具有分層結構的系統及其制造方法
【技術領域】
[0001]本文公開的主題大體涉及結合分層結構的系統和制造分層結構的方法。
【背景技術】
[0002]各種機器構件(例如，渦輪機構件)在高溫下運行(例如，排氣溫度可為大約1000 T )，諸如燃料噴嘴、壓縮機葉片、渦輪葉片、壓縮機葉輪、渦輪葉輪、護罩節段和燃燒器-渦輪過渡件等。這些構件大體由適合在運行期間經歷的高水平熱用力和熱膨脹的材料構成。但是，即使這樣的構件可由適當的材料制成，構件的壽命也至少部分地由于高熱暴露、熱膨脹和熱收縮而受限。例如，機器構件可包括易于受熱應力和磨損的影響(特定是因為熱膨脹和收縮)的各種接頭和幾何結構。
【發明內容】
[0003]下面對在范圍上與原本聲明的發明相當的某些實施例進行概述。這些實施例不意圖限制聲明的發明的范圍，而是相反，這些實施例僅意圖提供本發明的可能形式的簡要概述。事實上，本發明可包括可能類似于或異于下面闡述的實施例的各種形式。
[0004]在第一實施例中，一種系統包括分層結構。分層結構包括第一和第二聚結層和設置在兩個聚結層之間的中間層。第一和第二聚結層比中間層具有更高的聚結程度。
[0005]在第二實施例中，一種制造機器構件的方法，包括使用不同強度的應用的能量源來燒結粉末，以形成分層結構，其中機器構件包括分層結構。
[0006]在第三實施例中，一種由工藝形成的機器構件。工藝包括將能量源應用到淀積在腔室中的粉末以燒結粉末。工藝還包括在限定分層結構的橫截面幾何結構中以不同程度燒結粉末，分層結構至少具有第一燒結層、第二燒結層和中間層，其中機器構件包括分層結構。
[0007]技術方案L 一種系統，包括:
分層結構，其包括:
第一聚結層；
第二聚結層；以及
設置在所述第一和第二聚結層之間的中間層，其中所述第一和第二聚結層比所述中間層具有更高的聚結程度。
[0008]技術方案2.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，包括機器構件，其中所述機器構件包括所述分層結構。
[0009]技術方案3.根據技術方案2所述的系統，其特征在于，所述機器構件為渦輪機構件。
[0010]技術方案4.根據技術方案3所述的系統，其特征在于，所述渦輪機構件為渦輪噴嘴、渦輪框架、密封件、燃燒器襯套、燃燒器帽、燃料噴嘴、壓縮機葉片、渦輪葉片、壓縮機葉輪、渦輪葉輪、護罩節段、氣體預混合器、液體燃料噴射器、燃燒器-渦輪過渡件或其任何組入口 O
[0011]技術方案5.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述中間層包括排空區域，其構造成至少在所述第一聚結層的第一部分和所述第二聚結層的第二部分之間用作熱阻隔、聲阻隔或其組合。
[0012]技術方案6.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述系統包括旋轉機器系統、熱氣路徑機器系統或其組合。
[0013]技術方案7.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述第一聚結層、所述第二聚結層或所述中間層中的至少一個包括在功能上分級的材料。
[0014]技術方案8.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述中間層包括部分地聚結的鈷-鉻、不銹鋼、鈦、鉻-鎳基合金或鎳基合金中的至少一個。
[0015]技術方案9.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述第一聚結層、所述第二聚結層、所述中間層或其任何組合具有多個相應的區域，其中所述多個區域中的各個區域具有不同的燒結程度。
[0016]技術方案10.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述第一聚結層、所述第二聚結層或所述中間層中的至少一個在所述分層結構的至少一部分中具有不同橫截面厚度。
[0017]技術方案11.根據技術方案I所述的系統，其特征在于，所述第一聚結層通過穿過所述中間層的一個或多個延伸部而直接連接到所述第二聚結層上。
[0018]技術方案12.—種制造機器構件的方法，包括:
使用不同強度的應用的能量源來燒結粉末，以形成具有不同燒結程度的分層結構，其中所述機器構件包括所述分層結構。
[0019]技術方案13.根據技術方案12所述的方法，其特征在于，確定和應用不同強度的應用的能量源包括:
讀取所述機器構件的全部或一部分的構造；
將所述構造切片成橫截面，使得所述橫截面包括第一聚結層、第二聚結層和設置在所述第一和第二聚結層之間的一個或多個中間層；以及
在之前的橫截面的頂部上連續地構建各個橫截面，其中連續地構建各個橫截面包括: 基于所述構造的橫截面而將第一強度的能量源應用到所述粉末上以產生所述第一聚結層；
基于所述構造的橫截面而將第二強度的能量源應用到所述粉末上以產生所述第二聚結層；以及
