RU2723431C2 - Destructible support structure for additive production - Google Patents
Destructible support structure for additive production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723431C2 RU2723431C2 RU2016150098A RU2016150098A RU2723431C2 RU 2723431 C2 RU2723431 C2 RU 2723431C2 RU 2016150098 A RU2016150098 A RU 2016150098A RU 2016150098 A RU2016150098 A RU 2016150098A RU 2723431 C2 RU2723431 C2 RU 2723431C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specified
- base
- destructible
- fuel injector
- nozzle
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 40
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 27
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 13
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 10
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000110 selective laser sintering Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
- B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/009—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of turbine components other than turbine blades
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/48—Nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
- B29C64/10—Processes of additive manufacturing
- B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
- B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2213/00—Burner manufacture specifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
Description
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
[0001] Данное изобретение в целом относится к способам аддитивного производства, согласно которым в процессе построения объекта применяют поддерживающие структуры, а также к новым поддерживающим структурам, применяемым в рамках указанных AM процессов.[0001] The present invention generally relates to additive manufacturing methods, according to which supporting structures are used in the construction process, as well as to new supporting structures used in the framework of said AM processes.
[0002] В отличие от субтрактивных способов производства аддитивные технологии (AM), как правило, включают наращивание одного или более материалов с образованием объекта, имеющего окончательную или почти окончательную форму (NNS). Хотя выражение «аддитивное производство» относится к отраслевым стандартам, AM включает разные технологии производства и прототипирования, известные под разными названиями, включая создание объектов произвольной формы, 3D печать, быстрое прототипирование/обработку и т.д. AM технологии могут обеспечить изготовление объектов сложной формы, выполняемых из разнообразных материалов. Как правило, самостоятельный объект может быть изготовлен по модели компьютерного проектирования (CAD). В AM технологии определенного типа применяют пучок энергии, например, электронный луч или электромагнитное излучение, такое как лазерный луч, с целью спекания или расплавления порошкового металлического материала с образованием твердого объемного предмета, в котором частицы порошкового материала связаны друг с другом. Применяют разные группы материалов, например, конструкционные пластики, термопластичные эластомеры, металлы и керамику. Лазерное спекание или плавление относится к известной AM технологии, используемой для быстрого изготовления функциональных объектов, прототипов и инструментов.[0002] In contrast to subtractive production methods, additive technologies (AM) typically include the buildup of one or more materials to form an object having a final or near final shape (NNS). Although the term “additive manufacturing” refers to industry standards, AM includes various manufacturing and prototyping technologies known under various names, including the creation of arbitrary shape objects, 3D printing, rapid prototyping / processing, etc. AM technology can provide the manufacture of complex objects made of a variety of materials. As a rule, an independent object can be manufactured according to a computer-aided design (CAD) model. In a certain type of AM technology, an energy beam is used, for example, an electron beam or electromagnetic radiation, such as a laser beam, to sinter or melt a powdered metal material to form a solid bulk object in which particles of the powder material are bonded to each other. Different groups of materials are used, for example, structural plastics, thermoplastic elastomers, metals and ceramics. Laser sintering or melting refers to the well-known AM technology used to quickly produce functional objects, prototypes and tools.
[0003] Выражения «селективное лазерное спекание», «прямое лазерное спекание», «селективное лазерное плавление» и «прямое лазерное плавление» являются общепринятыми отраслевыми терминами, относящимися к производству объемных (3D) объектов с использованием лазерного луча с целью спекания или плавления мелкодисперсного металлического порошка. Указанные процессы в данном документе могут называться аддитивным производством с использованием металлического порошка. Точнее, спекание подразумевает сплавление (агломерацию) частиц порошка при температуре ниже точки плавления порошкового материала, тогда как плавление предполагает полное расплавление частиц порошка с образованием твердой однородной массы. Физические процессы, связанные с лазерным спеканием или лазерным плавлением, включают передачу тепла порошковому материалу и далее либо спекание, либо плавление порошкового металлического материала.[0003] The expressions "selective laser sintering", "direct laser sintering", "selective laser melting" and "direct laser melting" are generally accepted industry terms related to the production of three-dimensional (3D) objects using a laser beam for the sintering or melting of finely divided metal powder. These processes may be referred to herein as additive manufacturing using metal powder. More precisely, sintering involves the fusion (agglomeration) of powder particles at a temperature below the melting point of the powder material, while melting involves the complete melting of the powder particles to form a solid homogeneous mass. Physical processes associated with laser sintering or laser melting include the transfer of heat to the powder material and then either sintering or melting of the powdered metal material.
