CN116745128A - 多孔金属材料 - Google Patents
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Abstract
一种生产包含多孔金属材料的产品的方法和一种包含多孔金属材料的产品。所述方法包括以下步骤:‑通过增材制造来构建产品的多孔金属材料;和‑通过振动抛光,对所述产品的所述多孔金属材料的至少部分表面进行抛光。
Description
本发明的技术领域
本发明涉及一种包含多孔金属材料的产品和一种生产包含多孔金属材料的产品的方法。
背景技术
采用增材制造(如激光粉末床融合)可以构建穿孔和多孔的材料。根据材料的CAD设计,穿孔材料可以设计有穿过材料的通道。另一方面,多孔材料通过改变某些生产参数来获得其多孔特性和特定的孔隙度。这些参数可以是例如激光参数,如激光功率、脉冲持续时间、脉冲频率或激光束半径;或者材料参数,例如材料类型和各粉末层的厚度。然而,通过增材制造所生产的多孔材料的表面对于某些应用来说过于粗糙。
概述
本发明的目的是提供一种包含改进的多孔金属材料的产品和一种生产包含改进的多孔金属材料的产品的方法。
本发明的另一目的是提供一种具有光滑表面的包含多孔金属材料的产品和一种生产该产品的方法。
这通过如独立权利要求所述的方法和产品来实现。
根据本发明的一个方面,提供一种生产包含多孔金属材料的产品的方法,所述方法包括以下步骤:
-通过增材制造来构建产品的多孔金属材料;和
-通过振动抛光,对所述产品的所述多孔金属材料的至少部分表面进行抛光。
根据本发明的另一方面,提供了一种通过所述方法生产的含有多孔金属材料的产品。
根据本发明的另一方面,他提供一种包含多孔金属材料的产品,其中,所述多孔金属材料通过增材制造来构建,其中,所述多孔金属材料的至少部分表面通过振动抛光进行抛光。
由此,通过温和且高效的方法对多孔金属材料的表面进行了抛光,所述多孔金属材料由于增材制造生产工艺而可能有些粗糙。振动抛光的风险比其他抛光方法小,其它抛光方法中表面处的多孔结构被破坏并堵塞,这可能会削弱材料的孔隙率。由于振动抛光的清洁效果,多孔金属材料的振动抛光甚至可以改善多孔金属材料中的孔隙率。除了通过振动抛光获得经抛光的光滑表面外,多孔金属材料也将会在抛光过程中被清洁。任何松散材料都将在抛光过程中被去除,并且不存在该材料堵塞材料孔隙的风险。甚至进一步地,振动抛光将产生多孔金属材料的闪亮表面,这对于某些应用可能是有利的。
在本发明的一些实施方式中,产品的多孔金属材料的构建步骤包括:控制增材制造的加工参数和/或材料参数,以控制所构建的多孔金属材料的孔隙率。由此,可以构建具有任意期望孔隙率的产品。
在本发明的一些实施方式中,加工参数的控制包括:控制用于增材制造的金属粉末层厚度和/或激光参数。
在本发明的一些实施方式中,抛光步骤包括:使用多个加工体形式的加工介质,各加工体具有0.004至2cm3或0.004至1cm3的体积。
在本发明的一些实施方式中,所述方法还包括:将增强结构结合到产品的多孔金属材料的步骤。从而,可改进产品的机械强度。
在本发明的一些实施方式中,产品的多孔金属材料的构建步骤包括:在产品中多孔金属材料的一个或多个延伸方向上提供受控变化的孔隙率。
附图简要说明
图1是根据本发明一个实施方式的方法流程图。
图2示意性显示了包含增强结构的多孔金属材料。
具体实施方式
在专利文本中使用术语时,穿孔材料和多孔材料之间存在差异。在穿孔材料中,在材料中存在经设计并且具有限定尺寸和位置的穿孔。另一方面,如本文中使用的术语“多孔”,多孔材料并不具有尺寸和位置设计预定的穿孔。材料可以是多孔的,且不具有任何设计的穿孔,即,多孔材料在其体积中具有随机分布的开放空间。孔隙度可以测量为这样的开放空间的量。孔隙度以及其他多孔特性(例如多孔材料的粗孔或细孔程度)可以取决于某些生产参数,这将在下文中进一步进行描述。
增材制造(如激光粉末床融合)适用于生产多孔材料。通过改变某些加工参数和/或材料参数,可以按需调整多孔特性和孔隙度。要改变的加工参数可以是例如,激光参数,如激光功率、激光脉冲持续时间、激光脉冲频率、激光束间距、激光扫描速度和激光束半径中的一个或多个。为了调节材料孔隙率,可以改变的另一加工参数是在增材制造期间提供的各粉末层的厚度。可以改变用于调节孔隙率的材料参数是:例如,用于通过增材制造构建多孔金属材料的材料粉末的材料类型和颗粒尺寸。例如,与生产密实材料时的生产参数相比,如果降低激光功率并且增加激光束间距,则可以实现多孔材料。
根据本发明,提供了一种生产包含多孔金属材料的产品的方法。
在图1中,显示了根据本发明一个实施方式的方法流程图。该方法的步骤按以下顺序进行描述:
S1:通过增材制造来构建产品的多孔金属材料。如上所述,可以控制增材制造期间的加工参数和材料参数,以控制正在构建的多孔金属材料的多孔特性。
此外,在本发明的一些实施方式中,产品的多孔金属材料的构建步骤包括:在产品中多孔金属材料的一个或多个延伸方向上提供受控变化的孔隙率。因此,包含多孔金属材料的产品可以根据不同应用的需要定制成具有变化的孔隙率。此外,根据本发明的一些实施方式,所设计的材料穿孔,即特定尺寸和位置的通道,可以与孔隙率结合,并通过增材制造构建一起构造。
