增材制造中金属材料沉积的技术及相关的系统和方法技术方案

提供了一种通过增材制造形成金属物体的方法，该方法包括获取具有外部表面的第一物体的几何描述，生成第二物体的几何描述，第二物体以第一物体的外部表面为界并且具有一个或更多个空隙，基于所述第二物体的几何描述，通过增材制造对所述第二物体进行制造，以及将金属材料沉积在所述第二物体上，其中金属材料被沉积在所述第二物体的空隙中。

Deposition Technology of Metal Material and Related Systems and Methods in Adding Material Manufacturing

A method of forming a metal object by adding material is provided. The method includes obtaining the geometric description of the first object with an external surface and generating the geometric description of the second object. The second object is bounded by the external surface of the first object and has one or more voids. Based on the geometric description of the second object, the second object is manufactured by adding material. A metal material is deposited on the second object, in which the metal material is deposited in the void of the second object.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造中金属材料沉积的技术及相关的系统和方法本申请要求根据2016年10月18日提交的美国临时专利申请第62/409,773号的35U.S.C.§119(e)规定的优先权，名称为“增材制造中金属材料沉积的技术”，该申请的全部内容通过引用在此并入。
本专利技术通常涉及利用包括金属材料的增材制造(例如3D打印)设备制造零件的系统和方法。
技术介绍
例如三维(3D)打印的增材制造，通常通过使部分建筑材料在特定的位置凝固来提供用于制造物体的技术。增材制造技术可以包括立体光刻、选择性或熔融沉积成型、直接复合制造、分层物体制造、选择性阶段区域沉积、多阶段喷射凝固、弹道颗粒制造、颗粒沉积、激光烧结或它们的组合。很多增材制造技术通过形成连续的层而构建部件，这些连续的层通常是需要的物体的剖面。通常，每个层被形成以使得其粘附在之前形成的层或构建物体的衬底上。在一种被称为立体光刻的增材制造的方法中，通过连续地形成固化聚合物树脂的薄层来制造固态物体，通常首先在衬底上，然后是一个在另一个的上面。暴露于光化辐射使液体树脂的薄层固化，这使得液体树脂的薄层变硬并粘附于之前的固化层或构造平台的底部表面。
技术实现思路
根据一些方面，提供一种通过增材制造形成金属物体的方法，该方法包括获取具有外部表面的第一物体的几何描述、生成第二物体的几何描述，第二物体以第一物体的外部表面为界并且具有一个或更多个空隙、基于第二物体的所述几何描述通过增材制造来制造所述第二物体、将金属材料沉积在所述第二物体上，其中金属物质被沉积在所述第二物体的空隙中。根据一些方面，提供一种基于由增材制造设备形成的骨架结构形成物体的方法，该物体由将材料沉积在骨架结构上的处理而形成，该方法包括基于物体的三维模型生成骨架结构的几何描述，该骨架结构以第一物体的外部表面为界并且具有一个或更多个空隙，其中骨架结构的几何描述被布置成在将材料沉积在第二物体上的步骤期间相对于第一物体的外部表面偏移基于预期的沉积量的距离，并且其中第二物体包括的重复胞单元的网格，每个胞单元内包括至少一个空隙，并且利用至少一个处理器生成指令，这些指令当由增材制造设备执行时，使增材制造设备对骨架结构进行制造。通过上述的各方面、特征以及动作的任何合适的组合可以实现前述的设备和方法的实施方式。结合以下附图将会全面理解本教导的这些以及其它的方面、实施方式和特征。附图说明下面将参照附图描述本专利技术的各个方面以及实施方式。应当注意，附图不一定按照比例绘制。在附图中，不同附图中示出的相同的参考标记表示相同的或几乎相同的部件。为了清楚起见，在每个附图中可能不是每个元件都被标记。图1是根据一些实施方式的产生骨架网格部分的方法的流程图；图2A-B示出了根据一些实施方式的适用于形成骨架网格部分的网格结构；图3示出了在后续沉积处理期间制造的物体以及被配置成形成物体的骨架网格结构的剖面图；图4是根据一些实施方式的适于实施本专利技术的各方面的系统的框图；以及图5示出了计算系统环境的示例，其中本专利技术的各方面可以在该计算系统环境上实现。具体实施方式各种不同的技术可以应用于各种不同类型的材料的物体或部件的增材制造，各种不同类型的材料包括不同类型的塑料、陶瓷、蜡以及金属。利用金属的制造通常是理想的选择，但是由于过高的成本、不良的性能或其它限制，本领域已知这样做的目前的解决方案通常是不令人满意的。例如，有时被称为直接金属激光烧结(或DMLS)的一项技术需要广泛的用户培训、大量的服务和后处理、广泛的安全预防措施、以及昂贵的设备。其它后处理技术，例如熔融金属渗透或浇铸具有其它的缺点，包括熔融金属的使用以及使用熔融金属带来的各种安全和设备成本顾虑。一种试图近似金属材料的部件的增材制造的技术已经通过电镀对由增材制造形成的部件进行后处理，其中，将相对薄的金属层沉积在增材制造部件的表面上。