[0004] С помощью аддитивных технологий с использованием металлического порошка создают слои расплавленного металла или обеспечивают агломерацию металла по уже сформированным слоям затвердевшего металла. В тех местах, где затвердевший металл находится под новым слоем, он служит опорой для нового слоя. Одна проблема аддитивного производства заключается в построении поверхностей, не являющихся вертикальными, таких как неопертые горизонтальные поверхности или наклоненные от вертикали поверхности, то есть, наклоненные относительно горизонтали и не имеющие под собой опоры. В частности, в тех местах, где часть нового слоя расположена не поверх ранее образованного, уже затвердевшего металла, находящийся рядом, термически не обработанный металлический порошок не обеспечивает достаточную опору, и сила тяжести оказывает неблагоприятное воздействие на окончательную форму объекта. Известно, что для разрешения указанной ситуации, в процессе аддитивного производства металлического объекта с использованием металлического порошка и с целью поддержки неопертых поверхностей образуют поддерживающие структуры, являющиеся частью металлического объекта. Например, поддерживающие структуры могут быть образованы в топливных форсунках, применяемых в газовых турбинах, с целью сохранения разделения между частями, к примеру, отстоящими друг от друга концентрическими трубчатыми компонентами, расположенными в непосредственной близости один к другому. Во многих областях применения поддерживающие структуры удаляют из готового металлического объекта, например, если эксплуатация объекта не предусматривает наличие поддерживающих структур или разрушение указанной структуры может вызвать дополнительное повреждение. В указанных случаях поддерживающие структуры удаляют в ходе процессов обработки, следующих за AM производством, таких как механическая обработка или химические процессы. В некоторых случаях, поддерживающие структуры, встроенные в металлический объект, можно в нем оставить. В данном случае разрушение поддерживающих структур могут обеспечить напряжения (например, термическое напряжение), возникающие в процессе эксплуатации металлического объекта. Например, в условиях напряжений, возникающих внутри объекта, разрушение с целью улучшения эксплуатации может быть обеспечено за счет обеспечения большей свободы движения. В некоторых областях применения трудно создать такую конфигурацию поддерживающих структур, которая в процессе эксплуатации обеспечила бы их разрушение способом, вообще не влияющим на объект. Несмотря на то, что указанные трудности были описаны применительно к аддитивному производству с использованием металлического порошка, они также присущи и другим типам аддитивного производства.[0004] Using additive technologies using metal powder, layers of molten metal are created or metal agglomerates over already formed layers of solidified metal. In those places where the hardened metal is under a new layer, it serves as a support for the new layer. One problem of additive manufacturing is the construction of surfaces that are not vertical, such as non-supported horizontal surfaces or surfaces tilted from a vertical, that is, tilted relative to the horizontal and not supported underneath. In particular, in those places where part of the new layer is located not on top of the previously formed, already hardened metal, located nearby, the thermally untreated metal powder does not provide sufficient support, and gravity adversely affects the final shape of the object. It is known that to resolve this situation, in the process of additive production of a metal object using metal powder and in order to support non-ground surfaces, support structures are formed that are part of the metal object. For example, support structures may be formed in fuel nozzles used in gas turbines in order to maintain separation between parts, for example, spaced concentric tubular components located in close proximity to one another. In many applications, the supporting structures are removed from the finished metal object, for example, if the operation of the object does not provide for the presence of supporting structures or the destruction of the specified structure can cause additional damage. In these cases, the supporting structures are removed during processing processes following the AM production, such as machining or chemical processes. In some cases, supporting structures embedded in a metal object can be left in it. In this case, the destruction of the supporting structures can provide stresses (for example, thermal stress) arising during the operation of a metal object. For example, under stresses arising inside the object, destruction in order to improve operation can be achieved by providing greater freedom of movement. In some applications, it is difficult to create such a configuration of supporting structures that during operation would ensure their destruction in a way that does not affect the object at all. Although these difficulties have been described in relation to additive production using metal powder, they are also inherent in other types of additive production.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
[0005] Согласно первому аспекту изобретения предложен объект, изготовленный способом аддитивного производства, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, которая в вертикальном направлении расположена напротив первой поверхности, и разрушаемую поддерживающую структуру, которая имеет первое основание, соединенное с первой поверхностью и проходящее по направлению ко второй поверхности, второе основание, соединенное со второй поверхностью и проходящее по направлению к первой поверхности, и перемычку, которая соединяет первое основание со вторым основанием, может выборочно разрушаться под воздействием термического напряжения и имеет основную часть и ослабленную зону, образованную в основной части.[0005] According to a first aspect of the invention, there is provided an additive manufacturing method having a first surface, a second surface that is vertically opposite the first surface, and a collapsible support structure that has a first base connected to the first surface and extending toward the second surface, a second base connected to the second surface and extending toward the first surface, and a jumper that connects the first base to the second base may selectively fail under the influence of thermal stress and has a main part and a weakened zone formed in the main part.
[0006] Согласно второму аспекту изобретения предложен способ изготовления объекта, включающий формование объекта вместе с разрушаемой поддерживающей структурой с использованием аддитивной технологии, при этом разрушаемая поддерживающая структура включает первое основание, соединенное с первой поверхностью объекта и проходящее по направлению ко второй поверхности объекта, которая в вертикальном направлении расположена напротив первой поверхности, второе основание, соединенное со второй поверхностью и проходящее по направлению к первой поверхности, и перемычку, которая соединяет первое основание со вторым основанием и имеет основную часть и образованную в ней ослабленную зону; причем способ также включает обеспечение разрушения перемычки под воздействием термического напряжения после формования объекта с использованием аддитивной технологии.[0006] According to a second aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing an object, comprising molding an object together with a collapsible supporting structure using additive technology, wherein the collapsible supporting structure includes a first base connected to a first surface of the object and extending toward the second surface of the object, which the vertical direction is located opposite the first surface, the second base connected to the second surface and passing towards the first surface, and a jumper that connects the first base to the second base and has a main part and a weakened zone formed therein; moreover, the method also includes ensuring the destruction of the jumper under the influence of thermal stress after molding an object using additive technology.
[0007] Согласно третьему аспекту изобретения предложена разрушаемая поддерживающая структура для противоположных в вертикальном направлении первой и второй поверхностей объекта, которая содержит первое основание, соединенное с первой поверхностью и проходящее по направлению ко второй поверхности; второе основание, соединенное со второй поверхностью и проходящее по направлению к первой поверхности, и перемычку, которая соединяет первое основание со вторым основанием, выборочно может разрушаться под воздействием термического напряжения и имеет основную часть и ослабленную зону, образованную в указанной основной части.[0007] According to a third aspect of the invention, there is provided a collapsible support structure for vertically opposed first and second surfaces of an object, which comprises a first base connected to the first surface and extending toward the second surface; a second base connected to the second surface and extending toward the first surface, and a jumper that connects the first base to the second base, can selectively be destroyed by thermal stress and has a main part and a weakened zone formed in the specified main part.
[0008] Проиллюстрированные чертежами аспекты данного изобретения обеспечивают разрешение описанных в данном документе и/или иных проблем, не обсуждаемых в данном документе.[0008] Illustrated by the drawings, aspects of the present invention provide a solution to the described in this document and / or other problems not discussed in this document.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0009] Указанные и другие особенности данного изобретения станут более понятными из приведенного ниже подробного описания его разных аспектов, выполненного со ссылкой на прилагаемые чертежи, отображающие разные варианты выполнения изобретения. На чертежах:[0009] These and other features of the present invention will become more apparent from the following detailed description of its various aspects, made with reference to the accompanying drawings, showing various embodiments of the invention. In the drawings:
[0010] Фиг. 1 изображает блок-схему процесса аддитивного производства, включающего энергонезависимый машиночитаемый информационный носитель, в котором хранится код объекта, согласно вариантам выполнения изобретения.[0010] FIG. 1 is a flowchart of an additive manufacturing process including a non-volatile computer readable information medium in which an object code is stored, according to embodiments of the invention.
[0011] Фиг. 2 изображает разрез топливной форсунки, которая является объектом, образуемым в процессе аддитивного производства, проиллюстрированного на Фиг. 1, согласно вариантам выполнения изобретения.[0011] FIG. 2 is a sectional view of a fuel injector which is an object formed in the additive manufacturing process illustrated in FIG. 1, according to embodiments of the invention.
[0012] Фиг. 3 изображает увеличенный разрез в аксонометрии распылительного участка топливной форсунки, представленной на Фиг. 2, включающего разрушаемую поддерживающую структуру, согласно вариантам выполнения изобретения.[0012] FIG. 3 is an enlarged sectional perspective view of a spray portion of a fuel injector of FIG. 2, comprising a collapsible support structure according to embodiments of the invention.
[0013] Фиг. 4 изображает увеличенный вид в аксонометрии разрушаемой поддерживающей структуры, расположенной на распылительном участке, представленном на Фиг. 3, согласно вариантам выполнения изобретения.[0013] FIG. 4 is an enlarged perspective view of a collapsible support structure located in the spray portion of FIG. 3, according to embodiments of the invention.
[0014] Фиг. 5 изображает вид сбоку в аксонометрии разрушаемой поддерживающей структуры, согласно вариантам выполнения изобретения.[0014] FIG. 5 is a side elevational view of a collapsible support structure according to embodiments of the invention.
[0015] Фиг. 6 изображает увеличенный вид спереди ослабленной зоны разрушаемой поддерживающей структуры, согласно вариантам выполнения изобретения.[0015] FIG. 6 is an enlarged front view of a weakened area of a collapsible support structure according to embodiments of the invention.
[0016] Фиг. 7 изображает вид в аксонометрии топливной форсунки, представленной на Фиг. 2, иллюстрирующий образование напряжений, согласно вариантам выполнения изобретения.[0016] FIG. 7 is a perspective view of the fuel injector of FIG. 2 illustrating stress generation according to embodiments of the invention.
[0017] Фиг. 8 изображает увеличенный разрез в аксонометрии распылительного участка топливной форсунки, представленной на Фиг. 2, включающего ряд разрушаемых поддерживающих структур, иллюстрирующий создание термических напряжений посредством указанных структур, согласно вариантам выполнения изобретения.[0017] FIG. 8 is an enlarged sectional perspective view of a spray portion of a fuel injector of FIG. 2, comprising a series of collapsible supporting structures, illustrating the generation of thermal stresses by means of these structures, according to embodiments of the invention.
[0018] Следует отметить, что чертежи выполнены не в масштабе. Чертежи отображают лишь типичные аспекты изобретения и поэтому не должны считаться отграничивающими его объем. На чертежах подобными номерами позиций обозначены подобные элементы.[0018] It should be noted that the drawings are not to scale. The drawings depict only typical aspects of the invention and therefore should not be considered as delimiting its scope. In the drawings, like reference numbers indicate like elements.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0019] Прежде всего, для четкого описания изобретения необходимо определиться с терминологией, используемой при ссылке на объект, изготавливаемый согласно данному документу, и его характеристике. По возможности используется единая отраслевая терминология, применяемая в соответствии с ее общепринятым значением. Если не указано иное, данная терминология подразумевает расширенное толкование в соответствии с контекстом данной заявки и объемом прилагаемой формулы изобретения. Специалисты поймут, что часто конкретный объект может именоваться с использованием нескольких разных или частично совпадающих терминов. Предмет, который в данном документе может быть описан как единая деталь, в другом контексте может включать несколько компонентов и может быть упомянут как состоящий из нескольких компонентов. В альтернативном варианте, предмет, который в данном документе может быть описан как состоящий из нескольких компонентов, в некоторых случаях может быть указан как единая деталь.[0019] First of all, for a clear description of the invention, it is necessary to determine the terminology used when referring to an object manufactured in accordance with this document and its characteristic. Whenever possible, a unified industry terminology is used, applied in accordance with its generally accepted meaning. Unless otherwise indicated, this terminology implies an expanded interpretation in accordance with the context of this application and the scope of the attached claims. Those skilled in the art will recognize that often a particular object may be referred to using several different or partially matching terms. An object that can be described as a single part in this document, in another context, may include several components and may be referred to as consisting of several components. Alternatively, an item that can be described in this document as consisting of several components may in some cases be indicated as a single part.
