CN108698123A - 激光增材制造制成的多孔装置 - Google Patents

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Abstract

本申请利用激光增材制造技术(LAMT)来制备多孔介质，该多孔介质可用在过滤装置、流量控制装置、药物递送装置以及用于控制流体(例如气体和液体)通过的类似装置或与其相结合。

Description

激光增材制造制成的多孔装置
相关申请
本申请要求提交于2015年12月30日、题为“POROUS DEVICES MADE BY LASERADDITIVE MANUFACTURING(激光增材制造制备的多孔装置)的序列号为62/273，118的美国临时专利申请的优先权。前述申请的内容通过援引纳入本文。
技术领域
本申请的各个实施例一般涉及由激光增材制造制作多孔装置的方法以及由此制成的装置。
背景技术
有许多应用需要用于流体(即气体和/或液体)的过滤和/或流量控制的多孔开孔单元结构。这些结构可使用传统技术形成，即压实金属或陶瓷粉末或颗粒以形成生坯，然后烧结以形成粘在一起的多孔结构。粒径、压实力、烧结时间以及烧结温度都可影响孔径大小和机械性能。通常，孔径在烧结结构过滤流体并控制流过烧结结构的流量的能力中是一项重要因素。
虽然已经成功制作出传统烧结的金属粉末和陶瓷粉末产品并将其用于流量控制应用和过滤应用，但是所得产品的孔隙和其它结构性能以及由此的性能特性可能受到制作工艺的限制。例如，此种材料结构会导致预定过滤规格所需的给定孔径的流量受限。因此，需要具有新的流体流量特性和过滤特性的过滤装置、流量控制装置、药物递送装置和类似装置。还需要制造具有越来越复杂的和新的形状的装置、具有一体的多孔介质和实心部分的装置以及具有双重结构的介质。
附图说明
图1是采用传统烧结制造工艺制备的多孔盘的照片(左)和根据本申请的实施例采用LAMT制备的多孔盘的照片(右)。
图2a是根据本申请的实施例的包括组合有外部实心全密度结构的LAMT多孔介质结构的杯组件照片(右)和由采用传统制造技术烧结结合至实心金属套管的多孔金属杯构成的杯组件照片(左)。图2b是在图2a中示出的杯组件的端部立体图照片。
图3a是根据本申请的实施例的组合有外部实心全密度结构的LAMT多孔介质结构的照片(右侧两件)和由将多孔金属头烧结结合至使用传统烧结技术制成的实心金属套管构成的限流器(最左侧)。图3b和3b分别是根据本申请的实施例制造的LAMT多孔介质结构的光学显微照片和扫描电子显微照片，示出了该结构的实心全密度部分和该结构的多孔部分之间的交界面。
图4是在图1的照片中示出的盘的扫描电子显微照片。
图5a是示出操作参数对通过LAMT制成的直径1英寸盘的流动性能影响的图片。图5b是示出通过LAMT(表示为80％，其代表用于制造LAMT盘的默认激光功率的百分比降低)和传统压制和烧结(由莫特(Mott)“MG5”表示)制成的1英寸盘的流动性能的图片。如本文进一步所述，相比于具有相同最大孔径的传统制成的盘而言，观察到LAMT造成其中增大近50％的流量的有利的流动特性。
图6示出根据本申请的实施例的对于限流器式LAMT部件在给定压降下每单位面积平均N2流量的曲线图。
图7包括传统制成的杯组件和根据本申请的实施例的LAMT制成的杯组件的扫描电子显微照片。
图8表示与传统等同物(表示为“莫特归一化”)相比，根据本申请制造的LAMT杯组件的流动特性(表示为“LAMT归一化”)。类似于图5b中观察到的流动特性，与使用传统烧结技术制造的杯部相比，LAMT杯部每单位面积具有大约增大近50％的流量，同时表现出大体相同的最大孔径。
图9是可以使用本申请的LAMT技术制造的波纹管式过滤器组件图。
图10是包括可使用本申请的LAMT技术制成的多孔杯的区域扩大的组件的照片。
图11是可使用本申请的LAMT技术制造的烧结在金属管上的球形多孔结构的照片，其是用于NASA火焰传播装置的产品的示例。
图12是可以使用本申请的LAMT技术制造的具有均匀壁厚的锥形多孔结构的照片。
图13是由粗糙基底和其表面上的精细膜层组成的层状多孔结构的示意图。
图14是示出根据本申请实施例的使用LAMT技术制造的部件的微米孔径分布的直方图。
图15是根据本申请的实施例的传统压制和烧结盘的图，其圆周上打印有实心环。
图16是包含烧结到传统压制和烧结的多孔杯上的1/4″外螺纹NPT硬体(左侧)的组件，多孔杯代表标准Mott 316L不锈钢介质等级5的介质杯(右侧)，该多孔部件可以根据本申请的LAMT实施例来制造。
具体实施方式
本申请采用激光增材制造技术(“LAMT”)来制作多孔介质，该多孔介质可用于过滤装置、流量控制装置、药物递送装置以及用于控制流体(例如，气体和液体)流动的类似装置或与其结合。如本文所用，增材制造涉及3D打印工艺，由此形成连续的材料层以制备期望形状的物体。激光增材制造涉及增材制造技术，其采用激光来熔化、软化、烧结或以其它方式影响用于被制作的物体的材料。通过改变材料以及制造工艺规范和条件，可产生期望的和定制的孔径、形态和分布。所得到的多孔结构可原样使用，或可与实心全密度部件结合或以其它方式与其一起制作以完成最终产品。如本文所用，“实心”和“基本上无孔”同义使用，表示部件在厚度方向上不呈现互连的孔隙。本申请的激光增材制造工艺用于形成多孔结构、实心结构以及具有一体形成在一起的多孔部分和实心部分的结构。
通常，本文描述的激光增材制造工艺在根据本申请使用时用于产生独特的多孔结构，该多孔结构与传统粉末压实/烧结多孔结构相比会导致给定孔径的较低压降性能(如本文所述)。本申请的制造工艺还具有以定制化的材料和几何形状制作成品件的能力，并且改变产品内的多孔结构以得到定制化的和独特的性能。由LAMT技术生产的本申请的多孔介质持久耐用且提供高效的颗粒捕集、限流控制、芯吸以及气体/液体接触。本申请的LAMT工艺采用独特的可控粉末颗粒配方(球形和/或不规则形状粉末)用作待制作产品的供给材料。可通过采用激光技术来结合颗粒以形成具有尺寸一致的预计烧结孔的互连孔结构。可将为特定应用生产的各种孔径分组或分类为0.1至200微米的介质或产品等级，其表示制成产品的平均孔径。
本申请采用的激光增材制造的类型为任何适用的技术，比如选择性激光熔化、选择性激光烧结以及直接金属激光烧结。如本领域中已知的，选择性激光熔化使用高能激光导致颗粒完全或几乎完全熔化；而选择性激光烧结和直接金属激光烧结导致颗粒材料的烧结并将材料结合在一起形成结构。通常，根据本申请的实施例，导致颗粒烧结的激光增材制造技术优于那些导致颗粒熔化的技术，因为熔化技术与在本申请中优选使用的技术相比会形成更少的孔结构。在本申请中所采用的激光包括任意适用的激光，比如二氧化碳脉冲激光。如本领域中已知的，激光扫描掠过放置于构建板(即任何适用尺寸、形状和组分的下层支撑结构)上的第一层颗粒基层的表面以熔化或烧结颗粒，接着施加另一层颗粒用于随后的激光扫描和熔化或烧结。常常根据对应于产品3D描述的CAD数据，随着激光扫描掠过基层生成多个后续层并将按需施加的多个颗粒层制备成具有期望尺寸和形状的产品。除非打算将构建板作为最终产品的一体部件，否则产品可选地与构建板分开以形成适用的最终产品。如本文所用，“烧结”表示颗粒在没有完全融化的情况下受热而结合在一起的任意工艺。
除了工艺参数比如激光功率和光栅速度以及颗粒尺寸、形状、粗糙度和组分之外，发明人已经发现构建角(即LAMT产品相对于构建板的水平面所成的角度)对于本申请的产品的生产很有意义。具体而言，发明人已经发现使用LAMT技术来形成结构的颗粒材料的构建层相对于构建板成不小于30°的角度足以防止LAMT结构内的劣化。本申请的示例性实施例形成出相对于构建板成30°、45°和60°角度的LAMT结构。与没有构建角地形成LAMT产品从而使其与构建板在沿其横截面的所有位置处接触相比，带构建角地形成LAMT产品具有的优势结果为，减少了在完成LAMT工艺后LAMT制成的产品与构建板保持接触的部分。在期望这样分离的情况下，带构建角地打印出的LAMT产品因此可更容易与下层构建板分开。但是，构建角小于30°通常无法足以形成用于后续层沉积的基础。构建角小于30°可造成(多个)基层的不充分支撑，所得到的多孔部件可能会使多个构建层失去产品完整性。
本申请中采用的材料是以可通过用在激光增材制造技术中的激光来烧结、部分熔化或全部熔化的微粒形式提供的任何材料。如本文所用，“微粒”、“颗粒”以及“粉末”同义使用，表示颗粒尺寸为毫米级、微米级或纳米级并且具有任意适用形状比如球形、大致球形(例如，具有大于0.6、0.7或0.8的纵横比)和不规则形状及其组合。本申请中采用的优选颗粒尺寸范围小于10至500微米。(多个)颗粒表面边缘可以是光滑的、尖锐的或其组合。本申请中采用的优选材料包括比如例如为镍、钴、铁、铜、铝、钯、钛、钨、铂、银、金及其合金和氧化物，包含不锈钢和镍基钢比如哈氏合金(印第安纳州科科莫的汉因斯-斯泰特公司(Haynes Stellite Company，Kokomo，Indiana))。也可采用各种聚合物材料。
由本申请制成的产品或包含由本申请制成的部件，包括但不限于盘、杯、衬套、片、管、杆、套管多孔组件、杯组件、锥体、限流器和过滤装置。
根据本申请的某些实施例，成品过滤器和流量控制装置完全采用LAMT技术加工而成，该技术可用于提供从成品装置的多孔结构部分到围绕装置的结构部分的全密度(实心的，基本上无孔的)部分的平滑过渡。因为减少了泄漏的风险并消除了接合和集成技术的需求，所以本申请的优点之一为消除了传统制造技术所需的多个产品部件的接合所导致的多孔和实心产品部分之间的接缝。采用根据本申请的某些实施例的LAMT技术允许在一个制造周期内制造具有多孔介质部分和实心结构的产品。此产品适用于大量的工业应用，比如简单的筛分和深度过滤应用、从流体中脱除氧气、作为起泡器、作为关键传感器保护中的阻火器、作为气体和液体限流器、作为扩散器以及声音缓冲器。
尤其是，当选择用于过滤装置和流体限流器装置的介质等级时，孔径和分布是重要的考虑因素。孔径大小控制压降、颗粒过滤水平、颗粒沉积位置是位于多孔结构上或位于多孔结构内、喷射的泡的尺寸、流体芯吸、流体扩散等。因此，本申请的LAMT技术提供的显著优点在于制作预定的孔径并以一致的、可控的且可再现的方式形成互连孔的能力。另外，本申请的LAMT技术具有设计和制作具有独特的和可变的密度分布的部件的能力，该密度分布通过在整个部件精确地控制孔径、孔结构和孔的分布来实现。因此，本申请的部件的特征为密度在整个部件大体均匀、密度以恒定速率变化或者密度以可变速率变化。
在一些实施例中，定义“介质等级”以描述由LAMT制造的多孔产品的一些性质。介质等级可以例如表示产品的标称平均流动孔径，并且可以使用由例如ISO 4003或ASTME128定义的标准工业泡点测试来计算。例如，介质等级1产品的特征在于1微米的标称平均流量孔径，而介质等级2产品的特征在于2微米的标称平均流量孔径。然而，介质等级可能不对应于确切的孔径；本申请的产品可以限定具有尺寸分布广的孔。
当用在液体药物的递送量随时间可控的装置中时，通过本申请的LAMT技术制备的互连多孔结构提供了可针对特定药物扩散速率定制的流动路径。就通过粉末配方和加工参数控制孔径的能力而言，通过这种技术制备的多孔介质本质上类似于过滤器和流动控制介质。药物或其他物质穿过受控的孔径和不同的曲折程度。各种形式的药物分子递送穿过该装置是通过在阻挡介质(即生产的多孔烧结金属)上的扩散来控制的。生产不同尺寸的孔和层的能力是可变的，并且控制扩散速率对于可被构建到介质和整个成品装置中的控制是重要和独特的。通过改变材料、孔径、厚度和部件面积的能力，可将药物扩散速率调整至期望范围。这些确定的调整将使小植入物具有提供被动长期、恒定速率的药物递送的能力。
示例-参考以下非限制性示例进一步描述本申请。
示例1-与传统制造技术制作的部件相比，LAMT制作的盘、杯组件和限流器的示例。
图1是采用传统方法压制和烧结的盘(左)和LAMT打印的盘(右)的图片。两个盘均由316L不锈钢颗粒制成。传统盘由不规则形状的粉末颗粒制备，LAMT盘由球形粉末颗粒制成，该球形粉末颗粒的平均颗粒为39微米并且具有表I中所列的物理特性(表观密度和粒度分布)：
表I：用于LAMT制造的表观密度和颗粒特性
图4示出了这些制成的盘的表面的扫描电子显微照片，示出了采用传统制造技术和LAMT制造技术生产的结构差异。由于传统工艺采用不规则形状的粉末颗粒，所以单个粉末颗粒形态不同，而LAMT工艺采用球形粉末。不同的结构会导致重大的性能差异。例如，将气态氮气流通过使用传统烧结和压制技术(因此具有对应于图4所示的“传统工艺”显微照片的结构)制造的盘与在LAMT期间制造的尺寸相同的盘来进行比较。传统制造的盘和LAMT盘所测得的泡点分别为1.17″Hg和1.13″Hg，因此证明两个样品之间的相似最大孔径。然而，如图5b所示，对于LAMT盘而言，氮气以给定流量通过每个LAMT盘所需的压力比传统制造的盘要低得多。换言之，对于给定的压力，LAMT盘中能够观察到明显更高的流量。不希望受理论束缚，发明人已经观察到，传统制备的部件可以呈现出由机械压制工艺形成的密度梯度，并且这些密度梯度会对流体流动造成不利影响。相反，LAMT部件通常结构均匀，没有呈现密度梯度并且不会对流体流动造成任何不利影响。由本申请的LAMT技术生产的均匀三维多孔结构通常由在熔融粉末颗粒之间均匀分布的互连孔组成。
图5a示出了气态氮气流流经LAMT盘的压力-流量曲线，并说明了LAMT技术的通用性。每条曲线示出了六种不同盘的压力与流量的函数，每种盘都根据图中所示的LAMT加工参数制造。图5a中列出的百分比表示默认激光功率的百分比降低或者表示所示的默认激光速度的百分比降低。从图5a的观察可以看出，在给定压力的情况下激光功率的降低会导致更高的流量，这是由较少的颗粒烧结和/或熔化而形成较大孔径所预计得到的。相反，在给定压力的情况下激光速度的降低会导致更低的流量，这是由较多的颗粒烧结和/或熔化而形成较小孔径所预计得到的。
图2(a-b)示出了构成杯组件的双密度(多孔/全密度)结构的图像。每个图像的左侧示出传统制造的组件。每个组件基部处的实心环与每个组件的压制和烧结的杯部分分开加工。杯被压入环中并通过烧结结合附接。每个图像右侧的杯组件采用用于描述在图1中所示的盘的不锈钢颗粒通过LAMT整体制作而成，无需单独制造实心环以及附接实心环。注意，虽然将在每张照片右侧示出的产品称为“杯组件”，但它实际上是一个整体件，而不是多个部件的组合。自定义参数设置允许在不中断构建过程的情况下从打印实心结构过渡到打印可控的多孔结构。图7包括传统制造的杯组件和LAMT制造的杯组件的扫描电子显微照片。左边的图像组大致平行于杯子的长轴，而右边的图像组大致垂直于杯子的长轴。将传统工艺生产的盘与LAMT生产的盘进行对比，类似于图4中观察到的，虽然单个颗粒形态不同，但包括孔结构在内的整体形态是可比的。图8表示与传统等同物(表示为“莫特归一化”)相比，LAMT杯组件的流动特性(表示为“LAMT归一化”)。LAMT杯的压降明显低于传统加工的杯组件的压降，这表示在具有相似过滤能力的情况下单位面积的流量增加。数据还显示LAMT杯组件(样本量为10份)具有良好的重复性，外径(OD)、内径(ID)和实心环OD中总长度的标准偏差为±0.002″、±0.0005″，并且实心环厚度的标准偏差为±0.001″。杯之间的泡点平均为0.6″Ha±0.18。
图3(a-c)示出了包括在实心套管内的多孔限流器部件的流体限流器型产品的图片。图3a中最左侧的产品是由传统工艺制造而成，包括压制和烧结多孔插入物、加工实心外套管、将插入物压入外套管中以及烧结结合并将部件变为一体产品。在图3a的中间和右侧示出的限流器产品由LAMT一次构建中制出，无需单独制作外套管。换言之，激光增材制造工艺用于通过单个制造工艺制造实心套管内的多孔限流器部件而无需单独制造不同部件并将它们组装在一起。图3b示出由LAMT制造的限流器产品的横截面，其示出从全密度外套管到内部多孔材料的过渡。图3c为示出由LAMT制成的产品的多孔限流器部分和实心套管部分间的界面的扫描电子显微照片。图6示出限流器型LAMT部件在给定压降下的条件下每单位面积的平均N2流量曲线。观察到具有约7％的标准偏差的部件之间良好的重复性(样本量为10)。
图14的图表提供了采用根据本申请的实施例中的LAMT技术所得到的孔径分布的示例。这种分布可以通过调整制造参数比如激光功率、激光光栅速度(即激光束移动掠过颗粒的速度，或者颗粒基层相对于激光束以其它方式移动的速度)、粒度和组分来进一步优化和控制。例如，对于给定的粒度、形状和组分，较高的激光功率和较慢的光栅速度通常与较低的激光功率和较快的光栅速度相比会形成更密集、更少孔的结构。
示例2-使用LAMT技术制造的过滤器、流量控制装置和其它装置的新形状。
本申请包括设计用于增强性能的、具有或不具有整体实心硬体的各种几何形状的多孔部件。例如与由传统烧结技术形成的装置相比，根据本申请形成的过滤器和流量控制装置会导致过滤器或流量控制装置内的表面积增加，而不会增加成品的整体尺寸。换言之，与传统烧结产品相比，根据本申请制作的装置优选制作尺寸减小但功能性能相当或更优越的产品。
图9示出了采用本申请的LAMT技术制造的波纹管式过滤器组件的端视图和侧视图。入口/出口区域是使其能够连接到其他硬体的实心材料，而该部件的整个剩余部分是多孔结构。包括实心入口/出口区域和多孔波纹管设计的过滤件在内的整个部件完全采用LAMT在单一工艺中制造而成。与可采用传统手段制造而成的过滤设计(比如圆柱形)相比，这个新的设计提供了增加的过滤表面积。在此示出的比例中，图9所示的组件的表面积约为由传统烧结技术制造的类似尺寸的圆柱形过滤装置的表面积的250％。此外，该表面积可在不增加组件的整体尺寸的情况下通过简单地为波纹管设计添加更多的环(它们之间的间距更小)而进一步增加。
图10是采用传统烧结技术压制和烧结结合的多杯盘组件的照片。这个组件以及类似组件可用于包括聚合物的喷射、过滤和挤出的多种应用。像这样的产品可以很容易地采用LAMT技术制造而成，以生产出高表面积的多孔结合至实心板的组件，实心板用于附连至该组件的期望应用。
图11是用于在近零重力下进行火焰传播研究的、附接到实心管的多孔球的照片。球体可以使用LAMT技术打印成具有或不具有内腔，这可将该球体生产为任意期望的壁厚。可作为辅助操作将实心管插入并结合至球体，或在初始LAMT制造过程中作为实心部件打印。
图12是由316L不锈钢制成的锥形多孔部件。LAMT技术可以打印这种类型的、事实上呈任何角度的锥体的几何形状，也可以打印一致或变化的壁厚。
图13是分层结构化过滤器装置的示例，其包括打印形成达到最大流量的粗孔径(最低压降)的基体和位于基体上具有小得多的孔以提供期望的过滤效率水平的薄层。粗糙的基体赋予过滤器其所需的机械强度并支撑精细表面或膜过滤层。表面膜层足够薄以致不会产生大的压降，从而使过滤器能够分离非常细的颗粒而没有高的压降损失。分层结构也可用于其他应用，比如限流器和流量控制装置。
本申请的LAMT方法可以用于制造“复合组件”，其用于本文是指包括由LAMT技术形成的至少一个部分的组件，其结合或以其他方式接合至由传统压制和烧结技术形成的至少一个部分。此种复合组件可以例如通过将LAMT部分直接打印到预制成的传统制作部分上，或者通过分别形成每个部分并使用热、压力和/或机械或化学接合将它们结合在一起而形成。LAMT部分和传统制作部分中的每一个可以是完全实心或多孔的。此种组件的LAMT部分和传统部分可包括用于特定应用的适用材料的任意组合，包括但不限于镍、钴、铁、铜、铝、钯、钛、钨、铂、银、金以及它们的合金和氧化物，包括不锈钢和镍基钢，比如也可使用各种聚合物材料。此种复合组件以及仅仅是多孔介质可用于各种应用，该应用包括但不限于降低声音、喷射应用、气体和液体的过滤和流量控制、气体扩散器、热管理-传热控制、低流动药物递送、阻火器、用于色谱法、食品和饮料应用的流体混合器、用于燃料电池和氢气生成的反应层的多孔基体、芯吸、多孔铸模、用于材料处理的气浮、真空吸盘、均匀孔构成的多孔结构、独特的支撑结构、多孔珠宝、动作图形和包括手术标记的可植入装置。
根据本申请的实施例，复合组件的一个示例是这样的装置，即由传统技术(即压制和烧结金属颗粒)形成多孔盘，随后采用LAMT技术围绕该盘的圆周打印实心环以形成图15所示的结构。图16示出了根据本申请实施例的复合组件的另一示例，其是带有代表标准莫特(Mott)316L不锈钢介质5级介质杯(右)(康涅狄格州的法明顿的莫特公司)的传统压制和烧结多孔杯的316不锈钢螺纹接头的照片。多孔部件可以根据本申请的LAMT步骤的实施例来制造。在这个示例中，复合组件可以用在很多应用中，比如减小气动阀致动器的排气噪音的缓冲器，或者作为压缩管接头、螺纹管接头、VCR(真空耦合辐射)压缩接头、卫生和真空接头等等。
示例3-比较由传统压制和LAMT制造的实心套管内的包括多孔限流器部件的盘和 流体限流器。
比如在图1中示出的那些多孔盘和比如在图3中示出的那些包括位于实心套管内的多孔限流器的流体限流器都是采用传统烧结制造工艺或LAMT制造而成。表II显示了与给定介质等级值的LAMT部件(命名为“3D打印(LAMT)部件”)相比，传统制造的316L不锈钢多孔金属部件(命名为“传统压制部件”)的性能数据。泡点值以“H2O为单位表示，并根据ASTME128-99进行收集。每组列指的是在LAMT工艺中使用的金属颗粒的相对粒度分布(PSD)。可以在表I中找到标准PSD数据，其代表了通常用于金属增材制造设备的粉末。部件渗透率通过在2.5psi下的N2流量来表征，并且以标准升每分钟每平方英寸(SLM/in2)为单位表示。传统压制部件的渗透率数据被归一化为被测试的可比的LAMT部件的厚度。泡点和流量数据进一步按内部Mott介质等级指定范围从0.1到100进行分类。
表II凸显了LAMT参数调节的有效性和形成性能上可比甚至在一些情况下优于传统压制部件的部件的PSD范围。这些LAMT部件源于实验设计研究，该研究证明了能使用球形粉末以可重复的方式生产孔径可控的多孔金属介质。在产生表II中所示数据的制成的和被测试的LAMT产品中，68％的此类部件具有比得上或优于具有相同介质等级的传统部件的流动性能的流量，而32％的此类部件性能不如传统制造的部件。在大多数情况下，性能优越的部件的流量大约是对应传统部件的两倍。在图8中进一步凸显了流动性能优势，其中获得LAMT和传统压制部件在一定入口压力范围内的渗透率数据。这幅图示出了LAMT部件的流量比等同泡点值的传统压制部件增加近两倍。由于流量与压力的曲线呈现出非线性特性，因此可能发生从层流到湍流的转变。还应注意，这种转变就LAMT部件而言发生较晚。
表II阐述了在形成各种多孔结构时可以实现的高度灵活性。在标准粉末PSD中，通过使用调整后的LAMT参数，可以广范围地复制传统压制产品。在一个粉末PSD中形成多种多孔介质的能力使得在一个构建周期内生成分层或多密度类型的多孔部件成为可能。图13所示部件的横截面说明了分层多孔部件的概念。
在表II记录的一个具体实施例中，采用LAMT技术打印作为流体限流器的精密PSD部件，该流体限流器包括位于实心套管内的多孔限流器部件，其特征在于由直径为0.25″实心套管包封直径为0.169″的多孔盘。这个部件相当于图3a所示的标准限流器组件，多孔介质的厚度为0.137″。从表II的观察可以看出，以处于2.5psi的N2气体测得的这个部件的流量数据为0.394SLM/in2，并且该部件的泡点为111.84“H2O(0.1MG)。使用传统烧结技术制造的可比部件(其特征在于具有可比厚度的多孔盘)测得的流量为0.18SLM/in2。由此，与传统压制的莫特介质(Mott Media)等级0.1多孔介质相比，在相同的压降下，LAMT部件的流量增加了119％。
在表II记录的另一具体实施例中，采用LAMT技术打印标准作为特征是直径为1.0082″且厚度为0.052″的多孔盘的PSD部件。测得盘的泡点为18.44″H2O(相当于莫特介质等级2)，并以2.5psi的压降、19.46SLM/in2的流量使N2气体流过。采用传统烧结技术制造的可比的盘以10.7SLM/in2流过。由此，与传统压制的莫特介质等级2的多孔介质相比，在相同的压降下，LAMT部件的流量增加了82％。
在表II记录的另一具体实施例中，采用LAMT技术打印作为特征是直径为0.995″且厚度为0.043″的多孔盘的标准PSD部件。测得盘的泡点为10.74″H2O(相当于莫特介质等级10)，并在2.5psi的压降下以74.34SLM/in2的流量使N2气体流过。采用传统烧结技术制造的可比的盘以66.8SLM/in2流动。由此，与传统压制的莫特介质等级10的多孔介质相比，在相同的压降下，LAMT部件的流量增加了11％。
在表II中记录的又一具体实施例中，采用LAMT技术打印作为特征是直径为0.997″且厚度为0.042″的多孔盘的标准PSD部件。测量盘的泡点为6.28″H2O(相当于莫特介质等级20)，并以2.5psi的压降下以159.42SLM/in2的流量使N2气体流动。采用传统烧结技术制造的可比的盘在2.5psi的压降下以143.3SLM/in2的流量使N2气体流过。由此，与传统压制的莫特介质等级20的多孔介质相比，在相同的压降下，LAMT部件的流量增加了11％。
以上描述了本申请的某些实施例。但是明确指出，本申请不限于那些实施例，而是旨在将对本文明确描述内容的添加和修改也包括在本申请的范围内。此外，应该理解，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本文描述的各种实施例的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列的形式存在，即使此组合或排列没有在此作出表达。实际上，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员将会想到本文描述的内容的变化、修改和其它实现。由此，本申请不是仅由前面的说明性描述和示例来限定。

Claims (41)

1.一种制作至少部分多孔的制品的方法，包括以下步骤：
将第一层颗粒放在构建板上；
使所述第一层的至少第一部分的颗粒经受激光束，使得所述第一层的至少一部分颗粒不完全熔化地彼此结合；
将第二层颗粒放在所述第一层上；
使所述第二层的至少第一部分的颗粒经受激光束，使得所述第二层的至少一部分颗粒不完全熔化地彼此结合并与所述第一层的至少一部分结合；和
按需将后续颗粒层放在所述第二层上以形成制品，并且使每个后续层的至少一部分经受激光束，使得每个所述后续层中的至少一部分颗粒不完全熔化地彼此结合；
其中所述制品的特征在于具有呈现基本均匀的、互连的孔隙的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述构建板是无孔的且所述第一层的至少一部分的颗粒经受激光束的步骤导致将所述第一层的至少一部分结合至构建板，并且所述构建板是所述制品的一体部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒包括镍、钴、铁、铜、铝、钯、钛、钨、铂、银、金及其合金和氧化物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒包括聚合物材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒包括镍基合金。
6.根据权利要求1所述方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒包括不锈钢合金。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒的特征在于具有选自由大致球形、不规则形状及其组合构成的组的形状。
8.根据权利要求1所述的制品，其中，孔隙由0.1至200微米的平均孔径表征。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒的平均尺寸在10至500微米的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述第一层的至少第二部分的颗粒经受激光束的步骤，所述激光束的功率不同于所述第一层的第一部分的颗粒所经受的激光束的功率，使得所述第一层的第二部分的颗粒彼此结合并形成密度不同于由所述第一层的第一部分形成的结构的结构。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述第一层的至少第二部分中的颗粒经受激光束的步骤，所述激光束移动掠过所述第一层的第二部分的速率不同于激光束移动掠过所述第一层的第一部分的速率，使得所述第一层的第二部分的颗粒彼此结合并形成密度不同于由所述第一层的第一部分形成的结构的结构。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述制品相对于构建层至少成30°的角度。
13.一种制作至少部分多孔制品的方法，包括以下步骤：
将第一层颗粒放在构建板上；
将后续多层颗粒放在所述第一层颗粒上；和
在将任意后续层颗粒放在第一层颗粒上之前，使所述第一层和多个后续层中每一层的至少部分颗粒经受激光束；
其中使所述第一层和多个后续层中每一层的至少部分颗粒经受激光束的所述步骤包括：
使第一部分颗粒在导致形成第一结构的第一条件下经受激光束，第一结构的特征在于基本均匀的、互连的孔隙，以及
使第二部分颗粒在导致形成第二结构的第二条件下经受激光束，第二结构是基本无孔的；
其中所述第一结构和所述第二结构彼此连接成一体；和
其中所述第一结构和所述第二结构一起形成所述制品的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一条件包括小于第二条件所使用的激光功率的激光功率。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一条件包括大于第二条件所使用的激光光栅速度的激光光栅速度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒包括镍、钴、铁、铜、铝、钯、钛、钨、铂、银、金及其合金和氧化物。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒包括不锈钢合金。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒包括镍基合金。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒还包括聚合物材料。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒的特征在于具有选自由大致球形、不规则形状及其组合构成的组的形状。
21.根据权利要求13所述的制品，其中，孔隙由0.1至200微米的平均孔径表征。
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一层和多个后续层中的所述颗粒的平均尺寸在10至500微米的范围内。
23.根据权利要求13所述的方法，其中，所述制品相对于构建板至少成30°的角度。
24.一种制作包括第一部分和第二部分的复合组件的方法，包括以下步骤：
将第一层颗粒放在所述复合组件的第一部分上；
使所述第一层的至少第一部分的颗粒经受激光束，使得所述第一层的至少部分所述颗粒结合至所述复合组件的第一部分且不完全熔化地彼此结合；
将第二层颗粒放在所述第一层上；
使所述第二层的至少第一部分的颗粒经受激光束，使得所述第二层的至少部分所述颗粒彼此结合且并不完全熔化地与所述第一层的至少部分结合；和
将多个后续颗粒层放在所述第二层上并使每个后续层的至少一部分经受激光束，使得每个所述后续层中的至少部分的颗粒不完全熔化地彼此结合；
其中第一层、第二层和多个后续层共同形成所述复合组件的第二部分。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述复合组件的第一部分和第二部分中的至少一个的特征在于具有呈现基本均匀的、互连的孔隙的厚度，而所述复合组件的第一部分和第二部分中的另一个的特征在于具有基本非多孔的厚度。
26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一层、第二层和多个后续层中的所述颗粒包括镍、钴、铁、铜、铝、钯、钛、钨、铂、银、金及其合金和氧化物。
27.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一层、第二层和多个后续层中的所述颗粒包括不锈钢合金。
28.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一层、第二层和多个后续层中的所述颗粒包括镍基合金。
29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第一层、第二层和多个后续层中的所述颗粒还包括聚合物材料。
30.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一层、第二层和多个后续层中的颗粒的特征在于具有选自由大致球形、不规则形状及其组合构成的组的形状。
31.根据权利要求24所述的方法，其中，所述孔隙由0.1至200微米的平均孔径表征。
32.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一层、第二层和后续层中的所述颗粒的平均尺寸在10至500微米的范围内。
33.一种由权利要求1所述的方法制作的制品。
34.根据权利要求33所述的制品，其中，所述制品是过滤器装置。
35.根据权利要求33所述的制品，其中，所述制品是流体限流器装置。
36.一种由权利要求13所述的方法制作的制品。
37.权利要求36所述的制品，其中，所述制品是过滤器装置。
38.根据权利要求36所述的制品，其中，所述制品是流体限流器装置。
39.一种由权利要求24所述的方法制作的复合组件。
40.根据权利要求39所述的复合组件，其中，所述复合组件是过滤器装置。
41.根据权利要求39所述的复合组件，其中，所述复合组件是流体限流器装置。
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