CN107206482A - 钢泡沫和用于制造钢泡沫的方法 - Google Patents

Abstract

一种生产钢泡沫部件的方法，包括：提供模具，所述模具限定腔室。所述方法也包含将插入件定位在所述模具的腔室。所述插入件可被配置以在所述钢泡沫部件内形成大致均匀的孔隙图案，并且在某些情况下占据所述腔室的至少20％。所述方法还可以包含将钢水浇注进所述腔室，并将将钢水冷却成所述钢泡沫部件，并且从所述模具移除所述钢泡沫部件和所述插入件。还提供具有与所述插入件对应的内部形状的钢部件。

Description

钢泡沫和用于制造钢泡沫的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年12月19日提交的美国专利申请号14/576,367，和于2015年2月27日提交的美国临时专利申请号62/121,620的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及钢泡沫，更具体地，涉及钢泡沫和用于生产钢泡沫的方法。

背景技术

如果孔分布在金属中以占用金属的总体积的一定最小百分比，则该金属被认为是泡沫。与实心金属部件相比，将孔或空隙引入金属部件中通常会降低金属部件的密度和重量。与实心金属部件相比，金属泡沫部件也经常显示更高的板弯曲刚度。目前，商业金属泡沫部件通常限定于铝，尽管事实上，如果可以以合理的成本批量生产，钢泡沫部件将表现出许多优异的性能。

发明内容

本发明的实施例提供生产具有一致密度的钢泡沫部件的能力。另外，本发明的实施例提供生产具有可预测的机械性能的钢泡沫部件的能力。此外，本发明的实施例提供以工业规模生产钢泡沫部件的能力。

另一实施例提供生产梯度密度轻质钢泡沫的能力。又一实施例提供生产选择性可变密度轻质钢泡沫的能力。

本发明为利用钢的工程师提供了新的自由度：密度。钢应用中可能涵盖的设计空间可以随着密度变化而显著增长。除此之外，本发明为设计人员提供了新的机会以寻找合适的军事和海军应用，不仅用于能量吸收，而且用于防爆和弹道应用，以抵抗由于高强度和硬度引起的尖锐物体的冲击。

本发明的一些实施例提供生产钢泡沫部件的方法，其中，所述方法包括：提供模具，该模具限定腔室；将插入件定位在上述模具的腔室内,其中，上述插入件被配置以在上述钢泡沫部件内形成大致均匀的孔隙图案，并且插入件占据上述腔体的至少20％；将钢水浇注进上述腔室；将钢水冷却成上述钢泡沫部件；并从上述模具移除上述钢泡沫部件和上述插入件。

在一些实施例中，本发明提供的钢泡沫部件包括钢主体，主体具有多个孔，上述多个孔在整个所述主体中形成大致均匀的图案并且占据上述主体的至少百分之二十的体积。

本发明的一些实施例提供一种插入件，用于与模具一起使用以产生上述钢泡沫部件，其中，上述插入件包括：包含多个互连芯的3D-打印主体，上述3D-打印主体被配置为定位在上述模具内以形成具有小于实心钢部件的期望密度的钢泡沫部件。

本发明的其他方面通过考虑详细描述和附图而变得显而易见。

附图说明

图1是用于生产钢泡沫部件的系统示意图。

图2是用于与图1的系统一起使用的插入件的立体图。

图3是用于与图1的系统一起使用的另一插入件的立体图。

图4是用于与图1的系统一起使用的又一插入件的立体图。

图5是使用图3的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。

图6是使用图4的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。

图7是使用图5的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。

图8是描述使用图1的系统生产钢泡沫部件的方法的流程图。

图9是使用图2的插入件生产另一钢泡沫部件的立体图。

图10是图9的钢泡沫部件的剖视图。

具体实施方式

在详细说明本发明的实施例之前，应当理解，本发明在其应用上不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例，并且能够以各种方式被实践或被执行。

图1示出用于生产钢泡沫部件的系统10。该所示的系统10包含形成为两个半部，即下半部18(即，下型)和上半部22(即，上型)的三维模具14。模具14由木材或金属形成并填充有拖砂(drag sand)。下半部18和上半部22限定了内有模具14的拖砂的腔室34。腔室34形成为正在制造的钢泡沫部件的形状。半部18、22的至少一个也限定与腔室34连通的浇注开口38(例如，扇形浇口)。开口38允许钢水倒入腔室34。腔室34由上内表面42、下内表面46、和在上内表面42与下内表面46之间延伸的内周面50限定。

