CN112045186A - 铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法及工装 - Google Patents
铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法及工装 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于航空发动机维修技术领域,涉及一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法及工装,该方法采用激光选区熔化或电子束选区熔化工艺完成修复,其借助工装使叶片可置于激光选区熔化或电子束选区熔化设备成形区域并在叶尖处进行成形,通过三维扫描获取数据进行逆向建模得到需要修复成形的模型及相关位置信息,并设计相应的工装与叶片装夹,其结构和形式不限,工装可以用来完成叶片装夹,辅助定位及位置校准;定位校准后进行打印修复成形,最后完成后处理及检测;良好地控制了叶片修复的定位精度,且具有热输入小、晶粒细小力学性能好、变形小、表面粗糙度好、尺寸精度高、近净成形无需机加、成形快速高效等优点。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机维修技术领域,涉及发动机热端零部件的修复,具体涉及一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法及工装。
背景技术
铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片工作环境高温高压,其叶尖部分极易受损,需要进行大量的叶尖修复工作。传统的修复方法是采用激光焊等焊接工艺在叶片顶部堆焊,然后进行机加工、打磨去除多余材料,完成修复。这种方法存在焊接变形大、热输入大影响叶片组织性能、表面粗糙度差、尺寸精度差、机加难度大、效率低、成本高等诸多问题。因此迫切需要一种新的叶片叶尖修复方法,解决这些问题。激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)是新型增材制造工艺,具有热输入小、晶粒细小力学性能好、变形小、表面粗糙度好、尺寸精度高、近净成形无需机加、成形快速高效等优点,将激光选区熔化和电子束选区熔化应用于叶片叶尖修复将解决传统修复方法的各种问题。然而激光选区熔化和电子束选区熔化是用来直接制造零件的工艺,此前并无用于零件修复的方法,要利用其进行叶片叶尖修复需要克服诸多难题:零件的装夹定位难、零件对设备工艺过程有干涉、修复部分无三维数模、零件打印时激光、电子束难以准确定位于修复区域、打印材料与母材结合等。
发明内容
本发明的目的是:提供一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法及修复工装,实现将激光选区熔化和电子束选区熔化用于零件修复的技术突破,发挥出选区熔化尺寸精度高、变形小、表面粗糙度好、速度快等优势,良好地控制叶片修复的定位精度,并提升修复工作的效率和质量。
为解决此技术问题,本发明的技术方案是:
一方面,提供一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,所述修复方法利用激光选区熔化或电子束选区熔化来对铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖进行修复;通过激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备在叶片的叶尖表面进行逐层铺粉并利用激光或电子束扫描成形;包含以下步骤:
步骤一、工装设计与叶片装夹:所述工装安装于激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备安装基板上,装夹并辅助定位叶片,对叶片位置进行校准;并辅助激光选区熔化或电子束选区熔化对叶片叶尖修复;
步骤二、表面磨平:将叶片固定在工装上,将叶片与工装顶部磨削齐平;
步骤三、三维扫描:将保持装夹状态的叶片与工装整体进行三维扫描,获得完整的点云数据,并测量确定叶片、工装间的相对位置;
步骤四、逆向建模:利用点云数据进行几何重构,进行逆向建模,获得叶片连同工装的三维数字模型,在叶片顶部待修复的叶尖处,建立待修复部分的三维模型;
步骤五、打印空间定位:完成叶片及工装的三维数字模型在激光选区熔化或电子束选区熔化工艺的模型处理软件中的打印空间定位,将叶片叶尖待修复部分的三维模型设定为打印零件;
步骤六、修复材料选择及工艺参数设定:
材料:激光选区熔化使用粒度范围10-80um的高温合金粉末;电子束选区熔化使用粒度范围40-150um的高温合金粉末;
工艺参数:激光选区熔化铺粉层厚20-90um,电子束选区熔化铺粉层厚60-200um,在叶尖修复打印的主体部分采用的参数:激光功率80-180W,激光扫描速度400-1200mm/s,扫描线间距0.08-0.16mm;在叶尖电子束选区熔化修复打印的主体部分采用的参数:电子束预热温度900-1050℃,电子束束流5-45mA,聚焦电流40-200mA,扫描速度5-50m/s,填充间距0.2-1.5mm;
