本申请要求于2016年12月1日提交的美国专利申请no.15/366,871的优先权并且还要求于2015年12月23日提交的美国临时申请no.62/387,119的权益。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。
本公开涉及用于通过具有预定刚度和挠曲特性的增材制造产生的压缩机的改进的高强度轻质部件。
背景技术：
该部分提供了涉及本公开内容的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。
可以在加热系统及冷却系统和/或其他工作流体循环系统中使用压缩机以压缩工作流体(例如，制冷剂)并使其循环通过具有热交换器和膨胀装置的回路。压缩机的高效和可靠的运行有利于确保安装该压缩机的系统能够有效地且高效地提供冷却和/或加热效果。待被结合到压缩机(例如，涡旋式压缩机)中的部件的重量减轻对于改进压缩机和制冷系统效率而言是重要的，尤其是在移动应用中。然而，许多轻质材料——这些轻质材料是形成压缩机部件的潜在选择物——当在压缩机操作期间暴露于苛刻的温度和压力条件下时不能表现出足够的强度以及期望的材料特性(刚度或挠曲)和/或长期耐久性。此外，某些高强度材料还具有相应的高刚度，当在压缩机操作期间施加力或载荷时，这会导致过度磨损。期望的是具有高强度轻质的压缩机部件——这样的压缩机部件有利地在压缩机操作期间控制压缩机内的刚度和挠曲——以改善压缩机性能和效率，同时降低制造工艺的复杂性。
技术实现要素：
该部分提供了本公开内容的总体概述，而非旨在被解释为对其全部范围或其所有特征的全面公开。
在各个方面中，本公开提供了轻质高强度压缩机部件，其在所形成的压缩机部件内具有受控的刚度和/或挠曲水平。在某些变型中，待被结合到压缩机中的轻质高强度压缩机部件包括本体部分，本体部分具有包括晶格结构的至少一个内部区域。晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在晶格结构之上的表面。在某些方面中，压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220mpa)的拉伸强度。
在其他变型中，本公开提供了一种轻质高强度压缩机部件，其包括本体部分，本体部分具有包括晶格结构的至少一个内部区域。晶格结构包括通过增材制造形成的多个晶胞和布置在晶格结构之上的表面。本体部分包括具有第一刚度的第一区域和具有与第一刚度不同的第二刚度的第二区域。在某些方面中，第一区域还可以具有第一挠曲水平，并且第二区域具有与第一挠曲水平不同的第二挠曲水平。
在另外的其他变型中，本公开提供了一种制造轻质高强度压缩机部件的方法，该方法包括将能量以预定的型式施加至粉末前体以通过增材制造工艺产生熔融的实心结构。熔融的实心结构限定了具有晶格结构的压缩机部件。晶格结构包括形成在内部区域中的多个晶胞。压缩机部件具有大于或等于约32,000psi(约220mpa)的拉伸强度。
本概述中的描述和具体示例仅用于说明的目的且并非旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于所选定的一些实施方式的说明性目的并且不是所有可能的实现方案，而且并非旨在限制本公开内容的范围。
图1示出了根据本公开的某些原理的通过增材制造形成的示例性晶格结构的截面图。
图2a至图2k示出了根据本公开的某些原理的用于结合到通过增材制造形成的晶格结构中的代表性的不同结点的立体图。
图3a至图3h示出了根据本公开的某些变型的用于结合到高强度轻质压缩机部件中的示例性的不同的晶格结构的侧视图。
图4a至图4d示出了晶格结构的单元晶胞内的变化的密度，其中，晶格结构用于结合到高强度轻质压缩机部件中以形成具有更高增强水平和强度水平的区域。图4a是晶体结构的侧视图，而图4b至图4d是截面俯视图和侧视图。
图5示出了根据本公开的某些原理的通过增材制造形成的另一示例性晶格结构的截面图，其中，单元晶胞的大小在晶格结构内变化并且因此晶胞密度在晶格结构内变化。
图6是贯穿具有传统设计的涡旋式压缩机的中央的截面图。
图7是由通过传统制造技术制成的实心结构形成的下轴承座组件的截面图。
图8a至图8b示出了用于对用于不同的重量减少的挠曲水平进行测试的悬臂梁。图8a示出了用于测试的三个悬臂梁，所述三个悬臂梁包括实心梁、具有中空中央部的梁和具有双腔中空中央部的梁。图8b示出了悬臂梁的挠曲测试的示意图。
图9示出了某些选定的代表性的涡旋式压缩机部件的挠曲与刚度的示例性图表以演示挠曲与刚度需求的关系。
图10示出了代表性的方形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。
图11示出了代表性的圆环形或圆形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。
图12示出了具有不同横截面尺寸的各种矩形的长形梁形状的挠曲与重量的代表性计算。
图13是根据本公开的某些方面形成的高强度轻质下轴承座组件，其包括一个或更多个内部晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制。
图14a至图14b示出了根据本公开的某些方面的具有示例性的晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制的高强度轻质主轴承座的侧视图。图14a示出了主轴承座的侧视截面图。图14b是根据本公开制备的示例性晶格结构的详细截面图。
图15是由通过传统制造技术制成的实心结构形成的曲轴的截面图。
图16是根据本公开的某些方面形成的高强度轻质下轴承座组件，其包括一个或更多个内部晶格结构以提供对刚度和挠曲水平的局部控制。
图17示出了传统的涡旋式压缩机的压缩机构，该压缩机构包括动涡旋构件和定涡旋构件，其中，定涡旋构件因压缩机构中的高凹穴压力而经历显著的扭曲和弯曲。
图18示出了传统的涡旋式压缩机的压缩机构，该压缩机构包括动涡旋构件和定涡旋构件，其中，定涡旋构件因高侧压力设计而经历显著的扭曲和弯曲。
图19a至图19b示出了根据本公开制造的高强度轻质动涡旋式压缩机部件的替代变型的侧视图，其提供了对刚度和挠曲水平的控制。在图19a中，在增材制造之后，多个松散的残留颗粒保留在晶格结构的空隙区域中。在图19b中，移除孔布置在动涡旋部件的表面中，使得在增材制造之后，晶格中的空隙区域在通过移除孔移除松散的残留颗粒之后是空的。
图20a至图20b示出了根据本公开制造的高强度轻质定涡旋式压缩机部件的替代变型的侧视图，其提供了对刚度和挠曲水平的控制。在图20a中，在增材制造之后，多个松散的残留颗粒保留在晶格结构的空隙区域中。在图20b中，移除孔布置在定涡旋部件的表面中，使得在增材制造之后，晶格中的空隙区域在通过移除孔移除松散的残留颗粒之后是空的。
贯穿附图的若干视图，对应的附图标记表示对应的部件。
具体实施方式
提供了示例性实施方式，使得本公开内容将是完整的，并且本公开内容完全地将范围传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，比如具体组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施方案的全面理解。对于本领域的技术人员而言将明显的是，不需要采用具体细节，可以以许多不同的形式来实现那些示例实施方式，并且这些都不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，对公知的方法、公知的装置结构和公知的技术不再进行详细描述。
本文中所使用的术语仅用于描述特定的示例性实施方式并且并非意在为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一种”和“该”也可以意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包容性的，并且因此指定所述特征、元件、组合物、步骤、整体、操作和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组。尽管开放式术语“包括”应当被理解为用于描述和要求本文中所述的各种实施方式的非限制性术语，但在某些方面，该术语可以替代地被理解为更具有限制性和限定性的术语，比如“由……组成”或“基本上由……组成”。因此，对于叙述组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方式而言，本公开还具体包括由所述组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成的实施方式或基本上所述组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤组成的实施方式。在“由……组成”的情况下，替代实施方式不包括任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤，而在“基本上由……组成”的情况下，实质影响基本特性和新特性的任何附加的组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤不包括在这样的实施方式中，但是不实质影响基本特性和新特性的任何组合物、材料、部件、元件、特征、整体、操作和/或工艺步骤可以包括在该实施方式中。
