用于在接合之前使用多种锚固材料来进行表面覆盖的叠加制造系统和方法_4

文档序号:9768604阅读:来源:国知局
二工件16的第二末端74增加,接合处60中的第一锚固材料26的百分比减少,并且第二锚固材料28(例如,第二工件16)的百分比增加。在一些实施例中,接合处60中的第一锚固材料26的百分比与距第一末端70的距离84成反比关系,并且接合处60中的第二锚固材料28的百分比与距第一末端70的距离84成正比关系。在一些实施例中,第二末端74处的接合处60的材料与第二工件16的材料大体上相同。接合处60中的锚固材料22相对于距第一末端70的距离84的关系可以包括但不限于线性、指数、对数或者其任何组合。在一些实施例中,接合处60中的第一锚固材料26的百分比可以与接合处60的中间部分88处的第二锚固材料28的百分比近似相等。然而,接合处60的其他实施例在整个接合处60内可以具有第一锚固材料26与第二锚固材料28的不同相对百分比。在一些实施例中,接合处60中的第三锚固材料29的百分比在接近第一工件14处可以大于接近第二工件16处。例如,第三锚固材料29可以影响具有大部分第一锚固材料26的层62中的第一锚固材料26和第二锚固材料28的黏合或其他性质。在一些实施例中,第三锚固材料29相对于第二锚固材料28而言与第一锚固材料26更相容。如可以了解,叠加制造系统10可以形成具有锚固材料22的各种不同成分的第一工件14与第二工件16之间的接合处60的每个层62。
[0043]虽然图5示出第一工件14的第一末端70与第二工件16的第二末端74之间的接合处60的成分的相对缓慢变化,但是接合处60的一些实施例可以包括成分的阶梯过渡。用于接合处60的过渡可以至少部分地基于所得材料性质(例如,强度、热膨胀)和/或经济因素(例如,材料成本、制造时间、制造成本)来选择。例如,与第一末端70相邻的层可以主要是第一材料26,与第二末端74相邻的层可以主要是第二材料28,并且第一末端与第二末端74之间的一个或多个层可以主要是第三材料29。
[0044]图6示出第一工件14与第二工件16之间的接合处100的实施例。在一些实施例中,作为以上参照图2所描述的层62的替代或添加,叠加制造系统10可以形成具有区域102的接合处100,该区域具有锚固材料22的不同成分。叠加制造系统10可以确定每个区域102的成分和几何形状以给接合处100提供一组期望的性质。例如,变化的横截面几何形状的非线性区域102与具有多个线性层62的接合处60相比而言可以更耐接合处100上的剪切应力。
[0045]在一些实施例中,如果工件14、16具有不同的电位,则将第一工件14连接到第二工件16可能增加腐蚀电位。叠加制造系统10可以沉积锚固材料22以提供电防腐,由此减少第一工件14和/或第二工件16的腐蚀。例如,叠加制造系统10可以在接合处100中形成牺牲阳极104。在一些实施例中,牺牲阳极104可以是第一锚固材料26、第二锚固材料28或者第三锚固材料29。牺牲阳极104的锚固材料可以是与接合处100的剩余部分不同的锚固材料。如可以了解,形成在接合处100中的牺牲阳极104可以对第一工件14和/或第二工件16和/或接合处100的结构负载支承部分提供腐蚀保护。
[0046]图7示出第一工件14与第二工件16之间的接合处105(例如,搭接处)中的部件12的实施例。第一工件14可以具有第一凹槽106,并且第二工件16的第二凹槽107(例如,孔)可以定位在第一凹槽106附近。第一凹槽106和第二凹槽107可以具有相同形状或者可以不具有相同形状。例如,第一凹槽106可以是第一材料14的顶表面108中的通道,并且第二凹槽107可以是穿过第二材料16的孔。在一些实施例中,第一工件14可以不具有第一凹槽106,并且仅第二材料16具有第二凹槽107。叠加制造系统10可以通过将微沉积21分层以便在由箭头109所示的方向上穿过第二材料16构建(例如,印刷)一种或多种锚固材料22来形成部件12(例如,印刷紧固件)。在一些实施例中,部件12具有类似于图4的接合处60的分层结构,或者部件12具有类似于图6的接合处100的非线性结构。此外,部件12可以由一种锚固材料22形成(例如,印刷),诸如与第一工件14的材料(例如,铝合金)相同或者与其相容的锚固材料(例如,招)。
[0047]图8示出第一工件14与第二工件16之间的部件12的实施例的横截面图。在一些实施例中,部件12可以是第一工件14与第二工件16之间的搭接处105、T型接合处、对接接合处、角接合处或者边缘接合处。在一些实施例中,部件12是联接(例如,融合)到第二工件16的第二凹槽107(例如,槽、孔)内的第一工件14的插头。叠加制造系统10可以通过在第一工件14上和第二工件16的第二凹槽107内将微沉积21分层来形成部件12,其中用于部件12的锚固材料22大体上是第一工件14的材料和/或与第一工件14“友好”的锚固材料。例如,叠加制造系统10可以在铝第一工件14上和钢第二工件16的第二凹槽107内叠加地形成(例如,构建、印刷)铝部件12。部件12可以通过叠加制造工具18与第一工件14整体地形成(例如,焊接、融合或熔融),但是不与第二工件16焊接、融合或熔融。部件12可以被构建(例如,印刷、叠加地制造)到第一工件14以形成与第二工件16交界的配合几何形状。也就是说,部件12可以仅与第二工件16的第二凹槽107的至少一部分交界,而非与第二凹槽107的一部分融合。部件12的叠加材料22可以不渗透第二工件16的表面。以此方式,部件12可以在不会熔融第二凹槽107的第二工件16的情况下将第一工件14接合到第二工件16,由此减少用来将第一工件14接合到第二工件16的能量。因此,部件12可以如由箭头113所示横跨接合处105抵抗第一工件14与第二工件16之间的剪切力。在一些实施例中,叠加制造系统10可以在部件12上形成保持第一工件14与第二工件16之间的交界的凸缘111。凸缘111可以是抵抗第一工件14与第二工件16之间的分开力(例如,箭头115)的盖。
[0048]在一些实施例中,叠加制造工具18可以形成(例如,构建、印刷)部件以在涂层部件之间形成接合处。例如,第二工件16(例如,钢)的接合处部分(例如,末端部分)可以被涂布、钎焊和/或包覆第一工件14(例如,铝)。在一些实施例中,叠加制造工具18可以在第二工件16上叠加地形成第一工件14的涂层。叠加制造工具18可以通过将叠加锚固材料22整体地形成(例如,印刷、焊接、熔融、融合)到第一工件14的涂层来构建部件12。在一些实施例中,叠加制造工具18将部件12与第一工件14的涂层并且与和涂层相同的材料的另一个部件整体地形成。例如,叠加制造工具18可以用来在涂有铝的钢工件上形成铝锚,其中铝锚与铝部件融合。在一些实施例中,叠加制造工具18将部件与工件(例如,第一工件14)的涂层整体地形成,其中印刷部件12与和涂层不同的材料的另一个工件(例如,第二工件16)交界(例如,配合),如图8中的部件12。例如,叠加制造工具18可以用来在涂有铝的钢部件上形成铝部件(例如,紧固件),其中铝部件与钢部件的凹槽(例如,孔)交界。如可以了解,铝与钢相比而言在较低温度下熔融。因此,在涂有铝的钢上形成铝部件使得能够在涂有铝的钢部件与另一个部件(例如,钢、铝等)之间形成接合处,而不会熔融接合处的钢。将部件12与涂层整体地形成可以减少用来接合不同材料的能量。
[0049]图9示出用于叠加制造系统10形成部件12的方法110的实施例,其中部件12是第一工件14与第二工件16之间的接合处(例如,锚)。工件14、16首先被装配(方框112)以用于接合处。操作者可以将部件信息输入(方框114)到叠加制造系统10中,诸如通过操作者界面52 ο例如,操作者可以输入第一工件14的材料、第二工件16的材料、可用锚固材料22、接合处的类型(例如,对接、搭接、T型、边缘、角)以及接合处几何形状中的一个或多个。控制器30至少部分地基于所提供的部件信息来加载(方框116)用于部件12(例如,接合处)的指令。在一些实施例中,指令可以是由离线编程工具产生的机器人指令。所述指令可以至少部分地基于由CAD工具产生的部件12的3D模型。控制器30可以使用机器人系统56来形成部件12。
[0050]控制器30控制每个液滴20的形成和施加以通过微沉积21形成工件14与16之间的部件(例如,接合处)O在沉积每个液滴20之前,控制器30确定(方框118)作为微沉积21的液滴20的沉积位置。沉积位置可以直接在工件上和/或在先前的微沉积21上。控制器30选择(方框120)用来形成液滴20的一种或多种锚固材料22。如以上描述,可以至少部分地基于加载的指令将一种或多种锚固材料22提供给叠加制造工具18作为线材或粉末形式的一个或多个电极32。在一些实施例中,叠加制造工具18可以将多种锚固材料22混合(例如,熔融、烧结、压紧)成混合电极32或混合粉末,所述混合电极32或混合粉末被形成为液滴20。在一些实施例中,叠加制造工具18可以具有不同锚固材料22的多个电极32。控制器30至少部分地基于加载的指令来选择(方框120)哪个电极32形成液滴20。控制器30可以引导叠加制造工具18加热电极32以形成液滴20,并且控制(方框122)有待施加以形成部件12的液滴20的加热。控制器30通过控制供应到用于电弧的电极32的功率输出来控制液滴20的加热。在一些实施例中,控制器30控制电极32的预加热,诸如通过叠加制造工
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