專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造具有多個(gè)孔隙的材料的預(yù)制坯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的設(shè)計(jì)和制造，更具體來(lái)說(shuō)，涉及用于在任何材料，特別是工程材料中產(chǎn)生孔隙、細(xì)孔或空腔的預(yù)制坯。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及在材料中形成多個(gè)有組織的孔隙的性能，也涉及負(fù)荷結(jié)構(gòu)及可提供在可安全承載的應(yīng)力和所需材料量間更好的平衡的結(jié)構(gòu)。
一般來(lái)說(shuō)，采用多種現(xiàn)有的發(fā)泡技術(shù)可在材料中形成孔隙。這些發(fā)泡技術(shù)所生產(chǎn)的材料具有無(wú)組織的孔隙，即，孔隙是隨機(jī)定位及隨機(jī)設(shè)置的。另外，在這些材料中的許多孔隙不是封閉的—它們與相鄰的孔隙相互連通。
因此，現(xiàn)有的方法不能生產(chǎn)具有封閉的孔隙和/或位于其內(nèi)正確位置上的孔隙的材料。目前的技術(shù)也不能使孔隙具有精確的預(yù)定尺寸及基本上自閉合的形狀。
在應(yīng)力控制材料(stress steering material)中具有有組織的不相互連通的孔隙是特別重要的。應(yīng)力控制材料可使作用在結(jié)構(gòu)上的力基本上分解成壓力。
具有對(duì)稱(chēng)布置的孔隙的這種應(yīng)力控制材料已經(jīng)研制出來(lái)，它利用含有孔隙的新穎結(jié)構(gòu)將作用在材料上的大部分應(yīng)力分解成壓應(yīng)力。這種新穎結(jié)構(gòu)公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利第5,615,528號(hào)、第5,660,003號(hào)和第5,816,009號(hào)中，這些專(zhuān)利文件的內(nèi)容與本說(shuō)明書(shū)中用作參考(上述每個(gè)專(zhuān)利與本申請(qǐng)具有共同的所有者)。每個(gè)上述專(zhuān)利描述了在整個(gè)基材中采用了均勻、對(duì)稱(chēng)排列的許多孔隙，這樣形成的材料結(jié)構(gòu)可將作用在其上的力基本分解成壓應(yīng)力而不是拉應(yīng)力。
美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局(NASA)和其它有關(guān)科學(xué)組織的研究已經(jīng)確認(rèn)，在材料中的孔隙越接近均勻及孔隙的布置越接近對(duì)稱(chēng)，材料的有效抗拉強(qiáng)度就越大。因此，發(fā)泡材料及孔隙度為一要素的其它材料的制造廠商一直在尋求一種批量生產(chǎn)的方法，以便在材料中的預(yù)定部位上定位預(yù)定尺寸的細(xì)孔或孔隙，從而使材料形成精確的三維形態(tài)，以便使其有效抗拉強(qiáng)度最佳化。
但是，使用傳統(tǒng)的制造技術(shù)使這種孔隙在材料中三維對(duì)稱(chēng)布置不過(guò)是一種費(fèi)力、成本高昂的工作。因此，由在材料中設(shè)置這些關(guān)鍵的孔隙的難度，在上述專(zhuān)利中公開(kāi)的多孔材料，包括應(yīng)力控制材料的廣泛應(yīng)用和認(rèn)可一直受到妨礙。
因此，人們需要一種材料、方法和/或系統(tǒng)，使包括孔隙的帶有預(yù)定形態(tài)的材料，包括上述受專(zhuān)利保護(hù)的應(yīng)力控制材料能夠更易于制造。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供用于在任何材料中形成有組織的vorasity(以預(yù)定布置定位的孔隙)的方法和設(shè)備。采用這種新穎的方法和設(shè)備形成的孔隙可以是任何尺寸、形狀和間隔的，也可以相互連通的或每個(gè)孔隙也可以是完全封閉的。
另外，在特定材料中孔隙的間隔可以是對(duì)稱(chēng)的和/或非對(duì)稱(chēng)的，以便得到需要的材料物性。因此，為了實(shí)現(xiàn)按照上述專(zhuān)利中公開(kāi)的材料的應(yīng)力控制，孔隙必須以特定的對(duì)稱(chēng)配置布置。
因此，采用按照本發(fā)明的獨(dú)特和新穎構(gòu)件和方法可以制造包括孔隙的帶有預(yù)定形態(tài)的材料，包括上述取得專(zhuān)利的應(yīng)力控制材料，所述應(yīng)力控制材料利用多個(gè)對(duì)稱(chēng)排列的、均勻孔隙以便將結(jié)構(gòu)上受到的力主要地分解成壓應(yīng)力而不是拉應(yīng)力。
按照本發(fā)明的預(yù)制坯、帶孔隙結(jié)構(gòu)的實(shí)例，以及制造設(shè)備和方法也公開(kāi)在一個(gè)相應(yīng)的臨時(shí)申請(qǐng)中，該臨時(shí)申請(qǐng)是由本申請(qǐng)的相同申請(qǐng)人同時(shí)提出并共同擁有的，題為“用于制造具有多個(gè)孔隙的材料的預(yù)制坯及其制造方法”，2001年5月17日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第60/291,904號(hào)的全部?jī)?nèi)容在本說(shuō)明書(shū)中用作參考。
在本發(fā)明的推薦實(shí)施例中，采用預(yù)制坯件或變形工藝或這兩者將孔隙結(jié)合在材料中?？紫犊刹捎霉闹圃旆椒ㄔ诓牧现行纬?。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于形成多個(gè)孔隙的構(gòu)件材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將多個(gè)孔隙賦予材料中的方法。
因此，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，用在工程材料中形成多個(gè)孔隙的帶珠的預(yù)制坯包括多個(gè)相鄰設(shè)置的珠。
在本發(fā)明的另一方面中，用于在工程材料中形成多個(gè)孔隙的帶珠的預(yù)制坯的制造方法包括將預(yù)制坯材料擠出第一開(kāi)口以產(chǎn)生擠壓的預(yù)制坯材料，以及砑光擠壓的預(yù)制坯材料以便在其上形成多個(gè)相鄰設(shè)置的珠。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，用于在工程材料中形成多個(gè)孔隙的涂覆的、帶珠的預(yù)制坯的制造方法包括向模具提供擠壓涂覆材料的第一流，在第一流中提供帶珠的預(yù)制坯，其中帶珠的預(yù)制坯是用涂覆材料涂覆的，以及從一個(gè)開(kāi)口擠壓帶有帶珠的預(yù)制坯的第一流以形成絲束(tow)。