[0020] Кроме того, в данном документе могут регулярно использоваться некоторые описательные термины, и будет полезным определиться с их значением в начале данного раздела. Указанные термины, а также их значения, при условии, что не сделано специальной оговорки, приведены далее. Применяемое в данном документе слово «разрушаться» означает, что соответствующая поддерживающая структура 200 или ее перемычка 210 ломается, больше не являясь одним целым, или иным образом повреждается, так что по меньшей мере ухудшается ее способность поддержки соответствующей конструкции. Применяемое в данном документе выражение «металлический объект» может включать любой физический предмет, содержащий металл или металлический сплав и образованный в процессе аддитивного производства с использованием металлического порошка, а слово «объект» может включать любой физический предмет, образованный в процессе аддитивного производства, возможно с использованием других, не металлических материалов, таких как полимеры и керамические композиционные материалы, но не ограничиваясь указанным. Применяемые на протяжении описания и формулы изобретения формулировки, указывающие на приблизительное соответствие, в данном документе могут быть использованы для варьирования любого количественного обозначения, которое может изменяться, не приводя к изменению базовой функции, от которой оно зависит. Следовательно, величина, определяемая таким выражением или выражениями, как «около», «примерно» и «по существу», не ограничена точно указанным значением. По меньшей мере в некоторых случаях формулировки, указывающие на приблизительное соответствие, могут соответствовать точности инструмента для измерения величины. В данном случае и на протяжении описания и формулы изобретения границы диапазона могут быть объединены и/или заменены, при этом указанные диапазоны устанавливают и включают все входящие в них поддиапазоны, если только в контексте или тексте не указано иное. Выражение «примерно», применяемое при ссылке на конкретную величину из диапазона значений, относится к обоим значениям и вне зависимости от точности инструмента, применяемого для измерения указанной величины, может включать +/-10% от установленного значения (значений). Выражение «по существу вертикальный» может предполагать отклонение +/-5° от вертикали, выражение «по существу горизонтальный» может предполагать отклонение +/-5° от горизонтали, а выражение «по существу перпендикулярные», относящееся к двум конструкциям, может подразумевать угол между ними, составляющий 85°-95°. Выражение «по существу треугольный» может относиться к конфигурации, имеющей три основные поверхности, но при этом предусмотрено небольшое отклонение формы поверхностей или изменение количества дополнительных, второстепенных поверхностей. Выражение «по существу круглый» может относиться к конфигурации, имеющей вид круга, но при этом допустимо некоторое непостоянство его диаметра. Указания в данном документе на элементы в единственном числе, подразумевают и множественное число, если в контексте четко не указано иначе. Следует также понимать, что выражения «содержит» и/или «содержащий», при использовании в данном описании указывают на наличие заявленных признаков, целостностей, шагов, операций, элементов и/или объектов, но не исключают наличие или добавление одного или нескольких других признаков, целостностей, шагов, операций, элементов, объектов и/или их групп. Выражение «возможный» или «возможно» означает, что описанное далее событие или ситуация может иметь место или может не случиться, и что описание включает случаи, когда событие возникает, и случаи, когда событие не имеет места.[0020] In addition, some descriptive terms may be used regularly in this document, and it will be useful to determine their meaning at the beginning of this section. These terms, as well as their meanings, provided that no special reservation is made, are given below. As used herein, the word “collapse” means that the corresponding supporting
[0021] Как указано выше, в изобретении предложен объект, формируемый способом аддитивного изготовления, включающий разрушаемую поддерживающую структуру для противоположных в вертикальном направлении первой и второй поверхностей объекта. Также описаны способ изготовления объекта, содержащего разрушаемую поддерживающую структуру, и сама указанная структура.[0021] As indicated above, the invention provides an object formed by an additive manufacturing method including a collapsible supporting structure for vertically opposed first and second surfaces of the object. Also described is a method of manufacturing an object containing destructible supporting structure, and the specified structure.
[0022] В качестве примера процесса аддитивного производства на Фиг. 1 изображена блок-схема иллюстративной компьютеризированной системы 100 аддитивного производства, обеспечивающей образование объекта 102. В данном примере система 100 предназначена для выполнения DMLM процесса по аддитивной технологии с использованием металлического порошка. Следует понимать, что основные идеи изобретения в равной степени применимы к другим видам аддитивного производства. Объект 102 изображен в виде топливной форсунки. Однако понятно, что технология аддитивного производства в действительности может предполагать изготовление любого объекта. AM система 100, как правило, включает компьютеризированную систему 104 управления аддитивным производством (AM) и AM принтер 106. Как описано далее, AM система 100 обеспечивает выполнение кода 120, который включает набор выполняемых с помощью компьютера команд, задающих объект 102, с целью его физического воплощения посредством AM принтера 106. В каждом AM процессе могут использоваться разные исходные материалы, например, в виде мелкозернистого металлического порошка, запас которого может храниться в камере 110 AM принтера 106. В данном случае объект 102 может быть выполнен из металла или металлического сплава. Как изображено на чертеже, устройство 112 для нанесения может создавать тонкий слой исходного материала 114, распределяемого в виде сплошного полотна, из которого будет создан каждый последующий пласт окончательного объекта. В изображенном примере лазерный или электронный луч 116 расплавляет частицы каждого пласта в соответствии с кодом 120. Разные части AM принтера 106 могут перемещаться, обеспечивая наращивание каждого нового слоя, например, формирующая платформа 118 может опускаться, и/или после образования каждого слоя могут подниматься камера 110 и/или устройство 112.[0022] As an example of the additive manufacturing process in FIG. 1 is a block diagram of an illustrative computerized
[0023] Изображенная на чертеже система 104 управления AM производством реализована в компьютере 130 в виде компьютерного программного кода. В данном случае изображен компьютер 130, включающий память 132, процессор 134, входной/выходной (I/O) интерфейс 136 и шину 138. Более того, компьютер 130 изображен в сообщении с внешним (I/O) устройством/ресурсом 140 и системой 142 хранения данных. Как правило, процессор 134 обеспечивает выполнение компьютерного программного кода, например, системы 104 управления AM производством, который хранится в памяти 132 и/или системе 142 хранения данных, согласно командам, получаемым от кода 120, задающего объект 102. Во время выполнения компьютерного программного кода процессор 134 может считывать и/или записывать информацию, поступающую в/из памяти 132, системы 142 хранения данных, (I/O) устройства 140 и/или AM принтера 106. Шина 138 обеспечивает канал связи между каждым из объектов в компьютере 130, а (I/O) устройство 140 может содержать любое устройство, способное обеспечивать взаимодействие пользователя с компьютером 130 (например, клавиатуру, указательное устройство, дисплей и т.д.). Компьютер 130 представляет собой всего лишь разные возможные комбинации аппаратного и программного обеспечения. Например, процессор 134 может содержать только один блок обработки данных или может быть распределен между несколькими блоками обработки данных в одном или нескольких местоположениях, например, для клиента и сервера. Подобным образом, память 132 и/или система 142 хранения данных может содержать любую комбинацию разного типа энергонезависимых машиночитаемых носителей информации, включающих оптические носители, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM) и т.д. Компьютер 130 может содержать вычислительное устройство любого типа, такое как сетевой сервер, настольный компьютер, компактный портативный компьютер, мобильное устройство, телефон сотовой связи, устройство персонального вызова, карманный компьютер и т.д.[0023] The AM
