用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊(140)。本發(fā)明還提供軸承、致動器系統(tǒng)、外殼、輪轂、機械連接器及齒輪箱。該構(gòu)造塊包括通過增材制造工藝打印的第一打印材料(150)，其中，第一打印材料包括不同于第一打印材料并且至少部分嵌入第一打印材料內(nèi)的第二材料的支架，第二材料的支架被包含在一個中空結(jié)構(gòu)(157)中?？蛇x地，第二材料的支架中的至少一部分可構(gòu)成中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁中的至少一部分。第二材料的支架可以是預(yù)制的或者也可以通過增材制造工藝生成。構(gòu)造塊的好處是允許在限制整體重量的同時增加強度。
【專利說明】
用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊。本發(fā)明還涉及軸承、致動器和齒輪箱。
【背景技術(shù)】
[0002]增材制造或更俗稱3D打印，是一種根據(jù)數(shù)字模型生成三維固態(tài)物件的已知的制造技術(shù)。增材制造的工藝首先通過任何已知的數(shù)字建模方法(例如使用CAD程序)生成數(shù)字模型。接下來，數(shù)字模型被分割為切片，其中，每個切片表示為數(shù)字模型中應(yīng)該放置打印材料的一層。將各個切片依次送入增材制造工具或3D打印機，由增材制造工具或3D打印機根據(jù)各個切片沉積材料，這樣逐層生成完整的三維固態(tài)物件。
[0003]在早期增材制造中，塑料或樹脂主要被用作生成三維固態(tài)物件的打印材料，但是已經(jīng)開發(fā)出也可使用這種增材制造技術(shù)在層中沉積其它材料(包括不同類型的金屬)的其它工藝。這種制造技術(shù)的一個主要好處是它允許設(shè)計者以一種相對簡單的制造方式來制造幾乎任何三維物體。例如，當(dāng)一個產(chǎn)品需要一個初始模型或所需的產(chǎn)品數(shù)量是有限的時，這可能是特別有益的。這種制造技術(shù)的一個缺點是，三維固態(tài)物件產(chǎn)生的速度。
[0004]增材制造在高質(zhì)量軸承或致動器中的使用已經(jīng)受到限制。然而，增材制造卻可提供無限的可能性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供一種用于機械結(jié)構(gòu)的堅固的構(gòu)造塊。
[0006]本發(fā)明的第一方面提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊。本發(fā)明的第二方面提供了根據(jù)權(quán)利要求13所述的軸承。本發(fā)明的第三方面提供了根據(jù)權(quán)利要求14所述的致動器系統(tǒng)。本發(fā)明的第四方面提供了根據(jù)權(quán)利要求15所述的齒輪箱。實施例在從屬權(quán)利要求中有所限定。
[0007]根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的構(gòu)造塊包括通過增材制造工藝打印的第一打印材料，其中，第一打印材料包括不同于第一打印材料并且至少部分嵌入第一打印材料內(nèi)的第二材料的支架。
[0008]發(fā)明人已經(jīng)意識到，在用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊中使用打印材料，提供以下機會:在打印材料中包含支架以增強構(gòu)造塊的整體結(jié)構(gòu)的強度。構(gòu)造塊可以，例如部分由具有相對低密度及相對低強度的第一打印材料以及部分由具有例如相對高強度的第二材料構(gòu)成。這樣的構(gòu)造塊可包括具有相對輕的整體重量及相對高強度的整體結(jié)構(gòu)。當(dāng)由第一打印材料生成所述構(gòu)造塊的至少一部分時，使用這種特征組合允許使用由使用第一打印材料而帶來的高靈活性的構(gòu)造塊設(shè)計，同時，包含的支架使所述構(gòu)造塊具有所需的強度。
[0009]高質(zhì)量軸承、致動器、輪轂、軸承座、連接器和齒輪箱通常需要高質(zhì)量的構(gòu)造塊，例如，可從高質(zhì)量構(gòu)造塊上期望得到、能夠承受磨損和滾動接觸疲勞。尤其是，例如，在風(fēng)力渦輪機、車輛或航空應(yīng)用中，這些構(gòu)造塊的重量可能是非常重要，同時不可接受與構(gòu)造塊強度相關(guān)的讓步。使用結(jié)合了第二材料的支架的第一打印材料能夠通過增材制造工藝構(gòu)建允許的重量輕的具有基本上任何形狀的構(gòu)造塊，同時確保了這種構(gòu)造塊的強度是根據(jù)需要的。