在本發(fā)明的另一方面中，用于生產(chǎn)具有多個(gè)孔隙的工程材料的方法包括將多個(gè)帶珠的預(yù)制坯引入第一材料源，用第一材料涂覆所述多個(gè)帶珠的預(yù)制坯，使被涂覆的預(yù)制坯形成預(yù)定形狀，以及固定這種形狀。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，使用連鑄設(shè)備生產(chǎn)包括多個(gè)有組織的孔隙的工程材料的方法包括將具有多個(gè)相鄰設(shè)置的珠的帶珠的預(yù)制坯引入基體材料，材料基體保持在第一容器中，將基體材料引入一個(gè)具有預(yù)定距離的空間中，從而形成一個(gè)具有基本等于該距離的預(yù)定厚度的產(chǎn)品。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，用于形成內(nèi)部具有多個(gè)有組織的孔隙的復(fù)合物的方法包括將第一孔隙的第一矩陣設(shè)置在第一疊層上，并將第一分層和第二疊層組合起來(lái)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，組合成復(fù)合材料的疊層包括一種具有在第一側(cè)面上的多個(gè)凹部的結(jié)構(gòu)，所述凹部相應(yīng)于在疊層第二側(cè)面上的多個(gè)凸起。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，一種具有多個(gè)有組織的孔隙的工程材料的制造方法包括將具有多個(gè)間隔開(kāi)來(lái)的珠的帶珠的預(yù)制坯引入熔融材料的連續(xù)鑄造中。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，具有多個(gè)有組織的孔隙的工程材料的制造方法包括在下述制造工藝的任何一種中引入具有一串相鄰設(shè)置的珠的帶珠的預(yù)制坯添加物制造、原子式的制造(atomistic manufacturing)，分層制造包括熔融沉淀模制、立體光刻、光學(xué)制造、固體基礎(chǔ)(地面)養(yǎng)護(hù)、等離子噴鍍成形、蒸汽淀積。
變形和成形，包括塊體變形工藝包括壓印模鍛造、開(kāi)式模具鍛造、精壓、穿孔、壓制陰模法、捻縫和磨邊、滾鍛、直接擠壓、間接擠壓、靜液力擠壓及冷擠壓，薄板成形方法包括剪切、膨凸成型、橡膠成形、高能高速成型法、超塑性成形、深拉、壓花，材料去除，包括切削、磨削、電火花加工、噴水加工、磨料噴射加工、化學(xué)加工和電化學(xué)加工及磨削，鑄造，包括永久鑄模，包括薄殼鑄造、壓力鑄造、夾物模壓、離心鑄造及滲透鑄造；可消耗模鑄包括真空鑄造、陶瓷模鑄造、石膏模鑄造、殼模鑄造和砂型鑄造、凝膠鑄造、噴射鑄造、壓縮造型、傳遞模塑法、夾物造型，顆粒材料加工，包括燒結(jié)、冷等靜壓及熱等靜壓，以及組裝和接合加工，包括摩擦攪動(dòng)焊接、電阻焊接、爆炸焊接、硬焊和軟焊、電弧焊和激光焊接。
參閱附圖和下面對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明可更好地理解上述方面。


圖1表示由按照本發(fā)明的預(yù)制坯形成的應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的第一閉孔構(gòu)造，其中所有的用圖形表示的TRDs在其各自的中心具有一個(gè)孔隙。
圖2表示由按照本發(fā)明的預(yù)制坯形成的應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的第二開(kāi)孔構(gòu)造，其中每隔一個(gè)用圖形表示的TRD被除去。
圖3表示由按照本發(fā)明的預(yù)制坯形成的應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的第二綜合開(kāi)孔、閉孔構(gòu)造，其中用圖形表示的TRDs在其各自的中心具有一個(gè)孔隙。
圖4表示由按照本發(fā)明的預(yù)制坯形成的應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的第四綜合開(kāi)孔、閉孔構(gòu)造，其中用圖形表示的TRDs在其各自的中心具有一個(gè)孔隙。
圖5A表示一串類(lèi)似于按照本發(fā)明的預(yù)制坯的珠。
圖5B表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖。
圖6A表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，具有以第一間隔定位的單一尺寸的珠。
圖6B表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，具有在較小尺寸的珠之間的間隔開(kāi)來(lái)的較大尺寸的珠。
圖6C表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，具有在較小尺寸的珠間相鄰設(shè)置的較大尺寸的珠。
圖7A表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，其中各絲水平地成組布置在層壓材料中。
圖7B表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，其中各絲斜向成組布置在層壓材料中。
圖7C表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，其中各絲水平地成組布置在層壓材料中，使用了兩種不同尺寸的珠。
圖7D表示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，其中與圖7C類(lèi)似，只是各絲是斜向布置的。
圖8表示按照本發(fā)明第一實(shí)施例的帶珠的絲預(yù)制坯的示意圖，表示在材料內(nèi)加工前的絲的珠，圖中珠呈橢圓形，因而可形成適當(dāng)形狀的球形孔隙。
圖9表示工程材料的橫剖圖，所述工程材料是通過(guò)將按照本發(fā)明第一實(shí)施例的多條絲組合在一起制成的。
圖10表示工程材料的橫剖圖，所述工程材料是通過(guò)將按照本發(fā)明第一實(shí)施例的多條絲組合在一起制成的。
圖11A表示使用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的絲預(yù)制坯的圓柱形牽引繩。
圖11B表示使用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的絲預(yù)制坯的方柱形牽引繩。
圖12A表示通過(guò)組合多個(gè)圖11A所示繩而制成的層制品。
圖12B表示通過(guò)組合多個(gè)圖11B所示繩而制成的層制品。
圖13A表示如圖11A所示的多條繩組合以形成織品。
圖13B表示如圖11B所示的多條繩組合以形成織品。
圖13C表示多條繩和層制品組合以形成織品。
圖13D表示多個(gè)層制品。
圖14表示帶珠的絲和底板排列成層制品/織品。
圖15表示用于制造按照本發(fā)明的帶珠的絲預(yù)制坯的第一擠壓/紡制方法。
圖16表示用于制造按照本發(fā)明的帶珠的絲預(yù)制坯的第二擠壓方法。
圖17表示用于制造按照本發(fā)明的帶珠的席片預(yù)制坯的第一擠壓方法。
圖18表示用于制造按照本發(fā)明的帶珠的席片預(yù)制坯的第二擠壓方法。
圖19表示用于制造按照本發(fā)明的繩的第一擠壓方法。
圖20表示用于制造按照本發(fā)明的繩的第二擠壓方法。
圖21表示使用按照本發(fā)明的預(yù)制坯席片制造層制品的第一擠壓方法。
圖22表示使用按照本發(fā)明的預(yù)制坯席片制造層制品的第二擠壓方法。
圖23表示按照本發(fā)明的預(yù)制坯通過(guò)連鑄法生產(chǎn)材料。
圖24-25表示按照本發(fā)明的預(yù)制坯用于通過(guò)擠壓法生產(chǎn)層制品或織品。
圖26表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的帶有第一凹坑組織的織構(gòu)化材料。
圖27表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的帶有第二凹坑組織的織構(gòu)化材料。
圖28表示按照本發(fā)明第二實(shí)施例的帶有第三凹坑組織的織構(gòu)化材料。
圖29表示能夠使用按照本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的預(yù)制坯材料制造的各種結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
作為有組織孔隙材料前體的帶珠的預(yù)制坯按照本發(fā)明的帶珠的預(yù)制坯是用于結(jié)合在材料中的前體構(gòu)件，用于形成預(yù)定的對(duì)稱(chēng)或非對(duì)稱(chēng)定位的或其它有組織孔隙或細(xì)孔，以便例如形成一種具有有組織的vorasity的材料。這種材料的一個(gè)實(shí)例是用于將施加的負(fù)荷主要分解成壓應(yīng)力的應(yīng)力控制材料。這種三維應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的兩維橫截面表示在圖1-4中。
這種預(yù)制坯可以是消耗性的(即，引導(dǎo)性的)、永久性的或其組合。在消耗性的預(yù)制坯中，形成空隙的珠材料在結(jié)合在基材內(nèi)之后的某點(diǎn)上，一般是在進(jìn)一步加工過(guò)程中被消除。在永久性的預(yù)制坯中，珠材料留在孔隙中，不過(guò)它也可以在加工過(guò)程中以某種方式被改變或改造。
預(yù)制坯的珠可以為任何形狀或尺寸的，以便根據(jù)需要制造需要的工程材料，可以是中空的或?qū)嵭牡?，或其組合形式的。一般來(lái)說(shuō)，珠被成形以便產(chǎn)生的孔隙在加工后具有特定的孔隙體積和/或形狀。
帶珠的預(yù)制坯最好制成兩種形式之一絲和席片狀，其中任一種形式都可以是剛性的或撓性的。這些預(yù)制坯可通過(guò)分別向絲和席片施加涂層而進(jìn)一步組裝成繩和層制品。
按照本發(fā)明的絲2的預(yù)制坯類(lèi)似于一串珠子(圖5A)，包括一串4間隔開(kāi)來(lái)的珠6(圖5B)。間隔可以是非對(duì)稱(chēng)的，但一般是有組織的和/或?qū)ΨQ(chēng)的，具有預(yù)定距離的模式。另外，珠可以是相同尺寸的、隨意尺寸的、或者(也)可以是如圖6A-6C所示的特定形狀的珠的重復(fù)模式。
席片8是組合的絲2的兩維陣列，如圖7A-7D所示，不過(guò)它們也可以按照其它方式組合多個(gè)珠來(lái)形成兩維陣列。如圖所示，珠的垂向及水平間隔一般是有組織的、預(yù)定距離及模式的。
圖8所示的帶珠的絲具有橢圓形的珠。珠的形成形狀使得在結(jié)合在一特定材料中時(shí)，孔隙以及因而珠本身(如果珠是永久性的)在加工后最終呈球形。借助于這種類(lèi)型的絲的加工可以是鑄造加工，其中高溫和/或軋制影響預(yù)制坯的形狀，因而不管預(yù)制坯是否為消耗性的，將影響孔隙的形狀。
席片和絲可組合成織品，例如形成圖9-10所示的橫剖面，具有孔隙12和14(圖9)及孔隙16(圖10)。如圖14所示，這種織品層制品可以包括席片8和絲2的交替的層，使表面材料11覆蓋頂部和底部。
繩18(圖11A-11B)是通過(guò)一般采用一種基體材料(例如，熱固性樹(shù)脂)3來(lái)涂覆絲2而形成的。類(lèi)似地，層制品20基本是通過(guò)下述方式形成的，即，用基體材料涂覆席片，或也可以通過(guò)組合多條繩2來(lái)制造(圖12A-12B)，或也可以通過(guò)涂覆多條布置成陣列的絲的組合物來(lái)制造。
繩和層制品，以及絲和席片，也可以包括切割和定位導(dǎo)向物(如凹槽、凸起)，因而它們可易于切割、布置和組合，在中間和最終產(chǎn)品材料中具體應(yīng)用。
中間和最終產(chǎn)品可以用繩和層制品的復(fù)合物22來(lái)制造(圖13A-13D及圖14)。例如，一種方式是，復(fù)合織品可以通過(guò)紡織、針織及其它方式將多條繩、多個(gè)層制品或其組合組裝在一起而制成。
復(fù)合物，包括織品，可以是連續(xù)的(例如，帶)和斷續(xù)的，并且可以為中間材料及最終產(chǎn)品而制造。例如，復(fù)合物可以制成塊坯、方坯、板坯、片坯等(見(jiàn)圖29)。
本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員懂得，材料(例如，應(yīng)力控制結(jié)構(gòu))的孔隙模式可以通過(guò)紡織、編織及針織繩結(jié)和在織品中，從而在兩個(gè)不同的水平上得到這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。另外，珠和涂層的結(jié)構(gòu)和材料可由應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)(即帶孔隙的結(jié)構(gòu))構(gòu)成，從而可在三個(gè)水平上得到應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