[0024] Процесс аддитивного производства начинается с энергонезависимых машиночитаемых носителей информации (например, памяти 132, системы 142 хранения данных и т.п.), в которых хранится код 120 отображения объекта 102. Как отмечено выше, код 120 включает набор выполняемых компьютером команд, обеспечивающих образование объекта 102, которые могут быть использованы для физического воплощения объекта после выполнения кода системой 100. Например, код 120 может включать строго определенную 3D модель объекта 102 и может состоять из целого ряда любых хорошо известных комплексных программ системы компьютерного проектирования (CAD), таких как AutoCAD®, TurboCAD®, DesignCAD 3D Мах и т.д. С учетом изложенного, код 120 может иметь любой неизвестный или разработанный в будущем файловый формат. Например, код 120 может соответствовать формату Standard Tessellation Language (STL), который был создан для программ компьютерного проектирования (CAD) стереолитографических 3D систем, или формату файла для аддитивного производства (AMF), который является стандартом Американского Общества инженеров-механиков (ASME), представляя формат на основе расширяемого языка разметки (XML), обеспечивающего с помощью любого (CAD) программного обеспечения описание формы и композиции любого трехмерного объекта, изготавливаемого на любом AM принтере. Код 120 при необходимости может быть переведен между разными форматами, преобразован в набор информационных сигналов и передан, получен в виде набора информационных сигналов и преобразован в код, сохранен в памяти и т.д. Код 120 может представлять собой входные данные для системы 100 и может исходить со стороны дизайнера, провайдера интеллектуальной собственности (IP), проектной организации, оператора или заказчика системы 100, либо из других источников. В любом случае, система 104 управления AM производством обеспечивает выполнение кода 120, разделяя объект 102 на ряд тонких срезов, которые собирают с использованием AM принтера 106 из последовательных слоев порошка. В примере прямого лазерного плавления металлов (DMLM) каждый слой расплавляют или спекают, добиваясь точной геометрической конфигурации, задаваемой кодом 120, и сплавляют с предыдущим слоем. Впоследствии объект 102 может быть подвергнут любым разнообразным чистовым процессам, например, вторичной механической обработке, запечатыванию, полировке, сборке с другой деталью и т.д.[0024] The additive manufacturing process begins with non-volatile computer-readable storage media (eg,
[0025] На Фиг. 2 изображен типичный объект 102, в котором может быть использована разрушаемая поддерживающая структура 200 согласно идеям изобретения. В представленном на чертежах примере объект 102 включает топливную форсунку 144, образованную по технологии AM производства, представленной на блок-схеме Фиг. 1. Следует отметить, что топливная форсунка приведена в качестве примера и понятно, что процесс AM производства может предусматривать изготовление любого объекта, который тоже может включать разрушаемую поддерживающую структуру 200 согласно изобретению. Топливная форсунка 144 включает систему из трех концентрических трубопроводов 146, 148, 150 (внешнего 146, внутреннего среднего 148, внутреннего центрального 150), образующих камеры 152, 154, 156 для топлива и/или воздуха. Следует отметить, что топливная форсунка 144 может включать любое количество трубопроводов и камер, которое считается преимущественным. Кроме того, следует отметить, что поперечное сечение трубопроводов 146, 148, 150 может иметь любую форму, например, по существу круглую, в форме капли и т.д. Топливная форсунка 144 включает первую часть 160, которая является по существу горизонтальной, и вторую часть 162, которая является по существу вертикальной (как изображено на чертеже). Первая часть 160 и вторая часть 162 включают участки трубопроводов 146, 148, 150 и камер 152, 154, 156. Следует отметить, что топливная форсунка 144 может быть образована по технологии AM производства при фиксировании в точке 164, связывающей один или более трубопроводов 146, 148, 150 с целью обеспечения соосности в ходе AM процесса. Первая часть 160 топливной форсунки 144 также включает распылительный участок 166, содержащий разрушаемую поддерживающую структуру 200 согласно изобретению. Применяемое в данном документе выражение «распылительный участок» включает внутреннюю часть топливной форсунки 144, по меньшей мере частично недоступную снаружи указанной форсунки и имеющую две противостоящие в вертикальном направлении поверхности. Топливная форсунка 144 может быть образована по AM технологии и с применением обычных, удаляемых вертикальных поддерживающих структур 168, подпирающих один или несколько внешних трубопроводов 146. Кроме того, топливная форсунка 144 может быть образована по AM технологии и с применением обычных, отделяемых вертикальных поддерживающих структур 170, подпирающих один или несколько внутренних трубопроводов 148, 150.[0025] In FIG. 2 depicts a
[0026] На Фиг. 3 изображен увеличенный разрез в аксонометрии распылительного участка 166 топливной форсунки, представленной на Фиг. 2, включающего разрушаемую поддерживающую структуру 200. Участок 166 включает часть внешнего трубопровода 146 и часть внутреннего среднего трубопровода 148. Внешний трубопровод 146 имеет первую поверхность 172, противоположную в вертикальном направлении второй поверхности 174 внутреннего среднего трубопровода 148. Применяемое в данном документе выражение «противоположный в вертикальном направлении» указывает на то, что одна поверхность имеет по меньшей мере часть, которая расположена по вертикали выше по меньшей мере части другой поверхности.[0026] In FIG. 3 is an enlarged perspective view of a
[0027] Вертикально противоположные поверхности 172, 174 могут проходить горизонтально или под углом относительно горизонтали. В данном примере распылительный участок 166 проходит примерно под углом 5° относительно горизонтали (смотри Фиг. 2). Следовательно, первая поверхность 172 включает первую, наклоненную от вертикали поверхность 176, а вторая поверхность 174 включает вторую, наклоненную от вертикали поверхность 178, противоположную по вертикали первой поверхности 176 и проходящую под углом 5°. Применяемое в данном документе выражение «наклоненный от вертикали» указывает на то, что поверхность не является ни вертикальной, ни горизонтальной, а проходит относительно горизонтали под углом, отличным от 90°. Как известно из области AM технологий, по причинам, связанным с пригодностью к печати, угол наклона большинства наклоненных от вертикали поверхностей относительно горизонтали не превышает 45°. Соответственно, первая наклоненная от вертикали поверхность 176 может быть наклонена относительно горизонтали под углом, не превышающим 45°, и вторая наклоненная от вертикали поверхность может быть наклонена относительно горизонтали под углом, не превышающим 45°. Следует подчеркнуть, что в данном документе топливная форсунка 144 (смотри Фиг. 2) приведена исключительно в качестве иллюстрации и понятно, что идеи изобретения применимы к наклоненным от вертикали поверхностям и другим противоположным по вертикали поверхностям, одна или несколько из которых могут быть горизонтальными.[0027] Vertically opposed surfaces 172, 174 may extend horizontally or at an angle relative to the horizontal. In this example, the
[0028] Вертикально противоположные поверхности 172, 174 и наклоненные от вертикали поверхности 176, 178 могут иметь любую форму, например, плоскую, закругленную, неровную и т.д. Как изображено на разрезе распылительного участка 166, представленном в аксонометрии на Фиг. 3, по существу круглое устройство трубопровода имеет первую наклоненную от вертикали поверхность 176, включающую внутреннюю закругленную поверхность 180, и вторую наклоненную от вертикали поверхность 178, включающую наружную закругленную поверхность 182, которая вертикально противостоит указанной поверхности 180.[0028] The vertically opposite surfaces 172, 174 and the surfaces 176, 178 inclined from the vertical may have any shape, for example, flat, rounded, uneven, etc. As shown in sectional view of the spraying
[0029] Несмотря на то, что трубопроводы 146, 148, 150 на конце форсунки связаны с точкой 164 фиксации (смотри Фиг. 2) с целью сохранения соосности, преимущественно обеспечить их дополнительную опору. Для этого также используют разрушаемую поддерживающую структуру 200 согласно вариантам выполнения изобретения, которая изображена на Фиг. 2 - Фиг. 3. Разрушаемая структура 200 устойчива в течение AM процесса, например, DMLM, и может обеспечивать надежную поддержку поверхностей 172, 174. Как описано подробно далее, конфигурация структуры 200 обеспечивает возможность ее разрушения под воздействием термических напряжений, образуемых усилиями, индуцированными в результате возникновения градиента температуры в указанной структуре. Следует отметить, что устойчивость структуры 200 также может предполагать ее устойчивость в процессе дополнительной обработки (например, фрезерования внешних поддерживающих структур 168, 170 топливной форсунки 144, представленной на Фиг. 2) объекта 102 после выполнения AM процесса. Хотя на Фиг. 2 - Фиг. 3 структура 200 изображена в одном определенном местоположении, следует подчеркнуть, что данная структура может быть выполнена в любом месте топливной форсунки 144 или объекта 102, образованного в результате AM производства, считающемся преимущественным. Несмотря на то, что на Фиг. 2 - Фиг. 3 показано конкретное количество разрушаемых поддерживающих структур 200, можно использовать любое их количество. Каждая структура 200 может быть дополнительно включена в код 120 (или любой предыдущий или последующий формат кода) для объекта 102 в любом заданном местоположении и может быть напечатана вместе с указанным объектом. Структура 200 может быть расположена слева.[0029] Despite the fact that the
[0030] На Фиг. 4 изображен увеличенный вид в аксонометрии структуры 200, а на Фиг. 5 вид сбоку указанной структуры в аксонометрии. Согласно вариантам выполнения изобретения, разрушаемая поддерживающая структура 200 включает первое основание 202, соединенное с первой поверхностью 172 и проходящее навстречу второй поверхности 174. Структура 200 также включает второе основание 204, соединенное со второй поверхностью 174 и проходящее по направлению к первой поверхности 172. Перемычка 210 соединяет первое основание 202 со вторым основанием 204 и обеспечивает опору между поверхностями 172, 174. Например, на Фиг. 5 перемычка 210 проходит по существу вертикально между первым основанием 202 и вторым основанием 204. Как описано подробно далее, перемычка 210 включает основную часть 212 и образованную в указанной основной части ослабленную зону 214, которая обеспечивает разрушение данной перемычки под действием достаточного термического напряжения. Следует подчеркнуть, что на Фиг. 4 и Фиг. 5 изображен пример разрушаемой поддерживающей структуры 200. Структура 200 может имеет другие разнообразные формы, выбираемые на основании ряда факторов, таких как, но не исключительно: любое количество характеристик первой и второй поверхностей 172, 174, например, расстояние между ними, взаимные углы наклона, углы наклона каждой из них и т.д.; заданное количество необходимых поддерживающих структур; заданное местоположение разрушения ослабленной зоны 214; и/или заданное напряжение, необходимое для разрушения структуры 200.[0030] In FIG. 4 is an enlarged perspective view of a
[0031] Каждое основание 202, 204 может иметь любую форму, обеспечивающую опорную функцию или положение структуры 200, в котором необходимо обеспечить поддержку поверхностей в процессе аддитивного производства. Например, в представленных вариантах выполнения каждое основание имеет по существу треугольное поперечное сечение (за исключением участка, где от него отходит основная часть 212).[0031] Each
[0032] На Фиг. 6 изображен увеличенный вид спереди ослабленной зоны 214 структуры 200. Зона 214 может включать любой вид физической конструкции, способной обеспечивать разрушение основной части 212 под воздействием заданного усилия. В примере, изображенном на Фиг. 6, ослабленная зона 214 включает утоненную в поперечном сечении область 216 в основной части 212 (по сравнению с остальными областями указанной основной части). Ослабленная зона 214, образованная в основной части 212 перемычки 210, может обеспечивать разрушение в любом преимущественном местоположении вдоль длины разрушаемой поддерживающей структуры 200. В одном примере зона 214 может обеспечивать разрушение примерно в середине длины структуры 200. Ослабленная зона 214 может включать любое разнообразие форм, например, углы, закругления и т.д. Согласно вариантам выполнения изобретения, в отличие от обычных технологий конфигурация ослабленной зоны 214 обеспечивает разрушение за счет образования температурного градиента в структуре 200 после выполнения процесса аддитивного производства. А именно, разрушение структуры 200 происходит посредством термических напряжений в данной структуре, создаваемых в результате деформации под действием теплового расширения, вызванного температурным градиентом, образованным в указанной структуре.[0032] FIG. 6 is an enlarged front view of the weakened
[0033] На Фиг. 7 изображен вид в аксонометрии топливной форсунки 144, представленной на Фиг. 2, иллюстрирующий образование температурного градиента в разрушаемой поддерживающей структуре 200, представленной на Фиг. 4, согласно одному варианту выполнения изобретения. В примере, изображенном на Фиг. 7, разрушение структуры 200 может возникнуть, например, после завершения процесса аддитивного изготовления топливной форсунки 144, но до ее эксплуатации, в результате повышения температуры распылительного участка 166 (смотри Фиг. 2) внешнего трубопровода 146, например, до значений примерно 750°С-850°С, с использованием, к примеру, паяльной лампы, и/или (при необходимости) за счет уменьшения температуры во внутреннем среднем трубопроводе 148, например, посредством протекания охлаждающей среды, к примеру, воды, по указанному трубопроводу. То есть, в примере, изображенном на Фиг. 7, материал первой поверхности 172 (смотри Фиг. 3 расширяется вследствие повышения ее температуры, а материал второй поверхности 174 (смотри Фиг. 3 стягивается вследствие уменьшения температуры данной поверхности, что приводит к образованию вызванного нагревом сдвигающего усилия, оказываемого на разрушаемую поддерживающую структуру 200 (смотри Фиг. 6), передающего напряжение сдвига на