在此描述的任何方法步骤、工艺和操作不应当被解释为必须需要其以所描述或示出的特定顺序执行，除非具体说明为执行顺序。还应当理解的是，除非另有说明，否则可以采用附加的或替代的步骤。
当部件、元件或层被称为“在”另一元件或层“上”、“接合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，部件、元件或层可以直接在另一部件、元件或层上，接合、连接或联接至另一部件、元件或层，或者可能存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一个元件或层时，可以不存在中间元件或层。应当以相同的方式来解释用以描述元件之间关系的其他用词(例如，“在...之间”与“直接在...之间”、“相邻”与“直接相邻”等等)。如在本文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的列举项目中的一个或更多个项目的任意组合和所有组合。
虽然术语第一、第二、第三等在本文中可以被用于描述不同步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅被用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一步骤、元件、部件、区域、层或部分区分开来。除非上下文明确表明，否则例如“第一”“第二”和其他数字术语之类的术语在本文中使用时并不意味着顺序或次序。因此，下面讨论的第一步骤、第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二步骤、第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分而不脱离示例性实施方式的教导。
为了易于描述，空间或时间上的相对术语，例如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“之下”、“以下”、“下”、“之上”、“上”等在本文中可以被用于描述如图所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图中所示的取向之外，空间或时间上的相对术语可以旨在涵盖装置或系统在使用或操作时的不同取向。
贯穿本公开，数值表示近似度量或范围极限以涵盖给定值的微小偏差，并且实施方式具有所提及的大约值且具有所提及的精确值。除了在具体描述结尾处提供的工作示例例之外，本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如，数量或条件)的所有数值都应当被理解为在所有情况下被术语“约”修饰，无论该数值之前是否实际出现“约”。“约”表示所述的数值允许存一些少量的不精确(一定程度上近似于该值的精确值；大约或合理地接近该值；近似)。如果由“约”提供的不精确性不以其在本领域中的普通含义来理解，则本文所使用的“约”表示至少可通过测量和使用这些参数的普通方法产生的变化。
此外，范围的公开内容包括在包括给定范围的端点和子范围的整个范围内的所有值和进一步分割的范围的公开内容。
在各个方面中，本公开涉及包含相对高强度轻质部件的压缩机，高强度轻质部件具有限定晶格结构或微孔材料的本体部分或内部区域。除了表现出改进的或增加的强度重量比之外，根据本公开的某些方面形成的压缩机部件还提供了对给定部件内的预定刚度水平和/或预定挠曲水平进行控制和定制的能力。以这种方式，本公开的高强度轻质压缩机部件通过控制所期望的刚度或挠曲水平来改善压缩机操作效率和耐久性。此外，刚度或挠曲水平可以在部件本身内变化(例如，对刚度和/或挠曲的局部控制)以优化压缩机性能和耐用性。
在各个方面中，本公开提供了一种用于压缩机的部件，该部件包括限定晶格结构或微孔材料的至少一个区域。在某些方面中，该区域可以是部件的结构本体部分的内部区域或芯部区域。内部区域或芯部区域是具有形成在晶格结构上的连续表面的区域，其中，晶格结构将暴露于外部环境。用于压缩机的部件可以是整体形成的单件或整体结构，例如整体式结构。通常，晶格结构包括形成重复结构的多个晶胞单元。作为非限制性示例，在图1中示出了包括限定晶格的实心结构的二维晶格代表性的晶格结构100。晶格结构100中的实心结构可以包括至少一个结点110和附接至结点110的至少两个连接分支或桥接结构120。通常，连接桥接结构120在两个结点之间延伸。因此，形成了具有结点110和桥接结构120的晶胞单元(由轮廓“a”标记)。虽然未在图1中的示例性晶格结构100中示出，但是单元晶胞可以具有多个结点以及多个连接分支或桥接结构。晶胞单元在晶格结构内有规律地重复。
晶格结构100可以包括多个结点130，所述多个结点130可以通过一个或更多个连接分支/桥接结构132在单元晶胞内彼此互连。这种结点130和连接结构132优选地由比如金属的固体材料形成。结点130可以是实心结构或可以具有中空的芯部或内部。在某些其他变型中，在晶格内的结点或其他结构是中空的情况下，晶格内的结点或其他结构可以填充有比如粉末的材料。该材料还可以包括工程聚合物、包括弹性体的聚合物、具有增强材料、基质和/或陶瓷的聚合物复合材料。在其他变型中，中空结点或其他结构还可以填充其他材料，比如气体或液体，包括制冷剂、油、空气等，或者在中空空隙区域中可以存在负压或真空条件。
晶格结构100的开放晶格设计由结点130和连接结构132限定，并且产生了其中不存在实心结构的一个或更多个开口或空隙区域128。值得注意的是，一个或更多个空隙区域128可以占据单元晶胞的连续的实质体积，并且因此可与具有微小孔或纳米孔的多孔材料区分开，但通常形成实心多孔结构。值得注意的是，晶格中的实心结构可以是多孔材料，但是多孔区域可以与较大的宏观空隙区域区分开。在某些方面中，连接结构可以相对较小或完全省略(例如，其中，多个结点彼此直接接触，但仍然限定规则的重复单元晶胞)。
在某些方面中，相应的晶胞单元可以连接至一个或更多个相邻的晶胞单元以限定相互连接的晶格结构。因此，连接结构可以从晶胞单元内的第一结点延伸至相邻晶胞单元中的第二结点。例如，在晶格结构100中，晶胞单元a中的结点110可以连接至相邻的晶胞单元中的四个不同结点130。因此，晶胞单元a中的结点110经由第一桥接件136连接至相邻的晶胞单元b中的第一相邻的结点134。结点110经由第二桥接件140连接到相邻的晶胞单元c中的第二相邻的结点138。相邻的晶胞单元d中的第三相邻的结点142经由第三桥接件144连接至结点110。最后，相邻的晶胞单元e中的第四相邻的结点146通过第四桥接件148连接至结点110。值得注意的是，示例性的晶格结构100仅以二维的方式示出；然而，结点和连接结构也可以以三维的方式在单元晶胞与层之间延伸。
作为非限制性示例，在某些变型中，单元晶胞可以具有大于或等于约0.1mm至小于或等于约10mm的最大尺寸，并且因此被称为“中间结构”或非发泡材料，具有通常在微观尺度与宏观尺度之间的尺度。晶格结构的每个单元晶胞中的结点和连接结构的数量、位置、大小和形状可以变化，但是优选形成了产生微孔材料的重复结构。
图2a至图2k示出了多个不同的非限制性结点形状。在图2a中，结点200a是球体。在图2b中，结点200b是具有球壳体210和中空内部212的中空球体。在图2c中，结点200c是具有以规则间隔绕球形表面216布置的平坦部分214的球体。值得注意的是，平坦部分214的数量和它们之间的间隔可以与所示出的平坦部分214的数量和它们之间的间隔不同。还应当注意的是，该结点可以与结点200b类似而是中空的。在图2d中，结点200d是具有以规则间隔绕球形表面220布置的多个柱218的球体。还应当注意的是，该结点可以与结点200b类似而是中空的。在图2e中，结点200e是具有形成在结点220e的本体224内的多个小孔222(例如，大孔或微小孔)的多孔球体。在图2f中，结点200f具有双锥形状。在图2g中，结点200g具有星形球形形状，其包括中央球形部分226，中央球形部分226具有从中央球形部分226延伸的多个辐射状臂228。在图2h中，结点200h是具有在中央区域232处彼此连接的多个辐射状臂230的星形物。在图2k中，结点200k具有立方体形状并且是具有形成在结点200k的本体236内的多个小孔234(例如，大孔或微小孔)的多孔物。在图2i中，结点200i具有示出为带有斜边边缘238的立方体形状。在图2j中，结点200j具有双金字塔形或双菱形形状。应当注意的是，可以使用各种其他类似形状作为结点，例如，球体仅代表任何圆形形状、包括椭圆形或椭圆状，并且立方体可以是任何矩形形状。同样可以设想的是三维多边形或多面体(例如，六边形多边形棱柱/蜂巢状物)和其他更复杂的结点形状。
在某些变型中，轻质高强度压缩机具有带有晶胞的晶格结构，该晶胞包括具有选自下述项组成的组中的形状的结点：球体(例如，中空球体或实心球体)、包括一个或更多个平坦的表面区域的修改的球体、包括柱的球体、圆锥体、双锥体、角锥体、菱形、星形、立方体、多面体、不规则的不对称球形形状(例如，像变形虫(amoeba)一样的不规则的非线性形状/球形)及其组合。在其他变型中，结点选自下述项组成的组：实心球体、多孔球体、中空球体、包括填充有多个颗粒的芯部的中空球体以及其组合。在其他变型中，结点可以具有不对称的形状并且不需要具有直线形或对称性。例如，具有弯曲外周长(例如，变形虫形状)的不规则/球状(非线性)形状的结点可以被用作整个晶格的重复单元。
