多孔结构制造技术

形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的方法。所述方法包含在彼此顶部上形成材料的连续层，并且对于每一层，在足以仅完全熔合所述材料的一部分的能量密度下，根据具有空隙以在一个或多个维度中可渗透的几何结构，选择性地熔合粉末状材料以产生附加渗透性。

Porous structure

A method of forming permeable porous structures in two or more dimensions. The method includes forming continuous layers of materials on top of each other, and selectively fusing powder materials to generate additional permeability for each layer according to a geometric structure with voids permeable in one or more dimensions at an energy density sufficient to fully fuse only a portion of the material.

【技术实现步骤摘要】
多孔结构
本公开涉及多孔结构和其形成方法。
技术介绍
多孔结构可用于各种目的，如过滤、声音吸收、减震、催化、医疗植入物，和用于减重。多孔结构还可形成散热管的基础，其中工作流体经由毛细作用通过多孔管芯从冷部位移动到热部位，此时所述工作流体蒸发并且返回到冷部位。在这些情况中的每一种中，有必要谨慎地控制结构的渗流力学，以便实现期望效果。
技术实现思路
本专利技术涉及用于形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的方法和设备。在一种方法中，在彼此顶部上形成金属或合金材料的连续层。方法包括，对于每一层，根据几何结构选择性地熔合粉末状材料，所述几何结构限定空隙使得所述几何结构在一个或多个维度中可渗透。粉末状材料在足以仅完全熔合材料的一部分的能量密度下熔合。这产生附加渗透性。还提供实施此方法的设备。附图说明现在将仅参考附图借助于实例描述实施例，所述附图纯粹为示意性的并且不按比例，并且其中：图1示出用于形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的设备；图2以平面视图示出多孔结构；图3A和3B分别为沿图2的A-A和B-B的多孔结构的截面；图4A和4B示出替代多孔结构；图5示出形成图1的设备的一部分的控制器；图6示出在图5的控制器中的存储器中的指令和数据的映射；图7详述通过图5的控制器进行的操作；图8详述通过在图5的控制器中的系统控制模块进行的操作；图9A和9B详述在图2的多孔结构中产生附加渗透性的两种替代方式；和图10示出执行熔合和/或侵蚀的功能。具体实施方式在图1中示出用于形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的设备101。设备101在配置方面类似于现有增材制造系统。因此，简单来说，其包含被配置成将粉末状材料递送到粉末床103的粉末递送系统102。粉末递送系统102包含粉末料斗104以存储供电材料105，其在此实施例中为金属粉末。在本文论述的实施例中，金属粉末为镍基超合金。具体地说，镍基超合金为英高镍（Inconel）718。可使用其它镍基超合金，如英高镍625、CM247LC、CMSX486或其它。替代地，金属粉末可为铝合金（如AlSi10Mg或其它）、钛合金（如Ti6Al4V或类似物）或另一种其它金属或另一种合金。在本实例中，粉末状材料为经雾化的气体，然而，可使用其它粉末雾化方法或实际上任何其它形成粉末状材料的方法。在本实例中，粉末状材料的最大尺寸为约15到53微米，但应了解可使用其它粉末细度。粉末料斗104包括升高料斗104的底座的活塞106。粉末递送系统102进一步包含滚筒107，其将升高的电力递送到粉末床103。粉末床103含有粉末状材料105，其通过粉末熔合系统选择性地熔合，在此实例中所述粉末熔合系统包含呈激光系统108和扫描系统109形式的能量源。活塞110降低粉末床103的底座以允许多孔结构111逐层累积。在本实施例中，每一层为20微米厚。然而，在其它考虑因素之中，可根据所需分辨率选择其它厚度，如至多大约100微米或任一其它厚度。设想设备101可用于形成为用于散热管（其可为回路散热管）的管芯、热交换器的构成部件、气体过滤器、液体过滤器或声学面板的多孔结构111。然而，应了解可通过本专利技术的方法和设备的实施例产生其它类型的多孔结构。在本实施例中，激光系统108用于产生激光束112，其通过扫描系统109聚焦并且在粉末床103上扫描。在此实施例中，激光系统108为纤维激光器，并且在一个具体实施例中为镱纤维激光器。在此实施例中，扫描系统109包含可移动镜面系统以允许激光束112在两个维度中扫描。在图1中说明的具体实施例中，粉末递送系统、粉末床和粉末熔合系统维持在惰性环境113中，如高真空、氩气或等同物。活塞106和110与滚筒107的协调通过控制器114以常规方式执行。在粉末熔合系统中，即在此实施例中，控制器113还控制激光系统108和扫描系统109的操作。控制器114将参考图5进一步详述。