S2:通过振动抛光,对所述产品的所述多孔金属材料的至少一个表面进行抛光。
振动抛光通过将待抛光物体与合适材料的多个加工体形式的加工介质一起振动来进行的。例如,可以使用陶瓷、钢、碳化钨加工体作为加工介质。使用振动抛光作为抛光方法允许多孔金属材料表面保持其孔隙率,即,表面不会像使用其它抛光方法时那样被堵塞,且孔也不会像使用其它抛光方法时那样被阻塞。振动抛光将具有清洁效果,这可以改善材料的多孔特性。这在孔隙率需要可靠和可控的一些技术领域尤其有用。合适的技术领域的示例是纤维基产品的成型,其中,用于成型的模具由多孔材料制成,从而在成型期间使流体通过。根据本发明已通过振动抛光进行抛光的模具表面除了根据本发明方法实现的可靠孔隙率的积极效果之外,另外具有的效果是粘附到成型物体上风险可较小并且更易清洁。另一示例是用于纤维浆料处理体系的混合装置。混合装置可以包含根据本发明已通过振动抛光进行抛光的多孔金属材料,由此,在纤维浆料处理体系中,将要混合到纤维浆料中的流体在输送至纤维浆料时可以通过多孔金属材料进行分散,并且因此可以改善混合。
振动抛光通常通过添加包含研磨颗粒的研磨化合物来完成。然而,根据本发明的一些实施方式,在不添加研磨化合物的情况下提供抛光步骤。研磨化合物可能堵塞材料的孔隙,并且根据本发明的一些实施方式,在振动抛光期间仅添加水和可能的一些去垢剂和/或絮凝剂,而不添加包含研磨颗粒的研磨化合物。因此,多孔材料堵塞的风险较小,并且材料的孔隙率将更可靠。然而,如果在振动抛光期间使用研磨化合物,另一种替代方案可以是随后对材料进行清洁,例如通过超声波洗涤进行清洁。
根据本发明,抛光步骤可以包括使用多个加工体形式的加工介质。在本发明的一些实施方式中,各加工体的体积大于0.004cm3且小于2cm3,并且,在一些实施方式中,各加工体的体积大于0.004cm3且小于1cm3,即,在本发明的一些实施方式中,各加工体的体积为0.004至2.000cm3,并且在一些实施方式中为0.004至1.000cm3。通过在振动抛光中使用相对较小尺寸的加工体作为处理介质,抛光期间破坏多孔材料的风险较小。然而,为了能够进行所期望的抛光,加工体的尺寸和质量需要大于某个下限。这个下限取决于振动抛光的振动频率和振幅。对于较高的频率和/或幅度,可以使用更小的加工体。如果加工体由具有较高密度的材料制成,则加工体的体积也可以更小,同时仍能提供良好的抛光效果。此外,抛光体的几何形状也有助于抛光效果。可以适合用于抛光体的材料是:例如,陶瓷、钢或碳化钨,或其他类似的钨基材料。
根据本发明的方法还可以包括附加步骤:
S3:将增强结构结合到产品的多孔金属材料。增强结构(也称为晶格结构)可以在通过增材制造构建多孔金属材料期间熔化到多孔金属材料中。因此,可以提供具有合适机械强度的含有多孔金属材料的产品。
根据本发明,还提供了一种包含多孔金属材料的产品,其通过如上文所述的方法进行生产。
根据本发明,提供了一种包含多孔金属材料的产品,其中,所述多孔金属材料通过增材制造构建,其中,所述多孔金属材料的至少部分表面已通过振动抛光进行抛光。
在本发明的一些实施方式中,将增强结构结合到产品的所述多孔金属材料中。图2示意性显示了包含增强结构12的多孔金属材料11。
Claims (9)
1.一种生产包含多孔金属材料的产品的方法,所述方法包括以下步骤:
-通过增材制造来构建产品的多孔金属材料;和
-通过振动抛光,对所述产品的所述多孔金属材料的至少部分表面进行抛光。
2.如权利要求1所述的方法,其中,构建产品的多孔金属材料的步骤包括:控制增材制造的加工参数和/或材料参数,以控制所构建的多孔金属材料的孔隙率。
3.如权利要求2所述的方法,其中,加工参数的控制包括:控制用于增材制造的金属粉末层厚度和/或激光参数。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,抛光步骤包括:使用多个加工体形式的加工介质,各加工体具有0.004至2cm3或0.004至1cm3的体积。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,所述方法还包括:将增强结构结合到产品的多孔金属材料的步骤。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,产品的多孔金属材料的构建步骤包括:在产品中多孔金属材料的一个或多个延伸方向上提供受控变化的孔隙率。
7.一种包含多孔金属材料的产品,其通过如前述权利要求中任一项所述的方法进行生产。
8.一种包含多孔金属材料的产品,其中,所述多孔金属材料通过增材制造来构建,其中,所述多孔金属材料的至少部分表面通过振动抛光进行抛光。
9.如权利要求8所述的产品,其中,将增强结构结合到所述多孔金属材料中。
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