用于机械结构的构造块制造技术

本发明专利技术提供一种用于机械结构的构造块(140)。本发明专利技术还提供轴承、致动器系统、外壳、轮毂、机械连接器及齿轮箱。该构造块包括通过增材制造工艺打印的第一打印材料(150)，其中，第一打印材料包括不同于第一打印材料并且至少部分嵌入第一打印材料内的第二材料的支架，第二材料的支架被包含在一个中空结构(157)中。可选地，第二材料的支架中的至少一部分可构成中空结构的内壁中的至少一部分。第二材料的支架可以是预制的或者也可以通过增材制造工艺生成。构造块的好处是允许在限制整体重量的同时增加强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于机械结构的构造块。本专利技术还涉及轴承、致动器和齿轮箱。
技术介绍
增材制造或更俗称3D打印，是一种根据数字模型生成三维固态物件的已知的制造技术。增材制造的工艺首先通过任何已知的数字建模方法(例如使用CAD程序)生成数字模型。接下来，数字模型被分割为切片，其中，每个切片表示为数字模型中应该放置打印材料的一层。将各个切片依次送入增材制造工具或3D打印机，由增材制造工具或3D打印机根据各个切片沉积材料，这样逐层生成完整的三维固态物件。在早期增材制造中，塑料或树脂主要被用作生成三维固态物件的打印材料，但是已经开发出也可使用这种增材制造技术在层中沉积其它材料(包括不同类型的金属)的其它工艺。这种制造技术的一个主要好处是它允许设计者以一种相对简单的制造方式来制造几乎任何三维物体。例如，当一个产品需要一个初始模型或所需的产品数量是有限的时，这可能是特别有益的。这种制造技术的一个缺点是，三维固态物件产生的速度。增材制造在高质量轴承或致动器中的使用已经受到限制。然而，增材制造却可提供无限的可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种用于机械结构的坚固的构造块。本专利技术的第一方面提供了一种根据权利要求1所述的用于机械结构的构造块。本专利技术的第二方面提供了根据权利要求13所述的轴承。本专利技术的第三方面提供了根据权利要求14所述的致动器系统。本专利技术的第四方面提供了根据权利要求15所述的齿轮箱。实施例在从属权利要求中有所限定。根据本专利技术第一方面所述的构造块包括通过增材制造工艺打印的第一打印材料，其中，第一打印材料包括不同于第一打印材料并且至少部分嵌入第一打印材料内的第二材料的支架。专利技术人已经意识到，在用于机械结构的构造块中使用打印材料，提供以下机会：在打印材料中包含支架以增强构造块的整体结构的强度。构造块可以，例如部分由具有相对低密度及相对低强度的第一打印材料以及部分由具有例如相对高强度的第二材料构成。这样的构造块可包括具有相对轻的整体重量及相对高强度的整体结构。当由第一打印材料生成所述构造块的至少一部分时，使用这种特征组合允许使用由使用第一打印材料而带来的高灵活性的构造块设计，同时，包含的支架使所述构造块具有所需的强度。高质量轴承、致动器、轮毂、轴承座、连接器和齿轮箱通常需要高质量的构造块，例如，可从高质量构造块上期望得到、能够承受磨损和滚动接触疲劳。尤其是，例如，在风力涡轮机、车辆或航空应用中，这些构造块的重量可能是非常重要，同时不可接受与构造块强度相关的让步。使用结合了第二材料的支架的第一打印材料能够通过增材制造工艺构建允许的重量轻的具有基本上任何形状的构造块，同时确保了这种构造块的强度是根据需要的。第二材料不同于第一打印材料。这种差异可能只是结构的差异，这样，例如，第一打印材料是铁，而第二材料是淬火钢。可选地，第二材料和第一打印材料可能是不同的物质。例如，第一打印材料可能包括聚合物或陶瓷，而第二材料的支架可能由金属构成。甚至进一步可选地，第一打印材料可能是第一金属，而第二材料是第二金属，例如，第一打印材料用来减少第二材料的任何腐蚀问题。第一打印材料与第二材料的结合允许使用优化后的蜂窝晶格连同表面纹理清晰度及固体结构来定义最轻和最坚固的结构和/或表面，以承受一组给定的机械、热和/或化学负载。如果在所述构造块的蜂窝晶格上承受所述负载之外，需要另外一个功能，则这个额外的功能可以被同时或分开打印。专利技术人还意识到，第二材料的支架在由单一材料制成的部件中允许特性局部化。通过使用第一打印材料连同第二材料的支架，可创建诸如在局部具有特定的接触特性、和/或噪声衰减的连接点、和/或结构鲁棒性、和/或重量轻的特性的单个构造块。在所述构造块的实施例中，所述构造块包括一个或多个中空结构，第二材料的支架被包含在在第一打印材料内的所述一个或多个中空结构中的一部分或全部。使用位于构造块内部的中空结构的好处是这些额外的中空结构显著地降低了所述构造块的整体重量。此外，这种中空结构可用于包含所述构造块的额外的元件，例如，传感器或润滑剂存储器，而无需在轴承、致动器或齿轮箱中包含额外的空间给这些传感器或润滑剂存储器。此外，中空结构显著地增加了表面体积比，其可提高化学反应性和/或通过所述构造块的热传递性。在所述构造块的实施例中，第二材料的支架包括至少部分地嵌入第一打印材料的预制的支架。这种预制的支架可以通过任何已知的制造方法(如，注塑成型或铸造工艺)来制得。通过磨削加工过程或将支架的独立元件焊接在一起，预制的支架也可以被使用。使用这种预制的支架可允许使用非常坚固的材料作为所述支架中的第二材料，这可用于显著提高所述构造块的整体强度。例如，使用淬火钢作为预制的支架将确保构造块的整体可能会很强，同时通过限制仅在需要强度要求的地方布置淬火钢支架，来限制构造块的重量。本发明均允许构造块的整体构造和在支架内预制的部件的一体化，同时保持增材制造工艺的几乎所有的灵活性。由于第一打印材料与不同部件之间的物理性连接已被防止，因此，避免了额外的制造工艺和在不同部件之间的不必要的边界。在所述构造块的实施例中，第二材料的支架至少部分地构成一个或多个中空结构的壁。采用中空结构的壁可确保几乎整个中空结构可被利用，例如用来包含传感器或其他额外的元件。此外，使用中空结构的壁作为支架的至少一部分，可以导致一个非常坚固的结构。例如，使用球体作为支架，这样的球体可经常承受显著的高压。也可选择其它已知的结构作为支架，以确保此类结构的整体强度足够高以承受作用于构造块上的力。