具有高强度轻质晶格芯部的增材制造的压缩机部件制造技术

一种轻质高强度压缩机部件，该轻质高强度压缩机部件通过增材制造形成，其具有受控的刚度和/或挠曲水平。该部件可以具有至少一个内部区域，该内部区域包括包含多个重复晶胞的晶格结构。在晶格结构之上布置有实心表面。内部区域包括轻质高强度压缩机部件的本体部分中的晶格结构。晶格结构可以被用于全局地或局部地控制压缩机部件的刚度和/或挠曲水平。增材制造在形成具有期望的改进的强度重量比的压缩机部件时提供了灵活性，同时表现出对刚度和/或挠曲的高水平控制。还提供了通过增材制造工艺制造这种压缩机部件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高强度轻质晶格芯部的增材制造的压缩机部件相关申请的交叉引用本申请要求于2016年12月1日提交的美国专利申请No.15/366,871的优先权并且还要求于2015年12月23日提交的美国临时申请No.62/387,119的权益。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。
本公开涉及用于通过具有预定刚度和挠曲特性的增材制造产生的压缩机的改进的高强度轻质部件。
技术介绍
该部分提供了涉及本公开内容的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。可以在加热系统及冷却系统和/或其他工作流体循环系统中使用压缩机以压缩工作流体(例如，制冷剂)并使其循环通过具有热交换器和膨胀装置的回路。压缩机的高效和可靠的运行有利于确保安装该压缩机的系统能够有效地且高效地提供冷却和/或加热效果。待被结合到压缩机(例如，涡旋式压缩机)中的部件的重量减轻对于改进压缩机和制冷系统效率而言是重要的，尤其是在移动应用中。然而，许多轻质材料——这些轻质材料是形成压缩机部件的潜在选择物——当在压缩机操作期间暴露于苛刻的温度和压力条件下时不能表现出足够的强度以及期望的材料特性(刚度或挠曲)和/或长期耐久性。此外，某些高强度材料还具有相应的高刚度，当在压缩机操作期间施加力或载荷时，这会导致过度磨损。期望的是具有高强度轻质的压缩机部件——这样的压缩机部件有利地在压缩机操作期间控制压缩机内的刚度和挠曲——以改善压缩机性能和效率，同时降低制造工艺的复杂性。
技术实现思路
该部分提供了本公开内容的总体概述，而非旨在被解释为对其全部范围或其所有特征的全面公开。在各个方面中，本公开提供了轻质高强度压缩机部件，其在所形成的压缩机部件内具有受控的刚度和/或挠曲水平。在某些变型中，待被结合到压缩机中的轻质高强度压缩机部件包括本体部分，本体部分具有包括晶格结构的至少一个内部区域。晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在晶格结构之上的表面。在某些方面中，压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220MPa)的拉伸强度。在其他变型中，本公开提供了一种轻质高强度压缩机部件，其包括本体部分，本体部分具有包括晶格结构的至少一个内部区域。晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在晶格结构之上的表面。本体部分包括具有第一刚度的第一区域和具有与第一刚度不同的第二刚度的第二区域。在某些方面中，第一区域还可以具有第一挠曲水平，并且第二区域具有与第一挠曲水平不同的第二挠曲水平。在另外的其他变型中，本公开提供了一种制造轻质高强度压缩机部件的方法，该方法包括将能量以预定的型式施加至粉末前体以通过增材制造工艺产生熔融的实心结构。熔融的实心结构限定了具有晶格结构的压缩机部件。晶格结构包括形成在内部区域中的多个晶胞。压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220MPa)的拉伸强度。本概述中的描述和具体示例仅用于说明的目的且并非旨在限制本公开的范围。附图说明本文所描述的附图仅用于所选定的一些实施方式的说明性目的并且不是所有可能的实现方案，而且并非旨在限制本公开内容的范围。图1示出了根据本公开的某些原理的通过增材制造形成的示例性晶格结构的截面图。图2A至图2K示出了根据本公开的某些原理的用于结合到通过增材制造形成的晶格结构中的代表性的不同结点的立体图。图3A至图3H示出了根据本公开的某些变型的用于结合到高强度轻质压缩机部件中的示例性的不同的晶格结构的侧视图。图4A至图4D示出了晶格结构的单元晶胞内的变化的密度，其中，晶格结构用于结合到高强度轻质压缩机部件中以形成具有更高增强水平和强度水平的区域。图4A是晶体结构的侧视图，而图4B至图4D是截面俯视图和侧视图。图5示出了根据本公开的某些原理的通过增材制造形成的另一示例性晶格结构的截面图，其中，单元晶胞的大小在晶格结构内变化并且因此晶胞密度在晶格结构内变化。图6是贯穿具有传统设计的涡旋式压缩机的中央的截面图。图7是由通过传统制造技术制成的实心结构形成的下轴承座组件的截面图。图8A至图8B示出了用于对用于不同的重量减少的挠曲水平进行测试的悬臂梁。图8A示出了用于测试的三个悬臂梁，所述三个悬臂梁包括实心梁、具有中空中央部的梁和具有双腔中空中央部的梁。图8B示出了悬臂梁的挠曲测试的示意图。图9示出了某些选定的代表性的涡旋式压缩机部件的挠曲与刚度的示例性图表以演示挠曲与刚度需求的关系。图10示出了代表性的方形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。图11示出了代表性的圆环形或圆形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。图12示出了具有不同横截面尺寸的各种矩形的长形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。图13是根据本公开的某些方面形成的高强度轻质下轴承座组件，其包括一个或更多个内部晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制。图14A至图14B示出了根据本公开的某些方面的具有示例性的晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制的高强度轻质主轴承座的侧视图。图14A示出了主轴承座的侧视截面图。图14B是根据本公开制备的示例性晶格结构的详细截面图。图15是由通过传统制造技术制成的实心结构形成的曲轴的截面图。图16是根据本公开的某些方面形成的高强度轻质下轴承座组件，其包括一个或更多个内部晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制。图17示出了传统的涡旋式压缩机的压缩机构，该压缩机构包括动涡旋构件和定涡旋构件，其中，定涡旋构件因压缩机构中的高凹穴压力而经历显著的扭曲和弯曲。图18示出了传统的涡旋式压缩机的压缩机构，该压缩机构包括动涡旋构件和定涡旋构件，其中，定涡旋构件因高侧压力设计而经历显著的扭曲和弯曲。图19A至图19B示出了根据本公开制造的高强度轻质动涡旋式压缩机部件的替代变型的侧视图，其提供了对刚度和挠曲水平的控制。在图19A中，在增材制造之后，多个松散的残留颗粒保留在晶格结构的空隙区域中。在图19B中，移除孔布置在动涡旋部件的表面中，使得在增材制造之后，晶格中的空隙区域在通过移除孔移除松散的残留颗粒之后是空的。图20A至图20B示出了根据本公开制造的高强度轻质定涡旋式压缩机部件的替代变型的侧视图，其提供了对刚度和挠曲水平的控制。在图20A中，在增材制造之后，多个松散的残留颗粒保留在晶格结构的空隙区域中。在图20B中，移除孔布置在定涡旋部件的表面中，使得在增材制造之后，晶格中的空隙区域在通过移除孔移除松散的残留颗粒之后是空的。贯穿附图的若干视图，对应的附图标记表示对应的部件。具体实施方式提供了示例性实施方式，使得本公开内容将是完整的，并且本公开内容完全地将范围传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，比如具体组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方案的全面理解。对于本领域的技术人员而言将明显的是，不需要采用具体细节，可以以许多不同的形式来实现那些示例实施方式，并且这些都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，对公知的方法、公知的装置结构和公知的技术不再进行详细描述。本文中所使用的术语仅用于描述特定的示例性实施方式并且并非意在为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”也可以意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包容性的，并且因此指定所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于压缩机的轻质高强度压缩机部件，所述轻质高强度压缩机部件包括：本体部分，所述本体部分具有至少一个内部区域，所述至少一个内部区域包括晶格结构，所述晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在所述晶格结构之上的表面，其中，所述压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220Mpa)的拉伸强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.23 US 62/387,119;2016.12.01 US 15/366,8711.一种用于压缩机的轻质高强度压缩机部件，所述轻质高强度压缩机部件包括：本体部分，所述本体部分具有至少一个内部区域，所述至少一个内部区域包括晶格结构，所述晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在所述晶格结构之上的表面，其中，所述压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220Mpa)的拉伸强度。2.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述本体部分包括具有第一挠曲水平的第一区域和具有与所述第一挠曲水平不同的第二挠曲水平的第二区域。3.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述本体部分包括具有第一刚度的第一区域和具有与所述第一刚度不同的第二刚度的第二区域。4.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞中的每个晶胞包括结点。5.根据权利要求4所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述结点具有从下述项组成的组中选定的形状：球体、包括一个或更多个平坦的表面区域的修改的球体、包括柱的球体、圆锥体、双锥体、角锥体、菱形、星形、立方体、多面体、不规则的不对称球形形状及其组合。6.根据权利要求4所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述结点选自下述项组成的组：实心球体、多孔球体、中空球体、包括填充有多个松散颗粒的芯部的中空球体及其组合。7.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞包括第一晶胞和相邻的第二晶胞，所述第一晶胞包括第一结点，所述第二晶胞包括第二结点，其中，所述第一结点通过至少一个连接结构连接至所述第二结点。8.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞包括第一晶胞和相邻的第二晶胞，所述第一晶胞包括第一结点，所述第二晶胞包括第二结点，其中，所述第一结点具有与所述第二结点不同的形状。9.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞中的每个晶胞具有大于或等于约0.1mm至小于或等于约10mm的最大平均尺寸。10.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞包括具有第一最大平均尺寸的第一晶胞和具有第二最大尺寸的第二晶胞，其中，所述第一最大平均尺寸和所述第二最大平均尺寸彼此不同以提供具有变化的晶胞密度的晶格结构。11.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞中的每个晶胞包括实心结构，所述实心结构在其间限定了一个或更多个空隙区域，其中，所述一个或更多个空隙区域包括布置在其中的松散的残留金属颗粒或绝缘材料。12.根据权利要求1所述的轻质高强度绝缘压缩机部件，其中，所述多个晶胞中的每...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·J·斯坎卡雷洛，罗贝特·C·斯托弗，
申请(专利权)人：艾默生环境优化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US