因此，使用金屬、塑料、陶瓷和各種合金、混合物及其復(fù)合物，對(duì)于本發(fā)明的繩、層制品及織品來(lái)說(shuō)存在多種可能和潛在的基體。替代材料包括半導(dǎo)體、紡織品、紙及生物材料。
由預(yù)制坯構(gòu)件形成的孔隙可以用來(lái)容納智能結(jié)構(gòu)中使用的智能材料。具體來(lái)說(shuō)，例如，傳感器、致動(dòng)器、MEMs及其它器件可以被結(jié)合在橋梁的結(jié)構(gòu)件或飛行器的翼的孔隙中，以便提供與構(gòu)件/橋梁的性能相關(guān)的信息，或在結(jié)構(gòu)上引起內(nèi)力以改變其形狀或改變構(gòu)件特性(例如，改變飛行器的翼的形狀而形成更大升力)。為了將上述器件結(jié)合在終端產(chǎn)品內(nèi)，器件可以用來(lái)替代絲或席片中的一個(gè)或多個(gè)珠，或者結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)珠內(nèi)。
按照本發(fā)明的預(yù)制坯是使用傳統(tǒng)的方法生產(chǎn)的。因此，申請(qǐng)人已經(jīng)提供了一個(gè)可用于生產(chǎn)按照本發(fā)明的預(yù)制坯的制造方法的詳盡目錄，其實(shí)例表示在圖15-18中，其包括金屬的各種鑄造、變形及成形方法；塑料的吹模方法、壓塑(冷/熱)、傳遞模塑法、冷壓法、噴射鑄造法、反應(yīng)性注壓法、熱成形法、旋轉(zhuǎn)模塑法及發(fā)泡模塑法；陶瓷的壓縮鑄造法、粉漿澆鑄法、等靜壓法、等離子噴鍍成形法、滾軋法、噴射鑄造法及凝膠鑄造法；以及復(fù)合物的滲透鑄造法、繞絲法及等靜壓法。
生產(chǎn)按照本發(fā)明的新穎的預(yù)制坯的一個(gè)實(shí)例表示在圖15中，并描述如下。
絲如圖15和圖16所示，絲可以借助紡制方法31生產(chǎn)，在這種方法中，通過(guò)具有許多小孔34的模具32擠壓材料。其后借助成形軋制36或最好借助在線拉制38及用壓花輥40在絲上的砑光操作而加入珠?？刂剖菇z變細(xì)，從而增加了絲的抗拉強(qiáng)度以待進(jìn)一步加工。成品的絲被收集在卷取軸39上。絲也可以借助圖16中所示的旋轉(zhuǎn)擠壓法來(lái)生產(chǎn)。
席片席片一般是以擠壓帶鑄件開(kāi)始，借助圖17-18所示的壓花輥(最好象對(duì)絲所進(jìn)行的那樣)砑光而形成珠。如圖所示，材料被擠出擠壓模具42，以便形成沒(méi)有珠的材料席片。然后以?xún)删S陣列進(jìn)入砑光操作，借助壓花輥40形成珠。但是，可以用帶珠的絲來(lái)形成席片，將多條絲組織成網(wǎng)格，或者將多條絲適當(dāng)排列在帶有擠壓基體材料的陣列中。后一種方法類(lèi)似于連續(xù)的預(yù)制坯鑄造(見(jiàn)下文)?；w材料可以包括加強(qiáng)材料，也可以是復(fù)合物。
繩繩一般以帶珠的絲開(kāi)始，一般在擠壓操作中在線形成，例如，用擠壓基體材料涂覆絲，如圖19和20所示。這種方法通常用于線和纜的涂覆。擠壓涂覆材料43在一個(gè)模具本體44中施加在帶珠的絲2上。絲通過(guò)一根心管46被引入模具本體。導(dǎo)向末端48對(duì)準(zhǔn)模具52的開(kāi)口50內(nèi)的帶珠的絲2。然后未固結(jié)的繩可在線被疊合(或以其它方式組織)并熔合、接合或粘合以形成其它預(yù)制坯和結(jié)構(gòu)如層制品和織品。
層制品層制品一般以席片(或絲/繩)開(kāi)始，一般在擠壓操作中在線形成，如圖21-22所示，例如，用擠壓基體材料涂覆席片。象繩那樣，涂覆材料可以含有加強(qiáng)材料，也可以是另一種形式的復(fù)合物。涂覆材料也可以多層地施加，可以是在功能方面分級(jí)的材料，并以分層結(jié)構(gòu)組織起來(lái)。
象繩那樣，未固結(jié)的層制品可以被疊合并熔合或以其它方式被粘合以形成復(fù)合物，其它預(yù)制坯和結(jié)構(gòu)如織品。這些組合可以通過(guò)層間連接件或機(jī)械緊固件(例如搭扣配合或舌及槽)機(jī)械地形成，或者可以通過(guò)粘合劑、熔接及焊接(例如，超聲焊、微波焊、rf焊、感應(yīng)加熱焊接)而結(jié)合起來(lái)。值得注意的是，在結(jié)合過(guò)程中，消耗性的預(yù)制坯一般就被消除掉了。
塑料基體預(yù)制坯層制品可以在其表面稍許熔化以實(shí)現(xiàn)固結(jié)。除了被加熱以外，疊合的金屬基體預(yù)制坯層制品可以承受壓縮軋制以改善固結(jié)及最終產(chǎn)品的質(zhì)量。
按照本發(fā)明的層制品和織品例如可以在圖24所示的擠拉工藝(pultrusiom Process)。圖23所示的連鑄工藝及圖25所示的連續(xù)擠壓工藝中使用絲和席片制成。
因此，所有上述制造按照本發(fā)明的預(yù)制坯的工藝可以是連續(xù)的或批量生產(chǎn)的工藝，可以自動(dòng)生產(chǎn)高質(zhì)量、均勻一致的連續(xù)或斷續(xù)的預(yù)制坯。
按照本發(fā)明的絲、席片、繩、層制品及織品可以用于以多種附加制造工藝來(lái)生產(chǎn)材料，包括應(yīng)力控制材料。為方便起見(jiàn)，本申請(qǐng)人提供下述可使用按照本發(fā)明的預(yù)制坯的制造方法的目錄。
附加制造(additive manufacturing)原子式制造(atomistic manufacturing)分層制造，包括熔化沉淀造型、立體光刻、光學(xué)制造、固體基礎(chǔ)(地面)硬化、等離子噴鍍成形、噴涂、蒸汽淀積；變形和成形塊體變形方法，包括壓印模鍛造、開(kāi)式模具鍛造、精壓、穿孔、壓制陰模法、捻縫和磨邊、滾鍛、直接擠壓、間接擠壓、靜液力擠壓及冷擠壓；薄金屬板成形方法，包括剪切、臌凸成型、橡膠成形、高能高速成形、超塑性成形、深拉、壓花；材料去除，包括切削、磨削、電火花加工、噴水加工、磨料噴射加工、化學(xué)加工和電化學(xué)加工及磨削；鑄造永久模鑄，包括薄殼鑄造、壓力鑄造、夾物模壓、離心鑄造及滲透鑄造；
可消耗的模鑄，包括真空鑄造、陶瓷模鑄、石膏模鑄、殼模鑄造和砂型鑄造；凝膠鑄造、噴射鑄造、壓縮造型、傳遞模塑法、夾物造型；顆粒材料加工燒結(jié)、冷等靜壓及熱等靜壓；以及組裝和接合加工摩擦攪動(dòng)焊接、電阻焊接、爆炸焊接、硬焊及軟焊、電弧焊接和激光焊接。
下面的實(shí)例描述的是在連續(xù)制造方法中預(yù)制坯的使用。
利用預(yù)制坯的連續(xù)制造—連續(xù)鑄造按照本發(fā)明的預(yù)制坯適用于生產(chǎn)工程材料，采用連續(xù)材料制造方法，即，連續(xù)(預(yù)制坯)鑄造和連續(xù)擠壓制造方法。連續(xù)預(yù)制坯鑄造采用兩種早已形成的用來(lái)鑄造連續(xù)材料帶的制造方法—擠壓(pultrusion)和連續(xù)鑄造。