перемычку 210. Напряжение сдвига на перемычке приводит к тому, что основная часть 212 разрушается примерно по ослабленной зоне 214. Следует понимать, что момент времени для выборочно разрушаемой структуры 200 не ограничен интервалом, начинающимся после завершения процесса аддитивного производства топливной форсунки 144 и заканчивающимся перед ее эксплуатацией, как описано для примера, изображенного на Фиг. 7. Например, топливная форсунка 144 может быть изготовлена в результате двух процессов аддитивного производства, к примеру, один из них выполняют для первой части 160, а другой для второй части 162, и структура 200 может быть разрушена, например, путем образования температурного градиента после завершения процесса аддитивного изготовления первой части 160 и до начала аддитивного изготовления второй части 162. Нужно подчеркнуть, что способ образования температурного градиента в разрушаемой поддерживающей структуре 200 не ограничен иллюстрацией Фиг. 7. В альтернативном варианте температурный градиент может быть получен, например, только в результате повышения температуры либо первой поверхности 172, либо второй поверхности 174; только в результате уменьшения температуры либо первой поверхности 172, либо второй поверхности 174; и т.д. Более того, механизм нагревания или охлаждения поверхностей не ограничен применением паяльной лампы или охлаждающей среды, как изображено на Фиг. 7. Механизм повышения температуры может включать, например, использование паяльной лампы, воздуха, воды и т.д. Механизм понижения температуры может включать, например, использование охлаждающих сред, таких как воздух, вода и т.д. Хотя в примере, изображенном на Фиг. 7, паяльную лампу применяют для внешнего трубопровода 146, а во внутренний средний трубопровод 148 подают охладитель, следует отметить, что место охлаждения и/или нагревания не ограничено первой поверхностью 172 и второй поверхностью 174. Кроме того, отметим, что температура, до которой первая поверхность 172 или вторая поверхность 174 либо нагревается, либо охлаждается, не ограничена значениями примера, изображенного на Фиг. 7. Поверхности 172, 174 или основания 202, 204 могут быть нагреты и/или охлаждены до любой температуры, которая обеспечивает температурный градиент, приводящий к разрушению поддерживающей структуры 200.[0033] FIG. 7 is a perspective view of a fuel injector 144 of FIG. 2, illustrating the formation of a temperature gradient in the
[0034] На Фиг. 8 в разрезе изображен распылительный участок 166 топливной форсунки 144, включающий ряд разрушаемых поддерживающих структур 200, иллюстрируя образование усилий, вызванных нагревом и посредством указанной структуры 200, выполненной согласно вариантам выполнения изобретения. Хотя на Фиг. 8, изображающей часть топливной форсунки 144, представлены сдвигающие усилия Fs, оказываемые на разрушаемую поддерживающую структуру 200, понятно, что вызванные нагревом усилия, действующие на данную структуру, не ограничены сдвигающим усилием. Например, ослабленная зона 214 может быть разрушена под действием растягивающего усилия Ft и/или сжимающего усилия Fc. Более того, следует отметить, что в дополнение к образованию термического градиента также можно использовать и другие механизмы приложения силы к разрушаемой поддерживающей структуре 200. Например, в дополнение к образованию термического градиента можно применить силы вибрации, приводящие к объединению растягивающих, сжимающих и сдвигающих усилий, вызывающих разрушение указанной структуры 200.[0034] FIG. 8 is a cross-sectional view of a
[0035] Способ изготовления объекта 102 согласно вариантам выполнения изобретения может включать образование объекта 102 вместе с описанной в данном документе разрушаемой поддерживающей структурой 200, используя технологию аддитивного производства (которая изображена на Фиг. 1). Как уже отмечено, первое основание 202 может быть соединено с первой поверхностью 172 объекта и проходит по направлению ко второй поверхности 174 объекта, которая противостоит в вертикальном направлении первой поверхности. Второе основание 204 может быть соединено со второй поверхностью 174 и проходит по направлению к первой поверхности 172. Более того первое основание 202 и второе основание 204 может соединять перемычка 210, включающая основную часть 212 и расположенную в указанной части ослабленную зону 214. Способ может включать сохранение целостности перемычки 210 в процессе формирования объекта 102 способом аддитивного изготовления, и разрушение перемычки 210 в результате приложения к разрушаемой поддерживающей структуре 200 усилий, вызванных нагревом, за счет образования температурного градиента в указанной структуре после завершения AM процесса формирования данного объекта. Например, способ может включать повышение температуры первого основания 202 и первой поверхности 172 путем нагревания внешнего трубопровода 146, и уменьшение температуры второго основания 204 и второй поверхности 174 путем охлаждения внутреннего пространства среднего внутреннего трубопровода 148. В альтернативном варианте способ может включать разрушение перемычки 210 в результате приложения к разрушаемой поддерживающей структуре 200 растягивающих и/или сжимающих усилий. Способ может включать разрушение структуры 200, например, в результате только нагревания любой поверхности 172, 174 или в результате только охлаждения любой из данных поверхностей. Структура 200 может дополнительно предусматривать воздействие на нее сжимающих и/или растягивающих усилий, например, образованных в результате вибрации объекта 102, при этом оказывая на данную структуру сдвигающее усилие, возникающее за счет образования в ней термического градиента. Способ может включать разрушение ослабленной зоны 214 примерно в середине длины структуры 200. Более того, способ может включать разрушение перемычки 210 под воздействием термических усилий, оказываемых после удаления из объекта 102 внешних поддерживающих структур 168, 170. Кроме того, способ может предусматривать нахождение структуры 200 внутри объекта 102 в процессе его эксплуатации.[0035] A method of manufacturing an
[0036] В приведенной ниже формуле изобретения соответствующие конструкции, материалы, действия и эквиваленты всех элементов «средство плюс функция» или «шаг плюс функция» включают любую конструкцию, материал или действие для выполнения функции в сочетании с другими элементами, заявленными в конкретных пунктах формулы изобретения. Описание изобретения приведено с иллюстративной и описательной целью, но не исчерпывается или не ограничено рамками. Специалистам будут очевидны многочисленные модификации и варианты, не выходящие за рамки объема и сущности изобретения. Выбранный и описанный вариант выполнения наилучшим образом поясняет основные принципы и практическое применение изобретения и дает возможность прочим специалистам сделать вывод о соответствии разнообразных модифицированных вариантов выполнения предполагаемой конкретной области применения.[0036] In the following claims, the corresponding constructions, materials, actions and equivalents of all elements of “means plus function” or “step plus function” include any structure, material or action to perform a function in combination with other elements claimed in the specific claims inventions. The description of the invention is given for illustrative and descriptive purposes, but is not limited or not limited to the scope. Numerous modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. The selected and described embodiment best describes the basic principles and practical application of the invention and enables other specialists to conclude that various modified versions of the proposed specific field of application correspond.
