板的使用或惰性屏蔽氣 體的使用。雖然本發明的各要素已在焊接工業已知了數十年，但本發明人創新地開發出克 服了用于運些材料的已知選擇性激光烙化和燒結工藝的長期存在的局限性的用于超合金 增材制造工藝的步驟的組合。為此，發明人已發現:通過使包括金屬粉末材料和助焊劑粉末 材料兩者的粉末材料的床流化，可W連續地形成基底而不用遞增形成層來建立基底并且無 需昂貴的惰性氣體的引入。
[0023] 圖1圖示出依照發明的實施例的諸如在運里統稱為選擇性激光加熱的選擇性激光 燒結或選擇性激光烙化等的增材制造系統和工藝。增材制造設備10包括填充有包括粉末金 屬材料14'和粉末助焊劑材料14"的粉末材料的床14(床或粉末床)的腔室12。粉末材料的床 14通過經由與腔室12的底部的增壓室17流體連通的一個或多個管子16引入氣體而被流化。 提供擴散板19W使增壓室17與床14分開并且使流化氣體大體均勻地分布在腔室12中。運樣 的擴散板的示例是2 0微米、4 0 %孔隙率、3 m m ( 1 / 8英寸）厚、可從莫特公司 (MottCo巧orat ion)得到的型號31化不誘鋼的燒結板材。
[0024] 如本領域技術人員將領會的，流化氣體的流量必須被控制成足夠將床14流化使得 充分量的粉末材料14將沉淀用于處理，運將取決于包括床14和/或腔室12的體積、粉末材料 14的密度、顆粒大小等等在內的多個相互聯系的參數。例如，助焊劑材料14"可W比金屬粉 末粗，W提高金屬和助焊劑顆粒兩者的流化的一致性和均勻性。也就是，助焊劑材料14"趨 向于與金屬材料14'相比不太致密；因此，小的金屬顆粒可W在流化方面更好地匹配較大但 不太致密的助焊劑顆粒。于是，流化介質流量可W使粉末助焊劑材料14"較大顆粒和粉末金 屬材料14'較小顆粒兩者均勻地流化。
[0025] 掃描系統18接著將諸如激光束20等的能量束朝向流化粉末床14指向W將粉末的 區域加熱（烙化、部分烙化或燒結）并固化W形成組件22的一部分。組件22形成在被可操作 地連接至制作活塞13的壓板24上，該制作活塞向下移動W允許流化粉末材料14沉淀在先前 形成或沉積出的金屬基底上。能量束20接著在粉末材料14已沉淀在先前形成的基底或沉積 出的金屬上的那些區域選擇性地掃描粉末材料的床。
[0026] 激光束20與組件22之間的相對移動可W依照預定圖案或組件22的形狀來控制。在 實施例中，掃描系統18包括一個或多個控制器26，或軟件，其控制激光束20移動W跟隨預定 圖案或組件22的形狀，包括其沿著水平的X和Y軸的尺寸。運樣的移動可W包括射束的移動 W選擇性地掃描床的表面27、使激光束根據指定圖案移動、下面描述了光柵掃描技術 (rastering technique)和/或已知的掩模遮蔽技術(masking technique)。另外，雖然圖1 中示出的實施例包括單一激光束20,但可W將數個激光束組合，或者來自單一激光的射束 可W被分裂使得給定部件的多個部分或者多個相同部件可W同時形成。
[0027] 壓板24也可W適于豎直地向下和向上移動W負責預定圖案或組件22的形狀的Z 軸。可替代地，或另外地，腔室12中的組件22可W形成于其上的表面可W是可沿著水平的X 和Y軸移動的。如圖2所示，腔室12可W包括X-Y平移臺28和控制器30W控制組件22的相對于 激光束20的移動。
[00%]當與組件的制造有關地使用時，在圖1和圖2的任一實施例中，組件22可W形成在 支承板29上，該支承板可W具有與待形成的組件22的金屬組成類似的金屬組成。例如，當開 發用于滿輪發動機的組件時，板29可W由儀基超合金組成。當組件22的制造完成時，使用已 知的金屬切割技術將板29從組件22上分離。