傳統(tǒng)上，這些制造方法生產(chǎn)具有不變橫截面的材料，其形狀包括圓形、矩形、管形、板形及結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。在本發(fā)明中，這些方法經(jīng)過(guò)改變，以便包括預(yù)制坯夾具(preform fixtures)，其用于傳輸絲和/或席片，使其與基體材料(以及可選用的連續(xù)加強(qiáng)物如纖維)適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)。這些夾具也可以用來(lái)形成預(yù)制坯/基體組合物的外廓。
連續(xù)預(yù)制坯鑄造的生產(chǎn)流，從將預(yù)制坯引入熔化材料至工程產(chǎn)品的輸出，可以是不中斷的。無(wú)論主材是什么，初始的原料都是流體(或熔體)熔化的金屬、單體溶液、造型涂料(slips)及漿液。鑄造后的工藝，取決于基體材料的選擇，是不同的，陶瓷被燒結(jié)，而金屬一般是軋制。
下面是連續(xù)鑄造方法的一個(gè)實(shí)例。在這種連續(xù)鑄造方法中，例如，如圖23所示，一連續(xù)席片(和/或絲)被送入鑄造設(shè)備57的澆口盤(pán)60，其中熔融材料59和席片通過(guò)一個(gè)水冷的連續(xù)模具62從澆口盤(pán)流出。連續(xù)模具一般決定所形成材料的厚度和/或側(cè)面，而不是長(zhǎng)度，并且取決于所需要的材料流，可以豎直、水平或傾斜設(shè)置。
然后席片/材料復(fù)合物從一個(gè)排放架63流下并被冷卻。鑄件通過(guò)在線的加熱及施加機(jī)械力(例如，平整冷軋64，再加熱66)，使其形成需要的形狀、尺寸、物理性質(zhì)及表面質(zhì)量而進(jìn)一步加工成最終的形式。上述在線應(yīng)用包括平整冷軋、再加熱/冷卻等。在這樣的加工之后，一個(gè)調(diào)整尺寸區(qū)域67使材料板調(diào)整至特定的尺寸，再用切斷炬65(或其它適于特定鑄造材料的切斷裝置)將板切成多件。
由于鑄造(例如溫度)和鑄造后加工(例如，軋制)兩者的潛在的嚴(yán)苛情形，包含在這種鑄造方法中的按照本發(fā)明的帶珠的預(yù)制坯的尺寸，形狀、對(duì)準(zhǔn)及組成可被構(gòu)成及組織，以備加工引起的變化，從而在最終產(chǎn)品中形成需要的孔隙陣列。為此目的，預(yù)制坯的特性最好基本與連續(xù)加工方法的機(jī)械相匹配。
雖然預(yù)制坯可以被組織以備極度(或塊體)變形加工，但是，它們同樣適于例如幾乎網(wǎng)狀的鑄造或薄板鑄造。
雖然金屬是連鑄方法中使用的公知材料，但是，通過(guò)基本的帶材鑄造方法的變化也可實(shí)現(xiàn)塑料和陶瓷的連續(xù)鑄造。例如，液體的樹(shù)脂材料(通常是丙烯酸漿)被澆在由襯墊隔開(kāi)的兩條水平連續(xù)帶之間。襯墊擋住液體的樹(shù)脂，并限定帶的厚度。一種類(lèi)似的方法可用來(lái)生產(chǎn)金屬和陶瓷帶，以及所有三種基本材料即金屬、塑料和陶瓷的混合物或合金的組合帶。使用這種方法，按照本發(fā)明的層制品和織品通過(guò)使用預(yù)制坯夾具來(lái)補(bǔ)充或替代襯墊可以容易地被制造。
按照本發(fā)明的預(yù)制坯也可以在成型鑄造中制成可消耗的模型。通過(guò)鑄造制成的產(chǎn)品的單件或分段的模型或樣板用于建立型腔的形狀和尺寸。雖然模型的基體材料是可消耗的，但是，這些模型含有按照本發(fā)明的帶珠的預(yù)制坯(其可以是消耗性的或永久性的)。在可使用可消耗的預(yù)制坯模型的鑄造方法中有泡沫溶失法鑄造和熔模鑄造，這將在下文描述。
在傳統(tǒng)的泡沫溶失法鑄造中，模型是由可消耗的聚苯乙烯(EPS)珠制成的。當(dāng)熔融金屬澆入模具中時(shí)，它取代蒸發(fā)了的EPS模型。帶有結(jié)合有帶珠的絲和/或席片的聚苯乙烯(PS)基體的預(yù)制坯可在這種方法中使用，以便形成工程產(chǎn)品。這些模型可以做為PS預(yù)制坯板開(kāi)始。
PS預(yù)制坯板可使用PS溶液為原料通過(guò)連續(xù)的預(yù)制坯鑄造或連續(xù)的擠壓方法制成。通過(guò)將發(fā)泡劑引入PS溶液或熔體，然后將其與帶珠的絲和/或席片結(jié)合以形成連續(xù)的帶，從而可以形成坯板。連續(xù)帶可在其間帶有特定間隙的帶或板間通過(guò)，同時(shí)發(fā)泡劑使帶膨脹以充滿(mǎn)間隙，使帶的尺寸固定。這種PS連續(xù)帶可被冷卻并切成板。取決于其后的鑄造過(guò)程，板可以是部分地或充分地膨脹的。
帶珠的絲和/或席片在PS溶液或熔體中排布，以便使膨脹程度與最終產(chǎn)品中需要的孔隙陣列的幾何形狀相和諧。
對(duì)于高生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)，板可以轉(zhuǎn)換成在加熱?；蚰＞邇?nèi)的EPS預(yù)制坯模型，過(guò)多的材料從板燒掉以便使每個(gè)板符合需要的模型的形狀。例如，板可以在加熱模中被膨脹以符合模腔的形狀，或者一個(gè)過(guò)尺寸的板可以在加熱的模具內(nèi)鑄造成需要的形狀。對(duì)于較短的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)，使用傳統(tǒng)的木材加工設(shè)備可從板切出模型形狀，如果必要，這些形狀可以用膠組裝形成最后的模型。
壓力鑄造是鑄造和鑄造的綜合。在這種方法中，鍛造的意思是將未固結(jié)的原料擠壓或壓制成預(yù)定的形狀。在壓力鑄造中，按照本發(fā)明的鑄坯原料放置在預(yù)熱的模具的底部中。然后，加熱的上模下降，在原料固結(jié)的整個(gè)過(guò)程中施加壓力。采用這種方法，在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于冷、熱鍛造所需的壓力下可以產(chǎn)生復(fù)雜的形狀。因此，繩和層制品可在熱量和壓力下固結(jié)，并被模具形成最終的產(chǎn)品，同時(shí)帶珠的預(yù)制坯形成孔隙形狀可被保留(不過(guò)，這些預(yù)制坯可以在這個(gè)過(guò)程中被消耗掉)。
這種在擠壓過(guò)程中對(duì)鑄造原料的熱機(jī)械加工產(chǎn)生鍛造的微結(jié)構(gòu)，這可提高延展性，優(yōu)于原來(lái)的鑄造微結(jié)構(gòu)。在這種方法的一個(gè)類(lèi)似的實(shí)施例中，液體(或觸變材料)受迫圍繞模內(nèi)的預(yù)制坯模型。觸變材料可消除將精確量的熔融金屬引入模具的需要，這是由于固態(tài)基體材料塊被使用，并被加熱成半固態(tài)(液態(tài)加固態(tài))。
由于觸變材料的性質(zhì)，可象固體那樣被機(jī)械地處置，但是，由于在受攪動(dòng)或擠壓時(shí)可象液體那樣流動(dòng)，因而在低的壓力下可被成形。這種材料的附加優(yōu)點(diǎn)在于，不存在紊流，因而減少了氣體的吸收和俘獲。另外，由于這種材料已部分地固化，因而減少了固化收縮及相關(guān)的不合乎需要的孔隙度。例如，半固態(tài)金屬以粘稠方式流動(dòng)，使薄的鑄件部分可被迅速填充，而不致產(chǎn)生液態(tài)金屬通常出現(xiàn)的噴射及噴濺。
擠拉雖然連續(xù)預(yù)制坯鑄造方法可以用來(lái)形成由塑料、金屬和陶瓷構(gòu)成的中間和最終產(chǎn)品，但是，塑性樹(shù)脂一般是擠拉中使用的基體材料。對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)不變橫截面積的復(fù)合材料如圓形、矩形、管狀、板、片及結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，擠拉是一種有成本效益的自動(dòng)方法。但是，最近的創(chuàng)新已使帶有變化的橫截面積的復(fù)合材料可進(jìn)行擠拉制造。
擠拉可用于制造含有按照本發(fā)明的預(yù)制坯的層制品和織品(圖24)。因此，在擠拉系統(tǒng)中設(shè)置夾具73，以便使帶有基體材料的預(yù)制坯與需要的產(chǎn)品的輪廓和構(gòu)造相一致。
在本發(fā)明中，如圖24-25所示，擠拉一般包括一個(gè)纖維供應(yīng)系統(tǒng)69、一個(gè)樹(shù)脂槽74、預(yù)制坯夾具/加熱模具76、同步拉出器78和一個(gè)切斷裝置80(例如割炬、鋸等)。一或多束連續(xù)絲2(或席片，和/或織品)通過(guò)供應(yīng)夾具73被引導(dǎo)，使預(yù)制坯與基體材料對(duì)準(zhǔn)，并使構(gòu)件組合的輪廓形成需要的形狀。然后，復(fù)合物可被拉過(guò)一或多個(gè)(固定或浮動(dòng)的)加熱模具76，以便使基體材料進(jìn)一步成形、密實(shí)及固化，并消除消耗性的絲、席片和/或織品。其后，制成的材料被冷卻，并被切成段，以便進(jìn)一步制成中間或最終產(chǎn)品。
連續(xù)擠壓連續(xù)擠壓可以同擠拉共同使用(如圖25所示的擠壓設(shè)備31)，以形成一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，以使預(yù)制坯通過(guò)擠壓形成，并使用擠拉組織成最終的產(chǎn)品。(如前所述)擠壓是一種迫使材料的連續(xù)流進(jìn)入一個(gè)成形工具(模具)，或進(jìn)入某些其它的隨后成形過(guò)程，以便形成按照本發(fā)明的絲、席片及層制品。
因此，可以通過(guò)用基體材料對(duì)帶珠的絲及席片進(jìn)行擠壓后的涂覆，或通過(guò)在擠壓后使帶附加織構(gòu)(texture)而形成層制品。在后一種情形中，帶可以通過(guò)(例如)砑光形成的圖案而有織紋，或者通過(guò)(例如)有選擇的激光燒毀切除。
批量加工批量加工技術(shù)也可用于制造按照本發(fā)明的預(yù)制坯，以及工程中間貨品及消費(fèi)產(chǎn)品，包括那些具有應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。這種批量加工包括附加制造(additive manufacturing)(AM)及顆粒制造技術(shù)。前者只是批量加工，而后者也可以是一種連續(xù)的方法。
AM提供在一個(gè)步驟的過(guò)程中將實(shí)際的孔隙、與孔隙相對(duì)的前體結(jié)合在構(gòu)造中的能力。附加制造是涉及通過(guò)在計(jì)算機(jī)控制下自動(dòng)疊加二維材料層而形成三維物體的一系列方法，優(yōu)點(diǎn)在于，結(jié)構(gòu)的幾何復(fù)雜度幾乎不對(duì)制造過(guò)程產(chǎn)生影響。在這一系列方法中有目前稱(chēng)為快速原型開(kāi)發(fā)和固定自由形式制造(Rapid Prototyping and Solid FreeformFabrication)或分層制造的方法等。其包括純附加方法，例如，選擇性激光燒結(jié)(Slective Laser Sintering)和激光金屬沉積(Laser MelalDeposition)，以及混合方法如形狀沉積制造法(Shape DepositionManufacturing)，它涉及材料沉積和去除操作兩者。
AM方法在不中斷的程序中，逐層地復(fù)制預(yù)制坯。例如，按照本發(fā)明的織品可以形成為一系列交錯(cuò)層的實(shí)心物質(zhì)和含有珠(消耗性的或永久性的)或?qū)嶋H孔隙的層。
AM在本發(fā)明協(xié)同使用的一個(gè)吸引人及有力的特征在于使產(chǎn)品可具有變化的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)的能力。因此，這種技術(shù)可以用于將實(shí)際孔隙和預(yù)制坯材料結(jié)合在織品中，并制成異質(zhì)的和分層的構(gòu)造。
采用三維打印的AM技術(shù)也可以被采用，這提供了生產(chǎn)按照本發(fā)明的中間織品和最終織品的可能性，以便用塑料、金屬和陶瓷粉末制成功能性部件及產(chǎn)品。
顆粒制造技術(shù)(粉末冶金)是一種將細(xì)粉末材料(金屬、塑料及陶瓷等)混合，壓制成(密實(shí)的)所需形狀，然后在受控的氣氛中加熱以粘合顆粒的接觸表面并形成需要的性質(zhì)。適當(dāng)尺寸、形狀和定位的按照本發(fā)明的絲和席片可以被結(jié)合在這種方法中，用粉末材料圍繞預(yù)制坯并使這種組合物密實(shí)地形成“未加工的(green)”織品，以便隨后燒結(jié)成最終的工程產(chǎn)品。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是組合的材料在燒結(jié)前及燒結(jié)過(guò)程中保持其形狀的能力。在燒結(jié)過(guò)程中，“未加工的”織品可加熱至剛好低于基體材料的熔點(diǎn)、剛好低于其液態(tài)熔體點(diǎn)。因此，致密性不會(huì)使其形狀松垮。因此，孔隙空間將被保留，這是由于致密的顆粒只是稍許熔化并粘合形成最終的產(chǎn)品。當(dāng)然在燒結(jié)的過(guò)程中，任何消耗性的預(yù)制坯可被消除掉。
