[发明专利]使用增材制造技术逐层制造零件的方法及压紧系统

说明书

本发明涉及一种使用增材制造技术逐层制造零件的方法。所述方法包括以下步骤：‑将所述零件与成形于其上的弹性体包壳一起打印，在所述零件与所述弹性体包壳之间留有无材料的间隙，所述弹性体包壳包括至少一个开口；‑对所述打印零件和所述弹性体包壳的整体件进行加热或者保持操作打印温度；‑通过所述弹性体包壳的至少一个开口施加真空，使得所述弹性体包壳放气，从而向所述打印零件施加压力；并且‑在预定时间期间将所述打印零件保持在真空和加热下。本发明还涉及一种用于使用增材制造技术逐层制造的打印零件的压紧系统。

技术领域

本发明属于制造领域，尤其是利用增材制造技术制造零件的领域。更具体地，本发明在制造用于结构性应用的具有复杂形状的打印零件中具有特殊的应用。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。这是因为常规打印零件存在的固有缺陷，例如来自同一层或不同层的连续长丝之间的空隙、孔隙或粘合性差。

孔隙或空隙的形成主要是由于堆叠形成这些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(‘ILSS’)非常低，并且在承受某些应力时会导致打印零件较弱。

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。

当前的解决方案提供了一种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，以减轻这些不希望的现象。此解决方案可以很容易地应用于简单几何形状或具有软曲率的打印零件，在这些零件中，辊可以广泛而均匀地滚动。

然而，使用增材制造技术逐层打印零件的最显著的特征恰恰是能够制造具有复杂几何形状的经济且快速的零件，使得这种基于辊而压紧的技术对大多数打印零件是无用的。

因此，在工业中需要简单、快速、可靠且有效的结构性打印零件的制造方法，该制造方法可以广泛应用，而不考虑预期的几何形状，同时确保所赋予的机械性能以满足结构性要求。

发明内容

本发明通过根据本发明的使用增材制造技术逐层制造零件的方法和根据本发明的用于打印零件的压紧系统，提供了上述问题的解决方案。

在第一发明方面，本发明提供了一种使用增材制造技术逐层制造零件的方法，该方法包括以下步骤：

-将零件与成形于其上的弹性体包壳一起打印，在零件与弹性体包壳之间留有无材料的间隙，该弹性体包壳包括至少一个开口；