CN108067622A - 使用增材制造的多材料功能部件 - Google Patents

Abstract

一种形成部件的方法，包括使用分层装置沉积粘结剂和第一材料的第一颗粒的连续层以建立第一未加工区段，使用所述分层装置沉积粘结剂和不同于第一材料的第二材料的第二颗粒的连续层以建立第二未加工区段，组装所述第一未加工区段和所述第二未加工区段以形成未加工部件，并且用金属渗透剂渗透所述未加工部件以形成所述部件。

Description

使用增材制造的多材料功能部件

交叉参照有关申请

本申请要求2016年11月17日提交的美国专利申请62/423,611的权益和优先权，其并入在此。

背景技术

各种部件被用于钻探地层，为了提高钻探效率，这些部件通常是针对将要遇到的特定类型的地层而设计和定制的。例如，油田工具可能经历恶劣的操作条件，并且工具部件因此可以实现多个功能，例如，抗腐蚀、磨损、重负荷和冲击。为此，工具可以具有由用于主承载功能的基体材料和用于耐磨损或耐腐蚀的辅助涂层制成的主体。

一些油田工具可能经由渗透过程形成。钻头，例如，可以被设计并且模具填充有由金属粘结剂渗透的基质或硬质颗粒粉末。马达部件、阀座和套筒可以被机加工以形成套筒主体，并且机加工的套筒可具有涂覆或处理(例如渗碳)的一个或多个外表面以提供给外表面提供与主体不同性质。

发明内容

在一个方面中，形成部件的方法包括使用分层装置来沉积粘结剂和第一材料的第一颗粒的连续层以建立第一未加工区段，使用分层装置沉积粘结剂和不同于第一材料的第二材料的第二颗粒以建立第二未加工区段，组装第一未加工区段和第二未加工区段以形成未加工部件，以及用金属渗透剂渗透所述未加工部件。

另一方面，方法包括使用计算机辅助设计程序设计至少两个区段的部件，通过用分层装置逐层沉积粘结剂和基质材料来分别建立每个区段，组装所述两个区段，以及用金属渗透剂渗透所述未加工部件。

另一方面，用于井下作业装备的部件包括具有分散在至少两种类型的基质材料颗粒的基质中的金属渗透剂的微结构，其中每种类型的基质材料颗粒位于所述部件的分离的区域中。互锁接口位于两个分离的区域之间。

附图说明

图1和图3-5是本公开的示例方法；

图2是示例的分层装置的示意图；

图6是示例性的未加工部件的横截面视图；

图7示出了根据本公开的示例部件；

图8示出了根据本公开形成的部件的微结构；

图9示出了根据本公开的部件；

图10和图11是本公开的示例性部件的顶视图和底视图；

图12示出了根据本公开的实施例的部件；

图13是根据本公开的涡轮驱动组件的分解透视图；

图14和15是根据本公开的搅拌器的横截面和透视图；

图16-19分别是根据本公开的磨损带、稳定器、分流器和泵的横截面视图；

图20是通过示例的可重复使用的滤筒的横向切割的示意性侧视图；

图21-23分别示出了根据本公开的喷嘴、阀和热交换器。

具体实施方式

本公开的实施例总体上涉及制造用于井下操作的部件的方法，其包括3D打印部件的分离区段并连接这些区段。部件的分离形成的区段可以通过将区段彼此相邻地定位以及将所述区段渗透成整件。

由共同渗透的区段形成的部件可以具有包括分散在整个至少两种类型的基质颗粒的基质中的金属渗透剂的微结构，其中每种类型的基质颗粒可以分成不同的区域。通过以逐层方式建立部件的区段，交替基质材料和粘结剂的层，组装所述区段，烧掉粘结剂以及渗透所组装的区段，可以提供单一的金属渗透剂穿过具有不同基质材料的多个区域的部件的微结构。

根据本公开内容，可以使用粘结剂喷射来形成区段。粘结剂喷射是通过将粉末状材料和粘结剂分层而建立物体的一种增材制造(“AM”)，其中粘结剂(例如有机或聚合物粘结剂)连结粉末状材料(基质材料颗粒)层以保持所述部件的形状。使用分层装置建立基质材料和粘结剂的交替层的其它AM技术可用于建立根据本公开的实施例。

合适的基质材料可以以粉末形式提供，并且可以包括金属、陶瓷或金属陶瓷的颗粒。例如，基质材料颗粒可以包括但不限于钢(例如碳工具钢或高速钢)，铸造钴合金，烧结碳化物(例如碳化钨，碳化钽，碳化钛)，碳氮化物，氧化铝，碳化硅和立方氮化硼。

合适的粘结剂材料可以包括酚类粘结剂，水基粘结剂和其它有机粘结剂。合适的金属渗透材料可以包括青铜合金，铜合金，镍基合金，钴合金及其组合。

图1示出根据本公开的实施例的制造部件的方法的示例。方法100包括通过使用分层装置来沉积第一粘结剂和第一材料的颗粒(例如，沉积粉末形式的第一材料)的连续层来从粘结剂和第一材料102建立第一未加工区段。方法100包括通过使用分层装置来沉积粘结剂和第二材料的颗粒的连续层(例如，沉积粉末形式的第二材料)。第二材料不同于第一材料。第一粘结剂和第二粘结剂可以是不同的或相同的。第一和第二未加工区段可以被组装以形成未加工部件106。

通过烧掉粘结剂，例如，通过在真空烘箱中将未加工部分加热至分解粘结剂的温度，可以从未加工部分/部件中除去粘结剂。在一些实施例中，粘结剂可以通过化学分解粘结剂从未加工部分除去。从未加工部件或区段除去的粘结剂可以在整个未加工部件中留下孔隙网络。然后可以用金属渗透剂108渗透未加工部件，其中金属渗透剂渗透通过由粘结剂除去建立的孔隙网络。金属渗透剂可包括铜，钴，钼，青铜或其合金，或可使基质材料颗粒熔合的任何合适的低熔融温度合金。

本公开的未加工区段可以通过使用分层装置沉积粘结剂和基质材料的层而形成。粘结剂和基质材料的层可以交替图案沉积，使得粘结剂层可以沉积在基质材料的夹层之间并且与该夹层粘结在一起。可以将这些层沉积在选定的区域中并且以选定的厚度沉积以建立最终区段的三维形状。

图2示出了适于形成未加工区段的分层装置的示例。所示的分层装置是粘结剂喷射器200，其具有用于供给粉末状的基质材料205的供给腔室202和用于从供给腔室接收所述材料205的建立腔室212。进料活塞206可定位在供给腔室202的底部下方，以推动粉末状的基质材料205向上供给和/或到建立腔室212。整平辊208可将一定量的粉末状基质材料205在建立腔室212中辊压成层。当多层的粉末状基质材料205被辊压到建立腔室212中时，基质材料的粉末床层的高度增加。因此，位于建立腔室212的底部下方的建立活塞216随着粉末床层被集聚而可以降低所述粉末床层，以使建立腔室中的粉末床层的顶部保持与供给腔室212中的粉末状基质材料205的顶部齐平。

