[发明专利]金属物体和用于使用一次性模具制造金属物体的方法

说明书

提供一种制造金属物体的方法。这些方法大体上涉及将金属粉末浆料添加到牺牲模具(如通过三维打印制成的模具)中，以及加热浆料/模具混合物。加热步骤可包括固化浆料以在模具内部制成未加工零件、脱脂以烧掉模具和粘合剂来制成棕色零件、烧结，以及热等静压。还提供金属产品，如飞行器发动机零件。

技术领域

提供使用牺牲模具制造金属物体的方法。这些方法大体上涉及将金属粉末浆料添加到牺牲模具(如由三维打印制造的模具)中，并且应用一个或更多个加热步骤以产生固体金属物体。还提供用于这些方法中并由这些方法制造的产品。

背景技术

许多系统(如下一代涡轮发动机)需要具有错综复杂且复杂的几何形状和/或块状零件的构件和零件。用于制造发动机零件和构件的常规技术涉及费力的过程，如熔模铸造或失蜡铸造。该过程大体上需要围绕陶瓷芯创建蜡模、利用陶瓷浆料涂覆蜡模以形成陶瓷壳模具、使蜡熔化、使陶瓷加热、将熔化金属浇注到陶瓷模具中(即，以填充由蜡留下的空隙)、使熔化金属凝固，以及从凝固金属移除陶瓷芯和壳。最终产品可接着遭受附加的铸造后修改，如钻取。因此，虽然熔模铸造能够制造各种金属零件，但是该过程为耗时且昂贵的。

金属注射成型(MIM)为制造金属零件的另一种已知方法。该方法涉及在高压下将金属粉末和粘合剂(统称为“给料”)的粘性混合物注射到金属模具组件中，以创建“未加工”本体或零件。处理未加工本体或零件(例如，利用热、溶剂或催化方法)，以移除粘合剂(“脱脂”)，导致“棕色(brown)”本体或零件。“棕色”本体或零件在被称为“烧结”的过程中在高温下加热，该过程移除任何残留的粘合剂并且给予零件其最终形状。

MIM零件倾向于具有范围在0.1到250克内的重量、不超过12.7mm(0.5英寸)的壁厚，并且从浇口到零件上的最远点的距离应当为四英寸左右。出于由于需要模具拉动平面和可分离性(例如，模具必须与未加工本体物理地分离)而产生的拓扑原因，MIM不能够直接制造具有一件中的复杂的3-D几何形状的金属零件。在MIM可用于制造某些复杂结构的程度上，可需要几何形状的多件式去卷积、多件式成型，以及附加的组装和连结步骤。MIM还需要使用复杂的昂贵金属模具，其有时需要数月来制作，并且因此对于原型、开发零件以及小批量生产而言为不切实际的。此外，已知MIM浆料的粘度限制它们关于金属模具的使用，该金属模具能够耐受将这些浆料注射到模具中所需的显著力(例如，5000-8000psi)。

直接金属激光熔化(DMLM)、直接金属激光烧结(DMLS)以及选择性激光烧结(SLS)为制造金属零件的其它方法。这些方法大体上使用聚焦激光来从粉末材料床逐层熔合三维物体。这些方法能够制造金属零件，但是可导致具有裂纹、需要生产后的机加工的粗糙表面光洁度，以及非等轴微观结构的产品。

发明内容

提供用于制备金属物体的方法和由此类方法制造的金属产品。在一个方面中，金属粉末浆料引入到牺牲模具中，并且一个或更多个加热步骤应用成产生固体金属本体并移除牺牲模具。在另一方面中，牺牲模具使用三维(3-D)打印过程制备。在特定方面中，该方法涉及(a)创建具有外壁的中空构件的3-D数值模型；(b)从具有对应合成外壁的所述数值模型创建所述构件的合成模型；(c)将金属粉末浆料引入到合成模型中；以及(d)应用一个或更多个加热步骤，以产生固体金属本体。在另一特定方面中，牺牲模具在应用一个或更多个加热步骤期间或之后移除。

在另一方面中，牺牲模具具有内部开口或空隙，其限定特定的三维内腔或本体。在另一方面中，除了具有外部几何形状之外，模具具有限定三维本体的内部开口。在另一方面中，提供制造具有特定内部或外部几何形状或特征的金属材料、构件或结构的过程。这些过程涉及通过三维打印过程来创建模具，并且将一个或更多个金属粉末浆料并入或注射到模具中。