Claims (34)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150098A RU2723431C2 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Destructible support structure for additive production |
DE102017129835.5A DE102017129835A1 (en) | 2016-12-20 | 2017-12-13 | Breakable support for additive manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016150098A RU2723431C2 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Destructible support structure for additive production |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016150098A RU2016150098A (en) | 2018-06-20 |
RU2016150098A3 RU2016150098A3 (en) | 2020-02-27 |
RU2723431C2 true RU2723431C2 (en) | 2020-06-11 |
Family
ID=62251013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016150098A RU2723431C2 (en) | 2016-12-20 | 2016-12-20 | Destructible support structure for additive production |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017129835A1 (en) |
RU (1) | RU2723431C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113260816B (en) * | 2018-12-26 | 2024-07-12 | 3M创新有限公司 | Combustor and additive manufacturing method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5503785A (en) * | 1994-06-02 | 1996-04-02 | Stratasys, Inc. | Process of support removal for fused deposition modeling |
RU2302945C2 (en) * | 2002-12-20 | 2007-07-20 | Юниверсити Оф Саутерн Калифорния | Method and device for manufacturing a three-dimensional object (variants) |
CN105682899A (en) * | 2013-08-05 | 2016-06-15 | 瑞尼斯豪公司 | Additive manufacturing method and apparatus |
RU2602895C1 (en) * | 2012-12-13 | 2016-11-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Method for producing a structures body and device for producing thereof |
-
2016
- 2016-12-20 RU RU2016150098A patent/RU2723431C2/en active
-
2017
- 2017-12-13 DE DE102017129835.5A patent/DE102017129835A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5503785A (en) * | 1994-06-02 | 1996-04-02 | Stratasys, Inc. | Process of support removal for fused deposition modeling |
RU2302945C2 (en) * | 2002-12-20 | 2007-07-20 | Юниверсити Оф Саутерн Калифорния | Method and device for manufacturing a three-dimensional object (variants) |
RU2602895C1 (en) * | 2012-12-13 | 2016-11-20 | Кэнон Кабусики Кайся | Method for producing a structures body and device for producing thereof |
CN105682899A (en) * | 2013-08-05 | 2016-06-15 | 瑞尼斯豪公司 | Additive manufacturing method and apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016150098A3 (en) | 2020-02-27 |
DE102017129835A1 (en) | 2018-06-21 |
RU2016150098A (en) | 2018-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Salmi et al. | An integrated design methodology for components produced by laser powder bed fusion (L-PBF) process | |
Beaman et al. | Additive manufacturing review: early past to current practice | |
Razavykia et al. | An overview of additive manufacturing technologies—a review to technical synthesis in numerical study of selective laser melting | |
Cortina et al. | Latest developments in industrial hybrid machine tools that combine additive and subtractive operations | |
Vasinonta et al. | A process map for consistent build conditions in the solid freeform fabrication of thin-walled structures | |
Mayer et al. | Simulation and validation of residual deformations in additive manufacturing of metal parts | |
CN110087804B (en) | Method for additive manufacturing and thermal structure | |
Ranjan et al. | Integration of design for manufacturing methods with topology optimization in additive manufacturing | |
Chiumenti et al. | Numerical simulation and experimental calibration of additive manufacturing by blown powder technology. Part I: thermal analysis | |
Uriondo et al. | The present and future of additive manufacturing in the aerospace sector: A review of important aspects | |
US20180169756A1 (en) | Self-breaking support for additive manufacturing | |
US20190086154A1 (en) | Additive manufacturing constructs and processes for their manufacture | |
Zaeh et al. | Investigations on residual stresses and deformations in selective laser melting | |
US10731565B2 (en) | Additive manufactured object with self-breaking support with fluid passage | |
Gao et al. | The effect of deposition patterns on the deformation of substrates during direct laser fabrication | |
CN109414922B (en) | Method for additive manufacturing and thin-walled reinforcement structure | |
Chin et al. | Successive deposition of metals in solid freeform fabrication processes, Part 1: thermomechanical models of layers and droplet columns | |
Mici et al. | Optomechanical performance of 3D-printed mirrors with embedded cooling channels and substructures | |
Campanelli et al. | Analysis of the molten/solidified zone in selective laser melted parts | |
Birnbaum et al. | Process scaling and transient melt pool size control in laser-based additive manufacturing processes | |
Samantaray et al. | Modeling of thermal and solidification behavior during laser additive manufacturing of AlSi10Mg alloy powders and its experimental validation | |
Papadakis et al. | Experimental and computational appraisal of the shape accuracy of a thin-walled virole aero-engine casing manufactured by means of laser metal deposition | |
Ramesh Sagar et al. | A Robust Design Perspective on Factors Influencing Geometric Quality in Metal Additive Manufacturing | |
RU2723431C2 (en) | Destructible support structure for additive production | |
Arif et al. | Laser cutting of thick sheet metals: Residual stress analysis |