这种复合部件通常具有金属部件的外观以及略微修改的材料特性，例如增加的强度。然而，这项技术的使用限于在部件的外部表面沉积相对薄的金属膜，而不修改部件的内部区域。此外，很多类型的部件几何形状可能不适合在电路沉积工艺中使用。有利的是，本专利技术的各方面允许来自于包括各种金属的广泛范围的潜在材料的高效和有效的部件的增材制造。特别是，本专利技术的实施方式可以利用各种可能的增材制造技术中的一种或更多种来形成从需要的部件派生出并利用骨架材料形成的前体部件。这个前体部件在这里也称为骨架结构，然后可以被制备用于无电镀镀沉积工艺，其中一个或更多个物体材料沉积在骨架结构上。得到的骨架结构和物体材料的合成物于是可以包括基本上由沉积材料形成的制造部件。与通常导致材料仅沉积在部件的外部表面上的诸如电镀的现有技术的沉积技术不同，使用具有无电镀沉积工艺的骨架结构允许基本上在部件的整个内部区域形成具有沉积的部件。因此，这种实施方式可以允许在骨架结构的形成中使用较低成本和高准确度的增材制造技术，例如立体光刻，同时产生基本上呈现金属材料特性的部件。利用这里描述的技术制造的部件可以具有用于立即使用的足够尺寸准确度，虽然在一些情况下，制造的部件可能被认为是“近净”形部件，可以通过其它成形工艺进一步修改。例如，适合与金属物体一起使用的工艺，例如计算机控制的铣削(miling)，可以应用于该近净形部件，以制造需要尺寸的最终部件。根据一些实施方式，在初始步骤中，增材制造设备可利用各种技术并使用一种或更多种合适的材料来制造用于所需部件的骨架结构。合适的材料可以包括能够在随后的沉积工艺中为金属沉积提供初始沉积位置的材料。在一些实施方式中，有利的是，骨架结构由“金属材料”制成，这里是指能够传导电流的任何材料或材料的组合。例如，金属材料可包括一种或更多种导电金属、导电聚合物以及/或者导电聚合物复合材料。在其他实施方式中，可能不期望导电性，并且可以利用其他材料在骨架结构上沉积材料。包括增材和减材的方法两者的任何用于对合适的材料塑形以形成骨架结构的技术，都可能被利用。然而，最有利的是，本专利技术的实施方式可以利用增材制造技术，由一种或更多种合适的骨架材料逐层形成骨架结构。在一些实施方式中，可以使用传统的减材技术，例如机械加工或光刻蚀刻，以形成骨架。根据一些实施方式，制造的骨架结构的几何形状可以基本上控制接在制造骨架结构之后的步骤期间的金属材料的沉积。一些合适的沉积工艺，例如这里使用的无电镀沉积的说明性示例，可以在给定时间点以在整个骨架结构上均匀的已知速率来沉积材料，而不需要使用施加至部件的电荷或电流，以便启动沉积反应。在至少一些使用情况中，最有利的处理可能是那些响应于环境变化，例如压力或温度的变化，从溶液到沉积位置沉积自发地且选择性地发生的处理。因此，在一些实施方式中，骨架结构几何形状可以配置有定位以及/或者成形以影响金属材料沉积的位置的元件。例如，位于增材制造设备内以及/或者与增材制造设备分离的一个或更多个计算设备可以应用各种算法和启发式技术，以得到以上述方式形成的一个或更多个合适的骨架结构，并用在随后的金属材料沉积步骤中。替代地或另外地，当生成以及/或者修改骨架结构时，可以使用(例如用户的)手动输入。根据一些实施方式，将金属材料在骨架结构上的无电镀沉积期间的沉积可以在骨架结构的表面区域上开始。当化学沉积反应化学物质良好时，这种沉积处理可以继续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过增材制造形成金属物体的方法，所述方法包括：获取具有外部表面的第一物体的几何描述；生成第二物体的几何描述，所述第二物体以所述第一物体的所述外部表面为界并且具有一个或更多个空隙；基于所述第二物体的所述几何描述，通过增材制造对所述第二物体进行制造；以及将金属材料沉积在所述第二物体上，其中所述金属材料被沉积在所述第二物体的所述空隙中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.18 US 62/409,7731.一种通过增材制造形成金属物体的方法，所述方法包括：获取具有外部表面的第一物体的几何描述；生成第二物体的几何描述，所述第二物体以所述第一物体的所述外部表面为界并且具有一个或更多个空隙；基于所述第二物体的所述几何描述，通过增材制造对所述第二物体进行制造；以及将金属材料沉积在所述第二物体上，其中所述金属材料被沉积在所述第二物体的所述空隙中。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积步骤包括化学镀工艺。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积步骤以恒定的速率将所述金属材料沉积在所述第二物体的整个表面上。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二物体的所述几何描述被布置成在将所述材料沉积在所述第二物体上的步骤期间相对于所述第一物体的所述外部表面偏移基于预期的沉积量的距离。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二物体包括重复胞单元的网格，每个所述胞单元内包括一个空隙。6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括基于所述第一物体的所述几何描述确定所述网格的所述胞单元的尺寸。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述网格的所述胞单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔钦·斯拉茨卡，扎卡里·祖格里斯，马修·基特，
申请(专利权)人：福姆实验室公司，
类型：发明
国别省市：美国,US