DE102018130561A1

DE102018130561A1 - Vaskuläre kanalherstellung durch deflagration

Info

Publication number: DE102018130561A1
Application number: DE102018130561.3A
Authority: DE
Inventors: Nicole Ellison; Anthony M. Coppola
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2038-12-01
Also published as: US10744682B2; DE102018130561B4; US20190168473A1; CN109866367A; CN109866367B

Abstract

Ein Verfahren zur Bildung von Kanälen innerhalb eines Substrats beinhaltet: (a) das Formen einer Opferkomponente direkt in das Substrat; (b) das Entzünden der Opferkomponente, um eine Deflagration der Opferkomponente zu bewirken, wodurch ein Kanal im Substrat gebildet wird; und (c) Reinigen des Kanals in dem Substrat, um Nebenprodukte der Opferkomponente zu entfernen. Die Opferkomponente beinhaltet ein brennbares Material mit einer Schutzschale und das Substrat beinhaltet ein Polymermaterial.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine vaskuläre Kanalherstellung durch Deflagration. So kann beispielsweise das gegenwärtig offenbarte Verfahren zum Bilden von Kanälen innerhalb von Polymeren, Metallen oder Verbundwerkstoffen unter Verwendung von Deflagration eines Opfermaterials verwendet werden.
KURZDARSTELLUNG
Die Herstellung von vaskulären Kanälen in Verbundmaterialien ist oft anspruchsvoll und langsam. Bisher waren die verwendeten Opfermaterialien schwierig konsistent zu entfernen. Zum Beispiel wurde das Schmelzen und/oder Verdampfen verwendet, um Opfermaterial zu entfernen. Entfernungsverfahren durch Verdampfung (d. h. thermische Depolymerisation) und Schmelzen können jedoch langsam sein und dazu neigen, Restmaterial in den Kanälen zu hinterlassen. Restmaterialien hemmen wiederum den Fluidstrom. Deflagration ist ein schnelles Verfahren und das zurückgebliebene Material lässt sich leicht entfernt. Im Gegensatz zu Schmelzen und Verdampfen erfordert das hierin beschriebene Deflagrationsverfahren nicht, dass der gesamte Verbundwerkstoffs erhitzt wird. Durch die Deflagration erzeugte Wärme wird schnell abgeleitet, um thermische Auswirkungen auf den Polymerverbundstoff (oder ein anderes Substrat) zu minimieren.
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein Verfahren zum Bilden von Kanälen innerhalb eines Substrats. In bestimmten Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes: (a) das Formen einer Opferkomponente direkt in das Substrat; (b) das Entzünden der Opferkomponente, um eine Deflagration der Opferkomponente zu bewirken, wodurch ein Kanal im Substrat gebildet wird; und (c) Reinigen des Kanals in dem Substrat, um Nebenprodukte der Opferkomponente zu entfernen. Die Opferkomponente beinhaltet ein brennbares Material und das Substrat beinhaltet ein geeignetes Substratmaterial, wie ein Polymermaterial, eine Verstärkungsfaser (z. B. Kohlenstofffaser) und/oder eine Metallverbindung. Das brennbare Material kann Schwarzpulver oder jedes andere geeignete Material beinhalten. Das Schwarzpulver ist ein Gemisch aus Schwefel, Holzkohle und Kaliumnitrat. Das Formen erfolgt bei einer Verarbeitungstemperatur, und die Verarbeitungstemperatur liegt unter dem Flammpunkt des brennbaren Materials der Opferkomponente. Die Opferkomponente beinhaltet eine Schutzschale. Die Schutzschale kann ein geflochtenes Fasermaterial beinhalten, das mit einem Polymer infundiert ist. Geeignete Polymere beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Polyamid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyamide (PA), Polypropylen, Nitrocellulose, Phenol, Polyester, Epoxy Polymilchsäure, Bismaleimide, Silikon, Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyethylen, Polycarbonat, Elastomere, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) und eine Kombination davon. Geeignete Elastomere beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf natürliches Polyisopren, synthetisches Polyisopren, Polybutadien (BR), Chloroprenkautschuk (CR), Butylkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Polyacrylkautschuk Fluorsilikonkautschuk, Perfluorelastomer, Polyetherblockamide, chlorsulfoniertes Polyethylen, Ethylen-Vinylacetat usw. Die Schutzschale kann ein mit Wachs, Öl, Schellackharz, Nitrocelluloselack, Epoxidharz, Alkyd, Polyurethan und/oder einer Kombination davon infundiertes geflochtenes Fasermaterial enthalten. Das Verfahren kann das Bilden der Opferkomponente unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens beinhalten. Das additive Herstellungsverfahren ist ein 3D-Druckverfahren. Die Opferkomponente ist als ein Netzwerk konfiguriert, und das Netzwerk beinhaltet Filamente, die sich überschneiden. Das Formen der Opferkomponente direkt in das Substrat beinhaltet: (a) Platzieren der Opferkomponente in einer Form; (b) Druckbeaufschlagen eines Polymerharzes; (c) das Aufnehmen des Polymerharzes in die Form; und (d) Aushärten des Polymerharzes. Das Verfahren beinhaltet ferner das Beschichten der Opferkomponente mit einer Beschichtung, worin die Beschichtung ein Beschichtungsmaterial beinhaltet. Das Beschichtungsmaterial weist ein erstes Elastizitätsmodul auf. Das brennbare Material weist ein zweites Elastizitätsmodul auf, und das erste Elastizitätsmodul ist größer als das zweite Elastizitätsmodul. Die Opferkomponente kann durch Eintauchen der Opferkomponente in einen Behälter, der die Beschichtung hält, tauchbeschichtet werden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Entfernen der Opferkomponente aus dem Behälter und das anschließende Aushärten der Beschichtung.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Verfahren Folgendes: (a) 3D-Drucken einer Opferkomponente, worin die Opferkomponente ein brennbares Material beinhaltet; (b) das Formen der Opferkomponente mit dem Substrat, sodass die Opferkomponente zumindest teilweise innerhalb des Substrats angeordnet ist; (c) das Zünden der Opferkomponente, um eine Deflagration der Opferkomponente zu bewirken, wodurch ein Kanal im Substrat gebildet wird; und (d) Reinigen des Kanals in dem Substrat, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente zu entfernen. Der Formschritt kann Folgendes beinhalten: (a) Platzieren der Opferkomponente in einer Form; (b) Eingießen eines metallischen Materials in die Form; und (c) Abkühlen des metallischen Materials, damit sich das Metallmaterial verfestigen kann. Der Formschritt kann Folgendes beinhalten: (a) Platzieren der Opferkomponente in einer Form; (b) Eingießen eines Polymerharzes oder einer Metallverbindung in die Form; und (c) Aushärten des Polymerharzes oder Abkühlen und Verfestigen des Metalls. Der Kanal im Körper kann durch Einführen einer Flüssigkeit in den Kanal in dem Körper gereinigt werden, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente zu entfernen. Alternativ oder zusätzlich kann der Kanal in dem Körper gereinigt werden, indem Ges (z. B. Luft) in den Kanal in dem Körper geschossen wird, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente zu entfernen. Die Opferkomponente beinhaltet ein Netzwerk, und das Netzwerk beinhaltet Filamente, die sich gegenseitig überschneiden. Das Verfahren beinhaltet ferner das Beschichten der Opferkomponente mit einer Beschichtung. Die Beschichtung beinhaltet ein Beschichtungsmaterial. Das Beschichtungsmaterial weist ein erstes Elastizitätsmodul auf. Das brennbare Material weist ein zweites Elastizitätsmodul auf, und das erste Elastizitätsmodul ist größer als das zweite Elastizitätsmodul. Die Beschichtung kann ein Epoxid beinhalten. Das Formen erfolgt bei einer Verarbeitungstemperatur, und die Verarbeitungstemperatur liegt unter dem Flammpunkt des brennbaren Materials der Opferkomponente. Das Substrat beinhaltet ein Polymerharz und die Verarbeitungstemperatur ist eine Schmelztemperatur des Polymerharzes.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische isometrische Ansicht eines Substrats, das zu einer Opferkomponente geformt ist.