步骤七、位置校准:测量位置校准图形实际位置与软件打印空间中的位置偏差,将偏差补偿回软件打印空间中,调整叶片叶尖修复部分三维模型的位置;
步骤八、打印修复成形:将数据导入激光选区熔化或电子束选区熔化设备,将叶片连同工装安装好,操作设备完成调平、铺粉、打印,将叶片叶尖待修复部分打印在叶片顶部,对叶片叶尖进行修复;
步骤九、后处理:对修复区域进行铣削、磨削、打磨、抛光或喷砂,使其表面质量达到叶片修复要求。
所述修复方法还包括对叶片叶尖修复部分进行检测的步骤:使用工业CT、X射线照相、渗透检测、成形过程监控、超声检测等无损检测方法检测叶片叶尖修复部分是否存在缺陷。
3、步骤二表面磨平采用以下任一方式:
a、将叶片及工装装夹好后再磨削;
b、先分别磨削叶片和工装后再装夹,使磨削后的叶片及工装的顶部处于同一平面。
步骤三中通过测量叶片与工装、工装各部分之间的距离及角度数据来确定叶片、工装的相对位置。
步骤三在工装装夹好叶片后但未安装在激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备中时进行三维扫描,也可以在工装装夹好叶片后并且已经安装在设备中时进行三维扫描。
步骤五利用步骤三中获得的叶片、工装间的相对位置,调整叶片、工装在软件的打印空间坐标系中的坐标,保持其的相对位置,并使工装在X、Y方向上与打印空间的基板平面对齐,使叶片叶尖顶部表面在Z方向上与打印空间的基板平面对齐。
另一方面,提供一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复工装,所述修复工装包含:包括基块1、基板底座2、螺栓3和锁紧块4;
所述的基块1的高度与装卡后的叶片叶尖等高,焊接固定于基板底座表面,两块基块夹角为90°直角放置;
所述的基板底座2的长、宽与激光选区熔化或电子束选区熔化设备成形舱横截面长、宽等同,基板底座2中均匀分布有与锁紧块4适配的下沉槽,同时在基板底座2设有与螺栓3和锁紧块4固定配合用的螺纹孔;
所述的螺栓3用于配合基板底座2和锁紧块4来夹紧和固定叶片;
所述的锁紧块4的高度与基板底座厚度等同,锁紧块中间设有与螺栓3配合的螺栓孔,用于夹紧和固定叶片的夹持工具。
优选地,所述的基板底座2的厚度≥35mm。
优选地,所述的工装及其组件材料为304、316L不锈钢或GH3536高温合金等金属材料。
本发明的有益效果是:
本发明适用所有类型航空发动机涡轮转子叶片,包括但不限于:涡轮风扇发动机、涡轮螺旋浆发动机、涡轮轴发动机、涡轮喷气发动机等类型。
本发明适用于铸造等轴晶高温合金所有牌号的航空发动机涡轮转子叶片修复。
本发明中修复材料选择适用所有牌号的铸造等轴晶高温合金。
本发明中激光选区熔化(SLM)及电子束选区熔化(EBM)都适用。
本发明通过设计的专用工装装夹涡轮叶片,克服了激光选区熔化和电子束选区熔化技术修复叶片叶尖时存在的修复区定位困难、修复界面易出现未熔合和气孔缺陷等突出问题,并通过零件三维扫描和逆向建模技术,解决了修复部分无三维数模问题,从而成功将激光选区熔化和电子束选区熔化工艺应用于铸造等轴晶高温合金涡轮叶片叶尖修复中,突破了选区熔化工艺只能用于零件制造而不能用于零件修复的局限。
同时与现有的涡轮叶片叶尖损伤修复技术(如激光直接沉积、氩弧焊和微束等离子弧焊等)相比,本发明的激光选区熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM)修复方法,具有热输入小、近净成形加工余量小、可一次修复多件(20~40件)叶片等优势,这使其修复接头具有晶粒细小、无变形、力学性能好、尺寸精度高等优点,并能够大幅提升涡轮叶片叶尖损伤的修复效率和质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案,下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是工装结构示意图;
图2是工装夹持叶片的结构示意图;
图3是叶尖修复部分三维模型的结构示意图;
图4是打印定位块的示意图;
其中,1-基块、2-基板底座、3-螺栓、4-锁紧块、5-叶片、6-定位块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下,所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中,提出了许多具体的细节,以便对本发明的全面理解。但是,对于本领域的普通技术人员来说,很明显的是,本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法,而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中,没有示出公知的结构和技术,以避免对本发明造成不必要的模糊。
具体实例一
采用EOS M290激光选区熔化(SLM)设备修复某型发动机K4002铸造等轴晶高温合金涡轮叶片叶尖磨损损伤,具体步骤如下:
