[发明专利]生产反模板的方法以及使用此类的反模板制造具有复杂形状部件的方法

说明书

本发明涉及一种通过加压烧结致密化生产用于制造复杂形状部件(24)的反模板的方法。反模板(20)由通过数字控制的三维(3D)增材打印根据以下步骤所生产的连续层来形成：‑在三维增材打印系统的控制单元中数字地记录待生产的部件(24)的三维负片以便建构待生产的反模板的正形式；‑通过3D增材打印技术生产反模板(20)。具有复杂形状部件(24d)接着通过加压烧结所制造，然后从也被进行烧结的反模板(20d)中分离。

技术领域

本发明涉及一种生产用于制造复杂形状的部件的反模板的方法，以及涉及一种通过使用此类的反模板的加压烧结来制造复杂形状的部件的方法。

本发明涉及制造部件的领域，特别是通过致密化多孔或粉末状材料来制造工业机械部件。本领域涵盖通过在单轴或多轴的等静负载(isostatic load)下的烧结(例如，热的、特别是等静的、加压的、高压火花烧结(称为火花等离子体烧结(spark plasmasintering，SPS))、或是选择性激光烧结)的各种致密化技术。

更具体地说，SPS烧结技术包括将一定体积的陶瓷、聚合物或金属粉末固结(consolidating)在导电模具中，从而快速获得微观结构良好的致密材料。这种固结是通过同时施加一个载荷(在施加在模具上的高单轴压力下，例如100MPa的压力)和由模具中的高强度脉冲直流电(例如，500至10000A)所提供的500℃至2000℃的加热来实现的，随后粉末的完全烧结只需几分钟完成。

这种SPS烧结技术的主要优点是，考虑到在高温下的高升温速率和相对较短的停留时间，材料的致密化不会伴随或伴随很少的晶体生长。

背景技术

SPS烧结技术施加的单轴加压具有导致致密化异质性(heterogeneity)的缺点，特别是针对在厚度上有很大差异的复杂形状的部件，其导致了相对于有限的空间和时间在不同厚度的区域之间去除材料的不均匀性。一般来说，复杂形状是指具有或不具有厚度变化的可变曲率、或是具有或不具有曲率变化且具有较大的厚度变化、及/或具有几何断裂的形状。

为了克服致密化不均匀(inhomogeneity)的缺点，专利文件FR 3042992提供在粉末状(或多孔)材料以及用于生产部件所定制的模具的反模板(counterform)面之间添加可变形的界面层。

然而，烧结技术也存在一个问题，当部件具有复杂形状时，模具或模具反模板的使用不容易使部件从模具中移走，特别是形成难以接近的咬边，因此，锥形很难在不部分地破坏部件下从模具中移开。

反模板可以是通过压制由粘合剂聚集(agglomerated)的陶瓷粉末层或通过将陶瓷粉末粘合在聚合物预制件上所获得的印刷件，惰性(inert)界面覆盖于反模板。由于复杂形状的咬边问题以及需要界面覆盖的这些反模板的表面状态问题，这些技术在可接近的几何形状方面有很大的局限性。

为了生产与可从模具上移除的咬边相兼容的反模板，有必要倍增反模板的数量，以便避免从模具上移走的问题。然后，为每个反模板所定制的工具需要被制造，导致了额外的设计和加工步骤。这些许多的反模板的组装也是缺陷的一个来源(最终部件的不匹配几何形状、初始裂纹、材料损失等)。

从文件US 2017/291221中还知道，根据待制造部件的形状，使用通过增材打印所生产的薄壁容器。容器被集成到热等静压(hot isostatic pressing，HIP)技术压机中，以便使粉末化的金属致密化。文件US 2017/368780在HIP压机中使用多种材料的增材打印，以便根据指示赋予部件特定属性。

在同样涉及HIP技术的文件EP 2551040中，先前以增材层制造的容器的材料与待制造部件的材料相同。其他文件，US 2017/361490、US 2016/144432或US 2016/030654使用附加的阶段来实施HIP技术：凝胶阶段，或使用预先通过蜡基(wax-based)方法和HIP技术所制作的陶瓷模具。