2 ist eine schematische Schnittansicht der Opferkomponente entlang Abschnitt 2-2 von 1.
3 ist eine schematische isometrische Ansicht der Opferkomponente, die gezündet wird, während sie noch teilweise innerhalb des Substrats angeordnet ist.
4 ist eine schematische isometrische Ansicht, die die Deflagration der Opferkomponente in dem Substrat darstellt.
5 ist eine schematische isometrische Ansicht, die einen Kanal des Substrats darstellt, der nach der Deflagration der Opferkomponente gereinigt wird.
6 ist eine schematische Schnittansicht eines Substrats, das zu einer Opferkomponente geformt ist, worin die Opferkomponente sich kreuzende Filamente beinhaltet.
7 ist eine schematische Schnittansicht des in 6 gezeigten Substrats, während die Opferkomponente gezündet wird.
8 ist eine schematische Schnittansicht des in 7 gezeigten Substrats, das den durchbrochenen Kanal darstellt, nachdem die Opferkomponente gezündet wurde.
9 ist eine schematische isometrische Ansicht eines 3D-Druckers, der eine Opferkomponente erzeugt.
10 ist eine schematische isometrische Ansicht einer Opferkomponente.
11 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 10 innerhalb einer Form.
12 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 10 innerhalb der Form, worin Harz oder Metall in die Form gegossen wurde.
13 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 10 innerhalb der Form, nachdem das Harz ausgehärtet oder das Metall abgekühlt ist.
14 ist eine schematische Vorderansicht des Substrats nach Entfernen der Opferkomponente.
15 ist eine schematische Vorderansicht einer Opferkomponente, die unter Verwendung des 3D-Druckens gebildet wurde.
16 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 15, die tauchbeschichtet ist.
17 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 15 nach dem Tauchbeschichten.
18 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente von 16, während die Beschichtung ausgehärtet wird.
19 ist eine schematische Vorderansicht der Opferkomponente (nachdem sie tauchbeschichten und ausgehärtet wurde) und in einem Substrat angeordnet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 beschreibt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Bilden von Kanälen in einem Substrat 100 unter Verwendung einer Deflagration eines Opfermaterials. Das Substrat 100 kann ganz oder teilweise aus einem Polymer oder einem Polymerverbundstoff hergestellt sein. Bei diesem Verfahren wird eine Opferkomponente 102 direkt in das Substrat 100 geformt, wie in 1 dargestellt. So wird beispielsweise die Opferkomponente 102 direkt an das Substrat 100 geformt, sodass die Opferkomponente 102 zumindest teilweise innerhalb des Substrats 100 angeordnet ist. So kann beispielsweise nach dem Formen ein Großteil der Opferkomponente 102 vollständig innerhalb des Substrats 100 angeordnet sein, um die Bildung von Durchgangslöchern zu erleichtern. Jedoch sollte mindestens ein Teil der Opferkomponente 102 außerhalb des Substrats 100 angeordnet sein, um zu ermöglichen, dass es, wie nachstehend erläutert, gezündet wird.
Unter besonderer Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Opferkomponente 102 einen brennbaren Kern 104 und eine Schutzschale 106, die den brennbaren Kern 104 umgibt. Der brennbare Kern 104 ermöglicht eine schnelle Deflagration, jedoch keine Detonation. Die während des Abbaus erzeugte Wärme wird schnell genug dissipiert, um eine Beschädigung des Substrats 100 zu verhindern. Nach der Deflagration erzeugt der brennbare Kern 104 leicht zu entfernende Nebenprodukte, wie feinpulverförmige und große gasförmige Komponenten. Es ist vorgesehen, dass der brennbare Kern 104 selbstoxidieren sein kann, um in einem kleinen Durchmesser entlang langer Kanäle zu verbrennen. Der brennbare Kern 104 ist auch gegenüber Formdrücken beständig. Weiterhin ist der brennbare Kern 104 während der Herstellung lagerbeständig und stabil (d. h. der Flammpunkt ist größer als die Herstellungs- oder Verarbeitungstemperatur). Der Begriff „Flammpunkt“ bezeichnet die niedrigste Temperatur, bei der sich Dämpfe eines brennbaren Materials entzünden, wenn eine Zündquelle gegeben wird. Die Opferkomponente 102 wird bei einer Verarbeitungstemperatur, die unter dem Flammpunkt des brennbaren Materials liegt, direkt auf das Substrat 100 geformt, um eine Deflagration während des Herstellungsprozesses zu vermeiden. Der Begriff „Verarbeitungstemperatur“ bezeichnet eine Temperatur, die zur Durchführung eines Herstellungsvorgangs erforderlich ist, wie beispielsweise Formen oder Gießen. So kann beispielsweise die Verarbeitungstemperatur die Schmelztemperatur des Materials sein, das Substrat 100 bildet (d. h. die Schmelztemperatur des Polymerharzes, das das Substrat 100 bildet). Der brennbare Kern 104 besteht ganz oder teilweise aus einem brennbaren Material. Um die oben erwähnten gewünschten Eigenschaften zu erzielen, kann das brennbare Material ein Schwarzpulver sein (d. h. ein Gemisch aus Schwefel, Holzkohle und Kaliumnitrat). Um die oben erwähnte gewünschten Eigenschaften zu erzielen, kann das brennbare Material alternativ oder zusätzlich Pentaerythritoltetranitrat, brennbare Metalle, brennbare Oxide, Thermien, Nitrocellulose, Pyrocellulose, Flammpulver und/oder rauchloses Pulver sein. Nicht brennbare Materialien könnten dem brennbaren Kern 104 hinzugefügt werden, um die Geschwindigkeit und die Wärmeerzeugung abzustimmen. Zur Abstimmung der Geschwindigkeit und der Wärmeerzeugung beinhalten geeignete nicht-brennbare Materialien für den brennbaren Kern 104 Glasperlen, Glasblasen und/oder Polymerpartikel, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Schutzschale 106 besteht aus einem Schutzmaterial, das ein unlösliches Material in brennbarem Harz (z. B. Epoxidharz, Polyurethan, Polyester, unter anderen) sein kann, um während der Herstellung lagerbeständig und stabil zu sein. Außerdem ist dieses Schutzmaterial undurchlässig für Harz und Feuchtigkeit. Das Schutzmaterial weist eine ausreichende strukturelle Stabilität auf, um in ein Fasertextilierungs- und Vorformverfahren integriert zu werden. Das Schutzmaterial weist eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität auf, um das Faservorformverfahren zu überleben. Um die oben genannten wünschenswerten Eigenschaften zu erreichen, kann das Schutzmaterial beispielsweise geflochtenes Fasermaterial, wie Glasfasern, Aramidfasern, Kohlefasern und/oder Naturfasern beinhalten, die mit einem Infusionsmaterial, wie einem Polymer oder Wachs, Öl, einer Kombination davon oder einem ähnlichen Material, infundiert sind. Um die oben erwähnten erwünschten Eigenschaften zu erreichen, kann das infundierte Polymere beispielsweise Polyimid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyamide (PA), Polypropylen, Nitrocellulose, Phenol, Polyester, Epoxy Polymilchsäure, Bismaleimide, Silikon, Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyethylen, Polycarbonat, Elastomere, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS) oder eine Kombination davon, oder einen beliebigen geeigneten Kunststoff beinhalten. Geeignete Elastomere beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, natürliches Polyisopren, synthetisches Polyisopren, Polybutadien (BR), Chloroprenkautschuk (CR), Butylkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Polyacrylkautschuk, Fluorsilikonkautschuk, Perfluorelastomere, Polyetherblockamide, chlorsulfoniertes Polyethylen, Ethylenvinylacetat, Schellackharz, Nitrocelluloselack, Epoxyharz, Alkyd, Polyurethan usw.
