[發明專利]金屬物體和用于使用一次性模具制造金屬物體的方法

在審

• 申請號: 201780042598.2
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN109414762A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: R.M.克爾卡;P.K.陳;S.普拉布喬特;M.J.麥卡倫;A.納塔拉簡;J.T.勒曼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B22F3/10
• 分類號: B22F3/10;B22F3/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 吳俊;金飛

提供一種制造金屬物體的方法。這些方法大體上涉及將金屬粉末漿料添加到犧牲模具(如通過三維打印制成的模具)中，以及加熱漿料/模具混合物。加熱步驟可包括固化漿料以在模具內部制成未加工零件、脫脂以燒掉模具和粘合劑來制成棕色零件、燒結，以及熱等靜壓。還提供金屬產品，如飛行器發動機零件。

技術領域

提供使用犧牲模具制造金屬物體的方法。這些方法大體上涉及將金屬粉末漿料添加到犧牲模具(如由三維打印制造的模具)中，并且應用一個或更多個加熱步驟以產生固體金屬物體。還提供用于這些方法中并由這些方法制造的產品。

背景技術

許多系統(如下一代渦輪發動機)需要具有錯綜復雜且復雜的幾何形狀和/或塊狀零件的構件和零件。用于制造發動機零件和構件的常規技術涉及費力的過程，如熔模鑄造或失蠟鑄造。該過程大體上需要圍繞陶瓷芯創建蠟模、利用陶瓷漿料涂覆蠟模以形成陶瓷殼模具、使蠟熔化、使陶瓷加熱、將熔化金屬澆注到陶瓷模具中(即，以填充由蠟留下的空隙)、使熔化金屬凝固，以及從凝固金屬移除陶瓷芯和殼。最終產品可接著遭受附加的鑄造后修改，如鉆取。因此，雖然熔模鑄造能夠制造各種金屬零件，但是該過程為耗時且昂貴的。

金屬注射成型(MIM)為制造金屬零件的另一種已知方法。該方法涉及在高壓下將金屬粉末和粘合劑(統稱為“給料”)的粘性混合物注射到金屬模具組件中，以創建“未加工”本體或零件。處理未加工本體或零件(例如，利用熱、溶劑或催化方法)，以移除粘合劑(“脫脂”)，導致“棕色(brown)”本體或零件?！白厣北倔w或零件在被稱為“燒結”的過程中在高溫下加熱，該過程移除任何殘留的粘合劑并且給予零件其最終形狀。

MIM零件傾向于具有范圍在0.1到250克內的重量、不超過12.7mm(0.5英寸)的壁厚，并且從澆口到零件上的最遠點的距離應當為四英寸左右。出于由于需要模具拉動平面和可分離性(例如，模具必須與未加工本體物理地分離)而產生的拓撲原因，MIM不能夠直接制造具有一件中的復雜的3-D幾何形狀的金屬零件。在MIM可用于制造某些復雜結構的程度上，可需要幾何形狀的多件式去卷積、多件式成型，以及附加的組裝和連結步驟。MIM還需要使用復雜的昂貴金屬模具，其有時需要數月來制作，并且因此對于原型、開發零件以及小批量生產而言為不切實際的。此外，已知MIM漿料的粘度限制它們關于金屬模具的使用，該金屬模具能夠耐受將這些漿料注射到模具中所需的顯著力(例如，5000-8000psi)。

直接金屬激光熔化(DMLM)、直接金屬激光燒結(DMLS)以及選擇性激光燒結(SLS)為制造金屬零件的其它方法。這些方法大體上使用聚焦激光來從粉末材料床逐層熔合三維物體。這些方法能夠制造金屬零件，但是可導致具有裂紋、需要生產后的機加工的粗糙表面光潔度，以及非等軸微觀結構的產品。

發明內容

提供用于制備金屬物體的方法和由此類方法制造的金屬產品。在一個方面中，金屬粉末漿料引入到犧牲模具中，并且一個或更多個加熱步驟應用成產生固體金屬本體并移除犧牲模具。在另一方面中，犧牲模具使用三維(3-D)打印過程制備。在特定方面中，該方法涉及(a)創建具有外壁的中空構件的3-D數值模型；(b)從具有對應合成外壁的所述數值模型創建所述構件的合成模型；(c)將金屬粉末漿料引入到合成模型中；以及(d)應用一個或更多個加熱步驟，以產生固體金屬本體。在另一特定方面中，犧牲模具在應用一個或更多個加熱步驟期間或之后移除。

在另一方面中，犧牲模具具有內部開口或空隙，其限定特定的三維內腔或本體。在另一方面中，除了具有外部幾何形狀之外，模具具有限定三維本體的內部開口。在另一方面中，提供制造具有特定內部或外部幾何形狀或特征的金屬材料、構件或結構的過程。這些過程涉及通過三維打印過程來創建模具，并且將一個或更多個金屬粉末漿料并入或注射到模具中。