在本实施例中，设备101用于执行激光粉末床熔合。在本实施例中，设备101通过熔融粉末状材料105来使其熔合。在此具体实施例中，这通过使用激光系统108执行粉末状材料105的选择性激光熔融来实现。在一替代实施例中，设备101用于选择性地烧结粉末状材料105。在这种情况下，粉末状材料通过烧结而熔合。如将参考图9A进一步描述，设备101可用于在低于形成具有零或接近零孔隙度的固体制品所需的能量密度的能量密度下熔合粉末状材料105。这是因为粉末状材料105的熔合为随机过程，并且因此在较低能量密度下，供电材料中的一些而非全部进行熔合。替代地，设备101可用于在形成具有零或接近零孔隙度的大体上固体制品的能量密度下熔合粉末状材料105，随后是侵蚀的过程，其中能量源，在此实例中为激光系统108，在引起材料的侵蚀且由此增加孔隙度的能量密度下操作。材料可由于高温而通过烧蚀消除。将参考图6到10进一步描述通过控制器114进行的控制粉末熔合系统的步骤。在一替代实施例中，粉末熔合系统可代替地为电子束熔融系统。因此，并不是激光束112熔合（熔融、烧结或以其他方式）粉末状材料105或侵蚀熔合的材料，而是使用通过电子源产生的电子束。多孔结构111在通过设备101完成后，以平面视图在图2中示出。将看到，多孔结构111具有两种孔隙度来源。第一孔隙度来源为扫描系统109根据在一个或多个维度中具有空隙的几何结构将激光束112引导在粉末状材料105上。在此实例中，几何结构呈筛网形式，在这种情况下其具体地说为栅格，使得形成具有正方形截面的空隙。几何结构可采取不同形式，如将参考图4A和4B进一步描述。第二孔隙度来源是由于粉末熔合系统的操作模式和形成多孔结构111的能量源的能量密度。如先前所描述，根据针对形成多孔结构111选择的参数，低能量密度熔合方法可产生附加渗透性，或高能量密度侵蚀方法可产生附加渗透性。沿图2的A-A的截面在图3A中示出。在多孔结构111逐层累积时，在栅格中的间隙形成一维空隙。在其中多孔结构111是为了形成散热管中的管芯的具体实例中，这可促进流体优先在箭头F1的方向上流动。在其中多孔结构111是为了形成交通工具废气触媒剂主体的替代实例中，这可通过准许优先在箭头F1的方向上流动而产生较低背压。沿图2的B-B的截面在图3B中示出。通过低能量密度熔合或高能量密度侵蚀产生附加渗透性的结果为在多孔结构内孔网络打开，以在除了由几何结构限定的那一或那些维度（由箭头F2和F3所示）之外的维度中产生渗透性，粉末熔合系统通过所述几何结构形成多孔结构111。通过变化由层的几何结构形成的孔隙度和由针对形成多孔结构111选择的参数形成的孔隙度，其渗流力学可受控制。因此，参考其中多孔结构111是为了形成散热管中的管芯的具体实例，这可促进工作流体在整个管芯中更均匀的分布，从而提高散热管的效率。参考其中多孔结构111是为了形成交通工具废气触媒剂主体的替代实例，孔网络可为催化剂的操作提供增大的表面积。因此应理解，通过粉末熔合系统形成的层的几何结构中的空隙和通过控制熔合和任选地侵蚀参数形成的附加渗透性的组合，允许本专利技术的方法和设备的实施例形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构。通过使用不同几何结构形成的多孔结构401的平面视图在图4A中示出。多孔结构401的几何结构为蜂巢。多孔结构4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的方法，所述方法包含在彼此顶部上形成金属或合金材料的连续层，包括，对于每一层：根据几何结构选择性地熔合粉末状材料，所述几何结构限定空隙使得所述几何结构在一个或多个维度中可渗透，其中所述熔合在足以仅完全熔合所述材料的一部分的能量密度下执行以由此产生附加渗透性。

【技术特征摘要】
2017.08.21 GB 1713360.41.一种形成在两个或更多个维度中可渗透的多孔结构的方法，所述方法包含在彼此顶部上形成金属或合金材料的连续层，包括，对于每一层：根据几何结构选择性地熔合粉末状材料，所述几何结构限定空隙使得所述几何结构在一个或多个维度中可渗透，其中所述熔合在足以仅完全熔合所述材料的一部分的能量密度下执行以由此产生附加渗透性。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述材料通过以下中的一种选择性地熔合：激光熔融法；激光烧结法；电子束熔融法。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述材料包含以下中的一种：铝；钛；镍基超合金。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每一层的所述几何结构相同。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中层的所述几何结构为以下中的一种：筛网；栅格；蜂巢。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔结构为以下中的一种：用于散热管的管芯；热交换器的构成部件；气体过滤器；液体过滤器；声学面板。7.根据权利要求1所述的方法，其中：所述材料为镍基超合金；所述材料通过激光熔融法选择...

【专利技术属性】
技术研发人员：AD诺顿，MM阿塔拉，KE埃萨，S李，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB