CN113423551B - 用于固结增材制造部件的方法 - Google Patents

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Abstract

用于固结增材制造部件(10)的方法，该方法包括：‑将部件(10)放置在导热容器(20)的空腔(21)中，并用液态或半液态的材料(30)填充空腔(21)，使得材料(30)通过完全包围部件的至少外部部分(10)来直接接触所述部分(10)，材料(10)是可固化的，该材料的最高工作温度高于该待固结部件(10)的较低的熔化温度，并且该材料具有正的相对热膨胀系数，‑密封空腔(21)，‑使材料(30)固化，使得固化材料(30)限制部件(10)在空腔(21)中的移动，‑加热容器(20)，其中，当温度升高时，固化材料膨胀从而在部件(10)上产生压力，并且其中，该温度升高直到达到如下的加工温度(T2)：该加工温度等于或高于待固结部件(10)的较低的熔化温度，并且低于材料(30)的最高工作温度；‑保持加工温度(T2)以固结部件(10)，其中，在加热期间和在保持期间，固化材料是原位产生的用于部件(10)的整体模具。

Description

用于固结增材制造部件的方法
技术领域
本发明涉及用于固结增材制造部件的方法。在一个优选实施例中，根据本发明的方法包括将该增材制造部件与另一部件组合的步骤，例如与另一增材制造部件或与非增材制造部件(例如插入件、泡沫件等)组合，使得在固结步骤期间，将这些部件装配或连接在一起。
背景技术
增材制造是使得能够通过材料的产生和随后的增加(例如以非限制性的方式通过随后增加不同的材料层)来获得部件或产品的生产技术。相反，常规的制造技术(例如铣削或车削)依靠从固体中减材。
纤维缠绕、自动铺带(ATL)、自动纤维铺设(AFP)以及3D打印是增材制造技术的非限制性示例。
使用增材制造，有可能制造具有复杂几何形状的部件。在这种情况下，复杂几何形状的部件是包括以下特征中的至少一个特征的部件：
-双曲率(或非可展表面)；
-底切；
-倒锥形部；
-孔；
-袋部；
-内腔。
细长的元件(例如格子的桁架或者支架)也是具有复杂几何形状的增材制造部件的非限制性示例。
使用增材制造，有可能制造不同种类的部件。例如，有可能制造均质部件，即由均质材料制成的部件。均质材料的非限制性示例包括热塑性塑料、硅树脂、泡沫、液晶聚合物、热固性塑料、低熔点金属等。
使用增材制造，还可能制造由作为复合材料的非均质材料(即包括具有不同物理性质的两个或两个以上的相的材料)制成的部件。通常，复合材料的不同相由不同的材料制成。然而有例外，其中不同的相由相同的材料制成。
复合材料通常包括由连续和/或非连续纤维(例如碳纤维、芳族聚酰胺纤维、玻璃纤维等)或纳米粒子(例如金属纳米粒子、玻璃纳米粒子、聚合物纳米粒子、砂纳米粒子等)增强的均质材料。增强的部分可以存在于整个部件中，也可以局部地集中，例如局部集中在部件的表面上或者在部件的中心。
此外，使用增材制造，有可能制造由多种均质材料制成的复合部件，该复合部件由多种材料装配或打印成一个部件。例如，3D打印机可以打印由碳纤维增强的聚合物层组成的部件，该聚合物层由仅用塑料、泡沫或金属打印的层进行交替。
使用增材制造，有可能制造具有嵌入的对象/元件(例如插入件、泡沫、传感器、格架)的部件。这些对象可以在增材制造加工期间嵌入(例如，通过中途停止增材制造加工，增加元件，然后继续该加工)，也可以在之后嵌入(例如，通过将对象按压/粘接/锁定到增材制造部件中/增材制造部件上)。
在增材制造部件中，完整性、层间强度、低空隙含量以及取决于材料的结晶度和化学联接至关重要。
因而增材制造部件经常在其制造后进行固结，使得获得上述特征。
在这种情况下，部件的固结意味着：
-对部件进行体积压实和/或挤压，使得例如部件中的空气能够被压出；
-对部件进行融合，或对部件的至少一种相或一种材料进行融合；
和/或
-如果适用的话，对部件进行结晶。
已知使用刚性或柔性的预制造模具在增材制造部件上提供成形力和压缩力，以固结增材制造部件。
包含增材制造部件的预制造模具可以被放置在作为高压釜的容器中，以提高温度并在部件上施加压力，从而使得能够固结部件。同时部件可以位于其中形成真空的袋子内部。其他技术或制造路径包括通过热压的热成形或者隔膜成形。
A.Scholothauer等的文献“用于快速制造超薄纤维增强结构的柔性硅树脂模具”(SAMPE会议录，长滩，CA，2018年5月21日至24日，先进材料及加工工程协会-北美)描述了通过将超薄纤维增强结构夹在由金属笼约束的预制造的硅树脂模具之间来固结超薄纤维增强结构。在该文献中，超薄纤维增强结构不是增材制造的。
在已知的示例中，必须在固结阶段之前制造模具。然后，在固结增材制造部件之前，必须执行包括模具制造的预备步骤。该预备步骤致使增材制造部件的固结成为复杂、昂贵并且耗时的过程。
此外，在大部分情况下，该模具的形状并不完全匹配增材制造部件，即模具既不完全包围增材制造部件也不完全包封增材制造部件。
此外，该预制造的模具通常包括连接在一起的两个部分，使得当这两个部分完全对齐时，这两个部分使得能够产生具有部件形状的内部中空部。这两个部分的任何未对准意味着内部中空部不是所希望的形状。此外，该模具不能用于形状不同于该内部中空的形状的部件。这对于复杂几何形状的部件尤其重要，因为复杂几何形状的部件通常需要装配多个模具以产生成形包封。
最后，其中放置有模具的容器的尺寸和形状和/或模具进入容器所通过的开口的尺寸和形状必须调整，使得模具能够进入并且被容纳在容器中。
因此，需要与已知方法相比更简单、更便宜和/或耗时更少的用于固结增材制造部件的方法。
还需要用于固结增材制造部件的方法，该增材制造部件可以用于任何形状或尺寸的容器和/或用于任何形状或尺寸的容器开口。
还需要用于固结具有复杂几何形状的增材制造部件的方法。
此外，有时将增材制造部件与另一个(或多个)部件(例如与另一个或另外多个增材制造的部件)装配或连接在一起是必要的或有用的。该部件也可以是用不同于增材制造的技术制造的部件。例如，有时将增材制造部件与传感器、蜂窝状件、插入件等装配或连接在一起是必要的或有用的。
还需要提供机械锁定和/或提供待装配的部件之间的粘接，同时改善已连接部件的完整性，特别是当部件不能被化学联接时。
发明内容
根据本发明，这些目的通过一种用于固结增材制造部件的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-将该部件放置在导热容器的空腔中，该空腔没有模具，并用液态或半液态材料填充该空腔，使得该材料通过完全包围或包封该部件的至少外部部分来直接接触该部分，该材料是可固化的，该材料的最高工作温度高于待固结部件的较低的熔化温度，并且该材料具有正的相对热膨胀系数；
-密封该空腔；
-使该材料固化，使得该固化材料限制该部件在该空腔中的移动；
-加热该空腔，其中，当温度升高时，该固化材料膨胀从而在该部件上产生压力，并且其中，该温度升高直到达到如下的加工温度：该加工温度等于或高于待固结部件的较低的熔化温度，并且低于该材料的最高工作温度；
-保持该加工温度以固结该部件，其中，在该加热步骤期间和该保持步骤期间，固化材料是原位产生的用于部件的整体模具。
在本文中，可固化材料的最高工作温度表示属于如下温度范围的最高温度：在该温度范围中，可固化材料处于稳定固化状态，这意味着可固化材料不会熔化/软化/燃烧/劣化/降解和/或失去可固化材料的关键机械性能(例如拉伸强度、拉伸模量、硬度)的值的至少50％。
必须理解，在用液态或半液态材料填充该空腔的步骤之前、之后或者同时，可以执行将该部件放置在导热容器的空腔中的步骤，只要在这两个步骤之后(与这两个步骤的顺序无关)，该材料通过完全包围或包封该部件的至少外部部分来直接接触该部分。
用于固结增材制造部件的该方法则完全没有预制造的模具。模具是通过原位(即在容器的空腔内)固化可固化材料而产生的，该可固化材料包围或封装待固化部件的至少一部分。
如果增材制造部件具有复杂的几何形状，那么原位产生的模具也具有复杂的几何形状。因此，根据本发明的方法使得能够产生用常规技术难以制造的复杂几何形状的模具。
此外，根据本发明的方法没有包括模具的制造的预备步骤。因此，根据本发明的方法比已知的方法更简单、更便宜且耗时更少。
在本发明方法的第一步骤中，可固化材料为液态或半液态。根据本发明，该材料通过完全包围或包封该部件的至少外部部分而直接接触该部分。因此，液态或半液态材料完全匹配增材制造部件，即完全包围或包封增材制造部件。
在第二步骤中，可固化材料被固化。因此，可固化材料变成固体。
根据本发明的方法包括密封空腔的步骤。在这种情况下，密封意味着将可固化材料限制在物理空间中，以保证在膨胀时在增材制造部件上施加压力。完全的气密/液密密封是可能的，但不一定需要。该步骤可以在固化步骤之后或之前进行，优选地在加热步骤之前进行。
容器被密封然后被加热到如下温度：该温度等于或高于待固结的部件的较低的熔化温度，但低于可固化材料的最高工作温度。在一个优选实施例中，该容器包括或被连接到用于在加热步骤期间控制时间和温度(以及可能的如下将讨论的压力)的装置。在一个实施例中，加热函数对于时间是线性函数。
如果该部件由包括基体和增强纤维的复合材料制成，则该部件的较低的熔化温度通常是基体的熔化温度，并且该部件的较高熔化温度是增强纤维的熔化温度。
如果该部件由均质材料制成，则该部件只有一个熔化温度。
该材料具有相对的正热膨胀系数，即该材料的正热膨胀系数高于导热容器的热膨胀系数。因此，固化材料一旦被加热，就在空腔内膨胀；该空腔也会膨胀，但由于空腔具有较低的热膨胀系数，因此在该部件上产生了基本均匀的压力。在这种膨胀期间，固化材料保持为固体。
在根据本发明的方法的加热步骤期间，当温度升高时，固化材料膨胀从而在该部件上产生压力，同时保持对部件的几何形状的密切控制。在一个实施例中，在加热步骤期间部件的几何形状可以减小，例如，通过压实，部件可以在一个方向上收缩20％。根据本发明，温度升高直到达到如下的加工温度：该加工温度等于或高于待固结部件的较低的熔化温度，但低于材料的最高工作温度。
然后保持加工温度以固结部件。
根据本发明，在加热步骤期间和在保持步骤期间，固化材料是原位产生的用于部件的整体模具。固化材料是空腔中单独的或唯一的模具，并且固化材料是在部件已经放置在空腔中之后，在空腔中产生的。
有利地，该模具是整体的。换句话说，该模具不包括如在已知的模具中那样装配在一起的、使得能够产生具有部件形状的内部中空部的两个不同的部分。换句话说，根据本发明的方法不会遭受已知模具的多个部分的错位的问题。内部中空可以具有复杂的几何形状。
由于该材料在该材料处于液态或半液态状态时被引入到空腔中，并且由于该材料在被引入到空腔中以后变成固体从而充当模具，所以该材料可以用于任何形状或尺寸的空腔以及用于任何形状或尺寸的容器的开口，只要该开口使得能够将部件引入到空腔中。
在一个优选实施例中，液态或半液态材料完全地并且完整地包围或包封该部件。因此，本发明的原位产生的且为整体的模具的内部中空部的形状恰好是该部件的形状。
在一个优选实施例中，根据上面的限定，该部件具有复杂的几何形状。根据本发明的方法使得原位产生的模具能够适应该复杂几何形状的部件。
在一个实施例中，根据本发明的方法在将该部件放置在空腔中的步骤之前、或者在任何情况下在固化步骤之前，包括如下步骤：在该步骤期间，使部件的外表面(外壳)尽可能地无裂纹，以避免可固化材料进入裂纹中从而在固化步骤期间使部件破裂。在一个优选实施例中，该步骤包括：制造部件，使得部件的外表面的至少一部分仅由无裂纹的材料(例如塑料)制成。在另一实施例中，该制造步骤尽可能适当地进行，以使得部件的层之间的结合尽可能地无裂纹。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法包括如下步骤：将该增材制造部件与另一部件组合，例如将增材制造部件与另一增材制造部件组合，使得在固结步骤期间，将这些部件装配或连接在一起。由于部件被组合，在加热步骤期间，在膨胀的固化材料的压力下，部件至少部分地融合或粘接，使得部件能够连接在一起，同时通过原位形成的模具保持部件的几何形状。有利地，部件被连接同时提高了增材制造部件的完整性。
在一个优选实施例中，在固化步骤之前，紧密地密封两个或两个以上的部件的一个或多个接合点或一个或多个接合区域，以避免可固化材料进入到部件之间从而使部件分离。在一个实施例中，在固化步骤之前，部件至少部分地被无裂纹材料(例如塑料)覆盖，例如被无裂纹材料的片覆盖或通过在部件的外表面的至少一部分上喷涂无裂纹材料来覆盖。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法包括通过使用定位装置将一个或多个部件定位在空腔中的步骤。定位装置的示例包括垫片、保持器、销钉等。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法包括冷却空腔的步骤。在一个优选实施例中，冷却的步骤包括：
-冷却该空腔以达到预定温度；
-将该预定温度保持一段时间间隔；
-冷却该空腔以达到室温。
在一个优选实施例中，该部件包括基体，例如热塑性塑料基体，并且该预定温度是热塑性塑料基体的玻璃化转变温度。在保持玻璃化转变温度的同时，释放了该部件的残余应力。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法在冷却步骤之后包括从固化材料中分离一个或多个固结部件的步骤。
在一个优选实施例中，分离步骤包括基于在固化步骤之前，由用户和/或通过探测该部件和/或通过扫描该部件来输入的3D模型文件，对工具(例如刀、钻头、铣刀等)的路径规划进行编程。
在一个优选实施例中，容器包括或被连接到用于在加热步骤期间控制空腔中压力的装置。在一个优选实施例中，容器包括或被连接到活塞，以在加热步骤期间在部件上产生受控制的力或受控制的压力。在一个实施例中，活塞为容器的盖子或者被包含在容器的盖子中，该盖子封闭容器的开口。
在一个优选实施例中，该方法包括在固化步骤之前用填充物填充空腔的步骤。例如，部件的顶部可以保持就位，而底部部分被可固化的材料包围。之后，空腔的其余部分用填充物填充。
在另一个实施例中，该部件(可以保持就位，也可以不保持就位)将首先被填充材料(例如颗粒)包围，之后用可固化材料填充满(整个)空腔，可固化材料填充满由填充材料打开的空腔。在另一个实施例中，可固化材料可以是非均质的并且部分地包括填充物，该填充物例如作为液态或半液态的可固化材料中的小粒子。
在一个优选实施例中，填充物包括预先固化的材料，该材料在重复用作填充物之前已被预加工，例如以将该材料减小成颗粒状。然后，在该实施例中，根据本发明的方法包括以下步骤：
-对预先固化的材料进行预加工；
-用已预加工的预先固化的材料填充该空腔。
在另一个实施例中，砂粒子、塑料粒子和/或金属粒子可以用作填充物。
在一个优选实施例中，该容器由侧面构架和底部部分限定。容器限定了空腔。在一个优选实施例中，该底部部分包括用于部件的构建平台，该部件在该构建平台上被增材制造。在另一实施例中，顶部部分和/或侧面构架包括该构建平台。这样的优点是，在部件在构建平台上被增材制造之后，支撑部件的构建平台可以直接用于将部件放置在容器中以及用于至少部分地封闭容器开口，该部件已通过该容器的开口进入容器中。在另一实施例中，支撑部件的构建平台仅用于放置部件，盖子使得能够封闭容器的开口。
本发明还涉及用于固结增材制造部件的系统，该系统包括：
-导热容器，该导热容器包括空腔，该空腔包括增材制造部件以及液态或半液态的材料，使得该材料完全包围或包封该部件的至少一部分，该材料是可固化的，该材料的最高工作温度高于待固结部件的较低的熔化温度，并且该材料具有正的相对热膨胀系数，
-用于密封空腔的密封装置，
-用于使该材料固化的固化装置，使得该固化材料限制该部件在所述空腔中的移动，
-用于加热该空腔的温度控制装置，其中，当温度升高时，该固化材料膨胀从而在该部件上产生压力，并且其中，该温度升高直到达到如下的加工温度：该加工温度等于或高于该待固结部件的较低的熔化温度，并且低于该材料的最高工作温度；这些温度控制装置也被设置成用于保持所述加工温度以固结所述部件，
其中，在加热期间和在保持期间，该固化材料是原位产生的用于该部件的整体模具。
附图说明
借助于以示例的方式给出的并且通过附图示出的实施例的描述，将更好地理解本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的示意图。
图2示出了待固结的增材制造部件的实施例的透视图。
图3A和图3B示出了待装配的增材制造部件的两个实施例的透视图。
图3C示出了已装配的图3A和图3B的部件的透视图。
图4A示出了待装配的增材制造部件的四个不同的实施例的透视图。
图4B示出了已装配的图4A的部件的透视图。
图4C示出了图4B的已装配的部件的横截面图。
图5A示出了根据本发明的系统的实施例的透视图。
图5B示出了图5A的系统的横截面图。
图6示出了根据本发明的系统的另一实施例的横截面图。
图7A示出了根据本发明的系统的另一实施例的分解图。
图7B示出了已装配的图7A的系统的透视图。
图8示出了根据本发明的系统的温度随时间变化的示例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的方法的实施例的步骤的示意图。附图标记1000表示在待固结的部件进入容器的空腔之前，为准备该部件而执行的步骤的示例。附图标记2000表示在该准备步骤1000之后执行的步骤的示例。
优选地，步骤1000和2000由相继执行的操作和动作组成，如箭头所示。
这些操作和动作可以以手动、半自动或全自动的方式执行。半自动或全自动的操作或动作可以通过来自例如传感器、用户输入或者自学习算法的直接反馈或者通过预先配置的设置来驱动。
在图1的示例中，首先，在步骤110中制造部件。根据本发明的部件是例如通过自动纤维缠绕、自动铺带(ATL)、自动纤维铺设(AFP)或3D打印而增材制造的。在增材制造加工期间可能已经将元件嵌入到部件中(例如，该过程可能中途停止，以将泡沫芯部嵌入到部分完成的增材制造部件中，在此之后继续进行增材制造加工以包封泡沫)。
将用根据本发明的方法进行固结的部件可以由均质材料和/或复合材料制成。在图2中给出了该部件的示例。
图2示出了待固结的增材制造部件10的实施例10’的透视图。在该示例中，该部件是具有弯曲形状和两个端部4的支架10’，每个端部4包括孔3。
支架10’包括外侧表面(周界)1和芯部2。在一个实施例中，侧表面1和芯部2由均质材料(例如塑料)制成。在另一实施例中，侧表面1和芯部2由非均质材料(例如碳纤维增强塑料)制成。在另一个实施例中，侧表面1和芯部2由不同的材料制成：例如，侧表面1可以由混合塑料制成，并且芯部2可以由碳纤维增强塑料制成，或者侧表面1可以由碳纤维增强塑料制成，并且芯部2可以由混合塑料制成。
通过根据本发明的方法，还可以对多个部件进行固结并且同时将该多个部件装配或连接在一起。这些部件中的至少一个、甚至可能所有的这些部件都是增材制造的。
换言之，这些部件可以在固结之前进行组合。在这些部件组合期间，连接装置(如果可能的话)可以被用于保持部件之间的相对位置，以处理组成的部件。连接装置包括机械锁定装置、粘接装置、紧固装置、系结装置等。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法不仅使得能够对这些部件中的至少一个进行固结，还使得能够将组合的部件连接在一起，使得组合的部件形成整体的部件。
这些部件可以是化学联接的，也可以不是化学联接的。在图3A和图3B中给出了可以化学联接的部件的示例。
图3A和图3B示出了增材制造部件10的两个实施例的透视图。它们是双组件支架(在图3C中可见)的组件。
支架的在图3A中可见的第一组件10”是基本上平坦的，并且包括两个孔3和一个洞部5，该洞部被设置成用于接纳支架的在图3B中可见的第二组件10”’的突出部分6。支架的第二组件10”’具有复杂的几何形状，支架的第二组件包括基座7和具有复杂的侧面形状的突出部分6。支架的第二组件还包括孔3。第一组件10”可以通过3D打印来制造，例如通过在Z方向上堆叠层来制造，每个层属于x-y平面。第二组件10”’可以通过3D打印来制造，例如通过在垂直于x-y平面的平面(例如x-z平面或z-y平面)中堆叠层来制造。因此，为了获得在图3C中所示的支架，需要将图3A的第一组件10”和图3B的第二组件10”’装配在一起，因为第一组件和第二组件是在不同的平面中制造的。换句话说，将图3C的支架制造为整体的增材制造部件而不进行不同部分的装配可能是困难的，甚至是不可能的。
通过根据本发明的方法，还可以将不能化学联接的多个部件装配或连接在一起。这些部件中的至少一个、甚至可能所有的这些部件都是增材制造的。根据本发明的方法在这些部件之间建立了机械锁定和/或提供粘接。图4A和图4B中给出了示例。
图4A示出了待装配的增材制造部件的四个不同的实施例的透视图。一旦被装配，这些部件就形成了在图4B和4C中可见的压力器皿。
如箭头F1所示，金属芯部10iv(例如打印的金属芯部或者用其他技术制造的芯部)被两个打印的碳纤维端部杯部10v封装。然后打印的碳纤维中空圆筒(套筒)10vi插入到封装的金属芯部上，如箭头F2所示。所得到的压力器皿在图4B中示出。在这个示例中，部件10iv、10v和10vi不能被化学联接。
如将讨论的，根据本发明的方法使得金属芯部10iv能够粘接到两个打印的碳纤维组件10v，并且使得打印的碳纤维组件10v和打印的碳纤维中空圆筒10vi能够粘合。
如果增材制造部件10必须如图3B和图4B中的示例那样装配，则该方法包括步骤120：将至少一个增材制造部件与另一个部件组合，可能地，将至少一个增材制造部件与另一个增材制造部件组合。
有时，将一个或多个功能元件插入或封装到增材制造部件中，或者将一个或多个功能元件插入或封装到包括至少一个增材制造部件的一组组合部件中，是必须的或者有用的。
这些功能元件的非限制性示例包括：
-用于增强功能的元件，例如紧固件、传感器、致动器、电缆等；
-用于使得能够引入负载的元件，例如插入件；和/或
-用于提高机械性能的元件，例如金属杆、陶瓷杆、玻璃杆、纤维增强塑料杆和/或其他结构。
这些元件可以部分地插入和/或可以仅在装配多个部件时被封装。
在一个优选实施例中，这些元件具有高于加工温度的熔点。
有时，将例如为格架、泡沫和/或蜂窝状芯部的一个或多个结构芯部嵌入增材制造部件中，也是必要或有用的。
在一个优选实施例中，芯部具有高于加工温度的熔点。
将芯部嵌入的步骤由图1中的附图标记130示出。增加元件或插入件的步骤由图1中的附图标记140示出。
准备部件10还可以包括在部件10中制造空气通道(未示出)，以容纳在固结部件10期间离开部件10的空气。
准备部件10可以包括如下的步骤：在该步骤期间，使部件10的外表面(外壳)尽可能地无裂纹，以避免可固化材料进入裂纹中从而在固化步骤期间使部件10破裂。在一个优选实施例中，该步骤包括：制造部件10，使得部件10的外表面的至少一部分仅由无裂纹的材料(例如塑料)制成。在另一实施例中，该制造步骤尽可能适当地进行，以使得部件10的层之间的结合尽可能地无裂纹。
在一个实施例中，准备部件10可以包括如下的步骤：在该步骤期间，将部件10放入覆盖部件10的外壳的空气密封袋中。该空气密封袋可以通过通道(例如管)连接到空腔外部的周边环境，以容纳在固结步骤期间从袋中逸出的从部件10中逸出的空气。在该实施例中，空气密封袋还可以通过在通道中产生低压力而被保持在真空下，在这种情况下，该通道将被连接到真空泵。
在另一个实施例中，部件10的至少一部分被覆盖和/或被包裹在气密密封件/气密密封片中。
空气密封袋、空气密封件和/或空气密封片的存在使得能够避免可固化材料30进入部件10中的可能的裂纹中从而在固化步骤期间使部件10破裂。
如果组合部件必须进行固结，则在部件组合后，两个或两个以上的部件的一个或多个接合点或一个或多个接合区域被紧密地密封，以避免可固化材料进入到单独的部件之间。在一个实施例中，在固化步骤之前，部件至少部分地被无裂纹材料(例如塑料)覆盖，例如至少部分地被片状无裂纹材料覆盖或通过在部件的外表面的至少一部分上喷涂无裂纹材料而被至少部分地覆盖。
一旦部件(或组合部件)10已经被准备好，部件(或组合部件)就被放置在容器的空腔中，例如在如图5A所示的容器20的空腔21中。在该示例中，容器20具有限定空腔21的侧表面26和底部表面28。在图5B中可见的盖子22可以连接到侧表面26，以通过固定装置(在该示例中，与容器20中的孔14配合的螺钉40)封闭空腔21，然后封闭容器20。
所示的容器20是基本上圆柱形的，但是可以想象任何其他形状或尺寸的容器。容器也可以具有可变的体积。
容器20(至少部分地)由导热材料制成。在一个优选实施例中，容器是金属的。
容器20被设置成支持高压力，即属于1巴-10巴或更高的范围的压力，典型地在3巴-7巴的范围内的压力。
在一个实施例中，容器20的一部分和/或容器的盖子22可以被穿孔，以便容纳在固结步骤期间与周围环境进行交换的空气。在一个优选实施例中，这些穿孔(未示出)不应抑制容器20中的压力积聚。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法包括通过使用定位装置(未示出)将一个或多个部件10定位在空腔21中的步骤。定位装置的示例包括垫片、保持器、销钉等。
在一个优选实施例中，如图7A和图7B所示，容器20的底部部分包括用于部件10的构建平台28，该部件在该构建平台上被增材制造。在另一实施例中，盖子和/或容器侧面构架包括该构建平台。这样的优点是，在部件10在构建平台28上被增材制造之后，支撑部件10的构建平台28可以直接用于将部件放置在空腔21中以及用于至少部分地封闭空腔21的开口，该部件10已通过该空腔的开口进入空腔21中。在另一实施例中，支撑部件的构建平台仅用于放置部件，另一个盖子使得能够封闭容器的开口。
在一个实施例中，部件10在制造步骤110期间自动地卡在构建平台28上。在另一实施例中，连接装置(如粘合剂、胶水等)用于将构建平台28连接到部件10。
在将部件10定位到空腔21中之前或之后，空腔21至少部分地充满液态或半液态材料30，使得材料30通过完全包围或包封部件10的至少外部部分来直接接触该部分。在一个优选实施例中，材料完全包围部件10。
在一个实施例中，在固化步骤之前或之后，在可固化材料30中增加或制造空气通道(未示出)，以容纳在固化步骤期间离开部件10以离开空腔21的空气，或至少使离开部件10的空气不被困在整体模具和部件10之间。这改善了部件10的压实和融合。
根据本发明，该材料30是可固化的，该材料的最高工作温度高于待固结的部件的较低的熔化温度，并且该材料具有正的相对热膨胀系数。在一个优选实施例中，该材料在高压力下，即在1巴至10巴或更高的范围的压力下不会降解、软化、劣化、熔化和/或燃烧。
该材料30的示例包括橡胶(例如天然橡胶或合成橡胶)、硅树脂、弹性体、热塑性塑料、热固性塑料和/或淀粉基弹性体或淀粉基塑料(可生物降解)。
如果空腔21没有被材料30完全填充，则可以使用填充物(未示出)来填充剩余的体积，或者如果空气没有被填充物完全填充，则可以使用材料30来填充剩余的体积。
在一个优选实施例中，填充物包括预先固化的材料30，该材料在重复用作填充物之前已被预加工，例如以将该材料减小成颗粒状。
在另一实施例中，砂粒子、塑料粒子和/或金属粒子可用作补充或替代填充物，并且可在填充空腔21之前被增加到材料30中。
放置步骤和填充步骤形成图1中的灌封步骤210。
然后，例如通过用盖子22(在图5B中可见)封闭容器20的开口部分来密封空腔21(步骤220)。在另一实施例中，在固化步骤之后，执行密封步骤。
可以使用机械力、电力和/或磁力以限制固化材料30的膨胀，从而在空腔21中积聚压力。
然后使材料30固化，使得固化材料30限制部件20在腔21中的移动。根据物质的固化性质，物质的固化可以通过例如时间、暴露于一种或多种气体、暴露于UV和/或暴露于热量来执行。由于可固化材料被固化，该可固化材料变成固体。
容器20(以及容器的空腔21)然后被加热到如下温度：该温度等于或高于待固结的部件的较低的熔化温度，但低于材料的最高工作温度。在一个实施例中，加热步骤长为30秒至5分钟。在一个优选实施例中，容器20包括或被连接到用于在加热步骤期间控制空腔21中的时间和温度以及压力(可能地)的装置(未示出)。
在图1中通过附图标记240示出了加热步骤。图8示出了容器20(以及空腔21)的温度随时间的变化的示例。
在加热步骤240期间，根据相对热膨胀系数和其他物理性质，热量引起固化材料30和部件10的膨胀、减小、相对移动和/或变形。
由于材料30具有正的热膨胀系数，因此一旦固化材料被加热，固化材料就在空腔21中膨胀，以在部件10上产生基本上均匀的压力。在该膨胀期间，固化材料保持为固体并保持对部件10的几何形状的密切控制。
在一个优选实施例中，容器20包括或被连接到用于在加热步骤期间控制容器中的压力的装置。在一个优选实施例中，容器包括或被连接到活塞，以在加热步骤期间在部件上产生受控制的力或受控制的压力。在图6或者图7A和图7B中示出的一个实施例中，活塞24为容器的盖子或者被包含在容器的盖子中，该盖子封闭容器的开口。
尽管图7A和图7B示出了用于控制压力的装置(如活塞24)与构建板28的存在，但是必须理解这两个特征没有必要都存在。在一个实施例(未示出)中，仅存在构建板28，容器没有用于控制空腔21的压力的装置。
在图8的示例中，温度T1为复合增材制造部件10的基体的熔化温度。在一个示例中，T1属于150℃-400℃的范围，例如T1＝200℃。一旦达到T1，通常在大约15分钟后，热塑性塑料熔化，并且部件10开始固结(部件的空气被压出，部件被压实)和融合(聚合物之间形成更多的联接)。如果在空腔21中有组合的复合增材制造部件10，则部件10也开始接合在一起。
根据本发明，温度升高直到达到如下的加工温度：该加工温度等于或高于待固结部件的较低的熔化温度，但低于材料的最高工作温度。
为了在一个或多个部件10上产生更大的压力，可以将温度升高到加工温度T2，使固化材料膨胀得更多。更大的压力也意味着固结更好。在一个示例中，T2属于200℃-400℃的范围，例如T2＝250℃。
在图8的示例中，T2＞T1。然而，T2可以等于T1。
然后将加工温度T2保持一定的时间间隔(t3-t2)，以固结部件10，典型地，该时间间隔的范围为30分钟到6小时。在图1中通过附图标记250示出了固结步骤。
固结也由于对一个或多个部件10施加的均匀压力而发生。该固结步骤250导致一个或多个部件10的或在一个或多个部件内的融合(结合)、压实和/或结晶，并且可以导致空气离开一个或多个部件10。
例如，根据本发明的方法使得图4A到图4C的打印的金属芯部10iv能够粘接到两个打印的碳纤维组件10v，并且使得打印的碳纤维组件10v和打印的碳纤维中空圆筒10vi能够粘合。
根据本发明，在加热步骤期间和保持步骤期间，固化材料30是原位产生的用于部件10的整体模具。固化材料是空腔21中单独的或唯一的模具，并且固化材料是在部件已经放置在空腔21中之后，在空腔21中产生的。
在一个实施例中，填充空腔的材料30可以是再循环材料，即已经固化并经过加工以回到液态或半液态且仍然可固化的状态的材料。
在图1的实施例中，固结步骤250之后是冷却步骤260。
在如在图8中可见的一个优选实施例中，冷却的步骤260包括：
-冷却容器20(以及空腔21)以达到预定温度T3；典型地，时间间隔(t4-t3)的范围为10分钟到2小时；
-将该预定温度保持一段时间间隔(t5-t4)；典型地，时间间隔(t5-t4)的范围为10分钟到1小时；
-冷却容器20(以及空腔21)以通常在1小时内达到室温T0。
在一个优选实施例中，部件包括基体，例如热塑性塑料基体，并且该预定温度T3是热塑性塑料基体的玻璃化转变温度。纤维和基体(例如热塑性塑料基体)之间的热膨胀系数的不同以及半结晶聚合物的密度变化可能导致残余应力和翘曲。为了防止这种情况并缓解这种残余应力，将玻璃化转变温度T3保持一段时间间隔(t5-t4)。这也适用于由均质材料制成的部件。在一个示例中，T3属于50℃-350℃的范围，例如T3＝100℃。
在一个实施例中，在时间间隔(t4-t3)期间的冷却速率低于t5之后的冷却速率。典型地，冷却速率的范围为5℃/min至50℃/min。
在一个优选实施例中，根据本发明的方法在冷却步骤之后，包括从固化材料中分离一个或多个固结的部件的步骤。在图1中通过附图标记270示出了该步骤。
在一个优选实施例中，分离步骤包括基于在固化步骤之前，由用户和/或通过探测该部件和/或通过扫描该部件来输入的3D模型文件，对工具(例如刀、钻头、铣刀等)的路径规划进行编程。
一旦原位产生的模具从部件10分离，可选择地，该模具可以作为常规模具被重复使用或被切碎以用作颗粒填充物来重复使用。
可选地，可以进行后加工以对一个或多个固结的部件10进行清洁、表面平滑、涂刷和/或涂覆(图1中的步骤280)。
附图中使用的附图标记
1 支架的外侧表面
2 支架的芯部
3 孔
4 支架的端部
5 支架的第一组件的洞部
6 支架的第二组件的突出部分
7 支架的第二组件的基座
10， 增材制造部件
10’至10vi 增材制造部件的示例
10’ 支架
10” 支架的第一组件
10”’ 支架的第二组件
10iv 压力器皿的打印的金属芯部
10v 打印的碳纤维组件
10vi 打印的碳纤维中空圆筒
14 容器的孔
20 容器
21 容器的空腔
22 盖子
24 用于在容器中产生受控制的压力的装置(活塞)
26 容器的侧表面
28 构建板
30 可固化材料
40 固定装置(螺钉)
110 部件增材制造步骤
120 将部件进行组合的步骤
130 将芯部嵌入的步骤
140 增加元件的步骤
250 固结步骤
260 冷却步骤
270 分离步骤
280 后加工步骤
1000 用于准备待进入空腔中的部件的步骤
2000 在准备待进入空腔中的部件之后的步骤
F1，F2 箭头
T0 室温
T1 基体(热塑性塑料)熔化温度
T2 加工(固结)温度
T3 基体(热塑性塑料)玻璃化转变温度
t1至t6 时间
1 增强纤维
2 基体
3 孔
4 洞部
10、10’至10vi 增材制造部件
14 容器的孔
20 容器的侧表面
22 容器的上表面(盖子)
24 用于在容器中产生受控制的压力的装置(活塞)
28 容器的底部表面
30 可固化材料
40 固定装置(螺钉)
110 灌封部件的步骤
120 密封步骤
130 固化步骤
140 加热步骤
150 固结步骤
160 冷却步骤
170 分离步骤
180 后加工步骤
210 部件增材制造步骤
220 组合部件的步骤
230 将芯部嵌入的步骤
240 增加元件步骤
T0 室温
T1 基体(热塑性塑料)熔化温度
T2 加工(固结)温度
T3 基体(热塑性塑料)玻璃化转变温度
t1至t6 时间

Claims (18)

1.用于固结增材制造部件(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述部件(10)放置在导热容器(20)的空腔(21)中，所述空腔(21)没有模具，并用液态或半液态的材料(30)填充所述空腔(21)，使得所述材料(30)通过完全包围所述部件(10)的至少外部部分来直接接触所述外部部分，所述材料(30)是可固化的，所述材料的最高工作温度高于待固结的所述部件(10)的较低的熔化温度，并且所述材料具有正的相对热膨胀系数，
-密封所述空腔(21)，
-使所述材料(30)固化，使得固化的所述材料(30)限制所述部件(10)在所述空腔(21)中的移动，
-加热所述容器(20)，其中，当温度升高时，固化的所述材料膨胀从而在所述部件(10)上产生压力，并且其中，所述温度升高直到达到如下的加工温度(T2)：所述加工温度等于或高于待固结的所述部件(10)的较低的熔化温度，并且低于所述材料(30)的最高工作温度；
-保持所述加工温度(T2)以固结所述部件(10)，
其中，在所述加热期间和在所述保持期间，固化的所述材料是原位产生的用于所述部件(10)的整体模具。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述部件(10)具有复杂的几何形状。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在固化步骤之前，使所述部件(10)的外表面的至少一部分无裂纹，以避免可固化的材料(30)进入所述裂纹中从而在所述固化步骤期间使所述部件(10)破裂。
4.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述部件(10)与另一个部件组合，
并且其中，在所述固结步骤期间，所述部件连接在一起。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述固化步骤之前，紧密地密封两个或两个以上的部件的一个或多个接合点或一个或多个接合区域，以避免可固化的材料进入到单独的部件之间。
6.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在填充所述空腔(21)之前，通过使用定位装置将所述部件定位在所述空腔(21)中。
7.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
冷却所述空腔(21)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述冷却包括：
-冷却所述空腔(21)以达到预定温度(T3)；
-将该预定温度(T3)保持一段时间间隔；
-冷却所述空腔(21)以达到室温(T0)。
9.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-将固化部件从固化的所述材料分离。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述分离包括：-基于在所述固化步骤之前由用户、通过探测所述部件和/或通过扫描所述部件来输入的3D模型文件，对工具的路径规划进行编程。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述容器(20)包括或被连接到元件(24)，所述元件被设置成在所述加热期间在所述部件(10)上产生受控制的力或受控制的压力。
12.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述固化步骤之前用填充物填充所述空腔(21)。
13.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在构建平台(28)上制造所述部件；
-将其上放置有所述部件(10)的所述构建平台(28)和所述部件(10)放置在所述空腔(21)中。
14.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述固化步骤之前，在所述部件中嵌入芯部。
15.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述固化步骤之前，在所述部件中增加元件。
16.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-将所述部件(10)与另一个增材制造部件组合，
并且其中，在所述固结步骤期间，所述部件连接在一起。
17.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法包括以下步骤：
-在所述固化步骤之前用已预加工的预先固化的材料填充所述空腔。
18.用于固结增材制造部件(10)的系统，所述系统包括：
-导热容器(20)，所述导热容器包括空腔(21)，所述空腔(21)包括增材制造部件(10)以及液态或半液态的材料(30)，使得该材料完全包围或包封该部件(10)的至少一部分，所述材料(30)是可固化的，所述材料的最高工作温度高于待固结的所述部件的较低的熔化温度，并且所述材料具有正的相对热膨胀系数；
-用于使所述材料(30)固化的固化装置，使得固化的所述材料限制所述部件(10)在所述空腔(21)中的移动；
-用于加热所述空腔(21)的温度控制装置，其中，当温度升高时，固化的所述材料(30)膨胀从而在所述部件(10)上产生压力，并且其中，所述温度升高直到达到如下的加工温度(T2)：所述加工温度等于或高于待固结的所述部件的较低的熔化温度，并且低于所述材料的最高工作温度；这些温度控制装置也被设置成用于保持所述加工温度(T2)以固结所述部件(10)；
其中，在所述加热期间和在所述保持期间，固化的所述材料是原位产生的用于所述部件(10)的整体模具。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210086409A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-25 Flow International Corporation Systems and methods of interim and end of process treatment of manufactured articles using high pressure and waterjets