[0029] 另外，激光束20的尺寸可W被控制成根據組件的相應尺寸而變化。例如，在下面更 詳細地提及的圖3中，能量束20'具有大體矩形的配置。激光束20'的寬度尺寸可W被控制成 對應于組件22的基底的諸如厚度等的改變的尺寸。可替代地，可W在圓形激光束沿著基底 向前移動時對其來回進行光柵掃描W影響面積能量分布。圖6圖示出用于一個實施例的光 柵掃描圖案，其中具有直徑D的大體圓形射束從第一位置34移動至第二位置34'并接著移動 至第Ξ位置34"，W此類推。射束直徑圖案的在其方向改變的部位的重疊0的量優選地在D的 25%至90%之間，W便提供材料的最佳加熱和烙化。可替代地，兩個能量束可W被同時進行 光柵掃描W獲得橫跨表面面積的期望的能量分布，其中射束圖案之間的重疊在各射束的直 徑的25%至90%的范圍中。
[0030] 因為粉末材料14包括粉末助焊劑材料14"，所W當激光束20'將粉末材料14'和粉 末助焊劑材料14"加熱并烙化時一層烙渣形成在沉積出的金屬上面。圖3是包括粉末材料 14 '和粉末助焊劑材料14"的流化粉末材料14的示意性圖示，流化粉末材料14包括在先前沉 積出或形成的金屬基底34上面流化的材料14"和/或已沉淀在先前沉積出或形成的金屬基 底34上的一些材料14"。于是，當射束20 '橫穿粉末材料14時，粉末金屬14 '和粉末助焊劑材 料14"如用烙融區域36所表示地被烙化，并且金屬沉積38形成在先前形成的金屬沉積或基 底34上面并且被一層烙渣42覆蓋。在發明性系統或工藝的實施例中，該層烙渣42可W在能 量束20已完成粉末材料14的掃描之后被去除W形成組件22的金屬層。在運樣的實施例中， 組件22通過遞增地沉積出或形成金屬層并將相應的該層烙渣42去除而形成。
[0031] 在圖4和圖5中示出的實施例中，修復或制造工藝連續地執行，其中將一層烙渣52 從最近沉積出的金屬58上去除，使得布置在先前沉積出的金屬基底54上面的流化粉末材料 14可W被加熱、烙化和固化W連續地建立和形成組件22'。基底54也被充分地烙化使得可W 在基底54與最近沉積出的金屬58之間發生烙接，運是圖3示出的實施例中的情況。如圖所 示，該系統和工藝包括烙渣去除工具50,其鄰接于組件22'布置W在粉末金屬14'被加熱、烙 化和固化之后將該層烙渣52去除。例如，圖4和圖5中示出的實施例，組件22'相對于保持大 體靜止不動的激光束20"轉動;然而，激光束20"可W如在上面所描述的進行光柵掃描。組件 22'具有大體柱形形狀并且被W如用箭頭55表示的逆時針方向轉動。激光束20"在組件22' 被轉動時選擇性地掃描粉末材料14的一部分W使粉末金屬14'加熱并烙化，并且烙渣層52 形成在先前形成的金屬基底54上面。如本領域技術人員已知的，烙渣去除工具50包括模形 頭56(圖5) W使烙渣層52從金屬54上分離。在實施例中，諸如聲波或超聲波能量等的振動能 量可W被應用于頭56W選擇性地去除該層烙渣52。另外，烙渣工具50被相對于射束20和組 件22定位成使得該層烙渣52在最近沉積出的金屬38上保留充分的時間直到固化和沉積出 的金屬在過度氧化的溫度W下，該溫度正常情況下至少對應于55mm的距離。
[0032] 烙渣52與粉末金屬材料14'和粉末助焊劑材料14"相比不太致密，所W當該層烙渣 42、52呈較大顆粒的形式被去除時，烙渣52可W不像粉末材料一樣流化，而是將保持朝向床 14的表面27或在表面27上。諸如在通過引用被合并于此的共同擁有的美國申請號13/755， 157中所公開的那些的烙渣去除系統可W與主題發明的實施例包括在一起，W將床14的表 面27基本祀松W從腔室12中去除烙渣52并將烙渣52倒到鄰接的箱子內。去除的烙渣5