如本领域的技术人员通常所理解的，晶格芯部结构的设计(例如，结点形状、桥接件/臂设计、长度以及结点与桥接件之间的角度)可以根据应用而变化。具体而言，机械应力的方向性是重要的考虑因素。例如，如果应力或载荷主要在垂直于部件的方向上传送，则对于减小部件的平面中的机械应力或载荷传递而言最佳的一个晶格结构可能需要不同的结构。所施加的机械应力的方向、分布和量将决定最佳的晶格结构的类型。强度(例如，对扭转、拉伸、弯曲等的抵抗)将通常取决于晶格相对于应力方向的取向。也就是说，在某些情况下希望对晶格结构进行定向，使得在挠曲期间晶格受到压缩应力，这将使部件的强度最大。在其他情况下，倒转可能是目标，由此期望的是更大程度的挠曲(并且因此期望更小的部件强度)。
图3a至图3h示出了可以根据本公开的某些变型被采用的示例性的不同的晶格结构。值得注意的是，相应的晶格结构表示每个相应的单元晶胞内的一起限定晶格结构的不同的结点和不同的连接结构。例如，图3a表示可以在所有方向上提供高刚度的晶格结构。图3b和图3g是提供了与球形结构相关的益处的基于球形的晶格。图3c是可以提供冲击吸收而不损失横向稳定性的晶格结构。图3e和图3f是可以被用于多方向加载的晶格结构。图3d和图3h是可以提供结构刚度以及某些期望的缓冲效果的相对简单的晶格结构。这些晶格结构也可提供热优势。此外，虽然未示出，但是晶格结构可以被实心表面或连续的外皮封围。应当注意的是，实心表面或连续表皮也可以形成在形成于晶格结构内部的内部通路或流动结构上。
图4a至图4d示出了单元晶胞的密度可以贯穿晶格结构改变，以产生具有较大的增强水平的区域，该区域对应于与强度稍低的较低密度的区域相比的较高密度。在压缩机部件中，控制晶胞密度并且因此控制某些区域中的强度的能力是特别有利的，因为部件的某些选定区域在压缩机的操作期间可能经受高水平的力和应力。经设计的微孔材料提供了仅将固体材料定位在机械地需要固体材料以用于特定应用的位置处的能力。
在图4a至图4d中，示出了示例性的晶格结构240，其具有由具有柱254的球体252形成的多个结点250(类似于图2g中所示出的结点)。晶格结构240包括在结点250之间延伸的多个连接桥接件256。图4b是图4a中的结构沿标记为“b”的箭头方向的俯视图，图4c是从立方体的后方沿标记为“c”的方向面向前方观察的视图，而图4d是从侧面沿标记为“d”的箭头方向观察的视图。如在晶格结构240的第一区域260中可以看到的是，晶胞具有第一密度(在每个单元晶胞内具有实心结构与空隙区域的第一比)。晶格结构240的第二区域270具有第二密度(在每个单元晶胞内具有实心结构与空隙区域的第二比)。第一比小于第二比，这意味着第二区域270中的实心结构所占据的体积大于第一区域260中的实心结构所占据的体积。以这种方式，可以认为晶格结构240内的第二区域270具有比第一区域260的密度高的密度。
应当注意的是，在其他变型中，取决于应用，与其他区域中的单元晶胞的大小相比，单元晶胞的大小可以被选定成在第一区域中更小以用于预定体积的晶格结构，使得可以认为，对于预定体积而言，第一区域具有更高密度的晶胞。大致在图5中示出了这种概念，其中，晶格结构300具有第一单元晶胞a，第一单元晶胞a的第一结点302经由连接结构306连接至其他相邻的单元晶胞中的其他不同的结点304。第一单元晶胞a具有第一尺寸或长度“d1”。第二单元晶胞b具有经由连接结构310连接至相邻的晶胞中的其他不同的结点304的第二结点308。第二单元晶胞b具有第二尺寸或长度“d2”。第一单元晶胞a中的连接结构306通常比第二单元晶胞b中的连接结构310长。值得注意的是，示例性的晶格结构300仅以二维的方式示出；然而，结点与连接结构也可以以三维的方式在单元晶胞与层之间延伸。因此，每个晶胞的距离“d1”和“d2”可以在晶格结构内(以三维的方式)变化，以在晶格结构的不同区域中产生具有不同密度的晶胞。因此，增加晶胞内的实心与空隙的比是增加晶格结构中的密度的一种变型，而减小每单元体积的晶胞的大小并因此增加预定体积的晶格中实心与空隙的比是增加晶胞密度的另一种变型。
具有这种晶格结构的压缩机部件可以通过增材制造技术而形成。实际上，增材制造特别适合于形成具有复杂的几何形状的压缩机部件。具有通过增材制造形成的晶格结构区域的压缩机部件可以具有高度复杂和自由形状。与传统的成形工艺——比如机械加工或金属成型——相比，增材制造的某些优点是所形成的形状和通道可以是适形的且非常复杂(例如，弯曲的、曲折的)，并且强度、重量、刚度和挠曲水平可以在单个部件的不同的选定区域内变化。此外，端口、通路和通道特征可以被结合到由增材制造形成的包括晶格结构的复杂的形状中。
数字三维建模系统可以被用于首先形成压缩机部件结构的数字模型，包括在一个或更多个预选区域中的期望的晶格设计。然后，可以通过直接制造或增材制造而从数字模型形成物理结构。直接制造通常是指使用三维计算机数据直接形成零部件或组件的比例模型。
因此，可以使用直接制造技术或增材制造技术来形成具有带有晶格结构的一个或更多个区域的复杂的金属(或聚合物)结构。增材制造技术包括直接金属增材制造工艺，如粉末床熔融方法，其通过使用被引导在金属粉床上的激光束或电子束来制造复杂的金属微孔结构。激光束或电子束由三维数字模型提供的信息导引，以选择性地烧结金属并产生三维实心结构。粉末床熔融工艺包括激光烧结、激光熔化、直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光烧结(sls)、选择性激光熔化(slm)、选择性热烧结(shs)、电子束熔化(ebm)和lasercusingtm激光熔化工艺。作为非限制性示例，可以被用于此类工艺的其他直接制造技术包括混合直接能量沉积(研磨和激光金属沉积的组合)、粘结剂喷射(其中，选择性地沉积液体粘合剂以将粉末材料结合到床中)、光固化(sla)、层压物体制造(lom)或片层压、定向能量沉积、超声波增材制造(uam)、熔融沉积建模(fdm)和掩模固化法(sgc)。
在某些方面中，本公开涵盖了用于制造轻质高强度压缩机部件的方法。这种方法可包括将能量以预定的型式施加至粉末前体，以通过增材制造工艺产生熔融的实心结构。粉末前体可以是床中的多个金属颗粒。在某些变型中，如下面进一步讨论的，粉末前体包括铁合金颗粒或铝合金颗粒。能量的施加的预定型式可以在某些区域上重复并构建三维实心熔融的结构。熔融的实心结构可以是具有形成于内部区域中的晶格结构的压缩机部件。向粉末前体施加能量可以产生烧结的多孔材料。在某些方面中，增材制造工艺选自下述项组成的组：直接金属增材制造、直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光烧结(sls)、选择性激光熔化(slm)、电子束熔化(ebm)、光固化(sla)、层压物体制造(lom)、熔融沉积建模(fdm)、掩模固化法(sgc)及其组合。
在各个方面中，通过增材制造工艺制造的一个或更多个部件由金属材料形成并包括金属材料。用于增材制造的合适材料包括可用作粉末金属的材料。粉末金属前体可以是预合金粉末。作为非限制性示例，合适的金属包括铁或铝，并且可以包括像灰铸铁之类的铁合金、不锈钢、铜合金、工具钢、低合金钢、钛合金、金属基复合材料、铝或铝合金。这样的金属形成具有下述机械性能的结构：这样的机械性能能够承受应力、扭矩和高压条件以便在压缩机中长期使用。粉末金属材料的一些合适的示例为：17-4(gp1)、17-4ph、316l、440c和15-5(ph1)不锈钢；m2、m50、h13、d2、pd1工具钢；4140、4365、8620合金钢；马氏体时效钢、包括ms1马氏体时效钢；nanosteeltm复合合金、镍合金、比如inconeltm625和718合金和hx镍合金(hastelloytmx)；mp1钴铬合金、镍铜合金、金属基复合材料、钛合金如ti-6al-4v、合金6(stellitetm6)、c276(hastelloytmc)、ancortitm5级和23级以及铝合金、比如alsi10mg(铸造级铝)，这些材料中的一些材料由比如sandvikmaterialstechnology、hoeganaescorporation、kennametalstellite和nanosteelcorporation等公司生产。
因此，本公开预期的是一种压缩机部件，其包括限定晶格结构或微孔材料的至少一个区域。在某些方面中，可以认为这种压缩机部件具有晶格芯部。通过使用增材制造工艺，提供了具有带有实心表面层的内部晶格结构的压缩机部件的生产。可以设计和优化内部晶格结构以提供刚性和强度，包括预定的刚度或挠曲水平。与由传统形成技术形成的部件相比，这样的晶格的设计因晶格中的空隙区域还允许这种部件的重量减轻。因此，该组合提供了坚固且轻质的部件。除了提供高强度和低重量部件之外，还可以在部件的局部区域内高度控制挠曲和刚度，还提供压缩机操作和可靠性的改进，包括提供了更高的效率和降低的故障率。