在将一层粉末状基质材料205辊压到建立腔室212中之后，沉积装置220将来自粘结剂供给器230的粘结剂以一图案沉积在粉末状基质材料的沉积层上。该图案可以具有与正在建立的区段240的三维设计的横截面层相同的形状/设计。沉积的粘结剂可以将沉积的粉末状基质材料层粘结到区段240层中。随后的基质材料和粘结剂层可以以相似的方式沉积以建立区段240的三维形状。因此，辊208可以在建立腔室212中沉积一层为粉末形式的基质材料，并且粘结剂可以通过沉积装置220选择性地沉积在基质材料层之上，其中可重复基质材料层沉积和粘结剂沉积步骤直到建立三维部件。

粘结剂可以相对于沉积的基质材料以不同的量进行沉积。该不同的量可以作为粘结剂与基质材料的体积比进行测量。体积比可以贯穿未加工区段的高度和/或厚度(或垂直于所述高度的横截面面积)，例如通过在建立未加工区段期间沉积不同厚度的粘结剂和/或基质材料，而变化。

在一些实施例中，通过沉积两个或更多个交替层的具有第一厚度的基质材料和具有第一厚度的粘结剂材料，以及沉积具有不同厚度的至少一层的基质材料和/或粘结剂，来形成未加工区段。在一些实施例中，沉积在单层中的粘结剂的量可以贯穿单层而变化，例如，其中在单层的一部分中可以沉积相对较大量的粘结剂，并且可以在该单层的另一部分中沉积相对较小量的粘结剂。

粘结剂与基质材料的体积比可以在未加工部件的未加工区段之间变化。例如，第一未加工区段可以具有第一体积比的粘结剂与第一基质材料，以及第二未加工区段可以具有第二体积比的粘结剂与第二基质材料。第一和第二体积比可以是相同的或不同的。

变化在未加工区段和/或未加工部件内的粘结剂与基质材料的体积比可以改变粘结剂被除去(例如烧掉)之后通过基质材料形成的孔隙率。然后，可以将金属渗透剂渗透到该部分中并且至少部分地填充从除去的粘结剂残留的孔隙(例如高达孔隙率的约90％或约99％)。

通过将部件的未加工区段设计成具有与所设计的所述部件中的金属渗透剂与基质材料的体积比对应的、相对于基质材料的变化量的粘结剂，可以将部件或其一部分的微结构设计成具有变化体积比的金属渗透剂与基质材料。例如，部件的一区域可以具有贯穿该区域的变化体积比的金属渗透剂与基质材料，通过为形成所述部件的该区域的未加工区段提供相对于基质材料的变化量的粘结剂。部件的微结构可以被设计成具有在部件的第一区域中的相对高的体积比的金属渗透剂与基质材料和在所述部件的第二区域中的相对低的体积比的金属渗透剂与基质材料。为了建立具有所设计的微结构的所述部件，该部件的区段可以这样建立：通过将相对于基质材料的分层量的量的粘结剂分层，其中所述基质材料的分层量与要渗透到所述部件中的金属渗透剂的量对应，以使得金属渗透剂的量达到所述第一和第二区域中的金属渗透剂与基质材料的相对较高和相对较低的体积比。

本公开的部件可以使用计算机辅助设计(“CAD”)程序来设计。部件可以基于来自CAD程序的设计来建立。示例方法包括使用CAD程序来设计由至少两个区段形成的部件，使用分层装置逐层沉积粘结剂和基质材料以分别建立每个区段，组装至少两个区段以形成未加工部件，以及用金属渗透剂渗透未加工部件以形成所述部件。

图3示出了用于通过提供部件300的CAD模型302并且使用计算机辅助接口304确定分层装置的建立腔室或建立盒内的放置来制造部件300的AM过程的示例。所述部件的多个CAD模型(或区段的多个模型)可布置在建立腔室内以通过在相同的沉积过程期间完成多个部件或多个区段来提高AM过程的效率。部件300可由第一区段306(例如，外部区域)和第二区段308(例如内部区域)形成。CAD模型302的每个区段306，308可以被分成多个层316，318以为将要沉积的每个层创建详细的信息，由此允许分层装置320被编程以形成每个层。

AM过程包括基于CAD模型302建立第一和第二区段306，308。在图3中示出了用于建立第一区段306的沉积过程；然而，第二区段308可以以相同的方式建立。第一区段306的一层材料成分326被沉积在分层装置320的建立腔室中。根据CAD模型在所述建立腔室中的放置，粘结剂或粘附剂被施加到其中区段306将所在的建立腔室的具体区域。例如，基于在所述建立腔室中的放置的计算机辅助图案指示粘结剂或粘附剂所施加的位置。粘结剂或粘附剂施加到所述建立腔室的具体区域可以通过喷涂粘结剂或粘附剂来实现。例如，使用类似于喷墨印刷的技术，粘结剂材料被喷涂上并且结合其中要形成所述对象的建立腔室的位置中的颗粒。

在将粘结剂施加到颗粒层之后，将另一层材料成分326分散在分层装置320的建立腔室中，然后将另一层粘结剂或粘附剂施加到新的材料成分层的指定区域以形成第二层。可以使用已知的方法，例如将粉末送到将粉末散布在盒子中的臂的料斗，将颗粒层散布在建立腔室中。将材料成分分层，随后将粘结剂或粘附剂施加到指定区域可被重复，直到沉积形成第一区段306的每个层。然后可以从建立腔室收集或除去第一区段306用于进一步处理。从粉末床层(即，不包括粘结剂或粘附剂的粉末区域)获得的支撑允许悬突、底切和内部体积得以创建，并且提供孔或路径以使松散粉末逃逸。第二区段308可以使用相同或不同的分层装置，在建立第一区段306之前或之后，从CAD模型302建立。在通过相同的分层装置顺序建立两个或更多个不同的区段，进给基质材料或粘结剂中的一个或二者可以在建立之间变化。第一区段306和第二区段308也可以使用不同的分层装置同时制成。

图3中所示的部件是套筒，其中第一区段306和第二区段308形成套筒的相应外部和内部区域。第一区段306可以由第一粘结剂和第一基质材料326形成，并且第二区段308可以由第二粘结剂和第二基质材料形成。可选地，第一基质材料比第二基质材料更耐侵蚀，以使得成品部件300的外部区域具有更高的耐腐蚀性。第一粘结剂和第二粘结剂可以是相同的或不同的。