對(duì)于高公差產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，燒結(jié)的產(chǎn)品被再次壓制，這一般可使產(chǎn)品更為精確，具有更好的表面光潔度。例如，孔隙也可以在油槽中被浸透。這種方法很類(lèi)似于上述的連續(xù)鑄造。只是基體材料是粉末而不是熔體。
顆粒技術(shù)也可以用來(lái)形成織品，以便在泡沫溶失及熔模鑄造中用作可消耗的模型，以在擠壓鑄造中用作預(yù)制坯。當(dāng)然顆粒技術(shù)是各種陶瓷和聚合物樹(shù)脂加工技術(shù)包括陶瓷和塑料帶鑄造的基礎(chǔ)。
顆粒應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和伴隨的孔隙的正交對(duì)準(zhǔn)使得可以采用大范圍的下述的制造方法來(lái)制造工程材料、構(gòu)件、產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)。這些方法中的哪種方法最佳地適于制造顆粒產(chǎn)品要考慮到若干基本因素，包括產(chǎn)品的幾何形狀、材料特性及經(jīng)濟(jì)性。
作為帶孔隙的應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)的前體的結(jié)構(gòu)化材料工程結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)中的孔隙也可以通過(guò)將一種構(gòu)造結(jié)合在層制品上而形成。這種構(gòu)造的實(shí)例表示在圖26-28中。如圖所示，凹坑78被施加在材料表面上。這種凹坑可以涉及到材料的整個(gè)厚度，凹坑存在于一個(gè)面上(即，淺的空穴)，相應(yīng)于在材料另一面的突出區(qū)域。
一般來(lái)說(shuō)，為了采用結(jié)構(gòu)化方法產(chǎn)生按照本發(fā)明的優(yōu)選的對(duì)稱(chēng)性孔隙，取決于要在最終工程產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)的孔隙陣列。構(gòu)造的模型可被結(jié)合在層制品的一個(gè)或兩個(gè)表面中。這種結(jié)構(gòu)化方法也可以對(duì)帶的切斷和層制品的疊放給予導(dǎo)向裝置，從而使層制品更容易地組裝成復(fù)合物和最終產(chǎn)品(如上面詳述的繩和層制品)。
構(gòu)造(textures)也可以通過(guò)壓印和切除(即，除去材料)而添加在層制品上。為了減少對(duì)材料的需求，采用壓印在層制品表面上賦予按照本發(fā)明的需要的構(gòu)造。壓印使層制品的材料重新分布，因而并不(象切除那樣)浪費(fèi)材料。因此，在層制品表面上的孔隙前體可以是下述情形的結(jié)果(1)局部的材料壓縮，使材料形成不在平面上的再分布(例如，鑄造凹陷)或(2)層制品材料在平面內(nèi)的再分布(例如型軋(shaperolling))。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在構(gòu)造的壓印過(guò)程中使用觸變層制品材料。當(dāng)薄片狀材料被加熱至“軟的(green)”狀態(tài)，使材料本身易于再分布時(shí)，層制品被壓印。在連續(xù)的鑄造或造型方法中，在金屬、塑料和陶瓷的鑄造過(guò)程中，這是容易在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。因此，金屬如鋁和鋼(例如，箔)可在熱軋程序結(jié)束時(shí)在線壓?。凰芰峡梢岳缭谒芰夏よT造過(guò)程中在線壓??；陶瓷在帶材鑄造中帶處于軟的未燃燒狀態(tài)時(shí)可在線壓印。
當(dāng)然，當(dāng)例如通過(guò)選擇的激光燒毀或化學(xué)蝕刻除去層制品以形成構(gòu)造模型時(shí)，保證材料的再分布并不是一個(gè)關(guān)注的因素。
使帶狀鑄件構(gòu)造化以形成帶圖案的層制品的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用熱量、壓力及保壓時(shí)間來(lái)固結(jié)帶材以形成包括許多層的單體復(fù)合結(jié)的能力(各層可以有不同的基本組成以產(chǎn)生例如功能分級(jí)的產(chǎn)品)。當(dāng)帶材仍熱時(shí)作為帶材鑄造線的延續(xù)，拉拔未固結(jié)的帶材并使其構(gòu)造化可以改善上述優(yōu)點(diǎn)。
由構(gòu)造化的層制品構(gòu)成的復(fù)合物一般最好使用機(jī)構(gòu)的和粘合劑接合及焊接來(lái)形成。構(gòu)造化的金屬尤其是這樣，不過(guò)，金屬可被加熱及壓縮以實(shí)現(xiàn)固結(jié)。另一方面，構(gòu)造化的陶瓷層制品則必須進(jìn)行燒結(jié)。
構(gòu)造化的塑料層制品也可以使用微波、超聲波、rf及感應(yīng)技術(shù)進(jìn)行焊接。感應(yīng)加熱焊接使用塑料中的金屬填料移過(guò)磁場(chǎng)產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱塑料。
雖然已經(jīng)結(jié)合上述的制造材料、方法及系統(tǒng)描述了本發(fā)明的系統(tǒng)，但是，本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員顯然懂得，未在本說(shuō)明書(shū)中提到的其它材料、方法和系統(tǒng)也可使用/制成本發(fā)明。
已經(jīng)結(jié)合目前優(yōu)選的實(shí)施例描述了本發(fā)明，顯然也可以在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行各種變化而并不違背權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明的實(shí)際精神。
權(quán)利要求
1.用于在工程材料中形成多個(gè)孔隙的帶珠的預(yù)制坯，它包括多個(gè)相鄰定位的珠。
2.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述珠間隔開(kāi)預(yù)定距離。
3.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述珠在結(jié)合在最終材料內(nèi)之前被定徑(sized)。
4.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠沿一條線布置，形成絲。
