[发明专利]逐层制造零件的方法以及可逐层制造的零件

说明书

本发明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。

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孔隙率低或无孔隙的零件的领域。

更具体地，本发明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。

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。

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(‘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。

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。

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。

发明内容

本发明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，还限定了本发明的优选实施例。

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，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。

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。