定位在浇注开口38内的是过滤器62。在一些实施例中，过滤器62能够由氧化铝组成。在其他实施例中，过滤器62能够由其他适合与钢水一起使用的材料组成。在所示的实施例中，过滤器62连结至模具14的上半部22。过滤器62被固定在浇注开口38内并且大致填充了浇注开口38的长度。

系统10也包含定位在模具14的腔室34中的至少一个芯撑66。每个芯撑66是由金属制成的较薄的垫片。芯撑66支承在模具的下内表面46之上的插入件78，使得插入件78与下表面46隔开(即，不直接接触)。

图2-4示出用于在图1的系统10中使用的插入件78a-c的实施例。在所示的实施例中，插入件78a-c是3D打印插入件(即，使用3D打印机形成的插入件)。在其他实施例中，插入件78a-c能够使用其他方式制造。例如，插入件78a-c可以被挤压、吹塑、模塑、铸造、组装(packed)、加工、雕刻、或以其他方式形成为所需的形状。用于创造插入件78a-c的过程可以是高度可重复的(如3D打印或挤压)，可以是随机的(如吹塑)，或可以是一次性过程(例如手工雕刻)。

另外，所述插入件78a由用化学粘合剂(例如树脂)粘合的砂组成，但是也能够由其他合适的材料组成。如本文所用，“砂”是指任何可流动的材料或介质，例如面包屑、谷物或颗粒。例如，砂可以是常规砂、铸造砂、动力砂、砂纤维混合物、砂粘土混合物、陶瓷、二氧化硅氧化铝、材料的组合等。砂是可承受铸造钢过程中的高温的介质，通过粘合剂黏合在一起，粘合剂在暴露于高温时缓慢燃烧。

尽管下面参考具体实施方案描述插入件78a-c，但是显而易见的是，也可以或替代地使用其他形状和尺寸的插入件。例如，通过使用3D打印机制造插入件78a-c，可以选择和设计插入件78a-c的几何构造以在钢部件的内部产生任何所需的孔型图案。此外，插入件78a-c的尺寸能够按需要缩放以匹配任何钢部件的尺寸。多个插入件也能够定位在单个模具腔室内以实现期望的几何形状和尺寸。

如图2所示，插入件78a包含多个互联芯82a。所示的芯82a为重复几何形状的形式。仅作为示例，互联芯82a布置成平行于水平轴线H布置的行84a。重复互联芯82a还布置于平行于垂直轴线V的列88a。水平轴线H和垂直轴线V用于便于参考附图对插入件78a-c的讨论，并不意图限制。

每个互联芯82a包含中央部分86a和从中央部分86a延伸的突起90a。所示的中央部分86a是球形的。在所示的实施例中，四个突起90a沿平行于水平轴线H或垂直轴线V的方向从每个中央部分86a延伸。如图所示，突起90a中的两个沿平行于水平轴线H在相反的方向延伸。而且，突起90a中的两个沿平行于垂直轴线V在相反的方向上延伸。与插入件78a的边缘相邻的突起90a还限定作为平坦表面94a的端部。每个芯82a还包含两个次级突起98a，这两个次级突起98a沿第三轴线T从中央部分86a在相反方向上延伸。第三轴线T垂直于水平轴线H和垂直轴线V。所示的次级突起98a通常小于突起90a。突起98a还用平坦表面102a限定端部。插入件78a还限定外围120a，其包含最末行84a(即，沿垂直轴线V的最高和最低行)和最末列88a(即，沿水平轴线H的最左边和最右边的行)。

虽然所示的中央部分86a为球形,但在其他实施例中，中央部分86a能够是非球形。例如，中央部分86a可以是正方形、六边形、八角形、圆形、球形、长圆形、足球等。或者，中央部分86a可以大致被忽略，使得突起90a、98a作为一系列管直接连接在一起。在一些实施例中，中央部分86a的形状可以在整个插入件78a中变化。

在图2中，所示的互联芯82a使用3D打印技术连接在一起。例如，沿外围120a的互联芯82a如果定位在插入件78a的角，则连结至两个其他互联芯82a，并且如果定位在沿插入件78a的外围120a的其他位置，则连结至三个其他互联芯82a。另外，定位在的外围120a中每个芯82a连接至四个其他芯82a。在其他实施例中，可以通过其他方式将芯82a互连(例如，芯82a可以以对角线、蜂窝状图案、双螺旋线、网状物等连接)来形成其他几何形状和非几何形状。

如图3所示，所示的插入件78b的互联芯82b包含大致球形的中央部分86b。而且，每个互联芯82b包含从中央部分86b延伸的六个尺寸相似的突起106b。突起106b被定向以使得两个突起106b沿垂直轴线V在相反方向上延伸，两个突起106b沿水平轴线H在相反方向上延伸，并且两个突起106b沿第三轴线线T在相反方向上延伸。每个突起106b限定平坦的端面112b。

互联芯82b形成平行于水平轴线H的多行84b。互联芯82b也形成布置成平行于垂直轴线V的多列88b。在所示的实施例中，插入件78b包含芯82b的16行84b和16列88b。而且，互联芯82b形成多层92b，每层形成互联芯82b的16行和16列。层92b布置成沿第三轴线T，第三轴线T垂直于垂直轴线V和水平轴线H。在所示的实施例中，插入件78b包含芯82b的两层92b，但也可能包含芯82b的三个或多层92b。

在图3中的互联芯82b使用3D打印技术连接在一起。例如，沿插入件78b的外围120b的互联芯82b如果定位在插入件78b的角，则连结至三个其他互联芯82b，或如果定位在沿插入件78b的外围120b的其他位置，则连结至四个其他互联芯82b。另外，定位在外围120b中的每个芯82b连接至五个其他芯82b。外围120b通过插入件78b的最末行84b和最末列88b限定。

如在图4中所示，插入件78c的互联芯82c包含中央部分86c和类似尺寸的具有平坦的端面112c的突起106c，类似于在图3中所示的互联芯82b。然而，图4的插入件78c，包含平行于水平轴线H的芯82c的八行84c，和平行于垂直轴线V的芯82c的八列88c。而且，互联芯82c形成芯82b的八层92c,每个层92c形成互联芯82c的八行或八列。层92c被布置成沿第三轴线T，第三轴线T垂直于垂直轴线V和水平轴线H。所示的插入件78c因此大致是立方体形状。

图5示出使用图2的插入件78a和图1的系统10制作的钢泡沫部件140a。所示的钢泡沫部件140a具有矩形棱柱形状的主体144a。部件140a包含大致正方形的第一面148a，大致正方形并定位在第一面148的对面的第二面152a，和在第一面148a与第二面152a之间延伸的外围边缘156a。如图所示，外围边缘156a是四边的。主体144a也包含多个孔174a，其可以沿外围边缘156a形成大致均匀的图案。孔174a是在钢泡沫部件140a中的空洞。

在图5中的孔174a每个具有类似的几何形状。类似的几何形状通常匹配图2的插入件78a的互联芯82a的形状。类似于多个互联芯82a的布置,多个孔174a的每一个连接至多个孔174a的至少另一个。孔174a也布置成一系列孔行176a和孔列180a，对应于插入件78a的行84a和列88a的数量。如图5中所示，孔行176a平行于水平轴线H。孔列180a平行于垂直轴线V。虽然孔174a的均匀性有优点，但是应当理解，在其他实施例中，芯尺寸、形状、和/或布置可根据特定应用和部件特性的需要而在这些方向的一个或多个上变化。例如，芯尺寸和/或形状可沿轴H、V、T的至少一个增加。孔174a的形状和/或尺寸可通过改变相应的插入件78a的形状和/或尺寸而变化。

如在图5中所示那样，孔174a通过钢泡沫部件140a的外围边缘156a连通。通过钢部件的外围边缘156a连通的多个孔174a的开口178a通常为图2的插入件78a的突起90a的尺寸。

在其他实施例中，多个孔174a不能与外围边缘156a连通，和/或能与第一和第二面148a、152a连通。例如，在图5中示出的实施例能够被修改为使得在第一面148a和/或第二面152a上具有开口178a。在这样的实施例中，通过第一和/或第二面148a、152a连通的多个孔174a的开口178a通常为图2的插入件78a的小突起98a的尺寸。如其他例子,在图5中示出的实施例能够被修改使得在外围边缘156a的一个或多个面上没有开口，例如通过消除在图2中示出的插入件78a的这样的边缘上的突起90a。

而且，在图4中示出的实施例能够被修改使得只有沿外围边缘156a的一个侧面有开口178a，或开口178a的仅一部分能够在一个或多个外围边缘156a的侧面上。在任一情况下，多个孔174a的至少一个孔174a构成为通过外围边缘156a或钢泡沫部件140a的第一和/或第二面148a、152a之一连通。

图6-7示出了分别使用图1的系统10和图3-4的插入件78b-c制造的钢泡沫部件140b-c。类似于分别在图3-4中的互联芯82b-c的均匀布置，每个钢泡沫部件140b-c包含具有均匀布置的多个孔174b-c的主体144b-c，具有被布置为平行于水平轴线H的孔174b-c的行176b-c和布置为平行于垂直轴线V的孔174b-c的列180b-c。孔174b-c还被布置在沿第三轴线T的孔层182b-c上。所示的实施例示出了在钢泡沫部件140b-c的外围120b-c上的孔174b-c的开口178b-c。开口178b-c也可以或替代地定位在部件140b-c上的其他位置。所示的开口178b-c通常与插入件78b-c的类似尺寸的突起106b-c的尺寸相同。

如上文参考图5讨论的，孔174b-c的其他布置可以在如图6-7所示的外围边缘156b-c和/或第一和第二面148b-c、152b-c中。而且，在如图5-7中示出的实施例的孔174a-c占据各主体的体积的至少20％。在一些实施例中，孔174a-c占据主体144a-c的体积的约20％与约60％之间。还有，在一些实施例中，孔174a-c占据主体144a-c的体积的约40％与约60％之间。在所示的实施例中，孔174a-c占据主体144a-c的体积的大约50％。在另外的实施例中，孔174a-c能够占据主体144a-c的超过60％的体积,至少部分地取决于插入件78a-c和的几何形状和钢泡沫部件140a-c的期望结构特性。

图8是描绘生产(例如铸造)钢泡沫部件140的方法的流程图。以下参考的钢泡沫部件140通常是指来自图2-4的钢泡沫部件140a-140c,其中，它们分别使用如图5-7所示的插入件78a-c利用铸造方法形成,尽管可以理解，以下讨论的方法同样适用于由本文所讨论的任何其它芯形状、芯尺寸和芯布置构成的插入件。

在步骤200，提供模具14(图1)。如上所述，模具14由共同限定腔室34的下半部18和上半部22制成。腔室34形成为具有期望的部件140的形状和尺寸。而且，模具14限定浇注开口38。首先，下半部18和上半部22被分离直到插入件78定位在腔室34中。

接着，在步骤204，插入件78定位在模具14的下半部18中。插入件78可以是如图2-4所示的3D打印插入件78a-c之一。或者，插入件78可以是具有与上述插入件78a-c不同的尺寸、形状、和/或几何结构的另一3D-打印插入件,和/或可以是以本文所述的任何其他方式产生的插入件。在插入件78定位在腔室34之后，模具14的上半部22连结至(例如，定位在下半部18的顶部上)下半部18。插入件78以大致均匀的图案填充腔室34的期望容积。如在图5-7中所示那样，通过插入件78填充的容积最终在钢泡沫部件140内形成孔174(即空隙)。如上所述，插入件78占据腔室34的容积的至少20％。在其他实施例中，插入件78占据腔室34的容积的约20％与约60％之间。在其他实施例中，插入件78占据不少于腔室34容积的约60％。

在一些实施例中，插入件78定位在腔室34中，使得插入件78从模具14的下内表面46和/或从模具14的上内表面42分隔开。一个或多个芯撑66，如在图1中所示，能够用于将插入件78从模具14的下内表面46隔开。使插入件78与上和/或下内表面42、46隔开，在腔室34中留出与上和/或下内表面42、46相邻的空容积，该空容积可以完全填充钢。此外，插入件78能定位在腔室34中，这样插入件78的至少一部分(例如，外围120)抵接内周面50。使得插入件78抵接内周面50，从而阻止钢完全填充与表面50相邻的容积。

将插入件78定位成使其从模具14的下内表面46隔开，(在铸造后)提供了具有连续的第一面(即，在第一面148上不具有任何开口178的实心表面)的钢泡沫部件140。将插入件78定位成使其从模具14的上内表面42隔开，(在铸造后)提供了具有连续的第二面(即，在第二面152上不具有任何开口178的实心表面)的钢泡沫部件140。将插入件78定位成使得其抵接模具14的内周面50，在钢泡沫部件140的外围边缘156制造开口178。在一些实施例中，插入件78也可以或者替代地从模具14的内周面50隔开，使得钢泡沫部件140的一个或多个外围边缘156是连续的。

在步骤208，氧化铝过滤器62定位在模具14的浇注开口38内。当最初制造模具14时，或者在插入件78定位后组装模具14时，过滤器62可被定位在开口38中。在一些实施例中，如果不需要过滤器，则可以省略此步骤。

在步骤212，钢水通过浇注开口38被浇注进模具14的腔室34。当钢水被浇注进腔室34时，钢水在插入件78与下内表面46、上内表面42，和内周面50之间填充腔室34。氧化铝过滤器62(如果存在)帮助控制浇注进腔室34中的钢水的速度，并且在钢冷却之前阻止钢水使插入件78变形或者压溃插入件78。

在步骤216，可以使用已知技术冷却钢水(例如，等待一段时间)。

在钢被冷却后，在步骤220，钢泡沫部件140可从模具14移除。在这个阶段，可以是3D-打印砂插入件78的插入件78已经分解为粉末或其他可流动的形式。粉末仍然保留在钢泡沫部件140中。因此，从具有钢泡沫部件140的模具14移除插入件78。

在步骤224，插入件78的粉末残留物从钢泡沫部件140被去除(即,移除)。在一些实施例中，粉末残留物可通过例如摇动部件140而经由开口178离开钢泡沫部件140。在其他实施例中，可以在钢泡沫部件140中钻出或切割新的洞，以便于从部件140中去除粉末，例如当钢泡沫部件没有设置供粉末离开的外部孔时，或者是否存在这样的孔的数量不足。一旦插入件78从部件140移除，多个孔174裸露(即，作为钢泡沫部件140中的空隙留下)。而且，钢泡沫部件140能够被加工以从钢泡沫部件140移除作为铸造工艺的副产品的多余的部分。例如，浇注开口38可能具有保持连接至所需部件的冷却的钢。这种多余的冷却钢可以使用已知的技术从部件140切除。

在步骤228，可以处理钢泡沫部件140以得到所需的物理特性。例如，部件140可以被加热处理至所需的硬度(例如，在100BHN与400BHN之间)。另外，部件可以通过常规焊接技术焊接至其他泡沫部件140以形成期望的结构。钢泡沫部件140也可以通过普通的金属加工技术加工。所得的钢泡沫部件140可包括基本强度变化的普通碳和低合金钢，强度例如从50ksi至150ksi。

虽然在图5-7中所示的钢泡沫部件是矩形棱柱，但也可以是其他形状。例如,也考虑了具有圆柱形、球形或其他几何形状和非几何形状的钢泡沫组件。而且，钢泡沫部件可以形成为几何形状的组合，或者可以包括几何形状和非几何形状的任何组合。在这种情况下，插入件和模具将相应地改变以产生钢泡沫部件的期望的形状和密度。

上述技术允许创造具有用于军事结构的防弹应用(例如，弹道板)、民用结构(例如，建筑物和桥)，海军应用等的钢泡沫部件。钢泡沫部件也具有能量吸收和抗爆性能的应用。钢泡沫部件也具有可控和均匀的密度。根据本文描述的方法制造的钢泡沫组件可以相对便宜地且以工业规模生产。与铝泡沫相比，钢泡沫具有更高的单位刚度、更高的硬度和更高的强度。钢泡沫与实心钢相比，结构优点包括重量的最小化、弯曲强度的最大化，增加的能量耗散和增加的机械阻尼。钢泡沫组件的其他应用包括活塞和螺旋桨等等。尤其是，在装备有用于碰撞保护的钢泡沫部件的车辆中，钢泡沫组件在更长的距离和更长的时间段上减震，从而限制了车辆乘员经历的速度变化。而且，钢泡沫部件的非结构优点包含较低的导热性、改进的声学性能、在钢泡沫部件内允许空气和流体输送，以及更好的电磁和辐射屏蔽性能。

图9和10说明了使用了图1的系统10和例如图2的插入件78a生产的另一钢泡沫部件140d。钢泡沫部件140d类似于参考图5描述的部件140a。然而，所示的部件140d具有梯度密度。即，部件140d包含实心的第一部分186d，具有孔174d的其后的第二部分190d。在所示的实施例中，梯度密度沿着部件的厚度t(即，沿着轴线T)实现。在其他实施例中，梯度密度也可以或替代地沿部件的另一维度(例如，沿轴线V和H的高度和/或宽度)实现。任何单一维度或维度的任何组合中的任何梯度密度是可能的，并且落在本发明的精神和范围内。继续参考图9和10的实施例，部分186d、190d的体积通常可以不相等或相等。在所示的实施例中，第二部分190d的体积大于第一部分186d的体积，仅作为示例。

在一些实施例中，梯度密度能够在部件140d的多于两个部分或层上形成。例如，部件140d可包含实心的第一部分，之后是具有孔的第二部分，随后是具有相同或不同尺寸的孔的较大密度的第三部分。在这样的实施例中，部件140d可以具有在多孔中心部分的一侧或两侧上的实心钢。或者，部件140d可包含实心的第一部分，随后是具有占据该部分的第一体积的多个孔的第二部分(例如，20％)，随后是具有占据该部分的第二体积的多个孔的第三部分(例如，40％)，等。通过孔占据的体积(和由此产生部分的密度)可能增加、减少、交替,或以任何方式沿部件140d的任何一个或多个维度变化。例如,梯度密度可跨越如在图9中所示的板的厚度存在，和/或横跨板的宽度或长度存在。如其他例子，梯度密度可存在于各种元件中，元件具有定位在板的一侧或端部上的孔，和定位在板的其余部分的不同密度的孔；具有定位在板的中间的孔，和在板的相对横向侧面上和/或板的相对纵向端部上的不同密度的孔；具有绕矩形或圆形板的边缘，或在矩形或圆形板的中心部分的孔，和板的平衡部分上的具有不同密度的孔；具有沿杆、轴、支柱或其他细长元件的一部分(例如，中央或端部)设置的孔，和沿这种部件的其余部分的不同密度的孔；具有定位在杆、轴、支柱或其他细长元件的外表面附近的孔和另外定位在这种部件的内部(或反之亦然)的不同密度的孔，等等。或者,具有选择性可变密度的钢泡沫部件可具有形成在第一部分中的第一图案以形成第一密度的孔，钢泡沫部件还具有形成在第二部分中的孔的第二图案，以形成不同于第一密度的第二密度。选择性可变密度也可以在钢泡沫部件的三个或更多不同部分中形成。

具有梯度密度的钢泡沫部件可用作军用车辆装甲镀层等。例如，钢泡沫部件可以根据军用规格MIL-PRF-32269制造，其用于穿孔均质钢盔甲。作为例子,12英寸乘12英寸乘1英寸的实心钢板的重量可以为40磅，其中磅/平方英尺(PSF)值为40。相反的，通过提供梯度密度，在图9-10中所示的钢泡沫部件140d具有28的PSF值。其他PSF值也可通过改变部件140d的梯度密度达到，这取决于部件140d的期望的应用和性能特征。

在另外的实施例中，钢泡沫部件能够以选择性可变密度制造。即，部件可以仅在部件的某些特定、预定部分中具有孔，并且部件的剩余部分可以是实心钢。例如，选择性可变密度可存在于各种元件中，这些元件具有定位在板的一侧或端部上的孔，而不具有定位在板的其余部分的孔；具有定位在板的中间的孔，而不具有在板的相对横向侧面上和/或板的相对纵向端部上的孔；具有绕矩形或圆形板的边缘，或在矩形或圆形板的中心部分的孔，而没有板的平衡部分上的孔；具有沿杆、轴、支柱或其他细长元件的一部分(例如，中央或端部)设置的孔，而没有沿这种部件的其余部分的孔；具有定位在杆、轴、支柱或其他细长元件的外表面附近的孔，而没有定位在这种部件的内部(或反之亦然)的不同密度的孔，等等。

在一些实施例中，具有不同“部分”的部件可以具有多孔的一个“部分”和作为实心钢的另一“部分”。例如，活塞典型地包含顶部(即,第一“部分”)和裙部(即，第二“部分”)。如果活塞形成为可选择性变化的钢泡沫部件，则顶部可以具有孔，而裙部可以是实心钢。其他多个“部分”部件也是可能的(例如，具有多孔叶片和实心钢轮毂的螺旋桨)。

根据本发明生产的钢泡沫可以采用与标准(即非泡沫)钢相似的方式使用。例如，使用传统焊接技术可焊接钢泡沫部件。另外，钢泡沫可以使用传统的机床工具加工。

虽然参考某些优选实施例详细描述了本发明，但在本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内存在变化和修改。

在所附的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (31)

