逐层制造零件的方法以及可逐层制造的零件技术

本发明专利技术提供了一种适用于结构性应用的使用增材制造技术逐层制造零件的方法。所述方法包括选择性地沉积至少第一类型长丝和第二类型长丝，其中，所述第二类型长丝至少在截面尺寸上与所述第一类型长丝不同。本发明专利技术还提供了一种根据所述方法使用增材制造技术的可逐层制造的零件。制造的零件。制造的零件。

【技术实现步骤摘要】
逐层制造零件的方法以及可逐层制造的零件


[0001]本专利技术属于制造领域，尤其是利用增材制造技术制造孔隙率低或无孔隙的零件的领域。
[0002]更具体地，本专利技术在制造用于结构性应用(其中常规压紧不可行)的打印零件时具有特殊的应用。

技术介绍

[0003]在过去，具有结构性应用的飞行器零件一直是由铝合金制成的。过去几十年，随着复合材料制造技术的发展，这种结构性零件已经用不同的技术来制造，例如碳纤维增强塑料(CFRP)组成零件的共粘接或共固化。
[0004]然而，所有这些制造技术都要求部件经历进行操作的不同阶段，以便分开制造不同的组成零件，这些零件随后将被组装在一起。这是耗时的过程，并且预先确定飞行器的生产率。结果，在一系列不同制造步骤之后获得了最终的部件，而这增加了制造成本和时间。
[0005]此缺点连同与这些常规制造技术相关的高重复/非重复成本，促进了航空领域增材制造(AM)技术的出现。
[0006]通常，这些AM技术使用带有3D建模软件(计算机辅助设计或CAD)的计算机、增材制造工具(例如机器设备)和分层材料长丝。CAD草图是最终3D物体构建的3D电子模型。AM工具能够从CAD文件中读入数据(截面几何形状和表面图案两者)，并通过至少一个头部以逐层方式铺设或沉积液体、粉末、片材等的相继的长丝(然后形成各层)，以制造3D物体。
[0007]因此，在实现快速成型的同时，降低买到飞比率(即生产零件所需的材料的质量与最终航空结构中的材料的质量之间的比)的可能性为逐层打印聚合物零件设定了有希望的路线图。
[0008]然而，众所周知的是，打印复合零件的机械性能仍然远不如铝零件或通过常规技术制造的复合零件。这一方面是因为常规打印零件存在的例如空隙、孔隙的固有缺陷，而另一方面是因为来自同一层或不同层的连续长丝之间的粘合性差。
[0009]孔隙或过程中引入的空隙的形成主要是由于堆叠形成层的大致圆形截面的长丝而导致的，并且典型地这些空隙沿着打印方向延伸。另一个典型的局部缺陷是相邻的长丝之间没有聚合物链相互融合，这使得层间剪切强度(
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)非常低，并且在承受某些应力时会导致打印零件较弱。
[0010]因此，当测试或投入使用这些常规打印零件时，这些空隙和打印缺陷可能会成为应力集中器，从而导致零件过早失效。
[0011]当前解决方案大多提供了基于辊的原位压紧机构，该辊通常将压力施加到抵靠打印床的沉积层上，以封闭空隙并且加强粘接。最新的解决方案依靠真空床来协助打印过程，虽然可以获得固结的件，但是尚无法实现严密尺寸。
[0012]然而，因为复杂的几何形状使得辊可以广泛且均匀地滚动变得困难，或因为一些打印工具与这些压紧设备不兼容，因而不可能总是从这些可用的压紧解决方案中受益。
[0013]因此，工业中需要容易且有效地制造结构性打印零件，这种制造可以确保赋予机械性能以便满足结构性需求，并且无论是否使用压紧系统并且对于任何预期的几何形状都可以广泛地应用。