在某些方面中，本公开涉及包含相对高强度轻质部件的压缩机，高强度轻质部件可以在零部件的本体的一个或更多个区域内具有封围的晶格结构，所述一个或更多个区域具有流体、比如气体或流体(例如，空气)，填充空隙区域或者一个或更多个空隙区域内的减小的压力或真空。在这样的变型中，期望的是在晶格结构与压缩机部件内的外部环境或任何外表面之间包括实心表面层。在增材制造之后，可以移除粉末，并且然后可以将液体、气体、凝胶或其他物质引入到晶格结构的空隙区域中以进一步改变部件的最终特性。这种技术对于通过这种方法来改变和进一步改善声音降低或热传递特性可能特别有用(例如，减少声音传输)。在某些变型中，液体是聚合物前体，其在填充空隙区域后固化成硬质固体或弹性固体(橡胶)或甚至凝胶。在其他变型中，固体填充材料可以布置在空隙区域中以提供声音或振动阻尼。固体填充材料可以是粉末金属，例如，在增材制造工艺之后保持完整的未烧结的原材料。
包含微孔区域或晶格区域的压缩机部件的某些非限制性优点是它们可以被设计成具有高强度连同相对低的质量。因此，与传统的散状材料相比，这种晶格结构区域是轻质的并且提供了增强的结构或顺应性能。此外，当通过增材制造形成压缩机部件时，部件可以是整体形成的单件整体的整体式结构。增材制造工艺不仅允许形成晶格结构，而且还提供对由增材制造形成的部件内的局部刚度和挠曲水平的高度控制。例如，可以在优化部件的重量的同时使挠曲水平最小。可以局部地或者针对压缩机部件全局地实现模量修改。晶格结构中的局部变化可以被用于修改压缩机部件的不同区域中的特性。增材制造还能够形成高度复杂的近网状形状。
在通过增材制造工艺制造压缩机部件时，可以实现以下附加优点中的一个或更多个优点：与通过传统成形工艺(例如，铸造、锻造、烧结等)形成的相同的部件相比，该部件具有有利的高的强度重量比；对部件内的刚度和/或挠曲水平的高水平的控制，包括对部件的不同局部区域内刚度和/或挠曲水平进行定制的能力；在部件是零部件的组件的情况下，不必在接头和接缝处机械地固定(例如，螺栓连接、螺纹连接)或焊接、粘接或以其他方式熔融；并且部件本身可以既通过使用可能较便宜的原材料也可以通过减少或消除各种制造和组装步骤而具有减少的制造成本，从而减少随之而来的劳动力成本。对于形成具有复杂结构的压缩机部件尤其如此，这样的结构通常需要更昂贵的加工技术，这些技术具有更多的加工步骤和组装步骤。
所谓的“高强度”，在某些变型中，指的是该部件在力主要施加到部件的方向上表现出大于或等于约32,000psi(约220mpa)的拉伸强度，可选地大于或者等于约65,000psi(约448mpa)，在某些方面中，可选地大于或等于约125,000psi(约861mpa)，并且在某些其他方面中，可选地大于或等于约250,000psi(约1723mpa)。
根据本公开的某些方面的轻质高强度压缩机部件可以被结合到大量的多种不同类型的压缩机中的任何一种压缩机中，包括涡旋式压缩机、旋转叶片元件压缩机、离心式压缩机、单螺杆压缩机、双螺杆压缩机、往复式压缩机、线性压缩机等。在某些优选的方面中，根据本发明的具有晶格结构的压缩机部件特别适合与涡旋式压缩机结合使用。
作为进一步的参考，附图并且特别是图6示出了示例性的传统制冷剂涡旋式压缩机500，其包括大致筒形的密封壳体512，该密封壳体512具有在其上端部处焊接的盖514和焊接至其下端部的下覆盖件516。盖514设置有制冷剂排放件518，该制冷剂排放件518中可以具有常见的排放阀。固定至壳体512的其他主要元件包括压缩机入口520和横向延伸的间隔件522，该横向延伸的间隔件522绕自身的边界焊接至与盖514焊接至壳体512的点相同的点处。盖514和间隔件522限定了排放室524。
在主轴承座534与下轴承支承件536之间布置有包括马达定子530的马达528。驱动件或曲轴540在其上端具有偏心曲柄销542并且可旋转地轴颈连接在上轴承544中。上轴承544可以包括相邻的常规驱动衬套546(例如，压配合在其中)。因此，动涡旋件560的筒形毂548接纳偏心曲柄销542和上轴承544。曲轴540还由附接至下轴承支承件536的下轴承组件538支承并可旋转地轴颈连接在附接至下轴承支承件536的下轴承组件538中。在涡旋式压缩机500的中央区域内，曲轴540穿过主轴承座534的孔口570并在其中旋转，孔口570可以包括设置在孔口570内的筒形主轴承构件572。
主轴承座534和下轴承支承件536各自限定径向向外延伸的腿部，腿部各自固定至壳体512。主轴承座534的上表面设置有平坦止推支承表面574，其上设置有动涡旋件560，动涡旋件560具有从其延伸的螺旋卷或螺旋叶片562。从动涡旋件560的下表面向下突出的是筒形毂548。上轴承544是自润滑套筒型轴承，上轴承544将驱动衬套546接纳在其中。筒形毂548、上轴承544和驱动衬套546各自限定并产生同心的内孔576，曲轴540的曲柄销542驱动地布置在内孔576中。值得注意的是，内孔576的一部分限定了可以接纳曲柄销542的驱动平坦表面(未示出)，曲柄销542本身具有平坦表面，曲柄销542的平坦表面驱动地接合形成在孔576的一部分中的驱动平坦表面以提供径向顺应性驱动布置，例如在受让人的美国专利no.4,877,382中所示，该专利的公开内容通过参引并入本文。
设置有定涡旋件580，其具有定位成与动涡旋件560的动螺旋叶片562啮合接合的螺旋卷或螺旋叶片582。定涡旋件580具有由基板部分586限定的居中布置的排放通道584，排放通道584与向上开口588连通，而向上开口588与由盖514和间隔件522限定的消音器排放室524流体连通。定涡旋件580还包括环绕排放通道584的环形毂或凸起的肩部部分590。在定涡旋件580中还形成有环形凹部592，在环形凹部592内布置有浮动密封组件594。
进气隔室596与压缩机入口520流体连通，将要在相互啮合的螺旋叶片562、582(例如，用于压缩)内进行压缩的流体(例如，制冷剂)通过压缩机入口520被引入。在流体穿过进气隔室596之后，其在螺旋叶片562、582中被压缩，然后使得加压流体通过排放通道584被释放。可以在排放通道584中设置簧片阀组件或其他已知的阀组件(未示出)，以调节从排放通道584通过消声器间隔件522中的开口598流入排放室524的流量。
浮动密封组件594由定涡旋间580的环形凹部592支承且与间隔件522的座部接合以用于使进气隔室596与排放室524密封地分开。凹部592和浮动密封组件594配合以限定轴向压力偏压室，该轴向压力偏压室接收经螺旋叶片562和582压缩的加压流体，以在定涡旋件580上施加轴向偏压力，从而迫使各螺旋叶片562、582的顶端与相对的基板表面密封接合。
壳体512的内部的下部部分限定了填充有润滑油的油槽600。第一孔602充当泵，以强制润滑流体向上至曲轴540并进入第二孔604，并且最终到达压缩机的需要润滑的所有各个部分。曲轴540由电动马达528可旋转地驱动，电动马达28包括马达定子530、穿过马达定子530的绕组608以及压配合在曲轴540上且分别具有上配重部612和下配重部614的马达转子610。
在动涡旋件560与主轴承座534之间布置有十字滑块联轴器620。十字滑块联轴器620键连接至动涡旋件560和定涡旋件580，并且因此防止动涡旋件560的旋转运动。十字滑块联轴器620可以是在美国专利no.5,320,506中所公开的设计类型，该专利的公开内容通过参引并入本文。
如图7所示，传统的下轴承座组件538包括延伸穿过其的筒形开口630，其允许曲轴540(图6)被座置或安装在下轴承支承件632内。在下轴承支承件632中形成有筒形下支承表面634，并且筒形下支承表面634直接抵靠曲轴540布置。在某些替代变型中，在下轴承支承件632中可以座置或安装有单独的自润滑筒形套筒轴承。下轴承支承件536附接至下轴承组件538并且包括支承臂640和可以附接至壳体512的连接部分642(如图6中所示)。曲轴540在下端部处具有相对大直径的同心孔602，该同心孔602与延伸自曲轴540的顶部、从同心孔602向上延伸的径向向外的直径较小的孔604连通。
根据本公开的各个方面，轻质高强度压缩机部件具有本体部分，该本体部分具有至少一个内部区域，该内部区域包括通过增材制造形成的晶格结构。如上所述，每个压缩机部件具有多种刚度和挠曲需求，多种刚度和挠曲需求基于在考虑比如压缩机容量和操作条件之类的因素的情况下压缩机部件在压缩机内被使用的位置和方式。因此，通过增材制造来形成部件提供了在保持高强度水平的同时使部件的重量最小的能力，同时还定制了部件内的挠曲或刚度水平。如上所述，部件的本体的内部区域内的晶格结构的改变可以改变强度和刚度水平。例如，如先前在图4a至图4d和图5中如上所述的，将晶格结构的密度从第一密度改变为第二密度可以增加或减小零部件的在局部区域中的刚度和/或强度。例如，增加晶格密度会增加重量，但也会增加强度和刚度，从而降低挠曲水平。减小晶格密度会降低重量，但也会降低强度和刚度，从而增加挠曲水平。值得注意的是，还可以通过在增材制造工艺中省略晶格结构并在部件的某些区域中形成多孔固体结构或无孔固体结构来实现非常高的刚度和低的挠曲水平。
出于说明的目的并且作为非限制性示例，以下原理可以被用于选择和设计通过增材制造形成的压缩机部件内的相对刚度或挠曲水平。刚度(k)(n/m或lb/in)是可以应用于结构的通用术语。当力施加至结构时，在力的方向上存在移位。刚度(k)是被施加的力除以移位量的比。挠曲(δ)(mm或in)是结构元件在载荷下移位的程度。挠曲可以指角度或距离。高刚度指的是被施加的大的力仅产生小的移位。低刚度指的是被施加的小的力产生大的移位。因此，载荷下的结构或部件的刚度与相同载荷下的结构的移位直接相关。压缩机部件的刚度取决于形成它的材料特性、部件几何形状的形状和在压缩机操作条件下被施加至部件结构的载荷。在某些方面中，单个部件可以在零部件的不同区域中具有多种刚度和/或挠曲水平。