Unter Bezugnahme auf 3 wird, nachdem die Opferkomponente 102 direkt an das Substrat 100 geformt wurde, die Opferkomponente 102 gezündet. Dazu kann eine Flamme in direktem Kontakt mit der Opferkomponente 102 angeordnet werden, um eine Zündung I zu verursachen. Zum Zünden der Opferkomponente 102 kann ein Feuerzeug oder eine beliebige Vorrichtung verwendet werden, die eine Flamme erzeugen kann.
Unter Bezugnahme auf 4 bewirkt die Zündung I eine Deflagration der Opferkomponente 102. Deflagration wandelt das feste Opfermaterial in gasförmige und Feinpulvernebenprodukte um. Folglich wird ein Kanal 108 im Substrat 100 gebildet. Die Opferkomponente 102 kann zylindrisch sein, um den Kanal 108 mit einer zylindrischen Form auszubilden. Die Opferkomponente 102 kann alternativ andere Formen aufweisen, wie dreieckig, elliptisch, quadratisch usw. Ferner kann sich die Opferkomponente 102 vor der Zündung I durch die gesamte Länge L (1) des Substrats 100 erstrecken, sodass sich der Kanal 108 nach der Deflagration durch die gesamte Länge L (1) des Substrats 100 erstreckt.
Unter Bezugnahme auf 5 wird der Kanal 108 nach der Deflagration gereinigt, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente 102 zu entfernen. Zu diesem Zweck kann eine Flüssigkeit W, wie beispielsweise Wasser, in den Kanal 108 des Substrats 100 eingeführt werden, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente 102 zu entfernen. Ein Schlauch H kann verwendet werden, um die Flüssigkeit W in den Kanal 108 einzuführen. Ein Gas, wie beispielsweise Luft, kann alternativ oder zusätzlich in den Kanal 108 geschossen werden, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente 102 zu entfernen.
Unter Bezugnahme auf die 6-8 kann das vorstehend beschriebene Verfahren verwendet werden, um das Substrat 100 mit einem verzweigten Kanalnetzwerk 108n herzustellen (8). Dementsprechend ist das in 6-8 dargestellte Verfahren im Wesentlichen ähnlich zu dem oben mit Bezug auf die 1-5 beschriebenen Verfahren, mit Ausnahme der nachstehend beschriebenen Unterschiede. Bei diesem Verfahren wird die Opferkomponente 102 auch direkt an das Substrat 100 angeformt, aber die Opferkomponente 102 ist als ein Netzwerk 110 konfiguriert, das sich überschneidende Filamente 112 beinhaltet. Nach dem Formen der Opferkomponente 102 auf das Substrat 100 wird die Opferkomponente 102 wie vorstehend beschrieben gezündet, um eine Deflagration der Opferkomponente 102 zu bewirken, wie in 7 dargestellt, wodurch das Substrat 100 mit dem verzweigten Kanalnetzwerk 108n, wie in 8 dargestellt, hergestellt wird.