一旦建立了第一和第二区段306，308，就可以组装它们以形成未加工部件，如图4所示。然后，可以用金属渗透剂渗透所述未加工部件，以形成部件300。

形成部件的方法可选地包括热等静压所述部件，即使所述部件经受升高的温度和等静压力。在未加工部件渗透之后可以发生热等静压，以便减少内部空隙或微孔隙。热等静压可以包括将部件放置到高压容器或腔室中，以及加热和加压(例如用惰性气体)所述高压容器以使部件经受高温和等静压力。

部件的多个区段可以各自被设计为执行该部件的不同功能。仍参照图3和图4，第一区段306可被设计成具有比第二区段308相对更高的耐侵蚀性以便在部件的使用期间保护部件免受侵蚀，并且第二区段308可被设计成与第一区段相比具有相对较高的韧性，以便在使用期间为部件提供抗冲击性。第一区段306可包括具有比基质或其他材料更高的耐侵蚀性以形成第二区段308的基质材料。

形成部件的方法可包括使用CAD程序设计至少两个区段的CAD模型，使用分层装置逐层沉积粘结剂和基质材料以独立地建立每个区段，组装至少两段以形成未加工部件，以及用金属渗透剂渗透未加工部件。图5示出了用于形成部件的方法500的示例。方法500包括开发部件501的CAD模型。可以基于部件502中的功能性区域将CAD模型分成多个区段(例如，高侵蚀对高韧性)。

然后可以使用AM过程503来建立来自CAD模型的区段。例如，计算系统上的CAD程序与分层装置之间的接口可以包括处理器，用于接收来自CAD程序的指令并且发送信号到分层装置的马达系统以移动沉积部件(例如，用于沉积基质材料的整平辊或分配臂，或用于沉积粘结剂的打印头)，到用于升高和降低分层装置的供应和/或建立腔室的活塞，和/或到根据从CAD程序接收到的指令分配一定量的粘结剂的泵送系统或浇口。可将交替层的基质材料和粘结剂沉积在分层装置的建立腔室中以从CAD模型建立所述区段的三维几何形状。

然后基于部件的CAD模型通过粘结剂喷射或其他AM工艺建立的未加工区段可以被组装，以形成未加工部件504。未加工部件可以放置在炉中并被加热以烧掉粘结剂并且用金属渗透剂506渗透所述未加工部件。渗透温度可以是足以使基质材料和/或金属渗透融合在一起的温度。另外，在一些实施例中，在加热过程中也可施加压力以使基质材料熔融并减少或除去孔隙率。

未加工部件可以是具有多个未加工区段的未加工钻头，所述未加工区段被组装以形成未加工钻头。未加工钻头的第一未加工区段可以包括钻头的刀片，其可以通过粘结剂喷射第一碳化钨基质材料与粘结剂而形成。未加工钻头的第二未加工区段可以包括钻头主体的至少一部分，其通过粘结剂喷射第二碳化钨基质材料与粘结剂而形成。具有刀片的第一未加工区段可以连接到主体第二未加工区段(例如，通过榫舌和凹槽，互锁或其他连接)以形成未加工钻头。在一些实施例中，第三未加工区段可以形成未加工钻头主体的内部部分，其中内部未加工主体区段可以在主体第二未加工区段内组装以形成未加工钻头。形成未加工钻头主体的内部部分的第三未加工区段可以通过粘结剂喷射钢基质材料与粘结剂而形成。

未加工钻头可以放置在真空炉内，在真空炉底部具有金属渗透剂。一个或多个高跷可以从未加工部件延伸到金属渗透剂。当炉内温度达到渗透温度时，高跷可吸入金属渗透剂通过高跷并进入未加工部件中，从而用金属渗透剂渗透所述未加工部件。用于形成未加工部件的粘结剂量决定了在粘结剂烧掉后残留在未加工部件中的空隙，其可以在渗透期间至少部分地填充金属渗透剂。例如，通过未加工部件的粘结剂含量可以选择性地在未加工部件内变化，以使渗透剂与基质材料体积比相适应。此外，渗透期间提供的渗透剂的量决定了剩余在未加工部件中的空隙有多少填充有金属渗透剂。

未加工钻头中的粘结剂可以至少部分地被去除，并且铜基渗透剂可以渗透通过可以包括碳化钨或其它碳化物材料的剩余基质材料以形成碳化钨和铜基钻头。其他钻头可以使用其他基质材料(例如，其它过渡金属碳化物，氮化硼和/或钢)和/或不同的金属渗透剂(例如铁基)来形成。

未加工区段可选地被组装以通过对齐未加工区段的配合的非平面外表面并对接该非平面表面来形成未加工部件。在这样的实施例中，由AM工艺形成的未加工区段可以包括非平面对接表面，其可以具有互锁特征。具有沿着外表面形成的互锁特征的区段可以与相邻区段的非平面外表面对接并互锁。在相邻区段的对接表面之间形成的闭锁特征可以允许相邻的区段相对于彼此保留在固定位置，当组装的区段被渗透时。在未加工区段的分界表面处的闭锁特征可以具有各种互锁几何形状，包括但不限于螺纹、交替凹槽、穹形齿(castellation)、拼图形状等。

图6示出了由三个区段710，720，730组装的未加工部件700，其中对接表面740在相邻的区段之间。对接表面740具有带配合几何形状的互锁特征742，744。例如，互锁特征包括突起742和凹口其中突起742可以插入并装配在对应的凹口744内。互锁特征742，744可以限制组装的相邻区段之间的相对移动。

一旦区段710，720，730被组装成未加工部件，则未加工部件可被加热以烧掉粘结剂并用金属渗透剂渗透所述未加工部件。图7示出了由渗透组装的区段710，720，730形成的部件，其是用于井下钻探的轴向脉冲发生器700。

每个区段710，720，730可选地使用不同的基质材料形成，以便为不同的功能提供不同的材料属性。例如，第一区段710可以使用耐磨或硬质材料作为基质材料来形成以抵抗流体在轴向脉冲发生器中的侵蚀，可以使用金属材料作为基质材料来形成第二区段720以提供强度，并且第三区段730可以使用韧性材料形成，该材料可以是基质或非基质锻造的或者铸造的材料以提供抗冲击性使之免受由于流动脉动引起的冲击。整个部件800可以具有通过区段710，720，730的不同基质材料的单一金属渗透剂材料。

轴向脉冲发生器可以包括具有金属渗透剂和第一类型的基质材料颗粒的第一区域，邻近第一区域的、具有金属渗透剂和第二类型的基质材料颗粒的第二区域，以及邻近第二区域的、具有金属渗透剂和第三类型的基质材料颗粒的第三区域。第三类型的基质材料颗粒可以具有比第一和第二类型的基质材料颗粒更大的韧性，并且第一类型的基质材料颗粒可以具有比第二和第三类型的基质材料颗粒更大的耐侵蚀性。

在井下作业中有用的其它部件可以通过用不同的基质材料粘结剂喷射部件的不同区段并且在它们组装成未加工部件之后渗透所述区段来形成。通过使用不同基质材料渗透由增材制造工艺形成的组装的未加工区段而形成的部件可以具有由不同基质材料提供的不同性能的区域。

在本公开中，用于井下作业装备的部件可以包括具有分散在至少两种类型的基质材料颗粒的基质中的金属渗透剂的微结构，其中每种类型的基质材料颗粒位于所述部件的分离的区域/区段。具有与其余区域不同的基质材料颗粒的部件的区域可以形成例如部件的体积的至少5％，至少15％，至少50％或至少95％。可选地，至少一个互锁接口位于两个分离的区域之间。

图8示出了通过使用基质材料和粘结剂(其中使用不同的基质材料来形成不同的区段)而粘结剂喷射至少两个未加工区段、装配未加工区段、烧掉粘结剂以及用金属渗透剂渗透而形成的示例部件的微结构。所得到的微结构900包括基质材料颗粒910和遍及基质材料颗粒910提供的金属渗透剂920。在所示的部分中，基质材料颗粒910是钢颗粒，金属渗透剂920是青铜的。所述部件的其他部分(或其他实施例)可以包括其他类型的基质材料颗粒和/或其他类型的金属渗透剂。

基质材料颗粒910是球形颗粒。球形基质材料颗粒的受控形状/尺寸允许它们更容易地沉积到受控厚度的层中。此外，尽管一些球形基质材料颗粒910可以在渗透期间熔合或结合时，颗粒910可以在相邻颗粒之间的结合点周围基本上保持其球形。在其它实施例中，可以在AM工艺中使用圆形基质材料颗粒以形成部件的一个或多个区段。非规则的、角形的或其他非球形颗粒可以用于某些AM工艺中以形成部件的其它区段。

基于在所使用的AM工艺期间使用的粘结剂的量，微结构900具有在基质材料颗粒910之间的平均自由程，并且可以改变沉积的粘结剂的量以改变所得到的渗透的微结构中的基质材料颗粒之间的平均自由程。例如，用于形成区段的粘结剂的量可以通过区段的至少一部分而变化，使得所得到的渗透区段中的基质材料颗粒之间的平均自由程可以贯穿区段变化。在一些实施例中，基质材料颗粒之间的平均自由程可以在部件的两个单独区域中是不同的。例如，基质材料颗粒之间的相对较高的平均自由程可以提供在部件的第一区域中(例如，以向部件的第一区域提供增加的韧性)以及基质材料颗粒之间的相对较低的平均自由程可以提供在第二区域中(例如，以向部件的第二区域提供增加的硬度)。

在本公开的增材制造工艺(例如，粘结剂喷射)中使用的基质材料颗粒可以具有均匀的颗粒尺寸(例如，基质材料颗粒具有在中值颗粒尺寸的约±2％内的颗粒尺寸)，其可以允许更受控制的层厚度。在一些实施例中，基质材料颗粒可具有中值颗粒尺寸的约±5％，±15％或±25％的颗粒尺寸分布。

图9示出了包括钻头主体402和多个向外延伸的刀片404的钻头400。包括刀片404和主体402的一部分的钻头头部区域410可以由耐磨损和耐侵蚀的基质材料(例如，碳化钨)形成。包括围绕钻头400的螺纹连接的区域的螺纹区域420可以由韧性且坚固的基质材料(例如，高强度钢)形成。单个类型的金属渗透剂可以通过耐磨损和耐侵蚀的基质材料分散在钻头头部区域410中并且通过韧性且坚固的基质材料分散在螺纹区域420中。

渗透单一渗透剂的两种不同类型的基质材料(在不同的区域中)的组合可以为钻头的不同区域提供不同的性质，而单一的渗透剂类型可以将不同的区域集成在一起。例如，由过渡金属碳化物和铜基渗透剂制成的钻头头部区域可以结合到由渗透相同渗透剂的高强度钢制成的螺纹区域。

在形成未加工钻头部件的AM过程期间，切割器凹部406可形成在刀片404中。切割器凹部也可加工成由AM工艺形成的部件。切割元件(例如，多晶金刚石切割器)可被钎焊在切割器凹部406内。

至少一个切割元件可以在渗透所述未加工部件之前被放置到未加工部件中。在这样的实施例中，金属渗透剂可以渗透贯穿所述未加工部件并进入切割元件中，使得金属渗透剂将切割元件粘结到所述部件。可以由熔化温度大于金属渗透剂的熔化温度或者大于用于渗透未加工部件的渗透温度的材料形成。例如，切割镶片可以由金刚石、立方氮化硼、其他陶瓷材料、碳化钨和/或高熔化温度金属形成。

图10和11是另一个示例性部件的顶视图和底视图。该部件是耐磨垫800，其包括在其中具有切割元件或镶片804的基质材料基部802。基部802可以包括围绕镶片804夹持以保持镶片804就位的两个区段。如图所示，镶片804夹在基部802的区段之间，使得镶片804的暴露表面与基部802的顶部外表面基本平齐。在一些实施例中，镶片可以从顶部外表面突出或凹入该顶部外表面内。

基部802可以使用将基质和粘结剂材料分层以形成三维形状的AM工艺制成。当基部802处于其未加工状态(渗透之前)时，镶片804可以放置在基部802内。基部802区段可以由碳化钨基质材料形成，并且镶片804可以由金刚石形成。其他实施例可以包括由其他碳化物或耐磨基质材料形成的耐磨垫基部和/或由其他超硬材料(例如，立方氮化硼)形成的镶片。组装的未加工部件和镶片可以用金属渗透剂(例如低温合金，如铜或钴基合金)渗透。金属渗透剂可以通过基部802区段和镶片804渗透，从而熔化基部区段和镶片804。

耐磨垫800还包括从基部802的底部外表面801突出的活塞806。活塞806可用于将耐磨垫800起动或结合到用于井下钻探操作的另一部件。活塞806可以由诸如不锈钢的钢形成。活塞806可以在未加工部件渗透期间结合到基部802。因此，活塞806可以使用将钢基质材料和粘结剂分层的AM工艺形成，并且在渗透之前插入到未加工基部区段中的空腔中。在渗透期间，金属渗透剂渗透所述基部区段、镶片和活塞区段以将这些区段中的每个结合到整体的耐磨垫部件800中。在一些实施例中，通过机械加工钢成活塞形状而形成的主体可以在渗透之前被放置在未加工基部区段中的空腔中。未加工基部和镶片组件的渗透可以将机械加工的活塞结合到位。在一些实施例中，部件的其他附加的预成形区段可以在渗透之后钎焊/结合到部件。

图12示出了具有主体1202和从主体1202向外延伸的刀片1204的部件1200的另一示例。该部件在当构造成相对于静止壳体可旋转时可用作转子，或者当构造成相对于可旋转的壳体是静止时可用作定子。主体1202可以由第一类型的基质材料和金属渗透剂形成，并且刀片1204可以由与主体1202相同的第二类型的基质材料和相同的金属渗透剂形成。第一类型的基质材料可以是韧性且坚固的材料，例如高强度不锈钢，并且第二类型的基质材料可以是耐磨损和耐侵蚀材料，例如碳化钨。相同的金属渗透材料贯穿主体1202和刀片1204的整体分散可以在主体1202和刀片1204之间提供更加粘性的和整体形成的结合。

可以根据本公开的实施例形成用于井下作业装备的其他部件，例如，其中部件的两个或更多个未加工区段可以使用AM工艺来建立，并且两个或更多个未加工区段被渗透单一金属渗透剂材料。例如，通过粘结剂喷射未加工部件的多个未加工区段并共同渗透未加工区段以形成所述部件而形成的部件可以包括但不限于旋转和非旋转部件，例如钻头，轴承，衬套，止推垫圈，涡轮机，切割器，取芯钻头，转子，定子，搅拌器，混合器，齿轮，凸轮，泵级，轴，套筒，磨损带，衬垫，稳定器，扶正器，轴环，紧固件(例如螺母和螺栓)螺纹环，阀座，镶片，密封件(例如密封面)，抽油杆，夹头，锚固件，心轴，壳体，管件，保护器，连接器，套圈，销，喷嘴，筛网，过滤器和热交换器。

图13示出了涡轮机驱动组件1300的示例，该涡轮机驱动组件1300包括具有多级涡轮刀片1314的转子1304，以及用于与转子1304连接的定子1306。定子1306可以由围绕转子1304定位的两个定子部件1308，1310形成。组装的转子和定子可以放置在壳体1312内，壳体1312可以构造成保持定子1306静止和/或限制壳体和定子之间的相对旋转。形成涡轮机驱动组件(例如，转子，定子和/或壳体)的一个或多个部件可以通过粘结剂喷射所述部件的多个未加工区段来形成，其中每个未加工区段可以由不同的基质材料形成以向完成的部件提供不同的材料特性。例如，转子的刀片和主体可以由刀片和主体的分离的未加工区段形成。未加工区段可以用金属渗透剂渗透以形成成品的转子部件。

定子1306可通过渗透由不同基质材料粘结剂喷射的定子的多个未加工区段而形成。例如，定子1306可包括外壁1324和内环1320，其中周向间隔开的叶片1316的级定位在沿着定子1306的纵向长度的不同轴向位置处，并且在内环1320和外壁1324之间延伸。外壁1324和间隔开的导叶1316的未加工区段可以通过粘结剂喷射第一基质材料和粘结剂而形成，并且内环1320的分离的未加工区段可以通过粘结剂喷射第二基质材料和粘结剂而形成，其中第二基质材料不同于第一基质材料。第二基质材料可以具有比第一基质材料更大的摩擦系数，和/或第一基质材料可以具有比第二基质材料更高的耐磨性。根据本公开的实施例，通过粘结剂喷射不同基质材料形成的未加工区段部分的其他组合可用来形成定子。

导叶1316的每组或每级或者一些组或一些级可选地被构造为重新引导流体(诸如钻井流体)的流动以与转子604的涡轮机叶片1314一起使用。例如，导叶1316的上级可将来自轴流的流体重新引导到撞击涡轮机叶片1314的最上级的横向流。在接触最上级的涡轮机叶片1314之后，流体可流入定子1306内的导叶1316的第二级中，其将所述流重定向以横向接触涡轮机叶片1314的第二级。该过程可以通过定子1306的导叶1316的每个连续级以及通过转子1304的涡轮机叶片1314的每个连续级而重复。在涡轮机叶片1314的最后级之后的导叶1316的最后的最下级可以被省略，或者可以被提供以重新引导流体流动。例如，导叶1316的最后级可以重新引导流体以纵向流动并且大致平行于涡轮机驱动器1300的纵向轴线。

当流体抵靠涡轮机叶片1314流动时，流体可引起转子1304旋转。涡轮机叶片1314的每个连续级可在旋转转子1304时提供额外的功率或扭矩。其中，转子1304与轴1302成整体，永久地联接到轴1302，或者压靠轴1302，轴1302也可以旋转。轴1302可以与其他涡轮机驱动器1300的连续轴一起旋转和/或联接到BHA的驱动轴。当联接到BHA的驱动轴时，旋转轴1302可以供应动力以旋转钻头，铰刀或BHA的其他旋转切割器。旋转轴和转子的主体可以由轴和主体的分离的未加工区段形成(使用不同的基质材料粘结剂喷射以形成每个未加工区段)，其中未加工轴区段和未加工主体区段可以通过单一金属渗透剂一起组装和渗透以形成整体的轴和转子部件。

转子1304和轴1302可以相对于定子1306旋转，定子1306可选地相对于BHA的壳体、主体或其他部件保持相对静止。定子1306可以至少部分地使用壳体1312保持静止。壳体1312被示出为可以围绕定子1306的外壁1324延伸的套筒。在一些实施例中，机械紧固件例如在壳体1312的内表面上的突片1326以及在定子1306的外表面上的槽1322或者在壳体1312的内表面上的相应的突片1324可以用于将定子1306联接到壳体1312并且如果不防止的话，限制它们之间的相对旋转。其他类型的连接器、紧固件等也可以使用。

图14和15示出了可以根据本公开的方法形成的搅拌器部件的示例。图14是包括用于接收和容纳固体颗粒(例如沙)的料斗1410和用于将固体颗粒与流体混合的混合腔室的混合器1400部件的截面图。料斗1410安装在搅拌器外壳1411的围绕所述混合腔室的顶侧上。所述料斗装配在开口1412上，该开口1412提供用于使沙子或其它固体颗粒落入混合器的混合腔室的入口“眼”。

驱动轴1413定位在料斗1410内部，使得轴的底部延伸穿过入口眼1412并进入外壳1411。用于驱动所述轴的马达1414安装在轴的顶端处。马达可以通过支撑杆1415连接到外壳1411的顶盖，以为马达和驱动轴提供悬挂装置。搅拌器装备的混合器元件可以包括抛油环构件1416和叶轮构件1417。叶轮构件1417通过螺栓紧固件1418固定到驱动轴1413的底端。

另外，抛油环构件可以在其中具有中心开口(未示出)，该中心开口允许其装配在螺栓紧固件1418上方的驱动轴的锥形端部上。抛油环1416可以具有环形构造，包括凹表面，其面向外壳1411的顶部。叶轮1417可以具有涡流构造，具有朝向外壳底部的凹表面。这些设计特征可以增强固体与流体成分的充分混合。抛油环1416的表面可以被若干直立的刀片构件中断，其中每个刀片的内侧边缘可以具有与入口眼1412的周边大致对齐的竖直边缘。

搅拌器装备的底部由包封抛油环1416和叶轮1417的外壳1420限定。外壳1420包括出口端口1421，用于从外壳排出材料。入口导管1422的一端被连接到外壳1420中，并且该导管的相反端被连接到用于流体成分(例如凝胶成分)的源中。在混合操作期间，流体成分通过入口导管1422和外壳的底部处的吸眼入口1423被吸入到外壳1420中。

在一些实施例中，不是通过螺栓紧固件将叶轮构件附接到驱动轴，而是叶轮构件和驱动轴可由如在此论述的至少两个分离的未加工区段形成，其被组装，除去了粘结剂，然后用金属渗透剂渗透以形成整体叶轮和驱动轴部件。抛油环构件1416和叶轮构件1417可以由分离的未加工区段形成，每个未加工区段通过用粘结剂来粘结剂喷射不同的基质材料而形成，其中分离的未加工构件与去除的粘结剂组装在一起，然后根据本公开的实施例用单一金属渗透剂渗透以形成整体抛油环构件和叶轮构件部件。

根据本公开的实施例，可以形成混合器的不同区域的其他组合。不同区域的组合可以在可以另外与紧固件附接的区域之间进行选择，其中整体渗透这些区域可以提供更结实的多能部件，与使用紧固件附接相比。例如，如上所述，使用根据本公开的实施例的粘结剂喷射和渗透方法，叶轮构件和抛油环构件可被整体地渗透，以提供更结实的抛油环和叶轮部件，与用螺栓或其他紧固件附接的分离的抛油环和叶轮部件相比。

在一些实施例中，根据本公开的被粘结剂喷射和渗透的不同区域的组合可以在受到不同操作环境的单个部件的区域之间进行选择。例如，驱动轴1413可以具有经受料斗1410中的侵蚀的第一区域和受到在驱动轴和抛油环构件1416之间的连接处的扭矩的第二区域。驱动轴1413的第一区域和第二区域可以通过这样形成：粘结剂喷射不同的基质材料未加工区段、将不同的未加工区段组装、除去粘结剂以及渗透所述未加工区段以形成在不同区域具有不同材料特性的整体驱动轴部件，以更好地处理不同的操作条件。

图15是根据本公开的实施例的另一类型的搅拌器1500部件的透视图，其中搅拌器1500可以包括进料入口1572，流体入口1570，混合腔室1566以及用于旋转驱动轴1562以在混合腔室中混合进料和流体混合物的马达1560。至少两个不同的区域可以通过粘结剂喷射至少两个不同的未加工区段而形成，每个区段由不同的基质材料形成，并且用单一金属渗透剂共同地渗透所述未加工区段。

图16示出了另一部件的示例，并且包括根据在此公开的方法制成的用于围绕钻管进行定位的磨损带1620。金属环或轴承1618可以设置在上钻铤1626和下钻铤1627之间以便于它们之间的接触。内套筒1619也可以沿着配合的钻铤的内表面设置，这可以提供附加的保护层。内部模制绝缘层1610可以沿着钻铤的内表面设置在通道1601内部。外部模制绝缘层1611可以围绕钻铤的外表面设置。在一些实施例中，内部和外部模制绝缘层被模制到钻铤的表面以提供液压密封。由于钻铤1626和1627位于绝缘层1610和1611之间，围绕钻铤产生密封。绝缘层1610和1611可以由适于提供液压密封的弹性体或橡胶和非导电材料制成。材料可以是可模制的，以使得它可以符合相邻部件(例如，心轴或钻铤)的形状。可以使用的橡胶的例子是腈橡胶。

保护层1612可以设置在外绝缘层1611周围。在一些实施例中，保护层和/或外绝缘层可以延伸穿过钻铤1626和1627，以提供围绕它们之间的接头的保护密封。保护层1612可以是沿上钻铤1626和下钻铤1627延伸并围绕绝缘层1611的套筒。保护层可以是提供硬化表面以保护下面的绝缘层的非导电材料。

磨损带1620围绕钻铤1626和1627定位，并且可以或可以不与层1612重叠。磨损带1620可以包括由适于接收井下施加的力的主要冲击的磨损带外表面处的硬化金属区段形成的区域，以及由磨损带内部处的相对较韧性的区段形成的区域。在一些实施例中，磨损带1600提供升高的接触表面或间隔(standoff)以进一步保护井下单元的外表面。这可以提供钻井工具在其穿过井眼时的初始接触点。

硬化的金属区段和相对较韧性的区段可以通过在此所述的粘结剂喷射方法形成。未加工区段可以被组装并且并且去除粘结剂以形成未加工磨损带部件。然后，未加工磨损带部件可以用金属渗透剂渗透以形成磨损带部件。

图17示出根据本公开的方法形成的稳定器1700部件的横截面图，其中至少两个未加工区段被粘结剂喷射并渗透以形成稳定器1700。稳定器1700包括细长的套筒主体1702，其具有多个向外定向的叶片1704。叶片1704的最外表面区域1706可以由表面层未加工区段形成，并且叶片和主体可以由将叶片和主体形成在一起的单个未加工区段形成，或者可以由分离的叶片和主体未加工区段形成，其中分离的未加工区段由不同的基质材料形成。分离的未加工区段可被组装，去除粘结剂，并且用单一渗透剂渗透以形成稳定器1700。

图18示出了部件的另一示例，并且包括通过渗透至少两个由不同基质材料制成的粘结剂喷射的未加工区段而形成的分流器1800。图18所示的分流器1800包括主体1802，主体1802沿纵向轴线L伸长或延伸并形成在驱动轴1806的管状壁1808中。分流器1800可包括多个孔1804，用于将钻井流体的流A，B从系统的上游部分分流到系统的轴承部分。主体1802可以具有适合于钻井条件、整个钻井系统和驱动轴1806的扭矩要求的任何形状和尺寸。其他分流器类型和构造可根据本公开的方法形成。

图19示出了根据本公开的实施例形成的泵1901，其中从不同基质材料粘结剂喷射的多个未加工区段被渗透以形成泵1901。图19所示的泵1901是正排量泵，其可以采用阀门致动引导组件1900。然而，根据本公开的实施例可以形成其他类型的泵。

泵1901可以包括联接到柱塞壳体1980的曲轴壳体，柱塞壳体1980又联接到腔室壳体。泵部件可以容纳在滑架上以增强移动性，例如用于放置在油田处。然而，在其它实施例中，可以使用泵车或较少可动的泵构造。另外，泵1901可以是如所描绘的常规三缸构造。然而，也可以采用其他正排量泵构造。泵1901的腔室壳体可以构造有阀门(1950，1955)以吸入、加压和分配操作流体。还可以提供阀致动引导组件1900，其联接到腔室壳体。引导组件1900可以被构造为辅助阀门(例如1950)控制或调节流体相对于腔室壳体的流入和流出。由引导组件1900提供的该阀门辅助可以使运行期间的泵损坏最小化并提高泵1901的整体效率。