S1、工装设计与叶片装夹:设计一种工装用来辅助叶片定位、夹持及激光选区熔化(SLM)修复。设计的工装外形和装夹方式见图1和图2。
请参阅图1至图4,本发明中设计的工装包括基块1、基板底座2、螺栓3和锁紧块4。
基块1的尺寸为150mm(长)×50mm(宽)×120mm(高),焊接于基板底座表面,两块基块夹角为90°直角放置;
基板底座2的尺寸为252mm(长)×252mm(宽)×45mm(厚),在基板底座有M5螺纹孔,可与螺栓3和锁紧块4配合以固定叶片,同时基板底座四个边角处有M8螺纹孔,可用螺栓与设备成形舱升降平台连接;
螺栓3为M5标准螺栓,用于配合基板底座2和锁紧块4来夹紧和固定叶片;
锁紧块4的高度为40mm,宽度与叶片缘板宽度一致,中间有M5螺栓孔,用于配合基板底座2和螺栓3夹紧和固定叶片;
工装及其组件材料为316L不锈钢。
S2、表面磨平:将叶片固定在工装上后,用磨床将叶片与基块顶部磨削齐平,磨削后表面粗糙度达到Ra1.6um,平面度达到0.1mm,也可以先分别磨削叶片和工装后再装夹,需要使磨削后的叶片及基块顶部处于同一平面。
S3、三维扫描:将保持装夹状态的叶片与工装整体进行三维扫描,获得完整的点云数据,并测量叶片与基块各侧面之间的距离、角度等数据,测量基块各侧面与基板底座各侧面的距离、角度等数据,确定叶片、基块、基板底座间的相对位置。所测量的数据可以是各种不同种类的数据,包括但不局限于距离、角度数据。
S4、逆向建模:将三维扫描所获得的点云数据进行噪点去除,表面光顺,几何重构,完成逆向建模,获得叶片连同工装的三维数字模型,在叶片顶部需要修复的叶尖处,利用三维建模软件设计出修复部分的三维模型。
S5、打印空间定位:将叶片连同工装的三维数字模型导入激光选区熔化(SLM)工艺的模型处理软件中,利用S3中获得的叶片、基块、基板底座间的相对位置,调整叶片、基块、基板底座在软件的打印空间坐标系中的坐标,保持三者的相对位置,并使基板底座在X、Y方向上与打印空间的基板平面对齐,使基块顶部表面在Z方向上与打印空间的基板平面对齐,完成叶片及工装的三维数字模型在模型处理软件中的打印空间定位,将叶片叶尖修复部分的三维模型设定为打印零件。
S6、修复材料选择及工艺参数设定:
材料:激光选区熔化(SLM)使用粒度范围10-80um的K4002铸造等轴晶高温合金粉末;
工艺参数:根据不同牌号材料选用不同参数,激光选区熔化(SLM)铺粉层厚45um,在叶尖修复打印的主体部分采用的参数:激光功率100W,激光扫描速度1200mm/s,扫描线间距0.10mm。
S7、位置校准:将叶片连同工装安装在激光选区熔化(SLM)中,安装位置与设备所需基板的安装位置一致,使用激光选区熔化(SLM)工艺的模型处理软件及设备,在基块表面打印位置校准图形即定位块,定位块形状尺寸及数量不限,方便测量即可,测量定位块在软件打印空间内的位置,以及打印后在基块上的实际位置,计算出位置偏差,将偏差补偿回软件打印空间中,相应地调整叶片叶尖修复部分三维模型的位置。
S8、打印修复成形:完成叶片叶尖修复部分三维模型的切片处理、工艺参数设定,将数据导入激光选区熔化(SLM)设备,将叶片连同工装安装在激光选区熔化(SLM)设备中,安装位置与设备所需基板的安装位置一致。操作设备完成调平、铺粉、打印,将叶片叶尖修复部分打印在叶片顶部,实现对叶片叶尖的修复。
S9、后处理:将修复完成的叶片从工装上取下,对修复区域进行铣削、磨削、打磨、抛光或喷砂,使其表面质量达到叶片修复要求。
S10、检测:使用工业CT、X射线照相、渗透检测、成形过程监控、超声检测等无损检测方法检测叶片叶尖修复部分是否存在缺陷。
具体实例二
采用Arcam A2X电子束选区熔化(EBM)设备修复某型发动机K4002铸造等轴晶高温合金涡轮叶片叶尖磨损损伤,具体步骤如下:
S1、工装设计与叶片装夹:设计一种工装用来辅助叶片定位、夹持及电子束选区熔化(EBM)修复。设计的工装外形和装夹方式见图1和图2。
请参阅图1至图4,本发明中设计的工装包括基块1、基板底座2、螺栓3和锁紧块4。
基块1的尺寸为150mm(长)×50mm(宽)×120mm(高),焊接于基板底座表面,两块基块夹角为90°直角放置;
基板底座2的尺寸为252mm(长)×252mm(宽)×45mm(厚),在基板底座有M5螺纹孔,可与螺栓3和锁紧块4配合以固定叶片;
螺栓3为M5标准螺栓,用于配合锁紧块来夹紧和固定叶片;
锁紧块4的高度为40mm,宽度与叶片缘板宽度一致,中间有M5螺栓孔,用于配合基板底座2和螺栓3夹紧和固定叶片;
工装及其组件材料为GH3536高温合金。
S2、表面磨平:将叶片固定在工装上后,用磨床将叶片与基块顶部磨削齐平,磨削后表面粗糙度达到Ra1.6um,平面度达到0.1mm,也可以先分别磨削叶片和工装后再装夹,需要使磨削后的叶片及基块顶部处于同一平面。
S3、三维扫描:将保持装夹状态的叶片与工装整体进行三维扫描,获得完整的点云数据,并测量叶片与基块各侧面之间的距离、角度等数据,测量基块各侧面与基板底座各侧面的距离、角度等数据,确定叶片、基块、基板底座间的相对位置。所测量的数据可以是各种不同种类的数据,包括但不局限于距离、角度数据。