[0010]第二材料不同于第一打印材料。這種差異可能只是結(jié)構(gòu)的差異，這樣，例如，第一打印材料是鐵，而第二材料是淬火鋼。可選地，第二材料和第一打印材料可能是不同的物質(zhì)。例如，第一打印材料可能包括聚合物或陶瓷，而第二材料的支架可能由金屬構(gòu)成。甚至進一步可選地，第一打印材料可能是第一金屬，而第二材料是第二金屬，例如，第一打印材料用來減少第二材料的任何腐蝕問題。第一打印材料與第二材料的結(jié)合允許使用優(yōu)化后的蜂窩晶格連同表面紋理清晰度及固體結(jié)構(gòu)來定義最輕和最堅固的結(jié)構(gòu)和/或表面，以承受一組給定的機械、熱和/或化學(xué)負載。如果在所述構(gòu)造塊的蜂窩晶格上承受所述負載之外，需要另外一個功能，則這個額外的功能可以被同時或分開打印。
[0011]發(fā)明人還意識到，第二材料的支架在由單一材料制成的部件中允許特性局部化。通過使用第一打印材料連同第二材料的支架，可創(chuàng)建諸如在局部具有特定的接觸特性、和/或噪聲衰減的連接點、和/或結(jié)構(gòu)魯棒性、和/或重量輕的特性的單個構(gòu)造塊。
[0012]在所述構(gòu)造塊的實施例中，所述構(gòu)造塊包括一個或多個中空結(jié)構(gòu)，第二材料的支架被包含在在第一打印材料內(nèi)的所述一個或多個中空結(jié)構(gòu)中的一部分或全部。使用位于構(gòu)造塊內(nèi)部的中空結(jié)構(gòu)的好處是這些額外的中空結(jié)構(gòu)顯著地降低了所述構(gòu)造塊的整體重量。此外，這種中空結(jié)構(gòu)可用于包含所述構(gòu)造塊的額外的元件，例如，傳感器或潤滑劑存儲器，而無需在軸承、致動器或齒輪箱中包含額外的空間給這些傳感器或潤滑劑存儲器。
[0013]此外，中空結(jié)構(gòu)顯著地增加了表面體積比，其可提高化學(xué)反應(yīng)性和/或通過所述構(gòu)造塊的熱傳遞性。
[0014]在所述構(gòu)造塊的實施例中，第二材料的支架包括至少部分地嵌入第一打印材料的預(yù)制的支架。這種預(yù)制的支架可以通過任何已知的制造方法(如，注塑成型或鑄造工藝)來制得。通過磨削加工過程或?qū)⒅Ъ艿莫毩⒃附釉谝黄?，預(yù)制的支架也可以被使用。使用這種預(yù)制的支架可允許使用非常堅固的材料作為所述支架中的第二材料，這可用于顯著提高所述構(gòu)造塊的整體強度。例如，使用淬火鋼作為預(yù)制的支架將確保構(gòu)造塊的整體可能會很強，同時通過限制僅在需要強度要求的地方布置淬火鋼支架，來限制構(gòu)造塊的重量。本發(fā)明均允許構(gòu)造塊的整體構(gòu)造和在支架內(nèi)預(yù)制的部件的一體化，同時保持增材制造工藝的幾乎所有的靈活性。由于第一打印材料與不同部件之間的物理性連接已被防止，因此，避免了額外的制造工藝和在不同部件之間的不必要的邊界。
[0015]在所述構(gòu)造塊的實施例中，第二材料的支架至少部分地構(gòu)成一個或多個中空結(jié)構(gòu)的壁。采用中空結(jié)構(gòu)的壁可確保幾乎整個中空結(jié)構(gòu)可被利用，例如用來包含傳感器或其他額外的元件。此外，使用中空結(jié)構(gòu)的壁作為支架的至少一部分，可以導(dǎo)致一個非常堅固的結(jié)構(gòu)。例如，使用球體作為支架，這樣的球體可經(jīng)常承受顯著的高壓。也可選擇其它已知的結(jié)構(gòu)作為支架，以確保此類結(jié)構(gòu)的整體強度足夠高以承受作用于構(gòu)造塊上的力。相比不包括所述支架的構(gòu)造塊，包括以第一打印材料密封第二材料的這種球體或結(jié)構(gòu)的整個構(gòu)造塊，將導(dǎo)致能夠經(jīng)受更高壓力或拉力。
[0016]在所述構(gòu)造塊的實施例中，第二材料是不同于第一打印材料的第二打印材料。例如，第二打印材料可以是金屬，而第一打印材料可以是聚合物或陶瓷。第二打印材料可能相對貴和/或重，然而使用第二打印材料來確保構(gòu)造塊的整體強度是必要的。第一打印材料可以選擇相對較輕的材料或可以選擇要相對廉價的材料，這種材料可能相對容易打印。
[0017]在所述構(gòu)造塊的實施例中，至少部分嵌入第一打印材料的支架構(gòu)成用于所述構(gòu)造塊的二維骨架或三維骨架。這種二維骨架或三維骨架可以是連接在一起的多個支架以形成所述骨架。
[0018]在所述構(gòu)造塊的實施例中，所述支架或所述支架連同第一打印材料被配置和構(gòu)造成能承受在使用中施加到所述構(gòu)造塊的外壁的預(yù)定區(qū)域的預(yù)定負載。通常所述構(gòu)造塊的整體強度是支架及第一打印材料的強度結(jié)合。
[0019]在所述構(gòu)造塊的實施例中，構(gòu)造塊的外壁的預(yù)定區(qū)域具有親油特性。預(yù)定區(qū)域例如可以是軸承滾動體的外壁或者例如可以是軸承滾道表面。當(dāng)滾動體沿著滾道表面滾動時，這些表面中的每一個可能必須要承受顯著的壓力。滾動體與滾道表面之間的接觸區(qū)域通常包含潤滑劑。通過產(chǎn)生親油特性的外壁的預(yù)定區(qū)域，在使用中，該預(yù)定區(qū)域的潤濕性能可被設(shè)計成潤滑劑將優(yōu)先位于此接觸區(qū)域。
[0020]在所述構(gòu)造塊的實施例中，在預(yù)定區(qū)域使用預(yù)定表面結(jié)構(gòu)和/或使用施加到預(yù)定區(qū)域的第三材料來生成外壁的預(yù)定區(qū)域的親油特性。使用這種第三材料，例如，第三打印材料可能是有益的，因為這種第三材料通過增材制造工藝可相對容易涂覆。可選地，可應(yīng)用表面結(jié)構(gòu)來確保潤滑劑維持在預(yù)定區(qū)域。特定表面粗糙度或表面紋理的創(chuàng)建可以提高潤濕。
[0021]在所述構(gòu)造塊的實施例中，使用第一打印材料或第三材料生成結(jié)構(gòu)表面。
[0022]在所述構(gòu)造塊的實施例中，所述構(gòu)造塊包括位于該構(gòu)造塊中一個材料及該構(gòu)造塊中另一個材料之間的交界面上的功能分級交界層，功能分級交界層的組成被配置為從一個材料經(jīng)由所述一個材料與所述另一個材料的混合物逐步改變?yōu)樗隽硪粋€材料。所述一個材料，例如，可以是第一打印材料，所述另一個材料，例如，可以是第二打印材料?？蛇x地，第一打印材料可與第三打印材料形成功能分級交界層，或者，第三打印材料可與第二打印材料形成功能分級交界層。這種功能分級交界層的好處是兩個材料之間的結(jié)合力較強。
[0023]在所述構(gòu)造塊的實施例中，從包括金屬、陶瓷、聚合物、彈性體的列表中選擇第一打印材料和/或第二打印材料。第一打印材料和/或第二打印材料，例如，可以是從包括諸如鋼、不銹鋼、馬氏體時效鋼、模具鋼、低合金鋼、銅合金、鎳合金、鈷合金、鋁、鋁合金、鈦、鈦合金的列表中選擇的金屬。
[0024]根據(jù)本發(fā)明第二方面的軸承包括根據(jù)任一實施例所述的構(gòu)造塊。
[0025]根據(jù)本發(fā)明第三方面的致動器系統(tǒng)包括根據(jù)任一實施例所述的構(gòu)造塊。
[0026]根據(jù)本發(fā)明第四方面的齒輪箱包括根據(jù)任一實施例所述的構(gòu)造塊。
[0027]本發(fā)明的其它方面可能還涉及用于機械結(jié)構(gòu)的機械組件，如輪轂、外殼、連接器和肋。這種根據(jù)本發(fā)明的機械部件可能已經(jīng)局部調(diào)整了多種功能，如通過包括第二材料(例如，第二打印材料)的支架，局部強度發(fā)生變化。
【附圖說明】
[0028]通過參考下面描述的實施例，本發(fā)明的這些方面和其他方面將是顯而易見的并且將得到說明。在附圖中，
[0029]圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸承的內(nèi)圈的剖面圖，圖1B顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸承的滾動體的剖面圖，圖1C顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸承的保持架的平面圖，
[0030]圖2A顯示了根據(jù)本發(fā)明的包含第一打印材料及第二材料的支架的軸承的剖面圖，
[0031]圖2B顯示了根據(jù)本發(fā)明的包含第一打印材料及第二材料的支架的又一軸承的剖面圖，
[0032]圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明的包含第一打印材料及第二材料的支架的致動器系統(tǒng)的平面圖，并且，圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明的包含第一打印材料及第二材料的支架的齒輪箱，
[0033]圖4A顯示了在增材制造工藝中液態(tài)樹脂用于涂覆打印材料的增材制造工具的第一實施例，
[0034]圖4B顯示了在增材制造工藝中從分配器分配的液態(tài)樹脂用于涂覆打印材料的增材制造工具的第二實施例，
[0035]圖5A顯示了在增材制造工藝中使用材料被顆?；尚〉墓虘B(tài)顆粒以用于涂覆打印材料的增材制造工具的第三實施例，
[0036]圖5B顯示了在增材制造工藝中使用從分配器中分配的顆粒狀的固態(tài)材料以用于涂覆打印材料的增材制造工具的第四實施例，
[0037]圖6顯示了在增材制造工藝中使用被分配的融化的塑膠材料用于涂覆打印材料的增材制造工具的第五實施例。
[0038]需要注意的是，在不同附圖中具有相同附圖標記的項具有相同的結(jié)構(gòu)特征以及相同的功能，或者是相同的信號。在已經(jīng)對這樣一個項的功能和/或結(jié)構(gòu)進行解釋之后，沒有必要再詳細地對其進行重復(fù)解釋。
【具體實施方式】
[0039]圖1A顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸承200(例如，顯示在圖2A中的軸承200)的內(nèi)圈100的剖視圖。內(nèi)圈100為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊100并且包括具有滾道表面的滾道圈110，并且包括打印至滾道圈110上的第一打印材料120。第一打印材料120的使用提供了一種制造軸承200的內(nèi)圈100的外形的非常靈活的方式，其中，第一打印材料120可以具備任何需要的形狀。使用基本標準化的滾道圈110作為起始產(chǎn)品，可通過增加第一打印材料120來相對容易地制造定制化的內(nèi)圈100。使用這種向基本標準化的滾道圈110增加打印材料的增量制造可確保定制化的內(nèi)圈100兼具高靈活性和高質(zhì)量。在圖1A的內(nèi)圈上還顯示了第一打印材料120包括以圈125的形式嵌入第一打印材料120內(nèi)的支架(framework) 125。這種支架125由不同于第一打印材料120的第二材料125構(gòu)成。例如，這種第二材料125可產(chǎn)生于增材制造工藝中，例如，與第一打印材料120相比，第二打印材料125被沉積于相似或不同的增材制造工藝中?？蛇x地，第二材料125可能是預(yù)制的第二材料125，諸如，預(yù)制的圈125 (例如，由淬火鋼125構(gòu)成)。如此，根據(jù)本發(fā)明第一打印材料120與第二材料125的支架一起使用使第二材料125的預(yù)制構(gòu)造塊和第一打印材料120結(jié)合。與鐵和淬火鋼之間的差異相類似，第二個材料125的預(yù)制構(gòu)造塊可能在結(jié)構(gòu)上不同于第一打印材料120，或者與鐵和黃銅之間的差異相類似，可能化學(xué)上不同，。
[0040]當(dāng)?shù)诙牧?25的支架是第二打印材料125的支架時，第二打印材料125在第一次印刷材料120上的沉積可能會生成功能分級交界層(未顯示)。這種功能分級交界層的組成被配置為從第一打印材料120開始經(jīng)由第一打印材料120與第二打印材料125的混合區(qū)域逐步改變?yōu)榈诙蛴〔牧?25。這種功能分級交界層的好處是第一打印材料120和第二打印材料125之間的接合較強。
[0041]圖1B顯示了根據(jù)本發(fā)明的軸承200的滾動體140的剖視圖。滾動體140作為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊140并且包括第一打印材料150及第二材料155的支架。在圖1B所示的實施例中，第二材料155的支架被安排在位于第一打印材料150內(nèi)的中空結(jié)構(gòu)157內(nèi)?？蛇x地，第二材料155的支架的至少一部分可構(gòu)成中空結(jié)構(gòu)157的內(nèi)壁的至少一部分。如此，第二材料155的支架能夠?qū)χ锌战Y(jié)構(gòu)157的整體強度作貢獻，由于第一打印材料157內(nèi)包括中空結(jié)構(gòu)157，導(dǎo)致整體重量顯著降低，同時保證構(gòu)造塊140與沒有中空結(jié)構(gòu)157的相比，仍然保持相似甚至更強的整體強度。
[0042]在圖1B中所示實施例中，滾動體140由第一打印材料150構(gòu)成。然而，滾動體140可能也只是部分包括第一打印材料150，例如，滾動體140可能包括例如預(yù)制淬火鋼的外殼(未顯示)，其中，滾動體140的內(nèi)部部件包括包含有第二材料155的支架的第一打印材料150。使用淬火鋼的外殼的好處在于這將確保滾動體140能夠在軸承200的使用過程中承受長期施加于滾動體140的磨損。
[0043]圖1C顯示根據(jù)本發(fā)明的用于軸承200的保持架160的平面圖。保持架160作為本發(fā)明的構(gòu)造塊160可能還包括第一打印材料170、連同至少一部分嵌入第一打印材料170內(nèi)的第二材料175的支架。在本實施例中，第二材料175的支架又是一個環(huán)形的第二材料175的支架，其可以用來加強構(gòu)造塊160的整體強度。第二材料175的這個環(huán)形支架可以包括與第一打印材料170—起打印的第二打印材料175，或者與第一打印材料170分開打印的第二打印材料175。當(dāng)?shù)诙蛴〔牧?75與第一打印材料170—起打印時，在第一打印材料170和第二打印材料175之間可產(chǎn)生如前所述的功能上分級的交界面(未顯示)。可選地，第二材料175的支架可以是預(yù)制的第二材料175的支架，例如，由淬火鋼構(gòu)成，以致增加保持架160的整體強度，同時通過使用第一打印材料170保持增材制造工藝的靈活性。
[0044]圖2A顯示了軸承200的剖面圖，其中，軸承200包括第一打印材料250、260及至少一部分嵌入第一打印材料260內(nèi)的第二材料265的支架。軸承200包括滾動體205。這些滾動體205可以與如圖1B所示的作為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊140的滾動體140類似。軸承200包括與作為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊100的內(nèi)圈100類似的內(nèi)圈280。此外，在本實施例的內(nèi)圈280，內(nèi)圈280由可以在其上涂覆第一打印材料250的滾道圈212構(gòu)成。第二材料125的支架(例如，第二材料125的預(yù)制環(huán)形支架)位于第一打印材料250內(nèi)。軸承200還包括與內(nèi)圈280相似的外圈290，其包括可在其上涂覆第一打印材料260的滾道圈220。目前，第二材料265的支架由多個支架265構(gòu)成，多個支架265沿徑向延伸以承受可施加于外圈280的徑向力。第二材料125、265可以是第二打印材料125、265或者可以是如上述實施例內(nèi)所述的被預(yù)制構(gòu)造。