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62135347A (ja) * 1985-12-09 1987-06-18 Mitsubishi Electric Corp 繊維強化プラスチツクの製造方法
EP0233134A1 (en) * 1986-02-13 1987-08-19 United Technologies Corporation Molding method and apparatus using a solid, flowable, polymer medium
US6849220B1 (en) * 1999-10-18 2005-02-01 Sevenska Rotor Maskiner Ab Method for producing polymer rotors
CN1871106A (zh) * 2003-09-26 2006-11-29 布伦斯维克公司 在模中制作预型体的装置和方法
CN108025462A (zh) * 2015-09-09 2018-05-11 日产自动车株式会社 复合材料的制造方法、复合材料的制造装置以及复合材料用预制件

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4167430A (en) * 1978-04-28 1979-09-11 General Dynamics Corporation Method for fabricating a composite bonded structure
US4264556A (en) * 1979-08-27 1981-04-28 Kaplesh Kumar Thermal isostatic densifying method and apparatus
US4492607A (en) * 1983-02-22 1985-01-08 Rockwell International Corporation Method for producing integrally stiffened fiber reinforced plastic panels
US4940563A (en) * 1986-02-13 1990-07-10 United Technologies Corporation Molding method and apparatus using a solid flowable, polymer medium
US4755341A (en) * 1986-09-10 1988-07-05 United Technologies Corporation Method of vacuum bagging using a solid flowable polymer
US4704240A (en) * 1986-09-10 1987-11-03 United Technologies Corporation Method of fabricating tubular composite structures
US4889668A (en) * 1987-10-05 1989-12-26 Dow Corning Corporation Fixed-volume, trapped rubber molding method
US6174484B1 (en) * 1998-11-16 2001-01-16 General Electric Company Apparatus and method for producing a compression molded product
GB201508996D0 (en) * 2015-05-26 2015-07-08 Mfg Technology Ct The Ltd A method for forming a three dimensional object
US10518472B2 (en) * 2015-12-08 2019-12-31 Stratasys, Inc. Thermal drying system for additive manufacturing device
US11241842B2 (en) * 2019-01-24 2022-02-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Methods to improve compression during microwave heating

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62135347A (ja) * 1985-12-09 1987-06-18 Mitsubishi Electric Corp 繊維強化プラスチツクの製造方法
EP0233134A1 (en) * 1986-02-13 1987-08-19 United Technologies Corporation Molding method and apparatus using a solid, flowable, polymer medium
US6849220B1 (en) * 1999-10-18 2005-02-01 Sevenska Rotor Maskiner Ab Method for producing polymer rotors
CN1871106A (zh) * 2003-09-26 2006-11-29 布伦斯维克公司 在模中制作预型体的装置和方法
CN108025462A (zh) * 2015-09-09 2018-05-11 日产自动车株式会社 复合材料的制造方法、复合材料的制造装置以及复合材料用预制件

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