S4、逆向建模:将三维扫描所获得的点云数据进行噪点去除,表面光顺,几何重构,完成逆向建模,获得叶片连同工装的三维数字模型,在叶片顶部需要修复的叶尖处,利用三维建模软件设计出修复部分的三维模型。
S5、打印空间定位:将叶片连同工装的三维数字模型导入电子束选区熔化(EBM)工艺的模型处理软件中,利用S3中获得的叶片、基块、基板底座间的相对位置,调整叶片、基块、基板底座在软件的打印空间坐标系中的坐标,保持三者的相对位置,并使基板底座在X、Y方向上与打印空间的基板平面对齐,使基块顶部表面在Z方向上与打印空间的基板平面对齐,完成叶片及工装的三维数字模型在模型处理软件中的打印空间定位,将叶片叶尖修复部分的三维模型设定为打印零件。
S6、修复材料选择及工艺参数设定:
材料:电子束选区熔化(EBM)使用粒度范围40-150um的K4002等轴晶高温合金粉末;
工艺参数:根据不同牌号材料选用不同参数,电子束选区熔化(EBM)铺粉层厚100um,在叶尖修复打印的主体部分采用的参数:电子束预热温度1000℃,电子束束流35mA,聚焦电流100mA,扫描速度20m/s,填充间距0.50mm。
S7、位置校准:将叶片连同工装安装在电子束选区熔化(EBM)设备中,安装位置与设备所需基板的安装位置一致,使用电子束选区熔化(EBM)工艺的模型处理软件及设备,在基块表面打印位置校准图形即定位块,定位块形状尺寸及数量不限,方便测量即可,测量定位块在软件打印空间内的位置,以及打印后在基块上的实际位置,计算出位置偏差,将偏差补偿回软件打印空间中,相应地调整叶片叶尖修复部分三维模型的位置。
S8、打印修复成形:完成叶片叶尖修复部分三维模型的切片处理、工艺参数设定,将数据导入电子束选区熔化(EBM)设备,将叶片连同工装安装在电子束选区熔化(EBM)设备中,安装位置与设备所需基板的安装位置一致。操作设备完成调平、铺粉、打印,将叶片叶尖修复部分打印在叶片顶部,实现对叶片叶尖的修复。
S9、后处理:将修复完成的叶片从工装上取下,对修复区域进行铣削、磨削、打磨、抛光或喷砂,使其表面质量达到叶片修复要求。
S10、检测:使用工业CT、X射线照相、渗透检测、成形过程监控、超声检测等无损检测方法检测叶片叶尖修复部分是否存在缺陷。
最后应该说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可以轻易想到各种等效的修改或者替换,这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,所述修复方法利用激光选区熔化或电子束选区熔化来对铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖进行修复;通过激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备在叶片的叶尖表面进行逐层铺粉并利用激光或电子束扫描成形;包含以下步骤:
步骤一、工装设计与叶片装夹:所述工装安装于激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备安装基板上,装夹并辅助定位叶片,对叶片位置进行校准;并辅助激光选区熔化或电子束选区熔化对叶片叶尖修复;
步骤二、表面磨平:将叶片固定在工装上,将叶片与工装顶部磨削齐平;
步骤三、三维扫描:将保持装夹状态的叶片与工装整体进行三维扫描,获得完整的点云数据,并测量确定叶片、工装间的相对位置;
步骤四、逆向建模:利用点云数据进行几何重构,进行逆向建模,获得叶片连同工装的三维数字模型,在叶片顶部待修复的叶尖处,建立待修复部分的三维模型;
步骤五、打印空间定位:完成叶片及工装的三维数字模型在激光选区熔化或电子束选区熔化工艺的模型处理软件中的打印空间定位,将叶片叶尖待修复部分的三维模型设定为打印零件;
步骤六、修复材料选择及工艺参数设定:
材料:激光选区熔化使用粒度范围10-80um的高温合金粉末;电子束选区熔化使用粒度范围40-150um的高温合金粉末;
工艺参数:根据不同牌号铸造高温合金选用不同参数,激光选区熔化铺粉层厚20-90um,电子束选区熔化铺粉层厚60-200um,在叶尖修复打印的主体部分采用的参数:激光功率80-180W,激光扫描速度400-1200mm/s,扫描线间距0.08-0.16mm;在叶尖电子束选区熔化修复打印的主体部分采用的参数:电子束预热温度900-1050℃,电子束束流5-45mA,聚焦电流40-200mA,扫描速度5-50m/s,填充间距0.2-1.5mm;
步骤七、位置校准:测量位置校准图形实际位置与软件打印空间中的位置偏差,将偏差补偿回软件打印空间中,调整叶片叶尖修复部分三维模型的位置;
步骤八、打印修复成形:将数据导入激光选区熔化或电子束选区熔化设备,将叶片连同工装安装好,操作设备完成调平、铺粉、打印,将叶片叶尖待修复部分打印在叶片顶部,对叶片叶尖进行修复;
步骤九、后处理:对修复区域进行铣削、磨削、打磨、抛光或喷砂,使其表面质量达到叶片修复要求。
2.根据权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:所述修复方法还包括对叶片叶尖修复部分进行检测的步骤:使用工业CT、X射线照相、渗透检测、成形过程监控、超声检测等无损检测方法检测叶片叶尖修复部分是否存在缺陷。