5.如權(quán)利要求4所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于還包括施加在所述絲上的涂層。
6.如權(quán)利要求4所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于多條絲交織成織品。
7.如權(quán)利要求4所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于多條絲組合形成鑄件原料。
8.如權(quán)利要求4所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述絲是基本連續(xù)的。
9.如權(quán)利要求4所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述絲是斷續(xù)的。
10.如權(quán)利要求2所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)間隔開(kāi)來(lái)的珠沿多條線布置，形成多條絲。
11.如權(quán)利要求10所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于還包括施加在所述絲上的涂層。
12.如權(quán)利要求11所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述絲布置在兩維陣列中，并用所述涂層涂覆，形成一個(gè)層制品。
13.如權(quán)利要求10所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述絲包括第一組絲和第二組絲，所述第一組絲具有第一尺寸的多個(gè)第一珠，所述第二組絲具有第二尺寸的多個(gè)第二珠。
14.如權(quán)利要求10所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述絲各包括一個(gè)用于布置所述絲的導(dǎo)向裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述導(dǎo)向裝置包括切割導(dǎo)向裝置。
16.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠布置在一個(gè)柵格上，形成席片。
17.如權(quán)利要求16所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述席片包括用于與一個(gè)第二席片適當(dāng)組裝的疊合導(dǎo)向裝置。
18.如權(quán)利要求16所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述席片包括切割導(dǎo)向裝置。
19.如權(quán)利要求16所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于還包括施加在所述席片上的涂層，形成一個(gè)層制品。
20.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述層制品是基本連續(xù)的。
21.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述層制品是斷續(xù)的。
22.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于多個(gè)層制品被布置以形成鑄件原料。
23.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于多個(gè)層制品被組合以形成復(fù)合物。
24.如權(quán)利要求23所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述復(fù)合物包括一個(gè)織品。
25.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述鑄件包括加強(qiáng)材料。
26.如權(quán)利要求19所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于每個(gè)所述層制品包括穿孔以利于所述層制品之間的材料流動(dòng)。
27.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述帶珠的預(yù)制坯是基本剛性的。
28.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述帶珠的預(yù)制坯是基本撓性的。
29.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠是變化尺寸的。
30.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠尺寸基本相擬。
31.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠具有特定形狀。
32.如權(quán)利要求31所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述形狀包括幾何形狀。
33.如權(quán)利要求32所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述幾何形狀是球形。
34.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠是基本中空的。
35.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠是基本實(shí)心的。
36.如權(quán)利要求1所述的帶珠的預(yù)制坯，其特征在于所述多個(gè)珠包括基本實(shí)心珠和基本中空珠的混合。
全文摘要
一種帶珠的預(yù)制坯包括用于在工程材料中形成多個(gè)孔隙的多個(gè)相鄰定位的珠。帶珠的預(yù)制坯可以由絲(一串珠)和席片(兩維和三維陣列的珠)構(gòu)成。絲和席片可被涂覆，分別形成繩和層制品，然后組裝成復(fù)合材料。這種預(yù)制坯可以使用新穎的制造設(shè)備和方法生產(chǎn)，并在公知的制造方法中結(jié)合在任何材料中以生產(chǎn)多孔結(jié)構(gòu)，包括應(yīng)力控制結(jié)構(gòu)，上述材料例如包括金屬、塑料、陶瓷、紡織品、紙及生物材料。
文檔編號(hào)E04C2/34GK1877043SQ20061009368
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者查爾斯·R·歐文斯 申請(qǐng)人:查爾斯·R·歐文斯