引导组件1900的阀门致动引导件可构造成辅助致动腔室壳体的阀门1955。阀门致动引导件可机械地联接到腔室壳体的吸入阀门1955。在一些实施例中，阀门致动引导件可类似地联接到壳体的排放阀1950或未示出的其它阀门。此外，阀门致动引导件可以是曲柄驱动构造。然而，在其他实施例中，可以采用液压、电磁或其他阀门致动辅助。

泵1901可以设置有柱塞1990，该柱塞在柱塞壳体1980内朝向和远离能承受压力的腔室1935往复运动。以此方式，柱塞1990在腔室1935上实现高压和低压。例如，随着柱塞1990从腔室1935退回，其中的压力将降低。当腔室1935内的压力降低时，排出阀1950可以关闭使腔室1935返回到密封状态。当柱塞1990继续从腔室1935移开时，其中的压力将继续下降，并且最终在腔室1935内开始出现降低的压力。

阀门致动引导件可用于确保吸入阀1955升高，以便允许操作流体的供给部1945与腔室1935之间的连通路径1909。因此，可实现操作流体的吸取而不仅依靠低压力克服抽吸弹簧1975。因此，可以避免腔室1935内的操作流体的大量蒸发。以这种方式的操作流体的大量蒸发的避免可以实质上最小化随着柱塞1990重新加压并冷凝操作流体而以其他方式会导致的泵损坏量。也就是说，可以大大避免由于汽化的操作流体的快速冷凝而引起的水击损坏。因而，在所示的实施例中，柱塞1990可被推向腔室1935，从而增加其中的压力。压力增加将最终足以实现克服由排放弹簧1970提供的力的排放阀1950的打开。

泵1901的不同区域可能经受不同程度的磨损和/或疲劳量。经历更大磨损量的区域可以由从耐磨基质材料和粘结剂而粘结剂喷射的一个或多个未加工区段形成，并且经历较少磨损量的区域可以由从不同基质材料和粘结剂而粘结剂喷射的一个或多个未加工区段形成。在一些实施例中，泵的经受大量摩擦的区域(例如在阀门1950，1955与其中布置它们的通道之间)可以由从摩擦基质材料而粘结剂喷射的一个或多个未加工区段形成，并且相邻区域可以由从不同基质材料而粘结剂喷射的一个或多个未加工区段形成。例如，阀门1950，1955中的每一个都可以通过这样来形成：粘结剂喷射两个未加工区段形成，包括由摩擦基质材料形成的外部未加工区段和由不同基质材料形成的内部未加工区段，组装所述未加工区段，使得所述外部未加工区段形成所述阀门的外表面，去除所述粘结剂，以及用金属渗透剂渗透所述未加工阀门。

根据本公开的实施例，可以通过粘结剂喷射来自不同基质材料的未加工区段，组装未加工区段以及用金属渗透剂使未加工区段渗透到一起来形成泵的部件中的区域的其他组合。

图20示出了包括穿孔外管2011、穿孔内管2012和它们之间的过滤介质2013的滤筒2000的示意性横截面图。滤筒在其末端终止于盖2020。滤筒的至少一个区域可以由与滤筒的另一区域不同的基质材料形成。其他过滤器类型和滤网可以使用在此公开的方法形成。

图21示出了井下喷嘴2100，其中至少两个未加工区段通过使用渗透以形成喷嘴的不同基质材料的AM工艺形成。井下喷嘴2100包括通道2110，过渡到主体2175中的暴露盖2120以及联接到围绕喷嘴通道2110的筒体壳体2130的密封件2150。当砂基射孔流体从喷嘴通道2110喷出时，侵蚀开始发生在该通道2110和喷嘴盖2120的限定表面处。

在所示的实施例中，喷嘴2100可以具有由从耐用的基于碳化物的基质材料进行粘结剂喷射的第一未加工区段形成的硬区域2101，并且喷嘴的其余区域可以由从不同的基质材料进行粘结剂喷射的一个或多个未加工区段形成。未加工区段可以用金属渗透剂组装和渗透以形成喷嘴2100。

图22示出了使用根据本公开实施例的方法形成的设置在阀门2210中的阀座2222的横截面图。阀门2210包括壳体2212，用于将阀门保持在打开位置的套筒，弯曲挡板2220，阀座2222和连接装置2230。壳体2212包括区域2232，其中壳体2212的壁相对于壳体2212的其他区域已经变薄。区域2232被构造为使得挡板2220可以在当处于打开位置时基本保持在区域2232内，而基本上不减小壳体2212的内直径。区域2232可以在邻近挡板2220的区域中具有弓形轮廓。随着挡板2220从第一打开位置移动到第二关闭位置，弓形轮廓可以接近由挡板2220描绘的弧线。阀座2222和挡板2220可以构造成具有类似于壳体2212和区域2232以及壳体2212的其他区域的厚度差的厚度。区域2232可以是大致圆柱形的。

延伸部2234从阀座2222延伸到轴环2236。当挡板2220处于关闭位置时，延伸部2232可以设置有开口2236以容纳挡板2220。在相同或其它实施例中，延伸部2234可设置有用于容纳挡板2220的一部分的变薄区域。

图22示出了处于关闭位置的挡板2220并且位于在阀座2222中。套筒已经从壳体2212中抽出，在套筒抽出之后，挡板2220可以闭合并与座2222形成密封以阻塞通道2213。在一些实施例中，可以使用聚合物密封构件来提供挡板2220与座2222之间的密封。可以通过弹簧或其他设备将挡板2220偏置到关闭位置，以帮助确保当套筒被抽回时阀门关闭。在其它实施例中，挡板2220可以被取向成使得其通过其自重被推向关闭位置。例如，在偏斜井(即非竖直井)挡板2220中，可以被取向成使得挡板2220将通过重力摆动到关闭位置而不使用弹簧或其他偏置机构。

根据本公开的一些实施例，阀座2222可以由至少两个不同的未加工区段(例如形成所述座的与挡板2220接触的区域的未加工区段和形成所述座的其余区域的未加工区段)，其中根据在此公开的方法，每个未加工区段由不同的基质材料形成。未加工区段可以被组装(例如，在互锁接口处)，并且去除粘结剂。然后可以用单一金属渗透剂渗透所述未加工阀座以形成阀座2222。根据本公开的实施例，阀门中的其他部件可以通过渗透不同的未加工区段来形成，以在部件的不同区域处提供不同的材料特性。

图23示出了具有根据本公开的方法形成的一个或多个部件的热交换器2300的示意图。例如，热交换器可具有增加的管道2384或通道的表面积部分。具有第一温度的流体(液体或气体)可以流过管道，并且具有与第一温度不同的第二温度的流体(液体或气体)可以设置在腔室2382中。当流体流过腔室2382中的管道2384时，热可以在管道壁之间进行交换。热交换器中的环境因素(例如，管道壁之间的不同温度，所使用的流体的不同类型等)可能使管道受到腐蚀和/或破裂。