考虑到传统的压缩机部件通常通过减成工艺制造，则可以用这种工艺生产的形状产生的结构可以具有比给定应用中所需的刚度更高的刚度。这种增加的多余刚度因此可能导致增加材料，这可能增加零部件的成本或产生比使其应用继续使用所需的更重的零部件。以下示例参照图8a至图8b并且将示出如何设计三个梁以具有相似的挠曲水平同时允许重量的减轻。该相同的原理可以被应用于压缩机部件，特别是根据本公开的某些原理用增材制造制成的部件。
在图8a中，实心梁622是悬臂的并且在一个端部623处固定至固定点。实心梁622被假定为由钢制成，并且具有约0.035磅的重量和2英寸的长度(l)。该钢的弹性模量约为30×106。实心梁622具有0.25英寸×0.25英寸的横截面。10磅的力被施加至梁的自由端。
第二梁624具有中空芯部并且是悬臂的且在一个端部625处固定至固定点。第二梁624由钢制成，并且具有约0.027磅的重量和2英寸的长度(l)。该钢具有与实心梁622相同的约30×106的弹性模量。第二梁624的横截面外部尺寸为0.25英寸×0.25英寸。中空芯部横截面尺寸为0.12英寸×0.12英寸。10磅的力被施加至第二梁624的自由端。
第三梁626具有双腔中空芯部(模拟简单的微孔晶格结构)并且是悬臂的且在一个端部627处固定至固定点。第三梁626由钢制成，并且具有约0.03磅的重量和2英寸的长度(l)。该钢具有与实心梁622相同的约30×106的弹性模量。第三梁626的横截面外部尺寸为0.25英寸×0.25英寸。中空双腔芯部各自具有约为0.042英寸×0.105英寸的横截面尺寸。10磅的力被施加至第三梁626的自由端。
图8b示出了由施加至每个梁的自由端的力或载荷(p)产生的移位量(δ)，并且提供了用于计算移位和最大应力(σ)的方程。梁的外部区域处的最大应力为σ。z是截面模量，e是弯曲模量并且i是绕弯曲轴的惯性矩。第一实心梁622的计算挠曲为0.00273英寸，第二梁624的计算挠曲为0.00288英寸，并且第三梁626的计算挠曲为0.00280英寸。
在将第一实心梁622与第二梁624进行比较时，从基线(第一实心梁622)到第二梁624的挠曲差为0.00015，意味着对于与第一实心梁622相比的第二梁624而言挠曲增加约5％并且应力增加约为8％。从第一实心梁到第二梁624的重量减少约为23％。因此，对于具有中空芯部的梁部件而言，挠曲和应力增加，同时重量减小。
在将第一实心梁622与第三梁626进行比较时，从基线(第一实心梁622)到第三梁626的挠曲差为0.00007，意味着对于与第一实心梁622相比的第三梁626而言挠曲增加约3％并且应力增加约为5％。从第一实心梁到第三梁626的重量减少约为14％。因此，对于具有双腔中空芯部的梁部件而言挠曲和应力增加，虽然第三梁626部件的重量没有与第二梁624的重量的减少一样那么有利地减小，但是与第二梁624设计伴随的增加相比，挠曲和应力的总体增加更小。因此，在梁626的中央处的模拟的晶格芯部结构允许挠曲的额外减小，但是与第一实心梁622相比仍然提供了14％的重量减轻。
因此，增材制造能够降低压缩机部件的总重量，包括如先前的示例中所示的减小横截面积。减小部件的横截面积将降低刚度，从而如先前的示例中所示的增加部件的工作挠曲。因此，如先前的示例中所示的，重量减少与刚度减小或挠曲增加之间存在关系。
图9示出了某些选定的代表性的涡旋式压缩机部件的挠曲与刚度的示例性图表以演示用于压缩机部件的挠曲与刚度需求的关系。该图表以图形方式示出了基于压缩机内的局部使用要求，不同的涡旋式压缩机部件与其刚度要求的关系。示出了平均挠曲与刚度的代表性曲线。在图表上示出了第一包围线1100，其通常应用于在涡旋式压缩机内使用的涡旋部件(具有渐开线或叶片、基板和毂)。第一包围线1100要求部件具有最高的刚度水平和最低的挠曲水平。第二包围线1110允许存在比第一包围线1100稍微更小的刚度水平，尽管所需的刚度仍然很高。第二包围线1110还允许稍微更大的挠曲水平。第二包围线1110通常适用于十字滑块联接环。
第三包围线1120具有比第二包围线1110相对较低的刚度水平和更高的挠曲水平。主轴承座和下轴承座部件被认为与第三外壳1120的挠曲与刚度要求一致。第四包围线1130具有最低刚度和最大的挠曲水平。比如壳、壳体、顶盖、消声器板、分隔板和压缩机下覆盖件之类的部件都被认为落入这种刚度和挠曲性能要求。
因此，取决于对于给定部件或特征可以接受多少挠曲增加(刚度减小)，可以相应地计算部件设计中的重量减轻的量。作为非限制性示例，图10至图12示出了对于简单的代表性形状而言的挠曲与重量的计算。图10示出了对于方形形状而言的挠曲的增加与重量减少的关系。计算了从实心方形梁到中空方形梁的重量减少。图10基于挠曲的增加预测了的方形形状的允许重量的减少。例如，如果特征或部件可以适应20％的挠曲增加，则可以实现40％的重量减轻。
图11示出了对于圆环形或圆形形状而言的挠曲的增加与重量减少的关系。计算了从实心圆形梁到中空圆形梁的重量减少。与图10中的方形形状一样，图11预测如果圆形特征或部件可以适应20％的挠曲的增加，则可以实现40％的重量的减轻。
图12示出了与图10和图11类似的挠曲对重量减少的图表，但包括具有所表示的不同的横截面尺寸(长度保持相同)的各种矩形长形梁形状。这些示例的横截面尺寸包括2英寸×0.5英寸、3英寸×1英寸、4英寸×2英寸、0.5英寸×2英寸、1英寸×3英寸和2英寸×4英寸。计算了从实心矩形梁到中空矩形梁的重量减少。图12预测了对于矩形梁而言的基于挠曲的重量减轻。例如，如果部件具有横截面尺寸为2英寸×4英寸的矩形梁形状，其中，可以适应20％的挠曲的增加，则可以实现略微超过30％的重量减少。因此，可以对多个部件中每个部件进行挠曲与重量减少的比较。因此，可以基于刚度/挠曲水平来计算重量减少。虽然为了说明的目的将该概念应用于图10至图12中的简单形状，但是这些原理同样适用于更复杂的形状并且可以被用于设计和预选压缩机零部件所需的挠曲/刚度的量，同时实现通过增材制造形成的包括晶格结构的部件的显著的重量损失(与由常规技术形成的压缩机零部件相比)。因此，结合晶格芯部结构的压缩机部件的增材制造可以在优化重量的同时提供对挠曲水平的控制。
然而，压缩机部件的增材制造实现了使用晶格芯部结构控制压缩机部件中的挠曲所伴随的其他益处。例如，刚度或挠曲可以在单个压缩机部件内被局部地控制到不同的水平。因此，压缩机部件的包括晶格结构的本体部分可以具有第一区域和第二区域，其中，第一区域具有第一挠曲水平，第二区域具有不同于第一挠曲水平的第二挠曲水平。同样地，轻质高强度压缩机部件的本体部分可选地包括具有第一刚度的第一区域和具有与第一刚度不同的第二刚度的第二区域。如上所述，刚度和挠曲水平彼此相关。
通常，每个压缩机部件基于其在压缩机内的使用方式而具有多种刚度和挠曲要求。因此，通过增材制造来形成部件提供了在保持高强度水平的同时使部件的重量最小的能力，同时还定制了部件内的挠曲或刚度水平。如上所述，部件的本体的内部区域内的晶格结构的改变可以改变强度和刚度水平。例如，如先前在图4a至图4d和图5中如上所述的，将晶格结构的密度从第一密度改变为第二密度可以增加或减小零部件的在局部区域中的刚度和/或强度。例如，增加晶格密度会增加重量，但也会增加强度和刚度，从而降低挠曲水平。减小晶格密度会减小重量，但也会减小强度和刚度，从而增加挠曲水平。值得注意的是，还可以通过在增材制造工艺中省略晶格结构并在部件的某些区域中形成多孔固体结构或无孔固体结构来实现非常高的刚度和低的挠曲水平。如上所述，对于给定的压缩机部件可以全局地控制部件的刚度、挠曲和强度或者替代地局部地控制部件的刚度、挠曲和强度。
这种对挠曲/刚度的局部控制在本文进一步讨论的某些涡旋式压缩机部件中特别有用。然而，这些仅是代表性的应用，并且应当理解的是，在各种压缩机部件和设计中可能存在其他适用领域。在某些变型中，包含轴承区域的部件可以具有下述本体部分：该本体部分设计成具有第一区域和第二区域，其中，第一区域具有第一挠曲水平和/或刚度，第二区域具有不同于第一挠曲水平和/或刚度的第二挠曲水平和/或刚度。作为示例，可以设计下轴承组件或主轴承座，并且考虑到这些原理而进行增材制造。选择不同刚度和/或挠曲水平的灵活性允许部件具有能够与配伍表面(例如，涡旋式压缩机中的轴或涡旋件)相符的轴承，以提供增强的可靠性和更低的功率消耗。
根据本公开的某些方面，图13中的轻质高强度压缩机部件是下轴承组件650，其可以与图7中所示的传统下轴承组件630相比较。下轴承组件650具有带有一个或更多个内部区域658的本体部分652，所述一个或更多个内部区域658具有内部晶格结构660，比如如所描述的实施方式中的任何实施方式一样。这种部件可以通过上述增材制造技术中的任何增材制造技术形成。本体部分652被设计成具有第一区域654和第二区域656，其中，第一区域654具有第一挠曲水平和/或刚度，第二区域656具有不同于第一挠曲水平和/或刚度的第二挠曲水平和/或刚度。
晶格结构660在金属表面662内部形成并且因此被金属表面662覆盖。如图所示，下轴承部件650包括筒形区域666，该筒形区域666具有延伸穿过其中的筒形开口667，筒形开口667允许曲轴540座置或安装在筒形区域666内。如挠曲线672所示，曲轴540由于在压缩机操作期间被施加至其上的轴承载荷、马达载荷和离心载荷而挠曲。
下轴承支承件664限定支承臂668和连接部分669。如所示出的，内部晶格结构660形成在筒形区域666的内部本体部分和下轴承支承件664的内部区域中。因此，部件650内的具有内部晶格结构660的位置通常与具有第一刚度和/或挠曲水平的第一区域654对应。第二区域656与下轴承组件部件650的由固体材料形成的位置对应。
以这种方式，具有由增材制造工艺形成的内部晶格结构660的芯部区域可以是轻质且高强度的，并且还期望的是芯部区域在某些变型中具有局部不同的和定制的刚度或挠曲水平。应当注意的是，内部晶格结构660的密度也可以被改变以修改刚度和/或挠曲水平。这允许下轴承组件650在下轴承组件650被铆接的区域(例如，在下轴承组件650被铆接至壳或其他固定部件的第二区域656中)中或者在接收轴向载荷的区域(通常对应于第一区域654)中具有高水平的刚度和低的挠曲而在轴承区域中具有柔性，以符合曲轴540的挠曲(由挠曲线672示出)，从而改善对准稳健性和轴承性能。第一区域654中的柔性允许轴承与相对的轴或涡旋件相符，以增强可靠性和降低功率消耗。如下面将进一步讨论的，相对的配伍表面本身通常处于压力下并且可能经受高水平的挠曲，因此在互补轴承中具有更大挠曲和更小刚度的能力可以减少边缘载荷磨损并且在增强可靠性的情况下延长寿命。这些原理适用于本文中所讨论的任何压缩机部件。
在增材制造工艺期间，在施加能量(例如，烧结或熔融固体颗粒的激光)之后残留的粉末可以保留以形成产生该零部件(包括晶格结构)的连续实心结构。在某些变型中，残留粉末、比如金属粉末可以保留在晶格结构空隙内以提供额外的绝缘性能。替代性地，可以通过一个或更多个移除孔670来移除残留粉末。这些移除孔670可以位于部件650上的任何位置处。值得注意的是，在没有移除过量残留粉末的变型中，可以省略这种移除孔670。移除多孔材料663中的任何残留粉末是优选的；然而通向轴承部件650外部的单独的移除孔并非是必要的。
在某些变型中，例如在晶格结构中限定的空隙具有负压或真空，或者形成内部芯部区域的材料与压缩机环境中的材料不相容(例如，与在压缩机内或多孔材料中循环的制冷剂和润滑油不相容)的情况下，另外的制造步骤可以使移除孔闭合。孔可以或可以不需要在最终的零部件中被密封，但如果密封，可以使用比如钎焊、熔焊、粘合之类的方法。在某些方面中，下轴承压缩机部件可以使晶格结构的一个或更多个空隙区域填充有绝缘材料(或者负压或真空)，绝缘材料可以使热能、声音或振动中的至少一者的传输最小。通过使用具有如图13所述的这种晶格结构和多孔区域的下轴承座，在某些方面中，该部件是高强度、低重量的零部件，其用于减小磨损，从而减小包括有该部件的压缩机的效率和寿命。
在根据本公开的某些方面的另一变型中，轻质高强度绝缘压缩机部件可以是像图14a中主轴承座一样的主轴承座700。。主轴承座部件700限定该结构的本体部分710。本体部分710可以包括一起限定开口724的上筒形支承区域720和下筒形支承区域722。开口724可以接收动涡旋件的筒形毂548和轴颈连接在上轴承544中的曲轴540的偏心曲柄销542。如挠曲线760所示，曲轴540由于在压缩机操作期间被施加至其上的轴承载荷、马达载荷和离心载荷而挠曲。
主轴承部件700还包括向外延伸的腿部726，腿部726包括孔728，孔728接纳本体部分710的末端端部730上的紧固件(图14a中未示出，但图6中示出为636)。末端端部730将主轴承座部件700附接到壳体或座。主轴承座部件700还限定上推力表面732。
主轴承座部件700的本体部分710具有一个或更多个内部区域740，所述一个或更多个内部区域740具有比如以上所描述晶格结构中的任何晶格结构之类的内部晶格结构742。本体部分710被设计成具有第一区域712和第二区域714，其中，第一区域712具有第一挠曲水平和/或刚度，第二区域714具有不同于第一挠曲水平和/或刚度的第二挠曲水平和/或刚度。应当注意的是，主轴承座部件700不仅限于两种不同的刚度或挠曲水平。
晶格结构742在本体部分710内的内部形成并且因此被金属表面744覆盖。如图所示，内部晶格结构742形成在内部本体部分710中，包括形成在上部筒形支承区域720和下部筒形支承区域722中以及形成在向外延伸的腿部726的各部分中。这种部件700可以通过上述增材制造技术中的任何增材制造技术形成。因此，部件700内的具有内部晶格结构742的位置通常与具有第一刚度和/或挠曲水平的第一区域712对应。内部晶格结构742的密度也可以被改变以修改刚度和/或挠曲水平。第二区域714与主轴承座部件700的由固体材料形成的位置对应。主轴承座700需要是刚性的，以便能够进行铆接并且承受来自压缩机构的涡旋载荷，而在主轴承区域(特别是在下筒形支承区域722中)中还需要是柔性的以符合曲轴540的挠曲，如沿着挠曲线760所表示的。在某些变型中，上推力表面732还可以被设计成具有预选的挠曲水平/刚度，以在来自压缩机构的被施加的压力引起基板的扭曲和弯曲时与相邻的动涡旋件的基板一起变形。通过将上推力表面732设计成具有更大的挠曲能力，可以实现更好的加载。
晶格结构742可以具有布置在空隙区域内或者通过主轴承座部件700(未示出)中的移除孔移除的材料(例如，松散的颗粒)。具有由增材制造工艺形成的内部晶格结构742的本体部分710的芯部区域可以是轻质且高强度的，并且还期望的是芯部区域具有局部不同的和定制的刚度或挠曲水平。
在如图14a所示的实施方式中，内部晶格结构742提供局部不同的和定制的刚度或挠曲水平。此外，晶格结构742还可以为主轴承座部件700提供绝缘特性，并且因此能够使通过主轴承座700传递的声音和振动最小。与实心主轴承座相比，根据本公开制备的主轴承座还具有减小的质量。如上所述，在某些实施方式中可以进行局部晶格晶胞单元密度修改，以增大或减小壳的刚度和/或挠曲，并且可能进一步改善声音和/或振动绝缘特性。
这允许主轴承座700在主轴承座700被铆接的区域(例如，在主轴承座700被铆接至壳或其他固定部件的第二区域714中)中具有高水平的刚度和低的挠曲，而在支承区域(对应于第一区域712)中具有柔性，以改善对准稳健性和轴承性能。第一区域712中的柔性允许轴承与相对的轴或涡旋件相符，以增强可靠性和降低功率消耗。这可以用于改善对准稳健性和轴承性能。如下面将进一步讨论的，相对的配伍表面本身通常处于压力下并且可能经受高水平的挠曲，因此在互补轴承中具有更大挠曲和更小刚度的能力可以减少边缘载荷磨损并且在增强可靠性的情况下延长寿命。值得注意的是，即使在第一区域712内，也可能存在若干不同水平的刚度或挠曲，例如，上筒形支承区域720可以具有与下筒形支承区域722不同的刚度/挠曲要求。以这种方式，具有由增材制造工艺形成的内部晶格结构742的芯部区域可以是轻质且高强度的，并且还期望的是芯部区域具有局部不同的和定制的刚度或挠曲水平。这些原理适用于本文中所讨论的任何压缩机部件。
图14b是图14a中所示的区域的放大视图，并且示出了可以被用于压缩机部件——比如主轴承座700——的晶格结构742的一个示例性变型。晶格结构742特别适用于声音衰减和隔振应用。这种非限制性设计可以适用于本文中所讨论的其他压缩机部件。在图14b中，示出了示例性晶格结构742的一部分。晶格结构742包括多个结点750，所述多个结点750为实心结构。结点750具有球形或圆形形状，但是也可考虑任何先前的结点形状中的任何结点形状，包括中空形状。在某些变型中，所述多个结点750可以包括以交替的型式布置的多个不同结点。如在该晶格结构742所示的，结点750彼此接触或者替代地可以在它们之间具有连接结构。
图15示出了与图6中的曲轴类似的传统曲轴540的详细的截面图。偏心曲柄销542在其上端部处可旋转地轴颈连接在上轴承544中。上轴承544可以包括相邻的常规驱动衬套546(例如，压配合在上轴承544中)。因此，筒形毂548(附接至图15中未示出的动涡旋件560)接纳偏心曲柄销542和上轴承544。筒形毂548、上轴承544和驱动衬套546各自限定并产生同心的内孔576，曲轴540的曲柄销542驱动地布置在内孔576中。曲轴540还由附接至下轴承支承件536的下轴承组件538支承并可旋转地轴颈连接在附接至下轴承支承件536的下轴承组件538中。在涡旋式压缩机500的中央区域内，曲轴540穿过主轴承座534的孔口570并在其中旋转，孔口570可以包括布置在孔口570内的筒形主轴承构件572。
曲轴540由电动马达(电动马达在图6中示为包括马达定子530的电动马达528)可旋转地驱动。马达转子610压配合在曲轴540上并且分别具有上配重部612和下配重部614。曲轴540由与电动马达的定子相互作用的转子610可旋转地驱动。由马达产生的扭矩被传递至曲轴540，以克服在动涡旋构件与定涡旋构件之间发生的压缩过程中产生的力。这些力与马达力是轴承中产生载荷的力并且在曲轴540中产生由代表性的挠曲线564所示的挠曲。挠曲将根据压缩机运行的条件而变化。最大载荷将产生最大挠曲。这种挠曲倾向于使上轴承和下轴承边缘加载。例如，566a示出了曲轴540与下轴承组件538之间的由于曲轴540的挠曲而发生轴承边缘加载的区域。区域566b示出了由于曲轴540在压缩机操作期间的挠曲而在主轴承534附近出现的轴承边缘载荷。区域566c对应于由压缩过程施加的力和曲轴540/曲柄销542的挠曲所引起的边缘加载的区域。这种边缘载荷降低了轴承的承载能力、导致了高功率消耗并且缩短了压缩机寿命。