技术实现思路

[0014]本专利技术通过如下所述的使用增材制造技术逐层制造零件的方法，提供了上述问题的解决方案。在下文中，还限定了本专利技术的优选实施例。
[0015]在第一专利技术方面，本专利技术提供了一种使用增材制造技术逐层制造零件的方法，其中，所述方法包括选择性地沉积至少第一类型长丝和第二类型长丝。
[0016]在此整个文件中，“增材制造技术”(AM)将被理解为那些通过逐层添加材料来构建3D物体的技术，其中材料(在增强材料的情况下是可熔化材料或基质材料)在施加热量时变成液体，并且在冷却时固化(或硬化)成固体。
[0017]在打印之前，将3D零件的数字CAD草图分片为多个水平的区段或层。打印机控制器然后使用所产生的这些分片一次一层(即逐层)地将每个层粘合或粘接到前面的一个层来按顺序地制造该零件。
[0018]取决于所使用的材料和机器技术的形式，增材制造技术中包含许多技术。其中，可能要指出的是选择性激光烧结(SLS)、立体光刻(SLA)、多射流建模(MJM)或熔丝制造(FFF)。
[0019]熔丝制造(FFF)是以过程为导向的制造，其包括使用通过至少一个分度喷嘴注射到构建片材上的长丝形式的材料。(多个)喷嘴跟踪每个特定层的表面图案，在沉积下一层之前材料硬化。该过程重复进行，直到该件完成、即被打印。
[0020]在本专利技术的方法的优选实施例中，零件是使用熔丝制造(FFF)来打印的。在FFF中，每个沉积层由一组定向长丝形成。众所周知，FFF是3D打印(3DP)的特定示例。
[0021]根据本专利技术，第二类型长丝至少在截面尺寸上与第一类型长丝不同。
[0022]对于那些允许设定层高度的打印机工具，第一类型长丝或第二类型长丝的这个截面尺寸被理解为确定由长丝形成的每个层的高度的高度设定。设定较厚的层高度会使所打印的零件将具有粗糙的(即较不精细的)细节，从而使层更加可见。在另一方面，设定较薄的层高度允许零件具有更高水平的细节，但会延缓生产时间。
[0023]除此之外，如果长丝(第一类型或第二类型)具有不恒定的截面形状，则截面尺寸将被理解为在这种长丝最粗点处的测量的截面面积或值。
[0024]因此，所述方法包括执行至少一次以下步骤：
[0025]a.通过沉积第一类型长丝来形成层，第一类型长丝中的至少一部分第一类型长丝彼此并排沉积，因此产生至少一个通道，以及
[0026]b.沿所述通道沉积第二类型长丝中的至少一部分第二类型长丝，
[0027]其中，第二类型长丝至少在截面尺寸上与第一类型长丝不同。
[0028]也就是说，打印工具的分片程序提供了3D CAD零件不均匀的分片，这是因为通过至少对于零件的一部分对由第一类型长丝或第二类型长丝形成的层进行交替，层现在具有不同的高度。换言之，交替步骤a)和b)。
[0029]因此，“层”被理解为在同一沉积步骤期间沉积的一组长丝。根据本专利技术，层可以包括彼此并排沉积的长丝和/或间隔开的长丝。第一类型长丝的层具有至少一些彼此并排沉
积的长丝，而第二类型长丝的层可以由间隔开的长丝形成。例如，在2.5D制造中，同一个层包含的每根长丝距模具的高度相同。
[0030]一对第一类型长丝彼此并排沉积某一长度，在它们中间产生了沿着它们延伸这个长度的凹槽、凹口或通道。
[0031]根据本专利技术，在这种通道上沉积具有不同截面尺寸的第二类型长丝，因此该第二类型长丝同时接触先前沉积的两根第一类型长丝。
[0032]因此，与现有技术的制造过程中后续的第一类型长丝的层沉积引入间隙空隙不同，本专利技术用第二类型长丝填充或占据这种空隙。
[0033]常规制造过程典型地包括：将第一类型长丝沉积到由两根同种类型的长丝彼此并排沉积产生的通道上，或类似地，将一对第一类型长丝沉积到两根彼此并排沉积的同种类型的长丝上。
[0034]由于零件是由聚合材料制成的，熔化的长丝从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
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一种使用增材制造技术逐层制造零件的方法，其中，所述方法包括执行至少一次以下步骤：a.通过沉积第一类型长丝(1)来形成层，所述第一类型长丝(1)中的至少一部分第一类型长丝彼此并排沉积，从而因此产生至少一个通道(3)，以及b.沿所述通道(3)沉积第二类型长丝(2)中的至少一部分第二类型长丝；其中，所述第二类型长丝(2)至少在截面尺寸上与所述第一类型长丝(1)不同。2.
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根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一类型长丝(1)包括比所述第二类型长丝(2)更大的截面尺寸。3.
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根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，至少一根第一类型长丝(1)和/或至少一根第二类型长丝(2)具有圆形、三角形或椭圆形的截面形状。4.
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根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其中，所述第一类型长丝(1)和/或所述第二类型长丝(2)是由嵌入可熔化材料内的纤维材料增强物制成的，优选地，所述可熔化材料是热塑性材料。5.
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根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述第二类型长丝(2)中的至少一根第二类型长丝是不连续的、呈丸或球的形式。6.
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根据权利要求4或5中任一项所述的方法，其中，所述第二类型长丝(2)的纤维材料增强物呈原纤维、纳米纤维、碳填料或短纤维的形式。7.
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根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述第一类型长丝(1)的纤维体积含量高于50％，而所述第二类型长丝(2)的纤维体积含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚松森，
申请(专利权)人：空中客车西班牙运营有限责任公司，
类型：发明
国别省市：