根据一些实施例，可以更多暴露于腐蚀和/或破裂的管道2384的区域(例如管道的外表面区域或管道的弯曲部分)可以由从比用于形成管道2384的其余未加工区段的不同基质材料更适合于防止或减少腐蚀和/或裂缝的发生的基质材料进行粘结剂喷射的未加工区段形成。管道的未加工区段可以被组装，加热到去除粘结剂，以及用金属渗透剂渗透以形成管道2384。

根据在此公开的方法，其他实施例可以将热交换器部件的不同区域分割成由不同基质材料形成的未加工区段，组装，加热以除去粘结剂，以及用金属渗透剂渗透。

根据本公开的一些实施例，可以根据本公开的方法形成由金属、陶瓷或复合材料制成的可降解部件。在这样的实施例中，可降解部件可以通过粘结剂喷射所述部件的至少两个不同的未加工区段而形成，其中至少两个不同的未加工区段通过具有不同的电化学电位的不同基质材料形成，以在水基环境中电偶地降解。例如，第一未加工区段可以通过粘结剂喷射第一基质材料而形成以及第二未加工区段可以通过粘结剂喷射第二基质材料而形成，其中第一和第二基质材料具有不同的电化学电位以在水基环境(例如海水)中电偶地降解。第一和第二未加工区段可以是渗透以形成用于井下作业的部件。在使用所述部件期间，所述部件中用在水基环境中具有较高降解潜力的基质材料的区域可能会在该部件中的不同区域之上降解。

用于井下作业和钻井装备的这些和其他部件可以根据在此公开的增材制造方法形成，其中部件的不同区域可以形成为分离的未加工区段并且渗透到一起以形成所述部件。例如，绿片区段可以从粘结剂和不同基质材料进行粘结剂喷射，并且彼此组装，其中粘结剂可以在渗透所述未加工区段之前被至少部分去除。未加工区段可以根据每个未加工区段形成的部件中的区域的功能进行描述。换句话说，根据一些实施例，可以基于每个区域的功能将部件设计划分为不同的区域，并且根据所述部件设计，可以通过将每个区域形成为未加工区段并渗透这些未加工区段来形成所述部件。根据功能描述的未加工区段(预渗透的)和区域(渗透后的)的例子可以包括在使用部件期间受到不同环境影响的部件的部分，例如与经历相对较高磨损、相对较高扭矩、相对较高侵蚀、相对较高冲击和/或其它因素的部分，与部件的不同部分相比。

尽管已经关于有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将会理解到，可以设计出不偏离如在此所述的本公开的范围的其它实施例。因此，本公开的范围应该仅由所附权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

使用分层装置沉积第一粘结剂和包含第一材料的第一颗粒的连续层以建立第一未加工区段；

使用所述分层装置沉积第二粘结剂和包含不同于所述第一材料的第二材料的第二颗粒的连续层以建立第二未加工区段；

组装所述第一未加工区段和第二未加工区段以形成未加工部件；以及

用金属渗透剂渗透所述未加工部件以形成部件。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将所述未加工部件放入真空炉中；以及

加热所述未加工部件以烧掉所述第一粘结剂和第二粘结剂。

3.如权利要求1所述的方法，其中沉积所述第一粘结剂和第一颗粒包括：

提供一层粉末形式的第一颗粒；以及

选择性地将第一粘结剂分配在粉末层上。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一未加工区段内的所述第一粘结剂与所述第一材料的体积比在不同层之间变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一未加工区段内的所述第一粘结剂与所述第一材料的第一体积比与所述第二未加工区段内的所述第二粘结剂与所述第二材料的第二体积比是不同的。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

设计所述部件的微结构，该微结构具有金属渗透剂与所述第一材料和与所述第二材料的变化的体积比；以及

将更大量的第一粘结剂和第二粘结剂沉积在区域中以具有金属渗透剂与第一材料和与第二材料的更大的体积比。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区段和所述第二区段具有互锁特征。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属渗透剂选自青铜合金、铜合金、镍合金和钴合金中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一材料具有比所述第二材料更大的耐侵蚀性和更低的韧性，或者其中所述第一粘结剂和所述第二粘结剂具有相同的材料成分。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一粘结剂和第二粘结剂具有相同的材料成分。

11.一种方法，包括：

使用计算机辅助设计程序设计部件，该部件包括至少两个区段；

使用分层装置逐层沉积粘结剂和基质材料以分别建立每个区段；

组装所述至少两个区段以形成未加工部件；以及

用金属渗透剂渗透所述未加工部件以形成所述部件。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括热等静压所述部件。

13.如权利要求11所述的方法，还包括：

在渗透之前将至少一个镶片放置在所述未加工部件中，所述至少一个镶片包括熔化温度大于所述金属渗透剂的材料。

14.一种用于井下作业装备的部件，包括：

包含分散在至少两种类型的基质材料颗粒的基质中的金属渗透剂的微结构，其中每种类型的基质材料颗粒位于所述部件的分离区域中；以及

在两个分离区域之间的互锁接口。

15.如权利要求14所述的部件，其特征在于，所述部件的分离区域包括耐磨区域和韧性区域，并且其中形成所述耐磨区域的第一类型的基质材料颗粒具有比形成所述韧性区域的第二类型的基质材料颗粒更高的耐磨性。

16.根据权利要求14所述的部件，其中所述互锁接口包括配合的穹形齿。

17.根据权利要求14所述的部件，其中基质材料颗粒之间的平均自由程在两个分离区域中是不同的。

18.根据权利要求14所述的部件，其中所述金属渗透剂与所述基质材料颗粒的体积比贯穿所述分离区域之一变化。

19.根据权利要求14所述的部件，其中所述部件是轴向脉冲发生器，该部件包括：

第一区域，该第一区域包括金属渗透剂和第一类型的基质材料颗粒；

第二区域，该第二区域与所述第一区域相邻定位，该第二区域包括所述金属渗透剂和第二类型的基质材料颗粒；以及

第三区域，该第三区域与所述第二区域相邻定位，该第三区域包括所述金属渗透剂和第三类型的基质材料颗粒；

其中所述第三类型的基质材料颗粒具有比所述第一和第二类型的基质材料颗粒更大的韧性；以及

其中第一类型的基质材料颗粒具有比第二和第三类型的基质材料颗粒更大的耐侵蚀性。

20.根据权利要求14所述的部件，其中所述部件是转子，该转子包括：

主体，该主体包括所述金属渗透剂和第一类型的基质材料颗粒；以及

多个叶片，该多个叶片从所述主体延伸，该叶片包括所述金属渗透剂和第二类型的基质材料颗粒。