1.一种生产钢泡沫部件的方法，所述方法包括：

提供模具，所述模具限定腔室；

将插入件定位在所述模具的所述腔室内，所述插入件被配置以在所述钢泡沫部件的至少一部分内形成大致均匀的孔隙图案，并占据所述腔体的至少20％；

将钢水浇注进所述腔室；

将钢水冷却成所述钢泡沫部件；并且

从所述模具移除所述钢泡沫部件和所述插入件。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

从所述钢泡沫部件移除所述插入件。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

移除所述插入件包含将所述插入件从所述钢泡沫部件中排出。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，

将所述插入件定位在所述腔室中包括将3D-打印插入件定位在所述腔室中。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，

所述3D-打印插入件由砂和化学粘合剂组成。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述插入件占据所述腔室的约百分之二十与约百分之六十之间的容积。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述模具包含限定所述腔室的上内表面和下内表面，并且其中，将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件从所述上内表面和所述下内表面的至少一个隔开。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，

将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件从上内

表面和所述下内表面隔开。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，

所述模具也包含在所述上内表面与所述下内表面之间延伸的内周面,并且其中，将所述插入件定位在所述腔室内包含将所述插入件定位在所述腔室中以抵接所述内周面的至少一部分。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括：

将芯撑定位在所述模具的所述下内表面上，其中，将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件定位在芯撑上以将所述插入件从所述下内表面隔开。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，

提供所述模具包含提供具有与所述腔室连通的开口的所述模具，并且其中，将所述钢水浇注进所述腔室中包含通过所述开口将所述钢水浇注进所述腔室中。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将过滤器定位在所述开口，并且其中，浇注所述钢水包含浇注所述钢水穿过所述过滤器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，

将所述过滤器定位包括将氧化铝过滤器定位在所述开口内。

14.一种钢泡沫部件，包括：

钢主体，其具有多个孔，所述多个孔在整个所述主体中形成大致均匀的图案并且占据所述主体的至少百分之二十的体积。

15.根据权利要求14所述的钢泡沫部件，其中，

所述多个孔的每一个具有类似的几何形状。

16.根据权利要求14所述的钢泡沫部件，其中，

所述多个孔的每一个与所述多个孔中的至少一个其他孔流体连通。

17.根据权利要求14所述的，其中，

所述多个孔占据所述主体的体积的约百分之二十至百分之六十之间。

18.根据权利要求14所述的钢泡沫部件，其中，

所述主体包含第一面和从所述第一面隔开的第二面，并且其中，所述第一面和所述第二面是连续钢。

19.根据权利要求18所述的钢泡沫部件，其中，

所述主体也包含在所述第一面与所述第二面之间延伸的外围边缘，并且其中，所述多个孔中的至少一个通过所述外围边缘连通。

20.根据权利要求14所述的钢泡沫部件，其中，

所述多个孔在所述主体内被布置成一系列行和列。

21.一种插入件，用于与模具一起使用以产生所述钢泡沫部件，所述插入件包括:

包含多个互连芯的3D-打印主体，所述3D-打印主体被配置为定位在所述模具内以形成具有小于实心钢部件的期望密度的钢泡沫部件。

22.根据权利要求21所述的插入件，其中，

所述3D-打印主体由砂和化学粘合剂组成。

23.根据权利要求21所述的插入件，其中，

所述多个互联芯包含多个重复几何形状。

24.根据权利要求21所述的插入件，其中，

所述多个互联芯布置成一系列行和列。

25.一种钢泡沫部件，包括：

钢主体，其包含第一部分和第二部分，所述第一部分具有第一密度，所述第二部分具有在所述主体中形成图案的多个孔，所述第二部分具有比所述第一密度小的第二密度。

26.根据权利要求25所述的钢泡沫部件，其中，

所述多个孔占据所述第二部分的体积的至少百分之二十。

27.根据权利要求26所述的钢泡沫部件，其中，

所述多个孔占据所述第二部分的体积的约百分之二十与约百分之六十之间。

28.根据权利要求25所述的钢泡沫部件，其中，

所述钢泡沫部件是板，并且其中，所述多个孔沿所述板的一个侧面布置。

29.根据权利要求28所述的钢泡沫部件，其中，

没有孔定位在所述板的其余部分。

30.根据权利要求25所述的钢泡沫部件，其中，

整个所述第二部分的图案通常是均匀的。

31.根据权利要求25所述的钢泡沫部件，其中，

所述第一部分是实心的。