3.根据权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:步骤二表面磨平采用以下任一方式:
a、将叶片及工装装夹好后再磨削;
b、先分别磨削叶片和工装后再装夹,使磨削后的叶片及工装的顶部处于同一平面。
4.根据权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:步骤三中通过测量叶片与工装、工装各部分之间的距离及角度数据来确定叶片、工装的相对位置。
5.根据权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:步骤三在工装装夹好叶片后但未安装在激光选区熔化设备或电子束选区熔化设备中时进行三维扫描,也可以在工装装夹好叶片后并且已经安装在设备中时进行三维扫描。
6.根据权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:步骤五利用步骤三中获得的叶片、工装间的相对位置,调整叶片、工装在软件的打印空间坐标系中的坐标,保持其的相对位置,并使工装在X、Y方向上与打印空间的基板平面对齐,使叶片叶尖顶部表面在Z方向上与打印空间的基板平面对齐。
7.一种铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复工装,实现权利要求1所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复方法,其特征在于:所述修复工装包含:包括基块(1)、基板底座(2)、螺栓(3)和锁紧块(4);
所述的基块(1)的高度与装卡后的叶片叶尖等高,固定于基板底座表面,两块基块夹角为90°直角放置;
所述的基板底座(2)的长、宽与激光选区熔化或电子束选区熔化设备成形舱横截面长、宽等同,基板底座(2)中均匀分布有与锁紧块(4)适配的下沉槽,同时在基板底座(2)设有与螺栓(3)和锁紧块(4)固定配合用的螺纹孔;
所述的螺栓(3)用于配合基板底座(2)和锁紧块(4)来夹紧和固定叶片;
所述的锁紧块(4)的高度与基板底座厚度等同,锁紧块中间设有与螺栓(3)配合的螺栓孔,用于夹紧和固定叶片的夹持工具。
8.根据权利要求7所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复工装,其特征在于:所述的基板底座(2)的厚度≥35mm。
9.根据权利要求7所述的铸造等轴晶高温合金涡轮转子叶片叶尖修复工装,其特征在于:所述的工装及其组件材料为304、316L不锈钢或GH3536高温合金金。
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112548106A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-03-26 | 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 | 超薄结构增材制造修复的方法 |
CN114309645A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-04-12 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种燃气轮机透平叶片的修复方法 |
CN114515837A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-20 | 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 | 一种单晶涡轮叶片叶尖的激光选区熔化修复方法 |
CN114686732A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-01 | 北航(四川)西部国际创新港科技有限公司 | 高温合金修复材料及制备方法、高温合金修复零件的增材再制造方法和再服役评价方法 |
WO2022189236A1 (de) * | 2021-03-11 | 2022-09-15 | Lufthansa Technik Ag | Additives reparatursystem |
CN115475962A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-16 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种用于增材成形及减材加工的一体化装置及设计方法 |
CN116061438A (zh) * | 2023-01-28 | 2023-05-05 | 四川大学 | 一种面向叶片3d打印修复的检测***与方法 |
DE102022118664A1 (de) | 2022-07-26 | 2024-02-01 | Lufthansa Technik Aktiengesellschaft | Bauplattform für additive Reparatur von Bauteilen und deren Verwendung |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104014799A (zh) * | 2013-02-28 | 2014-09-03 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于制造混合构件的方法 |
CN105358289A (zh) * | 2013-01-31 | 2016-02-24 | 西门子能源公司 | 超合金部件的局部修复 |
CN105618749A (zh) * | 2014-11-21 | 2016-06-01 | Slm方案集团股份公司 | 用于在同时修理多个部件的方法中使用的载架机构 |
US20180036949A1 (en) * | 2015-04-30 | 2018-02-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Misalignment detection for a 3d printing device |
CN109937387A (zh) * | 2012-11-08 | 2019-06-25 | Ddm***有限责任公司 | 金属部件的增材制造及维修 |
US20190366491A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | General Electric Company | Turbomachine repair using additive manufacturing |
CN111278588A (zh) * | 2017-10-27 | 2020-06-12 | 西门子股份公司 | 用于利用增材制造改型构件的方法 |
US20200238386A1 (en) * | 2019-01-30 | 2020-07-30 | General Electric Company | Tooling Assembly for Decreasing Powder Usage in a Powder Bed Additive Manufacturing Process |
CN111496463A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 对准构件用于粉末床增材制造修复过程的工具组件和方法 |
CN111497237A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 在工件上增材打印的工件-组件以及增材制造***和方法 |
CN111496250A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 在工件上进行增材打印的增材制造***和方法 |
CN111523198A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-11 | 通用电气公司 | 生成cad模型用于在工件上增材打印的增材制造***和方法 |
CN111531869A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-14 | 通用电气公司 | 用于在工件上进行增材打印的增材制造***和校准方法 |
-
2020
- 2020-09-02 CN CN202010912911.7A patent/CN112045186B/zh active Active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109937387A (zh) * | 2012-11-08 | 2019-06-25 | Ddm***有限责任公司 | 金属部件的增材制造及维修 |
CN105358289A (zh) * | 2013-01-31 | 2016-02-24 | 西门子能源公司 | 超合金部件的局部修复 |
CN104014799A (zh) * | 2013-02-28 | 2014-09-03 | 阿尔斯通技术有限公司 | 用于制造混合构件的方法 |
CN105618749A (zh) * | 2014-11-21 | 2016-06-01 | Slm方案集团股份公司 | 用于在同时修理多个部件的方法中使用的载架机构 |
US20180036949A1 (en) * | 2015-04-30 | 2018-02-08 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Misalignment detection for a 3d printing device |
CN111278588A (zh) * | 2017-10-27 | 2020-06-12 | 西门子股份公司 | 用于利用增材制造改型构件的方法 |
US20190366491A1 (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-05 | General Electric Company | Turbomachine repair using additive manufacturing |
US20200238386A1 (en) * | 2019-01-30 | 2020-07-30 | General Electric Company | Tooling Assembly for Decreasing Powder Usage in a Powder Bed Additive Manufacturing Process |
CN111496463A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 对准构件用于粉末床增材制造修复过程的工具组件和方法 |
CN111497237A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 在工件上增材打印的工件-组件以及增材制造***和方法 |
CN111496250A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 通用电气公司 | 在工件上进行增材打印的增材制造***和方法 |
CN111523198A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-11 | 通用电气公司 | 生成cad模型用于在工件上增材打印的增材制造***和方法 |
CN111531869A (zh) * | 2019-01-30 | 2020-08-14 | 通用电气公司 | 用于在工件上进行增材打印的增材制造***和校准方法 |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112548106A (zh) * | 2021-02-26 | 2021-03-26 | 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 | 超薄结构增材制造修复的方法 |
WO2022179205A1 (zh) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司 | 超薄结构增材制造修复的方法 |
WO2022189236A1 (de) * | 2021-03-11 | 2022-09-15 | Lufthansa Technik Ag | Additives reparatursystem |
CN114309645A (zh) * | 2021-12-13 | 2022-04-12 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种燃气轮机透平叶片的修复方法 |
CN114686732A (zh) * | 2022-04-19 | 2022-07-01 | 北航(四川)西部国际创新港科技有限公司 | 高温合金修复材料及制备方法、高温合金修复零件的增材再制造方法和再服役评价方法 |
CN114686732B (zh) * | 2022-04-19 | 2022-10-18 | 北航(四川)西部国际创新港科技有限公司 | 高温合金修复材料及制备方法、高温合金修复零件的增材再制造方法和再服役评价方法 |
CN114515837A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-20 | 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 | 一种单晶涡轮叶片叶尖的激光选区熔化修复方法 |
DE102022118664A1 (de) | 2022-07-26 | 2024-02-01 | Lufthansa Technik Aktiengesellschaft | Bauplattform für additive Reparatur von Bauteilen und deren Verwendung |
CN115475962A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-16 | 中国航发动力股份有限公司 | 一种用于增材成形及减材加工的一体化装置及设计方法 |
CN116061438A (zh) * | 2023-01-28 | 2023-05-05 | 四川大学 | 一种面向叶片3d打印修复的检测***与方法 |
CN116061438B (zh) * | 2023-01-28 | 2023-06-09 | 四川大学 | 一种面向叶片3d打印修复的检测***与方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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