图16示出了根据本公开的某些方面制备的呈曲轴1000的形式的轻质高强度涡旋式压缩机部件。曲轴1000在一个端部具有曲柄销1002并且在相对的端部处具有末端端部1004。曲轴1000如图15中的曲轴540一样由电动马达(未示出)的转子610可旋转地驱动。为了简洁起见，此处使用与在图6和图15的上下文中所描述的涡旋式压缩机500共用的元件。曲柄销1002具有平坦表面1006，该平坦表面1006与在动涡旋构件的筒形毂548内的孔576中的相对的驱动平坦表面驱动地接合。末端端部1004可以座置于下轴承组件538内。在曲轴1000内的末端端部1004处形成有第一开放通道或孔1010，并且第一开放通路或孔1010允许将润滑油向上泵送到曲轴1000从而泵送到第二孔1012中。第二孔1012具有两个末端开口1036，因此最终将润滑油通过曲轴1000泵送到压缩机的需要润滑的所有各个部分。因此，第一开放孔1010和第二孔1012用作穿过曲轴1000的长度的流体输送通道。
在曲柄销1002与末端端部1004之间布置有曲轴1000的本体部分1020。本体部分1020具有至少一个芯部或内部区域1022，至少一个芯部或内部区域1022包括比如先前如上所讨论的那些晶格结构之类的晶格结构1030。晶格结构1030在金属表面1032内部形成并因此被金属表面1032覆盖。内部第二孔1012通过内部实心表面1034与晶格1030分开。这种部件可以通过上述增材制造技术中的任何增材制造技术形成。利用增材制造和晶格芯部结构，曲轴1000可以被设计成用于增强的挠曲控制。这意味着曲轴1000的挠曲水平可以被设计成与上轴承接触区域和下轴承接触区域(在图15的上下文中所讨论的边缘加载区域)中的挠曲匹配。挠曲的更好地匹配可以使轴承具有更好的承载能力，从而降低功耗，同时提高压缩机的可靠性和使用寿命。
因此，在第一区域1050中，曲轴1000被设计成具有第一刚度或挠曲水平。在第二区域1052中，曲轴1000被设计成具有与第一区域1050中的第一刚度或挠曲水平不同的第二刚度或挠曲水平。如图16所示，与第二区域1052相比，第一区域1050具有更大的刚度或减小的挠曲水平。因此，第一区域1050中增强的刚度/减小的挠曲有助于使下轴承组件538的下轴承处的边缘载荷最小。曲轴1000的与第二区域1052对应的中央区域中的更大挠曲/减小的刚度是允许的并且允许通过采用开放的减小体积的晶格结构1030来实现重量减轻。第三区域1054具有与第二区域1052(以及可选地第一区域1050)中的第二刚度或挠曲水平不同的第三刚度或挠曲水平。与第二区域1052相比，第三区域1054中的更大刚度/减小的挠曲有助于使主轴承572处的边缘载荷最小。曲轴1000进一步过渡到具有第四刚度或挠曲水平的第四区域1056。与第一区域1050类似，第四区域1056中的更大刚度/减小的挠曲因此有助于使上轴承544处的边缘载荷最小。应当注意的是，尽管作为非限制性示例，第一区域1050、第二区域1052、第三区域1054和第四区域1056中的每一者可以具有不同的刚度和/或挠曲水平，但是这些刚度水平或挠曲水平中的一些刚度水平或挠曲水平也可以是一样的。增材制造技术能够根据需要控制部件的不同部分或区域内的局部刚度/挠曲。此外，如果需要，增材制造允许在曲轴1000的某些部分中根据需要形成更厚的壁以用于额外的加固。更厚及更薄的结构可以经由增材制造在需要的区域进行印制。
在增材制造工艺期间，在施加能量(例如，烧结或熔融固体颗粒的激光)之后残留的粉末可以保留以形成产生该零部件(包括晶格结构)的连续实心结构。在某些变型中，残留粉末、比如金属粉末可以保留在晶格结构空隙内以提供额外的绝缘性能。如图16所示，在实心表面1032中没有形成用于从增材制造工艺中移除残留或松散粉末的移除孔。因此，多个松散颗粒可以留在晶格结构1030的空隙区域内。这可以为曲轴1000提供热、声音或振动阻尼特性。替代性地，可以通过一个或更多个移除孔来移除残留粉末。这些移除孔可以位于实心表面1032内的曲轴部件1000上的任何位置。值得注意的是，在不移除过量的残留粉末的变型中，这些移除孔可以被省去。在某些变型中，例如在晶格结构中限定的空隙具有负压或真空，或者形成内部芯部区域的材料与压缩机环境中的材料不相容(例如，与在压缩机内或多孔材料中循环的制冷剂和润滑油不相容)的情况下，另外的制造步骤可以关闭移除孔。孔可以或可以不需要在最终的零部件中被密封，但如果密封，可以使用比如钎焊、熔焊、粘合之类的方法。
在某些方面中，曲轴压缩机部件可以使晶格结构的一个或更多个空隙区域填充有绝缘材料(或负压或真空)，绝缘材料可以使热能、声音或振动中的至少一者的传输最小或者可以提供所需的附加的刚度。通过使用具有这种晶格结构的曲轴，在某些方面中，该部件是高强度低重量的部件，其用于增大包括有该部件的压缩机的效率和寿命。
在其他变型中，轻质高强度绝缘压缩机部件可以是如图17所示的那些部件之类的动涡旋部件或定涡旋部件。出于说明的目的，在图17中使用与图6中相同的附图标记。在动涡旋构件560或定涡旋构件580中可能发生显著的扭曲和挠曲，特别是当压缩机500经受高操作压力时。动涡旋构件560具有渐开线叶片562和基板770，而定涡旋构件580具有渐开线叶片582和基板772。如上所述，动渐开线叶片562与定渐开线叶片582相互啮合，以形成作为压缩机构一部分的凹穴。然而，当制冷剂包含二氧化碳或其他高压制冷剂时，可能会出现特殊的困难。在某些操作状况下，二氧化碳制冷剂可以是亚临界的、跨临界的或者可以在某些操作条件(例如，高压条件)期间呈超临界状态，co2在此状态下需要具有非常高的压力。基板和叶片，尤其是动涡旋构件560上的基板770和叶片562因压缩机构中的高凹穴压力而可能经受显著的扭曲和弯曲，如在图17中沿挠曲线774所示的。高压也导致了渐开线叶片562、582的尖端变形。这种变形在涡旋构件的尖端和基部处产生间隙，导致效率损失。因此，本公开提供了设计和制造涡旋部件的能力，所述涡旋部件能够引起相同或相似的量的这种扭曲和变形，以减小尖端和相对基部处的间隙。
在高侧涡旋压式缩机设计中也会出现类似的效果。出于说明的目的，示例性涡旋式压缩机500用作图18中的非限制性示例以示出高侧压力挠曲的一般原理，但是高侧涡旋式压缩机设计可以与图18中所示出的示例性压缩机不同。因此，高侧压缩机可以具有除图18中所示的那些部件或设计之外的其他部件或设计，其仅被提供用于说明高侧挠曲的一般原理。动涡旋构件560具有渐开线叶片562和基板770，而定涡旋构件580具有渐开线叶片582和基板772。高侧压力设计包括高侧压力区域776和位于主轴承座内的中压轴向平衡区域778以及定涡旋件中的低侧入口780。在密封地密封或半密封地密封的电动压缩机中，作为低侧入口蒸汽进入涡旋件的制冷剂气体进入压缩机构并在压缩机构内被处理。如上所述，动渐开线叶片562与定渐开线叶片582相互啮合，以形成作为压缩机构一部分的凹穴。在压缩机构中，制冷剂气体形成压缩的加压制冷剂气体，该制冷剂气体穿过定涡旋构件580中的高侧排放通道584。因此，经处理的排放气体具有比预处理的抽吸制冷剂明显更高的温度和压力。高侧压力区域776中的高的排放压力作用在固定或定涡旋件580上，引起定涡旋件的基板772的高的扭曲和弯曲，如在图18中沿挠曲线782所示的。高压也导致了渐开线叶片562、582的尖端变形。该变形在涡旋构件560、580的尖端和基部770、772处产生间隙。增材制造提供了对涡旋构件560、580进行设计以变形相同的量从而减小相互啮合的涡旋构件的尖端和基板处的间隙的能力，这将在本文中在图19a至图20b的上下文中进一步讨论。
在本公开的某些实施方式中，高强度轻质压缩机部件可以是如图19a中的提供了控制涡旋构件内的挠曲水平和刚度的能力的动涡旋部件850。动涡旋件850包括基板860，基板860具有第一侧862和第二侧864。叶片866限定了从基板860的第一侧862延伸的渐开线涡旋形状。从基板860的第二侧864向下延伸有筒形毂868。一对向外突出的凸缘部分870，所述一对向外突出的凸缘部分870中的每个凸缘部分设置有向外敞开的槽(未示出，但该槽接纳十字滑块联轴器的一对十字键)。动涡旋部件850的本体部分872具有至少一个芯部或内部区域874，所述至少一个芯部或内部区域874包括经由增材制造形成的晶格结构880。晶格结构880上布置有实心表面882。晶格结构880可以布置在基板860、筒形毂868和/或具有渐开线涡旋形状的叶片866中的一者或更多者的内部区域872中。
如图19a所示，晶格结构形成为基板860、筒形毂868和/或具有渐开线涡旋形状的叶片866中的每一者内的连续区域。然而，与本文中所描述的任何其他部件一样，根据所需的机械性能，可以形成具有不同晶格结构或不同材料的彼此密封或彼此分开的分离隔室或内部区域。此外，如上所述，在某些实施方式中可以进行局部晶格单元密度修改以增加或减小刚度和/或挠曲。