基于所述構造的橫截面而將第三強度的能量源應用到所述粉末上以產生所述一個或多個中間層，其中所述第一和第二聚結層比所述一個或多個中間層具有更高的聚結程度。
[0020]技術方案14.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述一個或多個中間層中的至少一個包括排空區域或相對于所述第一聚結層和所述第二聚結層較少聚結的區域，其中所述排空區域或較少聚結的區域構造成用作熱阻隔、聲阻隔或其任何組合。
[0021]技術方案15.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述機器構件包括渦輪機構件。
[0022]技術方案16.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在所述一個或多個中間層中的至少一個中部分地燒結。
[0023]技術方案17.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在所述第一層和所述第二層中的至少一個中完全燒結。
[0024]技術方案18.根據技術方案13所述的方法，其特征在于，所述粉末在下者中的至少一個中以不同程度燒結:所述一個或多個中間層中的至少一個、所述第一層或所述第二層O
[0025]技術方案19.根據技術方案12所述的方法，其特征在于，所述粉末通過直接金屬激光燒結、直接金屬激光熔化、選擇性激光燒結、電子束熔化或其任何組合進行燒結。
[0026]技術方案20.—種由工藝形成的機器構件，所述工藝包括:
將能量源應用到淀積在腔室中的粉末上，以便燒結所述粉末；以及
在限定分層結構的橫截面幾何結構中以不同程度燒結所述粉末，所述分層結構至少具有第一燒結層、第二燒結層和中間層，其中所述機器構件包括所述分層結構。
【附圖說明】
[0027]當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面與優點將變得更好理解，其中，相同符合在圖中表示相同部件，其中:
圖1為渦輪機系統的實施例的框圖；
圖2為用于圖1的渦輪機系統中的渦輪機構件的實施例的示意性透視圖；
圖3為圖2的渦輪機構件的一部分的實施例的示意性橫截面圖；
圖4為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；
圖5為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；
圖6為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；
圖7為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；
圖8為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；
圖9為圖3的渦輪機構件的分層區域的實施例的示意性橫截面圖；以及圖10為工藝流程圖，其示出制造圖3的渦輪機構件的方法的實施例。
【具體實施方式】
[0028]下面將對本發明的一個或多個具體實施例進行描述。為了致力于提供對這些實施例的簡明描述，可能不會在說明書中對實際實現的所有特征進行描述。應當理解，當例如在任何工程或設計項目中開發任何這種實際實現時，必須作出許多對實現而言專有的決定來實現開發者的具體目標，例如符合與系統有關及與商業有關的約束，開發人員的具體目標可根據不同的實現彼此有所改變。此外，應當理解，這種開發工作可能是復雜和耗時的，但盡管如此，對具有本公開的益處的普通技術人員來說，這種開發工作將是設計、生產和制造的例行任務。
[0029]當介紹本發明的各種實施例的元件時，冠詞“一個”、“一種”、“該”和“所述”意圖表示存在一個或多個該元件。用語“包括”、“包含”和“具有”意圖為包括性的，并且表示除了列出的元件之外，可存在另外的元件。
[0030]如下面詳細論述，(例如，機器構件的)分層結構可使用顯著改進分層結構的性能(例如，熱效率、排氣排放、耐用性、耐久性和/或部件壽命)的方法來制造。分層結構可為機器構件的全部或一部分，例如在較長的時段經歷熱和機械應力的機器構件。在一些實施例中，這種機器構件可結合到渦輪機、旋轉機器、熱氣路徑機器或一些其它機器中。機器構件可為渦輪機的渦輪的構件，其中渦輪可包括燃氣渦輪、蒸汽渦輪、水力渦輪和/或風力渦輪。分層結構可為渦輪機構件的全部或一部分，例如，葉片(例如，旋轉葉片或固定導葉)、渦輪噴嘴、渦輪框架、密封件、燃燒器襯套、燃燒器帽、燃料噴嘴、壓縮機葉片、壓縮機葉輪、渦輪葉輪、護罩節段、氣體預混合器、液體燃料噴射器或燃燒器-渦輪過渡件。在一些實施例中，分層結構和/或機器構件可為一體形成的一體結構(例如，沒有接頭)。在其它實施例中，(例如，機器構件的)分層結構可包括多個零件，它們單獨地制成且連結在一起。為了清楚，分層結構可在本文論述為機器構件，并且機器構件可在本文論述為渦輪機構件，其中可描述渦輪機構件的某些實施例。但是，應當理解，根據本公開的技術可應用于任何機器、機器構件和/或分層結構，如上面所描述。