[0045]圖2B顯示包括打印材料350、360的另一個軸承300的剖視圖。顯示在圖2B中的軸承300是包括滾動體305為球體305的球軸承300。這些球體305也可為根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造塊，其中，球體305由至少部分第一打印材料(未顯示)及至少部分嵌入第一打印材料的第二材料的支架(未顯示)構(gòu)成。內(nèi)圈380包括接合到打印材料350的滾道圈310。多個第二材料355的支架嵌入第一打印材料350來提高軸承300的整個內(nèi)圈380的強度。外圈390包括接合到打印材料360的滾道圈320。從圖2B可以看出，附于外圈390的滾道圈320的打印材料360的外型尺寸可以具有任何形狀，例如，具有圖2B中所示的矩形剖面尺寸。在圖2B所示的這種構(gòu)造下，外圈390的打印材料360可以還包括孔365，例如，可允許螺釘或其它依附連接方式將外圈390連接至構(gòu)件(未顯示)上。在圖2B所示的實施例中，外圈390的打印材料360還包括可用來降低軸承300的整體重量的中空結(jié)構(gòu)375。這些中空結(jié)構(gòu)375中的一些或全部包括第二材料377的支架以加強中空結(jié)構(gòu)375或加強第一打印材料360。第二材料377的支架可以是一個預(yù)制的第二材料377的支架或者可以為如前所述由第二打印材料377構(gòu)成的支架。在圖2B中，第一打印材料360的剩余部分包括完全遵循第一打印材料360的完整形狀的三維骨架365。這種骨架365可用作中空結(jié)構(gòu)(未顯示)的完備格來塑造外圈390的外部尺寸，并且用于限定外圈390的外表面，同時為了盡可能地降低外圈390的整體重量，允許外圈390內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有盡可能多的中空結(jié)構(gòu)(未顯示)。
[0046]圖3A顯示了致動器系統(tǒng)700，其中，致動器700包括致動器系統(tǒng)700的外殼710、本體710或靜止元件710及致動器系統(tǒng)700的移動元件730或軸730或桿730。外殼710至少部分由第一打印材料720構(gòu)成，其中，第一打印材料720包括根據(jù)本發(fā)明的第二材料725的支架。第一打印材料720及第二打印材料725的支架的任意結(jié)合已在前述例子中說明，可以在此應(yīng)用所述任意結(jié)合以產(chǎn)生構(gòu)造塊所需的整體強度和/或產(chǎn)生所需的重量降低。
[0047]圖3B顯示了根據(jù)本發(fā)明的齒輪箱800的剖視平面圖。齒輪箱800通過第一軸840連接到電機830，并且齒輪箱800將電機830的旋轉(zhuǎn)速度傳遞到第二軸850的、經(jīng)過轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)速度。齒輪箱800包括多個齒輪810。所述多個齒輪810中的一個至少部分由第一打印材料820構(gòu)成并且包括位于第一打印材料820內(nèi)的作為加強支架的第二材料825的支架。再次，第一打印材料820及第二打印材料825的支架的任意結(jié)合已在前述例子中說明，可以在此應(yīng)用所述任意結(jié)合以產(chǎn)生構(gòu)造塊所需的整體強度和/或根據(jù)需要降低重量。
[0048]如前所述，本發(fā)明的另一方面可能也涉及到用于機械構(gòu)造的機械構(gòu)造塊，如輪轂(未顯示)，外殼(未顯示)，連接器(未顯示)和肋(未顯示)。根據(jù)本發(fā)明的這種機械構(gòu)件可能已局部調(diào)整了多種功能，如通過包括第二材料(例如，第二打印材料)的支架來實現(xiàn)局部強度變化。
[0049]圖4A示出了在增材制造工藝中的液態(tài)樹脂450被用于涂覆打印材料460的增材制造工具400的第一實施方式。此類增材制造工具400包括樹脂容器430，該樹脂容器430包含有液態(tài)樹脂450。平臺470位于樹脂容器430內(nèi)部，其中，平臺470被配置成緩慢向下移動進入樹脂容器430。增材制造工具400還包括發(fā)射出激光束412的激光器410，該激光束412具有用于對在打印材料460上應(yīng)添加額外的打印材料460的位置處的液態(tài)樹脂450進行固化的波長。在要涂覆新的一層打印材料460之前，在打印材料460上拖動復(fù)涂棒(re-coating bar)440以便確保在打印材料460的頂部處有液態(tài)樹脂450的薄層。使用激光器410來照射位于應(yīng)涂覆額外的打印材料460的、液態(tài)樹脂450的薄層上的某些部分，這將會使得樹脂450局部固化。在如圖4A中所示的實施方式中，使用掃描鏡420來反射激光束412，使其穿過液態(tài)樹脂450的層。如果在當(dāng)前層中的所有需要固化的部分都已經(jīng)用激光束412進行過了照射，平臺470將打印材料460進一步下降到液態(tài)樹脂450中，以便允許復(fù)涂棒460將另一層液態(tài)樹脂450涂覆到打印材料460的頂部上，由此繼續(xù)增材制造工藝。
[0050]圖4B示出了在增材制造工藝中的液態(tài)樹脂450由分配裝置405或打印頭405分配以用于涂覆打印材料460的增材制造工具401的第二實施方式。增材制造工具401還包括樹脂容器430，該樹脂容器430包含有液態(tài)樹脂450，其要經(jīng)由供給裝置455向著打印頭405進行供給。打印頭405還包括打印噴嘴415，液態(tài)樹脂450的液滴從該打印噴嘴415射向打印材料460。這些液滴可受重力作用從打印頭405落到打印材料460上，或者可以使用一些噴射結(jié)構(gòu)(未示出)從打印噴嘴415噴向打印材料460 ο打印頭405還包括發(fā)射激光束412的激光器410，激光器410用于當(dāng)液態(tài)樹脂450的液滴擊中打印材料460時立即固化該液態(tài)樹脂450的液滴，從而將該液態(tài)樹脂450的液滴固定到已經(jīng)打印的打印材料460。形成固態(tài)物體的打印材料460可位于平臺470上。
[0051]圖5A示出了在增材制造工藝中的對材料進行顆粒化工藝使其成為小的固態(tài)顆粒550以用于涂覆打印材料560的增材制造工具500的第三實施方式?，F(xiàn)在，增材制造工具500(也被稱為選擇性激光燒結(jié)工具500或SLS工具500)包括顆粒容器530，該顆粒容器530包含有經(jīng)過顆?；に嚨男〉墓虘B(tài)顆粒550。打印材料560再次位于平臺570上并且完全被經(jīng)過顆粒化工藝的小的固態(tài)顆粒550包圍。降低平臺允許顆粒供給輥540將另一層經(jīng)過顆粒化工藝的固態(tài)顆粒550涂覆到打印材料560上。隨后，使用激光器510和掃描鏡520局部地施加激光束512將局部地熔化經(jīng)過顆?；に嚨墓虘B(tài)顆粒550并且將其彼此連接并與打印材料560連接，以便生成要創(chuàng)建的固態(tài)物體的下一層。接下來，平臺570進一步下移，從而允許通過顆粒供給輥540來涂覆下一層經(jīng)過顆?；に嚨墓虘B(tài)顆粒550，以便在增材制造工藝中繼續(xù)下一層。
[0052]圖5B示出了在增材制造工藝中的經(jīng)過顆?；に嚨墓虘B(tài)材料550由分配裝置505或打印頭505分配以用于涂覆打印材料560的增材制造工具501或SLS工具501的第四實施方式。增材制造工具501還包括顆粒容器530，該顆粒容器530包含有經(jīng)過顆?；に嚨墓虘B(tài)顆粒550，其要經(jīng)由供給裝置555向著打印頭505進行供給。打印頭505還包括打印噴嘴515，經(jīng)過顆粒化工藝的固態(tài)顆粒550從該打印噴嘴515射向打印材料560。這些固態(tài)顆粒550可受重力作用從打印頭505落到打印材料560上，或者可以使用一些噴射結(jié)構(gòu)(未示出)從打印噴嘴515噴向打印材料560。打印頭505還包括發(fā)射激光束512的激光器510，激光器510用于當(dāng)固態(tài)顆粒550擊中打印材料560時立即熔化或燒結(jié)該固態(tài)顆粒550，從而將該固態(tài)顆粒550固定到已經(jīng)打印的打印材料560。形成固態(tài)物體的打印材料560可位于平臺570上。
[0053]圖6示出了在增材制造工藝中的分配被熔化的塑料材料650以用于涂覆打印材料660的增材制造工具600的第五實施方式。在圖6中所示的增材制造工具600還被稱為熔融沉積成型工具600或FDM工具600。現(xiàn)在，塑料絲630通過細絲供給裝置640供給到分配裝置610或熔化裝置610。該分配裝置610或熔化裝置610包括擠壓噴嘴(extrus1n nozzle)615，其用于熔化塑料絲630以形成被熔化的塑料材料650的液滴，該液滴被涂覆到打印材料660，并且在其上硬化且連接到已經(jīng)打印的打印材料660。分配裝置610可被配置并構(gòu)造成在重力作用下或者經(jīng)由噴射機構(gòu)(未示出)將被熔化的塑料650的液滴涂覆到打印材料660 ο增材制造工具600還包括定位系統(tǒng)620，其用于跨打印材料660來定位分配裝置610。
[0054]綜上所述，本發(fā)明提供了一種用于機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊140。本發(fā)明還提供軸承、致動器系統(tǒng)、外殼、輪轂、機械連接器和齒輪箱。所述構(gòu)造塊包括在增材制造工藝中被打印的第一打印材料150，其中，第一打印材料包括不同于第一打印材料且至少部分地嵌入在第一打印材料的第二材料155的支架。第二材料的這種支架可以被包含在中空結(jié)構(gòu)157中?？蛇x地，第二材料的支架中的至少一部分可能構(gòu)成中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁的至少一部分。第二材料的支架可以是預(yù)制的或也可以通過增材制造工藝生成。此構(gòu)造塊的好處是允許在限制整體重量的同時增加強度。
[0055]應(yīng)當(dāng)注意的是，上述實施方式是為了說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將能夠設(shè)計出許多可供選擇的實施方式。
[0056]在權(quán)利要求中，任何被置于括號之間的參考符號不應(yīng)當(dāng)被理解為是對權(quán)利要求進行限制。動詞“包括”及其變形的使用并不排除存在與權(quán)利要求中所規(guī)定的元件或步驟不同的元件或步驟。在一元件之前的冠詞“一”并不排除存在多個此類元件。本發(fā)明可通過包括若干不同元件的硬件，以及通過適當(dāng)編程的計算機來實現(xiàn)。在枚舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的若干裝置可通過同一硬件項目來實現(xiàn)。事實上，在彼此不同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但這并不表明不能有利使用這些措施的組合。
[0057]附圖標記列表
[0058]構(gòu)造塊100，140，160，增材制造工具400，401
[0059]205，280，290，打印頭405，505
[0060]305，380，390打印噴嘴415，515
[0061]滾道圈110，210，220，激光器410，510
[0062]310，320激光束412，512
[0063]軸承200，300掃描鏡420，520
[0064]滾動體140，205，305樹脂容器430
[0065]第一打印材料120，150，170，復(fù)涂棒440
[0066]250，350，360， 液態(tài)樹脂450
[0067]460，560，660供給裝置455，555
[0068]第二材料125，155，175，平臺470，570，670
[0069]265，365，377SLS 工具500，501
[0070]鋼元素125，175，355顆粒容器530
[0071]第二打印材料265，365，377顆粒供給輥540
[0072]打印材料 120，150，170， 經(jīng)過顆?；に嚨牟牧?50
[0073]250，350，360， FDM 工具600
[0074]460，560，660， 熔化器610
[0075]720擠壓噴嘴615
[0076]可打印材料 450，550，650定位結(jié)構(gòu)620
[0077]保持架160絲630
[0078]內(nèi)圈100，280，380絲供給裝置640
[0079]外圈290，390液態(tài)塑料650
[0080]結(jié)構(gòu)孔365
【主權(quán)項】
1.一種機械結(jié)構(gòu)的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380,390),包括通過增材制造工藝被打印的第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)，其特征在于: 第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)包括不同于第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)的至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、.250、350、360、460、560、660)中的第二材料(125、155、175、265、365、377)的支架， 所述構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、390)包括第一打印材料(120、150、.170、250、350、360、460、560、660)內(nèi)的一個或多個空穴(157、257、375)，所述第二材料(125、.155、175、265、365、377)的支架被包含在所述一個或多個空穴(157、257、375)中的某些或全部空穴中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380,390),其特征在于，所述第二材料(125、175、355)的支架包括至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、.250、350、360、460、560、660)內(nèi)的預(yù)制的支架(125、175、355)。3.根據(jù)權(quán)利要求2或3中的任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，所述第二材料(125、175、355)的支架至少部分構(gòu)成所述一個或多個空穴(157、257、375)的壁。4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，所述第二材料(265、365、377)是不同于第一打印材料(120、150、170、.250、350、360、460、560、660)的第二打印材料(265、365、377)。5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，至少部分嵌入第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)的支架構(gòu)成所述構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、390)的二維骨架或三維骨架(365)06.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，所述支架或所述支架與第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、.560、660)—起被配置及構(gòu)造成在使用中承受施加到所述構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、.290、305、380、390)的外壁的預(yù)定區(qū)域的預(yù)定負載。7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，所述構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、390)的外壁的所述預(yù)定區(qū)域(207、209)具有親油性。8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，在所述預(yù)定區(qū)域(207、209)使用預(yù)定表面結(jié)構(gòu)和/或使用施加到所述預(yù)定區(qū)域(207、209)的第三材料生成外壁預(yù)定義區(qū)域(207、209)的親油性。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380,390),其特征在于，使用第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)或使用第三材料生成所述表面結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，所述構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、390)包括位于多個界面中的一處界面上的功能梯度界面層，所述多個界面形成在構(gòu)造塊(100、140、160、205、.280、290、305、380、390)中的一種材料與構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、390)的另一種材料之間，功能梯度界面層的構(gòu)成被配置為從一種材料經(jīng)由所述一種材料(120、.220、320)與所述另一種材料(120、220、320)的混合物逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樗隽硪环N材料(120、.220、320)。11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、380、.390)，其特征在于，第一打印材料(120、150、170、250、350、360、460、560、660)和/或第二打印材料(265、365、377)從包括其它任何材料家族的列表中選擇，包括金屬、離子、陶瓷、聚合物/彈性體，在結(jié)構(gòu)上，無論是結(jié)晶的，還是無定形的，(均包括在內(nèi))。12.—種包括上述權(quán)利要求任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、.380、390)的軸承(200、300)。13.—種包括權(quán)利要求1至11中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、.380、390)的致動器系統(tǒng)(700)。14.一種包括權(quán)利要求1至11中任一項所述的構(gòu)造塊(100、140、160、205、280、290、305、.380、390)的齒輪箱(800)。
【文檔編號】B29C70/70GK105829078SQ201480069496
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】亞歷桑德羅·桑茲
【申請人】斯凱孚公司