作为示例，在替代变型中，仅基板860、筒形毂868或叶片866中的一者可以包括晶格结构880(或其某些组合)，而其他区域可以是通过增材制造形成的多孔固体或无孔固体。而且每个不同的区域可以具有不同的晶格结构880设计。值得注意的是，不存在形成于实心表面882中的用于从增材制造工艺中移除残留粉末或松散粉末的移除孔。因此，多个松散颗粒884可以留在晶格结构880的空隙区域内。这可以为动涡旋部件850提供附加的声音或振动阻尼特性。值得注意的是，某些区域可能需要较厚的壁(或实心表面882)，例如，实心表面882可以在第二侧864上沿筒形毂868和基板860的下部区域较厚，而实心表面882可以沿第一侧862、包括沿叶片866的表面区域较薄。涡旋叶片866被设计成与常规形成的叶片相比重量减轻并且具有相同或更好的强度。更厚及更薄的结构可以经由增材制造在需要的区域进行印制。同样地，可以将具有不同密度和设计的晶格结构印制成期望的预定刚度和/或挠曲水平。
值得注意的是，可能存在结合到本体部分872中的若干不同的刚度水平或挠曲水平，例如，基板860、叶片866和/或筒形毂868可以具有彼此不同的刚度/挠曲要求。即使在这些区域内，局部区域也可以具有不同的刚度和/或挠曲水平，例如，叶片866的尖端可以被加强。以这种方式，具有由增材制造工艺形成的内部晶格结构880的芯部区域可以是轻质且高强度的，并且还期望的是芯部区域具有局部不同的和定制的刚度或挠曲水平。在设计具有预定挠曲和刚度特性的部件时的灵活性解决了在某些操作条件下可能发生的挠曲，如上面在图17和图18的上下文中所讨论的那些。相对的部件之间的挠曲的更好地匹配和预期的力水平的校正允许更好的承载能力，从而导致更低的功率消耗和改进的效率以及增强的压缩机可靠性和寿命。这些原理适用于本文中所讨论的任何压缩机部件。
图19b中示出了高强度轻质绝缘动涡旋部件850的另一变型。除非在此另外讨论，否则动涡旋部件850a的设计和部件与图19a中的动涡旋部件850的设计和部件相同。在动涡旋部件850a中，晶格结构880a上布置有实心表面882a。然而，在实心表面882a中形成有用于在增材制造工艺之后移除保留的残留粉末或松散粉末的一个或更多个移除孔890。因此，晶格结构880a可以具有空的空隙区域。值得注意的是，在移除工艺之后，一些松散颗粒可能保留在空隙中；然而，大部分松散颗粒和残留颗粒被移除。在某些方面中，晶格结构880a的设计可以提供合适的特性(比如对声音或振动的绝缘)，使得不必留下这些颗粒或引入另一种材料。在其他变型中，晶格结构880a可以具有空的空隙区域，该空的空隙区域随后以不同的绝缘材料(例如，固体、凝胶、泡沫、液体或气体)或负压/真空填充。在移除之后，实心表面882a中的移除孔890可以随后经由各种已知技术用材料密封以产生这样的补片。当期望具有容纳的或密封的内部容积时，例如，当内部区域872由与压缩机中的制冷剂和油不相容的材料形成或包含该材料时，或者在晶格结构880a的空隙中存在真空时，可以密封移除孔890。孔890可以或可以不需要在最终的零部件中被密封，但如果孔890被密封，则可以使用比如钎焊、熔焊、粘合之类的方法。
图20a中示出了为定涡旋部件900的高强度轻质绝缘压缩机部件的另一变型。定涡旋部件900包括基板910，基板910具有第一侧912和第二侧914。叶片916限定了从基板910的第一侧912延伸的渐开线涡旋形状。定涡旋部件900包括环绕排放通道920的环形毂或凸起的肩部部分918。在定涡旋部件900中还形成有环形凹部922，在环形凹部922内可以布置有浮动密封组件(未示出)。一系列向外突出的凸缘部分924，所述一系列向外突出的凸缘部分924中的每个凸缘部分均设置有向外敞开的槽(未示出，但该槽接纳十字滑块联轴器的一对十字键)。
动涡旋部件900的本体部分930具有至少一个芯部或内部区域932，所述至少一个芯部或内部区域932包括经由增材制造形成的晶格结构940。晶格结构940上布置有实心表面942。晶格结构940可以布置在基板910、凸起的肩部部分918和/或具有渐开线涡旋形状的叶片916中的一者或更多者的内部区域932中。如图20a所示，晶格结构940形成为基板910、环形凸起的肩部部分918和/或具有渐开线涡旋形状的叶片916中的每一者内的连续区域。然而，与本文中所描述的任何其他部件一样，根据所需的机械性能，可以形成具有不同晶格结构或不同材料的彼此密封或彼此分开的分离隔室或内部区域。此外，如上所述，在某些实施方式中可以对局部晶格单元密度进行修改以增加或减小刚度和/或挠曲。
作为示例，在替代变型中，仅基板910、环形凸起的肩部部分918或叶片916中的一者可以包括晶格结构940(或其某些组合)，而其他区域可以是通过增材制造形成的多孔固体或无孔固体。而且每个不同的区域可以具有不同的晶格结构940设计。值得注意的是，不存在形成于实心表面942中的用于从增材制造工艺中移除残留粉末或松散粉末的移除孔。因此，多个松散颗粒944可以留在晶格结构940的空隙区域内。这可以为定涡旋部件900提供附加的声音或振动阻尼特性。值得注意的是，某些区域可能需要较厚的壁(或较厚的实心表面942)，例如，实心表面942可以在第二侧914上较厚以增强该结构，而实心表面942可以沿第一侧912、包括沿叶片916的表面区域较薄。涡旋叶片916被设计成与常规形成的叶片相比重量减轻并且具有相同或更好的强度。更厚及更薄的结构可以经由增材制造在需要的区域进行印制。同样地，可以将具有不同密度和设计的晶格结构印制成期望的预定刚度和/或挠曲水平。
图20b中示出了作为定涡旋部件900a的高强度轻质绝缘压缩机部件的另一变型。除非本文中另外讨论，否则定涡旋部件900a的设计和部件与图20a的定涡旋部件900的设计和部件相同。在定涡旋部件900a中，在晶格结构940a上布置有实心表面942a。然而，在实心表面942a中形成有用于在增材制造工艺之后移除保留的残留粉末或松散粉末的一个或更多个移除孔946。因此，晶格结构940a可以具有空的空隙区域。值得注意的是，在移除工艺之后，一些松散颗粒可能保留在空隙中；然而，大部分松散颗粒和残留颗粒被移除。在某些方面中，晶格结构940a的设计可以提供足够的对声音或振动的绝缘，使得不必需留下这些颗粒或引入另一种材料。在其他变型中，晶格结构940a可以具有空的空隙区域，该空的空隙区域随后以不同的绝缘材料(例如，固体、凝胶、泡沫、液体或气体)或负压/真空填充。在移除之后，实心表面942a中的移除孔946可以随后经由各种已知技术用材料密封以产生这样的补片。当期望具有容纳的或密封的内部容积时，例如，当内部区域932由与压缩机中的制冷剂和油不相容的材料形成或包含该材料时，或者在晶格结构940a的空隙中存在真空时，可以密封移除孔946。孔946可以或可以不需要在最终的零部件中被密封，但如果孔946被密封，则可以使用比如钎焊、熔焊、粘合之类的方法。
本公开的原理广泛适用于各种不同的压缩机部件。作为非限制性示例，在某些变型中，轻质高强度压缩机部件可选地选自下述项组成的组：轴承座、主轴承座、下轴承座、动涡旋部件、定涡旋部件、曲轴、十字滑块联轴器、壳或壳体、盖、覆盖件、分隔板、消声器板、涡旋式压缩机阀、驱动衬套、壳体与定子之间的交界区域、滚子元件、旋转叶片元件、滚子元件壳、螺纹部件、螺杆、闸转子、轴承、离心压缩机部件、往复运动部件、活塞、连接杆、气缸盖、压缩机本体、盘阀(discusvalve)、盘阀保持件、阀板及其组合。具有内部晶格结构的这种部件在被结合到压缩机中时用于减轻重量，同时控制压缩机内的部件的挠曲和刚度。通过增材制造形成的具有受控的挠曲和/或刚度水平的这种轻质高强度部件增强了压缩机操作、耐久性和寿命。因此，这种部件可以被结合到具有更高效率或增强的性能的压缩机中。而且，在设计局部晶格密度修改时的高度灵活性使得能够局部地增加或减小部件刚度或挠曲水平，同时还潜在地改善了热、声音和/或振动特性。
在某些变型中，压缩机可以是涡旋式压缩机，并且压缩机部件可以是涡旋式压缩机部件。在某些实施方式中，轻质高强度涡旋式压缩机部件可选地选自下述项组成的组：轴承座、主轴承座、下轴承座、动涡旋部件、定涡旋部件、曲轴、壳或壳体、盖、覆盖件、分隔板、消音板、十字滑块联接环、涡旋式压缩机阀、驱动衬套、壳体与定子之间的交界区域以及其组合。
在某些其他方面中，压缩机部件可以是由经由增材制造产生的具有包括晶格结构的至少一个内部区域的第一工件或零部件形成的组件。该组件还可以包括经由常规成形技术——例如以本领域公认的常规方式由粉末金属锻造、铸造或烧结——形成的其他工件或零部件。
可以结合根据本公开的某些方面制备的部件的压缩机的类型包括正排量式压缩机和动力式压缩机。正排量式压缩机通过使压缩室的容积通过被施加至压缩机的机构的功而减小来增大制冷剂蒸汽压力。正排量式压缩机包括目前使用的多种类型的压缩机，比如往复式压缩机、线性旋转(滚动活塞、旋转叶片元件、单螺杆、双螺杆、离心压缩机部件)压缩机和动(涡旋或摆线)压缩机。动力式压缩机通过将来自旋转构件的动能连续传递至蒸汽、然后将该能量转换成压力升高来增大制冷剂蒸汽压力。离心式压缩机基于这些原理起作用。
出于说明和描述的目的已经提供了对一些实施方式的前述描述。该描述并非意在是详尽的或者限制本公开。特定实施方式的各个元件或特征通常并不限于该特定实施方式，而是，即使没有具体示出或描述，特定实施方式的各个元件或特征在适用的情况下是可互换的，并且可以被用于选定实施方式中。特定实施方式的各个元件或特征也可以以许多不同的方式变化。这些变型并不被认为偏离本公开，并且所有这些改型均意在包括在本公开的范围内。