Unter Bezugnahme auf 9 kann jedes der hierin beschriebenen Verfahren ferner das Bilden der Opferkomponente 102 unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens beinhalten, um die Bildung der Opferkomponente 102 mit komplexen Formen zu ermöglichen. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff „additives Herstellungsverfahren“ ein Verfahren, bei dem ein 3D-Objekt durch schichtweises Hinzufügen von Material hergestellt wird. Das 3D-Druckverfahren ist eine Art additives Herstellungsverfahren. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Begriff „3D-Druckverfahren“ einen Prozess, bei dem ein 3D-CAD-Modell (Computer Aided Design-Modell) von einem Computer gelesen wird, und der Computer befiehlt dem 3D-Drucker 114, aufeinanderfolgende Materialschichten hinzuzufügen, um ein 3D-Objekt zu erzeugen, das dem 3D-CAD-Modell entspricht. Die Opferkomponente 102 kann ein 3D-Druckverfahren verwenden (durch Verwendung des 3D-Druckers 114), um Opferkomponenten 102 mit komplexen Formen zu erzeugen. Dementsprechend können Substrate 100 mit Kanälen 108, die komplexe Formen aufweisen, erzeugt werden. Bei diesem Verfahren kann die Opferkomponente 102 ganz oder teilweise beispielsweise aus handelsüblichem 3D-Druckzucker und/oder dem als Rocket Candy bekannten Raketentreibstoff hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf die 10-14 kann jedes der hierin beschriebenen Verfahren das erste Bilden der Opferkomponente 102, wie oben beschrieben, beinhalten. Um eine komplexe Form zu erreichen, kann die Opferkomponente 102 unter Verwendung des oben beschriebenen 3D-Druckverfahrens erzeugt werden. Dann wird die Opferkomponente 102 in einer Form 116 angeordnet, wie in 11 dargestellt. Anschließend wird ein Harz oder flüssiges Metallmaterial 120 in die Form 116 gegossen, wie in 12 dargestellt. Anschließend wird das Harz ausgehärtet (z. B. durch Erwärmen für eine vorbestimmte Zeit bei einer vorbestimmten Härtungstemperatur) oder das Metallmaterial wird abgekühlt (für eine vorbestimmte Zeitspanne), um das Substrat 100 zu bilden. Das Metallmaterial 120 wird abgekühlt, bis es sich verfestigt, um das Substrat 100 zu bilden, wie in 13 dargestellt. Anschließend werden die Opferkomponente 102 und das Substrat 100 aus der Form 116 entfernt, und dann wird die Opferkomponente 102 (durch Deflagration wie vorstehend beschrieben) entfernt, wie in 14 dargestellt. Durch die Verwendung dieses Verfahrens können Substrate 100 mit einem verzweigten Kanalnetzwerk 108n mit einer komplexen Form mit Niederdruckgussmaterialien, wie Niedertemperaturmetallen und Polymeren, hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf die 15-20 kann die Opferkomponente 102 unter Verwendung eines 3D-Druckverfahrens gebildet werden, wie nachfolgend beschrieben (siehe 15). Dann wird die Opferkomponente 102 mit einer Beschichtung 126 beschichtet (siehe 16). So kann beispielsweise die Opferkomponente 102 in einen Behälter 124 eingetaucht werden, der die Beschichtung 126 hält. Mit anderen Worten, die Opferkomponente 102 wird tauchbeschichtet. Die Beschichtung 126 besteht ganz oder teilweise aus einem Beschichtungsmaterial. Das Elastizitätsmodul des Beschichtungsmaterials (d. h. des ersten Elastizitätsmoduls) ist größer als das Elastizitätsmodul des brennbaren Materials der Opferkomponente 102 (d. h. das zweite Elastizitätsmodul), um die Haltbarkeit des Opfermaterials 102 während des Herstellungsverfahrens zu verbessern. So kann beispielsweise das Beschichtungsmaterial ein gehärtetes Epoxid sein. Aufgrund ihrer Elastizität ermöglicht die Beschichtung 126, dass die Opferkomponente 102 bei der Herstellung mit höherem Druck verwendet wird, beispielsweise für Endlosfaserverbundwerkstoffe. Nach dem Tauchbeschichten der Opferkomponente 102 wird die Opferkomponente 102 aus dem Behälter 124 entfernt, wie in 18 dargestellt. Anschließend wird die Beschichtung 124 ausgehärtet (beispielsweise durch Erwärmen für eine vorbestimmte Härtungszeit auf eine Härtungstemperatur), wie in 19 dargestellt. Anschließend kann die Opferkomponente 102 (mit der Beschichtung 126) in das Substrat 100 eingebettet werden (durch Formen wie oben beschrieben).
Die oben beschriebenen Verfahren können zur Herstellung von vaskulär gekühlter vergossener Elektronik verwendet werden. So könnten beispielsweise die vorliegenden offenbarten Verfahren zur Herstellung einer Motorsteuereinheit oder eines Touchscreens an einem Instrument verwendet werden. Dieses Verfahren erwärmt das Polymer nur lokal, im Gegensatz zu anderen Verfahren, die erfordern, dass die gesamte Komponente erwärmt wird, um das Opfermaterial zu entfernen. Somit ermöglichen die hierin offenbarten Verfahren eine vaskuläre Herstellung in wärmeempfindlicher Elektronik. Des Weiteren können die gegenwärtig offenbarten Verfahren zur Herstellung biomedizinischer Implantate verwendet werden. So könnten beispielsweise die hierin beschriebenen Verfahren das 3D-Drucken von Zucker und danach das schnelle Entfernen des Zuckers verwenden. Darüber hinaus können die vorliegend offenbarten Verfahren verwendet werden, um Batteriegehäuse und Kühlrippen in einer kostengünstigsten Weise herzustellen, indem die Fertigungsrate schnell erhöht wird. Des Weiteren kann das gegenwärtig offenbarte Verfahren zur kostengünstigeren Herstellung von vaskulären Motoren und Motoren im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren verwendet werden.
Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

Verfahren zum Bilden von Kanälen innerhalb eines Substrats, umfassend: Formen einer Opferkomponente direkt in das Substrat; Zünden der Opferkomponente, um eine Deflagration der Opferkomponente zu bewirken, wodurch ein Kanal im Substrat gebildet wird; und Reinigen des Kanals im Substrat, um Nebenprodukte der Deflagration der Opferkomponente zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Formen der Opferkomponente direkt in das Substrat bei einer Verarbeitungstemperatur erfolgt, die Opferkomponente ein brennbares Material beinhaltet, das brennbare Material einen Flammpunkt aufweist, die Verarbeitungstemperatur unter dem Flammpunkt des brennbaren Materials liegt, und das Substrat ein Substratmaterial beinhaltet, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polymermaterial, einer Verstärkungsfaser und einer Metallverbindung besteht.
Verfahren nach Anspruch 2, worin das brennbare Material ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Schwarzpulver, Pentaerythritoltetranitrat, brennbaren Metallen, brennbaren Oxiden, Thermien, Nitrocellulose, Pyrocellulose, Flammpulvern und rauchlosem Pulver besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, worin die Opferkomponente eine Schutzschale beinhaltet und die Schutzschale ein geflochtenes Fasermaterial beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das geflochtene Fasermaterial mit einem Infusionsmaterial infundiert wird, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Polymer, Wachs, Öl und einer Kombination davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das Polymer ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Polyamid, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyphenylensulfid (PPS), Polyphthalamid (PPA), Polyamide (PA), Polypropylen, Nitrocellulose, Phenol, Polyester, Epoxy Polymilchsäure, Bismaleimide, Silikon, Acrylnitrilbutadienstyrol, Polyethylen, Polycarbonat, Elastomere, Polyurethan, Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Schellackharz, Nitrosecelluloseharz, Epoxyharz, Alkyd, Polyurethan und eine Kombination davon.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Opferkomponente eine Schutzschale beinhaltet und die Schutzschale ein Polymergehäuse beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bilden der Opferkomponente unter Verwendung eines additiven Herstellungsverfahrens.
Verfahren nach Anspruch 8, worin das additive Herstellungsverfahren ein 3D-Druckverfahren ist.
Verfahren nach Anspruch 9, worin die Opferkomponente als ein Netzwerk ausgelegt ist und das Netzwerk Filamente beinhaltet, die sich gegenseitig überschneiden.