相比不包括所述支架的构造块，包括以第一打印材料密封第二材料的这种球体或结构的整个构造块，将导致能够经受更高压力或拉力。在所述构造块的实施例中，第二材料是不同于第一打印材料的第二打印材料。例如，第二打印材料可以是金属，而第一打印材料可以是聚合物或陶瓷。第二打印材料可能相对贵和/或重，然而使用第二打印材料来确保构造块的整体强度是必要的。第一打印材料可以选择相对较轻的材料或可以选择要相对廉价的材料，这种材料可能相对容易打印。在所述构造块的实施例中，至少部分嵌入第一打印材料的支架构成用于所述构造块的二维骨架或三维骨架。这种二维骨架或三维骨架可以是连接在一起的多个支架以形成所述骨架。在所述构造块的实施例中，所述支架或所述支架连同第一打印材料被配置和构造成能承受在使用中施加到所述构造块的外壁的预定区域的预定负载。通常所述构造块的整体强度是支架及第一打印材料的强度结合。在所述构造块的实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械结构的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)，包括通过增材制造工艺被打印的第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)，其特征在于：第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)包括不同于第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)的至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)中的第二材料(125、155、175、265、365、377)的支架，所述构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)包括第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)内的一个或多个空穴(157、257、375)，所述第二材料(125、155、175、265、365、377)的支架被包含在所述一个或多个空穴(157、257、375)中的某些或全部空穴中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 GB 1322415.91.一种机械结构的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)，包括通过增材
制造工艺被打印的第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)，其特征在于：
第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)包括不同于第一打印材料
(120、150、170、250、350、360、460、560、660)的至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、
250、350、360、460、560、660)中的第二材料(125、155、175、265、365、377)的支架，
所述构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)包括第一打印材料(120、150、
170、250、350、360、460、560、660)内的一个或多个空穴(157、257、375)，所述第二材料(125、
155、175、265、365、377)的支架被包含在所述一个或多个空穴(157、257、375)中的某些或全
部空穴中。
2.根据权利要求1所述的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)，其特征在
于，所述第二材料(125、175、355)的支架包括至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、
250、350、360、460、560、660)内的预制的支架(125、175、355)。
3.根据权利要求2或3中的任一项所述的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、
390)，其特征在于，所述第二材料(125、175、355)的支架至少部分构成所述一个或多个空穴
(157、257、375)的壁。
4.根据上述权利要求中任一项所述的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、
390)，其特征在于，所述第二材料(265、365、377)是不同于第一打印材料(120、150、170、
250、350、360、460、560、660)的第二打印材料(265、365、377)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、
390)，其特征在于，至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)
的支架构成所述构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、390)的二维骨架或三维骨架
(365)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的构造块(100、140、160、205、280、290、305、380、
390)，其特征在于，所述支架或所述支架与第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、
56...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历桑德罗·桑兹，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE