专利名称：通过聚结制造多层物体的方法和制造的多层物体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过聚结来制造多层物体的方法以及由该方法制造的多层物体。
现有技术的描述在WO-A1-9700751中，描述了一种冲击机床和使用该机床切割杆件的方法。该文献也描述了一种使金属物体变形的方法。该方法使用在该文献中描述的机器，并且其特征在于，不论是固体形式的金属材料，还是诸如颗粒、丸状等类似形状的粉末形式的金属材料，最好固定在模具、夹具或类似装置的末端，其特征还在于，该材料要经受由例如冲击锤这样的冲击单元进行的绝热聚结，由液体来产生冲击锤的动作。在WO的那篇文献中全面地描述了该机器。
在WO-A1-9700751中，描述了组成部分例如球形的成形。将金属粉末供给分成两部分的工具中，并且通过连接管道供应该粉末。该金属粉末最好被气体雾化。一穿过连接管道的棒材承受来自冲击机床的冲击，以便对装入球形模具中的材料施加影响。然而，在任一实施例中，不能显示根据该方法物体被制造得怎么样的规定参数。
根据该文献的压实操作分为几个步骤例如三个步骤进行。如下所述，这些步骤进行得非常快，并且进行三次冲击。
冲击1非常轻的冲击，将粉末中的大部分空气压出，并且对粉末颗粒进行定向，以保证没有大的不规则性。
冲击2具有非常高的能量密度和高冲击速度的冲击，用于粉末颗粒的局部绝热聚结，从而将它们彼此紧靠压缩，以得到非常高的密度。每一颗粒的局部温度升高取决于在冲击期间的变形程度。
冲击3具有中等能量和高接触能量的冲击，用于基本上压实的材料物体的最后成形。然后可以将该压实的物体进行烧结。
在SE9803956-3中描述了用于材料物体的变形方法和设备。其实质上是在WO-A1-9700751中描述的发明的进一步发展。在根据这个瑞典申请的方法中，使用这样的速度将冲击单元作用到该材料上，即该速度产生至少一次冲击单元的回弹冲击，其中回弹冲击被削减，从而产生冲击单元的至少另外一次冲击。
根据在WO那篇文献中的方法的冲击，在该材料中供给局部非常高的温度增加，从而能够导致在加热或者冷却过程中材料内的相变。当使用回弹冲击的反作用并且产生至少另外一次冲击时，该冲击有助于来回进行的波动并且由第一次冲击的动能产生，在较长的时期内继续下去。这导致该材料的进一步变形，并且具有低于没有该反作用时必须的冲量的较低冲量。现在已表明，根据上述这些文献的机器不能很好的工作。例如，它们提及的在冲击之间的时间间隔不可能获得。进一步地，这些文献没有包括表明能够形成物体的任何实施形式。
发明目的本发明的目的是获得以低成本制造多层产品的有效生产的方法。这些产品可以是医疗器件，例如在整形外科中医疗植入物或者骨头接合剂，也可以是器械或者诊断设备，或者非医疗器件，例如工具、绝热器应用、坩埚、喷嘴、导管、切割刀刃、连接环、球轴承和发动机部件。另一个目的是得到上述种类的多层产品。
在此使用的术语“多层”定义为由彼此一体连接的多个不同部分构成的产品。这些部分可以具有平坦的各层的形式，或者具有其他任一合适的形式，只要不同部分的形状紧密配合在一起的形式。一个部分可以具有凸起的表面，其配合在另一部分的凹进的表面周围。在图2a-2f中画出了不同的多层产品的例子。这些不同的部分可以由相同种类的材料制成，或者由不同种类的材料制成。也可能将陶瓷材料和一层聚合材料结合在一起。也可能存在具有多层或者多部分不同聚合体的多层产品。
也可能以比上述文献中描述的方法低很多的速度实施新的方法。另外，该方法不应该限制为使用上述的机器。
发明概述已经令人惊喜地发现，根据在权利要求1中限定的新方法来压缩不同的多层产品是可能的。将要被压缩的材料具有例如粉末、丸状、颗粒等的形式，这些材料被填入模具中，并且通过至少一次的冲击预压实和压缩。用在该方法中的机器可以是在WO-A1-9700751和SE9803956-3中描述的机器。
根据本发明的方法使用冲击机床中的液压装置，这可以是用在WO-A1-9700751和SE9803956-3中的机器。当使用机器中的纯液压装置时，可以给定冲击单元这样的运动通过以能够达到聚结所需的足够速度撞击将被压缩的材料，它发出足够的能量。这种聚结可以是绝热的。快速进行冲击，对于某些材料来讲，在该材料中的波动在5和15毫秒之间衰减。相对于使用压缩空气，使用该液压装置也给出了一个较好的顺序控制和较低的运行成本。弹簧驱动的冲压机床用起来更加复杂，并且当和其他机器结合成一体时，引起较长的安装时间和较差的适应性。因此，根据本发明的方法将比较经济并且易于实现。最佳的机器具有用于预压实和后压实的较大挤压和高速的小型冲击单元。因此，可能更加愿意使用依这样结构构造的机器。也可以使用不同的机器，一台机器用于预压实和后压实，另一台用于压缩。
附图的简要说明关于附图
图1画出了一种用于具有粉末、丸状、颗粒等形式的材料的变形的装置的剖面图；图2a-2f表示不同种类的多层产品的形成；图3-4是表示在例子中描述的实施例所得到的结果的图形。
发明的详细描述本发明涉及通过聚结制造多层物体的方法，其中该方法包括步骤(a)用具有粉末、丸状、颗粒等形式的初始材料填充预压实模具，
(b)预压实该材料至少一次，(c)通过至少一次冲击压缩在压缩模具内的材料，当冲击填入压缩模具内的材料时，冲击单元产生足以形成该多层物体的动能，引起该材料的聚结，(d)或者在步骤(a)中、或者在步骤(b)中的压实之后或者在步骤(c)中的压缩初始材料之后，将至少另外一种材料以粉末、丸状、颗粒等的形式填入该模具内，(e)如果必要，在至少另外一种材料填入之后进行进一步预压实和/或压缩。
预压实模具和压缩模具可以是同一模具，这意味着该材料不必在步骤(b)和(c)之间被移动。也可能使用不同的模具并且在步骤(b)和(c)之间将材料从预压实模具移动到压缩模具。只有在该物体由在预压实步骤中的材料形成的情况下才这样作。
根据一个实施例，该第一种材料在第二种材料加入之前仅仅被预压实。然后，进行第二步预压实，通过至少一次冲击来撞击该多层材料，从而达到聚结并且形成一体的产品。也可能在该第一种或者初始的材料的预压实之前将另外的一种或者多种具有粉末形式的材料加入。在这种情况下，所有的材料将在一起被压实并接受冲击。
根据另一实施例，该第一和第二种材料以粉末的形式在彼此并排加入或者一种在另一种之上分层地加入，此后进行预压实和冲击。
根据第三实施例，预压实并且冲击该第一种材料以形成聚结元件，然后将该元件放入第二模具中，置于第二种材料的粉末顶上或者被第二种材料所包围。该第一元件和第二种材料一道被预压实并使用聚结冲击来进行撞击。
在下面的描述中，所述的任一步骤可以指在多层产品的一层或一个元件之上或者在几层或多个元件上一起进行的加工过程。
在图1中的设备包括冲击单元2。图1中的材料具有粉末、丸状、颗粒等类似的形式。该设备设有冲击单元3，其通过有力的冲击可以获得该材料物体1即刻并且相对较大的变形。本发明也涉及物体的压缩，这将在下面描述。在该例子中，例如固体的均匀的多层物体之类的固态物体1被放入模具中。
这样布置冲击单元2，即在作用在其上的重力的影响下，它加速撞击材料1。该冲击单元2的质量m最好基本上大于该材料1的质量。这样，能够略微降低冲击单元2的高速冲击的需要。允许冲击单元2撞击材料1，并且当撞击压缩模具中的材料时，该冲击单元2产生足够的动能，以压缩并且形成物体。这引起局部的聚结，从而得到材料1随之发生的变形。材料1的变形是塑性的，因此是永久的。在材料1中，产生沿着冲击单元2的冲击方向的方向的波动或者振动。这些波动或者振动具有高的动能，并且激发在材料中的滑动面，而且也引起该粉末的颗粒的相对位移。该聚结可能是绝热聚结。温度的局部升高发展为在材料中点焊(颗粒间的熔合)，这增加了密度。
预压实是非常重要的步骤。为了排出空气并且将在该材料中的颗粒定向，所以实施预压实。预压实步骤比压缩步骤慢很多，因此更加容易将空气排出。压缩步骤可以进行得很快，其没有同样的可能去排出空气。在这种情况下，可能将空气封闭在制成的物体内，这是不利的。以足以获得颗粒的最大压实程度从而形成在颗粒之间的最大接触面的最小压力进行预压实。这要视材料而定，取决于该材料的柔软度和熔点。
通过大约117680N的轴向载荷的压实可以实施在例子中的预压实步骤。在预压实模具或者最终模具中可以实施该步骤。根据本说明书中的例子，已在圆柱形模具中实施该步骤，该模具作为工具的一部分，并且具有直径30mm的圆形截面，该截面的截面积是大约7cm2。这意味着已经使用大约1.7×108N/m2的压力。对于羟磷灰石，可以用至少约0.25×108N/m2的压力预压实这种材料，并且最好使用至少约0.6×108N/m2的压力。使用的必要的或者使用的优选的预压实压力依赖于材料，并且对于更加柔软的多层来说，其在大约0.2×108N/m2的压力下压实就足够了。其他可能的值为1.0×108N/m2、1.5×108N/m2。在这一应用中进行的研究是在空气中和室温下进行的。因此，在研究中得到的所有值都是在空气中和室温下获得的。如果使用真空或者加热的材料，那么也可能使用较低的压力。圆柱形的高度为60mm。在权利要求中提到撞击面积，并且该面积是冲击单元圆形横截面的面积，该冲击单元作用在模具中的材料上。在这种情况下的撞击面积是横截面面积。
在权利要求中，还提到用在例子中的圆柱形模具。在该模具中，撞击区域的面积和该圆柱形模具的截面面积是相同的。然而，能够使用模具的其他结构，例如球形的模具。在这样的模具中，该撞击区域会小于球形模具的截面。
本发明进一步包括一种通过聚结来制造多层物体的方法，其中，该方法包括通过至少一次冲击，将压缩模具内的第一种或初始的材料(即具有已经得到的用于特殊用途的目标密度的物体)的固态物体与具有粉末形式或具有固态物体形式的至少一种其他材料一起压缩，在此，冲击单元产生足够的能量，从而引起在物体内材料的聚结。在该材料中过大的局部温度升高期间，能够激发滑动面，因此得到变形。该方法也包括使该物体变形。
根据本发明的方法能够用下面的方式来描述。
(1)将粉末压榨为坯料物体，通过冲击将该物体压缩为(半)固态物体，然后通过后压实可以在该物体中获得能量保留。这一过程，也能描述为动态锻打冲击能量保留(DFIER)，其包括三个主要步骤。
(a)压制其非常类似于冷压制或者热压制。其意图是由粉末获得坯料物体。已经证明进行两次压实粉末是最有利的。仅一次压实提供低于粉末的两次连续压实取得的密度3％的密度。该步骤是粉末的准备工作，通过空气的排放和粉末颗粒的定向以有利的方式来进行。坯料物体的密度值大于或者小于正常的冷压制和热压制的密度值。
(b)冲击该冲击步骤是实际的高速步骤，在此，冲击单元用限定区域撞击粉末。在粉末中的材料波动开始，并且在粉末颗粒之间发生颗粒间的熔合。该冲击单元的速度看起来好象只有在最初非常短的时间内发挥重要的作用。该粉末的质量和该材料的性能决定发生的颗粒间熔合的程度。
(c)能量保留(d)能量保留步骤的目的在于将释放出的能量保留在制成的固态物体内。实际上这是使用与粉末的预压实至少相同的压力进行的压实。其结果是制成的物体的密度增加大约1-2％。通过在使用至少与预压实相同的压力冲击和压制之后，使冲击单元停留在固态物体之上的位置，或者在冲击步骤之后卸压来实施该步骤。这一想法就是粉末的更多转化将发生在制成的物体中。
根据该方法，在空气中和室温下，压缩冲击产生对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内至少100Nm的总能量。其他总能量值可以是至少300、600、1000、1500、2000、2500、3000和3500Nm。也可以使用至少10000、20000Nm的能量值。有一种新机器，其具有一次冲击产生60000Nm能量的能力。当然，也可以用这样高的能量值。如果使用几次这样的冲击，那么总能量可以达到好几个100000Nm。该能量值取决于使用的材料以及制成的物体应用的场合。一种材料不同的能量值将给出这种材料物体不同的相对密度。越高的能量值将获得越密实的材料。不同的材料需要不同的能量值，以得到相同的密度。这取决于例如材料的硬度和材料的熔点等。
根据该方法，在空气中和室温下，压缩冲击产生对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内至少5Nm/g的每单位质量的能量。其他的每单位质量的能量值可以是至少20Nm/g、50Nm/g、100Nm/g、150Nm/g、200Nm/g、250Nm/g、350Nm/g和450Nm/g。
样品的质量和获得某一相对密度需要的能量之间可以具有线性的关系。然而，对于某些材料来说，相对密度可以是总冲击能量的函数。
这些值可以根据使用材料不同而有所不同。本领域技术人员能够测试在那些值质量依赖性将是有效的，以及什么时候可以有质量独立性。
这些能量水平需要修正并适合模具的形式和结构。例如，如果模具是球形的，那么将需要另一能量值。借助于上面给出的数值的帮助和指导，本领域技术人员将能够测试对于特定的形式所需的能量水平。该能量水平取决于该物体将被用作什么，即需要相对密度，模具的几何形状和材料的性能。当撞击加入压缩模具内的材料时，该冲击单元必需产生足够的动能以形成物体。借助较高的冲击速度，将获得更多的振动、颗粒间增加的摩擦、升高的局部热量以及增加的材料的颗粒间的熔合。撞击面积越大，获得的振动越多。有一个限制，即在此释放给工具的能量多于释放给材料的能量。因此，对于材料的高度也有一最佳值。
当将多层产品的粉末加入模具中并且使用冲击单元撞击该材料时，在粉末材料中获得一种聚结，并且该材料将浮动。一种可能的解释是在该材料中的聚结由波动引起，该波动在该冲击单元从模具中的材料物体或材料弹回时反复产生。这些波动产生在材料物体中的动能。由于温度局部升高产生的传导能量，使颗粒变软、变形，使颗粒的表面熔化。颗粒间的熔合使颗粒重新在一起固化，并且能够获得密实的材料。这也影响物体表面的光滑度。使用聚结方法压缩的材料越多，得到的表面越光滑。材料和该表面的孔隙率也受该方法的影响。如果需要多孔疏松的表面或者物体，那么该材料不应压缩得和需要较小疏松度即孔隙较少的表面或物体一样大。
单个的冲击影响材料的取向、空气的排放、预先模制、聚结、工具的填充和最终的校准。已经注意到，来回运动的波动基本上沿着冲击单元的冲击方向传播，也就是说，从材料物体被冲击单元撞击的表面到靠着模具底部放置的表面，然后再返回。
上面已经描述的有关能量转化和波动产生的内容也涉及固态物体。在本发明中，固态物体是指已经获得用于特定用途的目标密度的物体。
在冲击期间，冲击单元最好具有至少0.1m/s或者至少1.5m/s的速度，以便给冲击以需要的能量值。可以使用比现有技术的方法低得多的速度。该速度取决于冲击单元的重量以及需要什么样的能量。在压缩步骤中的总能量值是至少大约100到4000Nm。但是可以使用更高的能量值。所谓的总能量是指所有冲击加在一起的能量值。冲击单元施加至少一次冲击或者数次连续的冲击。根据例子，在两次冲击之间的间隔是0.4秒和0.8秒。例如，可以使用至少两次冲击。根据例子，一次冲击已经显示出有希望的结果。在空气中和室温下实施这些例子。如果说使用真空和加热或者某些其他改进的处理，也许可以使用更低的能量来获得良好的相对密度。
该多层产品可以被压缩到60％的相对密度，优选65％。更优的相对密度是70％和75％。另外的优选密度为80％和85％。特别优选至少为90％的密度，直到100％。然而，其他的相对密度也是可能的。如果坯料物体是待制造的，那么具有大约40-60％的相对密度就足够了。负载支撑埋入物需要90-100％的相对密度，在一些生物材料中，具有一些孔隙是好的。如果获得至多5％的孔隙率并且这足以够用，那么就无需进一步的后处理。这对于某些应用场合是机会。如果获得小于95％的相对密度，并且这还不够，那么该过程需要继续进一步的处理，例如烧结。在这种情况下，相对于传统的制造方法，已经将几个加工步骤削减。
该方法也包括预压实材料至少两次。已经表明，相对于使用相同的总能量且只有一次预压实的冲击来讲，这样做有利于获得高的相对密度。两次压实可以给定比一次压实高大约1-5％的密度，这取决于使用的材料。对于某些材料来说，这种提高甚至更高。当预压实两次时，在两步之间使用小的间隔实施压实步骤，例如大约5秒的间隔。相同的压力可以用在第二预压实步骤中。
进一步地，该方法可以包括在压缩步骤之后至少压实材料一次的步骤。也已经显示这带来非常好的结果。后压实应该在至少与预压实压力相同的压力下进行，即0.25×108N/m2。其他的可能值为1.0×108N/m2。较高的后压实压力也是理想的，例如该压力是预压实压力的两倍。对于羟磷灰石，该预压实压力应该是至少大约0.25×108N/m2，并且对于羟磷灰石来说这是最低可能的后压实压力。对于每一种材料都必须测出预压实值。后压实与预压实对样品产生的预先影响有一些不同。来自冲击以增加粉末颗粒之间局部温度的传递能量保存较长的时间并且能够影响样品，从而在冲击之后巩固较长的时间。该能量保留在制成的固态物体内。也许在样品中材料波动的“持续时间”增加，并且它可能作用在样品上较长的时间，所以更多的颗粒能够熔化在一起。在使用至少与预压实压力相同的压力即至少大约0.25×108N/m2的压力冲击并压制羟磷灰石之后，通过使该冲击单元停留在固态物体上的位置来进行之后的压实或者后压实。粉末的更多转化将发生在制成的物体内。结果是制成的物体的密度增加大约1-4％。这种可能的增加也依赖于材料。
当使用预压实和/或后压实时，使用更轻的冲击和更高压力的预压实和/或后压实是可能的，因为能够使用较低的能量水平，这带来了工具的节省。这取决于预期的用途和使用的是什么材料。这也可以是获得较高相对密度的一种途径。
为了获得提高的相对密度，也可能在该过程之前预先处理该材料。该粉末可以被预先加热到比如200-300℃或者更高，这取决于预加热的材料为什么类型。可以将该粉末预先加热到接近材料的熔化温度的一个温度。可以使用合适的预加热方法，例如在炉中正常加热粉末的方法。为了在预压实步骤期间得到更加密实的材料，能够使用真空或者惰性气体。这会有这样的效果在加工期间，空气在材料中不用被封闭到相同的程度。
根据本发明的另一实施例，在压缩或者后压实之后，该物体可以被加热和/或烧结任意的时间。使用后加热来放松在材料中的结合(通过增加的结合应变获得)。由于该压实物体比由其他形式的粉末压缩得到的压实具有更高的密度这样的事实，所以可以使用较低的烧结温度。因为较高的温度可以引起构成材料的分解或转化，所以这是有利的。制成的物体也可以用某些其他的方法进行后处理，例如使用热等静压(HIP(Hot Isostatic Pressing))。
另外，该制成的物体可以是坯料物体，并且该方法也可以包括烧结坯料物体的另外的步骤。本发明的坯料物体给出一个粘在一起的一体的物体，甚至没有使用任何添加剂。这样，该坯料物体可以被储存和处置，也可以被加工，例如被抛光或者切割。也可能将该坯料物体用作最终的产品，而没有任何植入的烧结。这是这样的情况当该物体是骨架植入物或者替代物时，在此，该植入物将被再吸收到该骨架中。
在处理之前用于多层产品的材料能够和添加剂均匀地混合。也可以使用粒状的预干燥，以减少原材料中的水分含量。某些多层产品不吸收湿气，而其他的多层产品易于吸收能够扰乱材料加工的湿气，并且降低被加工材料的均匀性，因为高的潮湿度能够增加材料中的水蒸气泡沫。
该多层材料可以从这样的组中进行选择，该组包括金属的、聚合的或者陶瓷的材料，例如不锈钢、铝合金、钛、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PEEK、橡胶、氧化铝、氧化锆、碳化硅、羟磷灰石或者氮化硅。该多层产品可以包括包含加强纤维或者来自下面这组中的粉末的复合材料，这组材料为碳、金属、玻璃或者陶瓷，例如氧化铝、硅石、硅、氮化硅、氧化锆、碳化硅。
压缩冲击需要在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内发出对应于至少100Nm的总能量，以用于多层产品或者分层产品。压缩冲击需要发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少5Nm/g的每单位质量的能量，以用于多层产品。
已经容易地表明，使用具有不规则颗粒形态的颗粒，可以获得较好的结果。颗粒尺寸的分布可能应该宽广。小的颗粒能够填满大颗粒间的空间。
第一和第二种材料可以包括润滑剂和/或烧结辅助剂。润滑剂可以有助于和材料的混合。有时，该材料需要在模具中的润滑剂，以便于容易地取出该物体。在某些情况下，如果润滑剂用在该材料中，这可能是个选择，因为这也使该物体更加容易地从模具中取出。
润滑剂冷却颗粒材料、占据空间并且润滑颗粒材料。同时具有消极作用和积极作用。
内部润滑是好的，因为该颗粒随后将更加容易地滑动到位，并且因此将该物体压实到更高的程度。对于纯粹的压制是好的。内部润滑减小了颗粒件的摩擦，因而发出较小的能量，结果造成较少的颗粒之间的熔合。对于压缩从而获得高的密度来说是不利的，并且例如用于烧结时，该润滑剂必须被去除。
外部的润滑增加了释放到材料中的能量的数量，并且因此间接地减小了作用在工具上的载荷。结果造成了在材料中更多的振动、增加的能量和颗粒间更大程度的熔合。较少的材料粘到模具上，并且该物体更易于挤压成形。这对于压实和压缩都好。
润滑剂的一个例子是合成脂肪酸酯(Acrawax)C，但是也可以使用其他传统的润滑剂。如果将该材料用在医疗物体内，那么该润滑剂必须在医疗上被接受，或者它应该在加工期间用某些方法去除。
如果工具被润滑并且将粉末预热，那么就可以避免工具的抛光和清洗。
烧结辅助剂也可以包含在该材料中。该烧结辅助剂在后面的处理步骤中可以是有用的，例如在烧结步骤中。然而，在不包括烧结步骤的方法实施例中，该烧结辅助剂在某些情况下不是这样有用。该烧结辅助剂可以是氧化钇、氧化铝或者氧化镁或者某些其他的传统烧结辅助剂。烧结润滑剂如果用在医疗物体上，像润滑剂一样，它也应该是在医疗上被接受或者可以被去除。
在某些情况下，同时使用润滑剂和烧结辅助剂可以是有用的。这取决于使用的过程、使用的材料和制造的该物体的预期用途。
在某些情况下，为了容易地取出物体，在模具中使用润滑剂可以是必要的。也可能在模具中使用一层涂层。该涂层可以由例如TiNAL或者Balinit Hardlube的材料制成。如果该工具具有最佳的涂层，那么将没有材料粘结到工具部件上并且消耗部分的释放能量，这增加了释放到该粉末中的能量。在取出形成的物体困难的情况下，会消耗时间的润滑将是不必要的。
当通过聚结制造多层材料时，将得到非常密实且取决于材料本身的、坚硬的材料。该材料的表面将非常光滑，这在个别的应用场合非常重要。
如果使用几次冲击，那么它们可以连续地实施，或者可以将变化的间隔插入冲击之间，从而提供有关该冲击广泛的变化。
例如，可以使用一次到大约六次冲击。对于所有的冲击，能量水平可以是相同的，该能量也可以增加或者减小。冲击系列可以以相同水平的至少两次冲击开始，并且最后的冲击具有双倍的能量。也可以相反。
通过一次冲击释放总能量经常能够获得最高的密度。如果总能量由几次冲击来释放，那么可以获得较低的相对密度，但是节省了工具。因此对于不需要最大的相对密度的应用场合，则可以使用多次冲击。
通过一系列快速的冲击，能够连续地将动能供给材料物体，该动能有助于保持来回运动的波动的存在。因为新的冲击产生材料进一步的塑性的、永久变形的同时，所以这同时支持该材料产生进一步的变形。
根据本发明的另一实施例，用于一系列冲击中的每次冲击，冲击单元用其撞击该材料物体的冲量在减小。最好在第一和第二次冲击之间的冲量差别是巨大的。在这样短的时间段内(优选大约1ms)获得具有小于第一冲量的冲量的第二冲击也是容易的，例如通过回弹冲击的有效减小就可以获得。然而如果需要，可能施加大于第一或者预先冲击的冲量。
根据本发明，可能使用冲击的许多变量。为了在随后的冲击中使用较小的冲量，不必使用该冲击单元的反作用。可以使用其他的变化，例如在随后的冲击中增大冲量，或者只有一次伴随或高或低的冲击的撞击。可以使用几个不同系列的冲击，在冲击之间的间隔时间不同。
由本发明的方法制造的多层物体可以用在医疗设备上，比如医疗植入物或者在整形外科中的骨头接合剂，或者用在器械或诊断设备上。这样的植入物可以是例如骨骼的修补物或者牙齿的修补物。
根据本发明的实施例，该材料在医疗上是可被接受的。例如，这样的材料是包含羟磷灰石或者氧化锆的一种元素或一层的合适的多层产品。
用于植入物中的材料需要在生物体上合适并且在血液上合适，同时有机械耐用性，例如羟磷灰石和氧化锆或者其他合适的多层材料。
由本发明的方法制造的物体也可以是非医疗产品，例如切割工具、绝热用途、坩埚、喷嘴、导管、切割刀刃、连接环、球轴承和发动机部件。
这里给出了某些材料的几个用途，这些材料可以用在目前的多层产品中。氮化硅的用途是坩埚、喷嘴、管道、切割刀刃、连接环、球轴承和发动机部件。铝是一种良好的电绝缘体，并且同时铝具有可接受的导热性，因此铝可以用来制造电子元件安装用的基底、火花塞的绝缘体和高压区域的绝缘体。铝也是在整形植入物中通用的材料种类，例如在髋骨修补中的股骨头。羟磷灰石是广泛用在整形外科中最重要的生物材料。氧化锆的通常用途是切割工具、绝热发动机的元件，在整形植入物中它也是一种通用的材料种类，例如在髋骨修补中的股骨头。这样，本发明就有一个大的应用范围，以便制造根据本发明的产品。
当加入模具中的材料接受聚结作用时，在形成的物体上就获得了一层坚硬、光滑和致密的表面。这是该物体的一个重要特征。坚硬的表面提供了物体优越的机械性能，例如高的耐磨损性和耐刮擦性。光滑致密的表面使得该材料能够抵抗例如腐蚀。在该产品中得到了较少的孔、较大的强度。这里是指敞开的孔道和孔的总数。在传统的方法中，一个目标是减小开孔的数量，因为开孔是不可能经过烧结而减少的。
重要的是混合粉末混合物，直到将它们尽可能地混合均匀，以便获得具有最佳性能的物体。
涂层也可以根据本发明的方法来制造。例如，涂层可以形成在一元件或者一多层产品的表面上。当制造涂覆的元件时，将该元件放在模具中，并且可以用传统的方法将其固定在里面。将涂覆材料环绕将要被涂覆的元件周围加入模具中，例如采用气体喷雾，然后通过聚结形成涂层。将要被涂覆的元件可以是根据这一应用形成的任意材料，或者它可以是任意传统方式形成的元件。这样的涂覆可以是非常有利的，因为该涂覆能够给该元件提供特殊的性能。
也可以采用传统方法将涂层施加在根据本发明制造的物体上，例如通过浸泡涂覆和喷射涂覆。
也可能通过至少一次冲击首先压缩在第一模具中的材料。之后可以将该材料移动到另一较大的模具中，并且将另外的材料加入该模具中，随后通过至少一次冲击将材料压缩到第一次压缩过的材料的顶上或者侧面。在冲击能量的选择和材料的选择方面，许多不同的结合是可能的。
本发明也涉及用上述方法获得的产品。
和压制相比较，根据本发明的方法具有几个优点。压制方法包括由包含烧结辅助剂的粉末形成坯料物体的第一步。该坯料物体将在第二步被烧结，在此，烧结辅助剂被烧尽，或者可以在另外的步骤中被烧尽。该压制方法也需要制成的物体的最后加工，因为该表面需要机械加工。根据本发明的方法，可能在一步或者两步内制造该物体，不需要该物体的表面的机械加工。
使用该方法，能制造一件式的大的物体。在目前使用的方法中，经常必须制造在使用之前预先连接在一起的几件式的物体。例如，可以使用螺栓或者粘合剂或者它们的结合将这些件连接在一起。
另外的优点是本发明的方法可以用在携带排斥颗粒的电荷的粉末上，从而不用处理粉末来中和电荷。该方法可以不受粉末颗粒的电荷或者表面张力的影响来实施。然而，不能排除使用携带相反电荷的其他粉末或者添加剂的可能。使用该方法，能够控制制成的物体的表面张力。在某些情况下，需要低的表面张力，例如，磨损表面需要一层液体薄膜，在其他情况下，需要高的表面张力。
这里给出一些例子，用来解释本发明。
例子下面的材料被测试氮化硅、羟磷灰石、氧化铝、钛、C0-28Cr-6Mo、聚甲基丙烯酸甲酯和超高分子量聚乙烯。
氮化硅是一种完全凝固的颗粒状粉末。羟磷灰石和氧化铝根本不用预处理。该金属和聚合粉末最初被干燥混合10分钟，以便在粉末中获得均匀的颗粒尺寸分布。
多层产品具有许多应用范围，比如植入物。
采用不同的材料组合来试验六种不同的多层产品。
2两水平层3三水平层1.一水平层和两垂直层2.两垂直层3.两水平层和两垂直层4.四垂直层主要的目的是评价通过化学结合达到彼此结合的固体层的性能。
在多层产品的每一构成物的测试说明中，指定的重量被多层产品中的层数分开。这意味着获得用于测试说明中指定的重量的可见性指标的冲击能量也必须被层数分开。如果一层水平层由两个垂直层构成，那么当选择冲击能量时，就必须考虑具有最低硬度的材料。像作为单一水平层的材料1一样，聚合体从来不用处理。
下面的测试方案通用于所有不同的层1用于层1的预压实程序1.1用手预压实1.2用冲击单元以12000kp的轴向载荷预压实2在增加材料2之前用于层1的冲击能量水平2.1用对应于可见性指标1的能量冲击2.2用对应于可见性指标2的能量冲击2.3用对应于可见性指标3的能量冲击
3使用机器预压实和用于材料2和3的最大允许冲击能量分别进行多层冲击。这取决于该多层产品是具有两层还是三层水平层。
用每种材料的质量除以材料的理论比密度之和，再被三层的总质量除可以计算出用于不同的多层产品的近似的理论密度，ρ多层＝m总/(ma/ρa+mb/ρb+mc/rd+mc/ρd+mc/ρd)在每一层的上模被移走后，倾倒并处理下面的粉末。当完成多层产品之后，将工具部件拆下，拿出样品。用电子测微计测量该直径和厚度，给出物体的体积。然后电子地确定重量。由这些结果，通过该重量除以体积可以获得密度1。
为了能够继续进行下一个样品，必须清洗工具，或者只用丙酮，或者用砂布抛光工具表面，以去除残留在工具上的材料。
表1列出了用于该研究的不同粉末。
表1
两水平层图2a示出了两层水平层的外观。使用的不同材料结合在表2中详细列出。
在将羟磷灰石和超高分子量聚乙烯压缩在一起后没有获得固体的样品。在加入聚合体之前该羟磷灰石能够是固体，但是随后当加入聚合体并撞击时其破裂。压缩羟磷灰石和钛给出和羟磷灰石相似的结果。在用机器预压实之后钛变成 固态物体，但是当钛作为材料2被撞击时，它撞裂羟磷灰石。通过手工压实羟磷灰石然后加入钛粉可获得最好的结果。氧化铝和氮化硅不能成功地压缩为单一的材料，并且按照多层压缩顺序可以获得相同的结果。陶瓷材料分离，并且不能粘结到加入的材料2上。当首先将钛撞击成固态物体然后撞击聚合体时，和超高分子量聚乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯一起压缩钛以提供固体样品。该聚合体必须熔化变成塑胶，以粘结到钛上面。如果钛仅仅用手工压实，那么该聚合体似乎仍然是粉末。
Co-28Cr-6Mo也已经复合化，以固化为单一的材料。它和聚甲基丙烯酸甲酯与超高分子量聚乙烯一起被压缩。当将Co-28Cr-6Mo首先撞击为固体材料物体时，使用超高分子量聚乙烯可以获得某些固体样品。没有获得Co-28Cr-6Mo/聚甲基丙烯酸甲酯两层的好样品。
表2
三水平层图2b表示三层水平层的外观。使用的不同材料组合在表3中详细列出。
当三层压缩在一起时，获得固体样品是困难的。经常是单一一层固体，但是在层与层之间没有获得机械或者化学的结合。当仅仅用手压实或者用机器预压实第一和第二种材料然后使用高的冲击能量冲击时，可以获得最好的结果。似乎在层与层之间是化学结合，并且该材料物体是坚固的。
表3示出了在三层水平层内测试的不同材料的组合。
表3
一水平层和两垂直层图2c表示具有一水平层和两垂直层的多层的外观。使用的不同材料结合在表4中详细列出。
通过预压实和随后撞击这两种材料可获得最好的结果。得到能够粘接金属或者羟磷灰石的塑胶聚合体是困难的。这些样品常常易碎，并且用手就能容易地破坏它。
表4
两垂直层图4是两水平层的外观。使用的不同材料组合在表5中详细列出。
用机器将这两种材料预压实在一起且随后用最高允许冲击能量撞击能够供给最好的结果。得到的样品结实且不会分离。
表5
两水平层和两垂直层图2e表示两水平层的外观。在表6中详细列出了使用的不同材料结合。
该样品分离。使用这些冲击能量水平使聚甲基丙烯酸甲酯和超高分子量聚乙烯熔合在一起是困难的。该钛层是结实的，但是不能粘接到其他材料上。
表6
四垂直层图2f表示两水平层的外观。在表7中详细列出使用的不同材料结合。
包含两垂直层的第二层扭转180度，从而获得在多层制品的中央得到一个十字。
钛得到固化但是聚合体完全没有相变，并且不同的材料不能成功地彼此结合。当首先仅仅用手压实或者用机器预压实第一层的两个垂直层然后撞击其他两垂直层而将羟磷灰石和钛压实在一起时，羟磷灰石得到最好的样品。将和超高分子量聚乙烯压缩在一起的羟磷灰石压缩不能获得结实的样品。该羟磷灰石分离并且聚合体没有相变。
表8
这是正在压缩的多层产品的筛选试验。用天平和测微器能够测量的密度被认为非常接近，因此没有表示关于密度的图形。
由于机器和工具的限制，不能进行所有计划的测试。当将第二种或者第三种材料加入之前撞击该材料时，工具部件变得膨胀，并且有时不可能从该工具中移走，这意味着不能完成这些测试。
为了在固体层之间获得结合，断定第一层只能用手或者用机器预压实。原因可能是预压实的材料仍然具有高的孔隙率，在此来自这两层或者三层的粉末颗粒能够彼此结合。
如果该材料接近完全固化，具有大约90-95％的相对密度，那么将材料结合在一起是可能的。该固化的材料已经吸收了可能的能量，并且不能和另一种材料结合。
理想的是撞击一种材料，然后增加一薄层仅仅被预压实的粉末，之后增加完全被固化的第三层。然后，在中央的材料能够将这两层固体层结合在一起。
包含聚合材料、超高分子量聚乙烯或者聚甲基丙烯酸甲酯的所有多层产品以低的能量水平获得结合是困难的。在其能够粘结到另一种材料上之前，该聚合体已经熔化并且变成塑胶。
用于多层产品的后处理被复杂化，因为在构成成分之间有不同的材料特性。例如，聚合体不能被烧结，并且在不同金属之间或者在金属和陶瓷材料之间的烧结参数有很大不同。一个解决方法是压缩一层，然后移动该材料并且烧结样品。烧结的是放在工具中的材料，在这之后，加入并且压缩下一个样品或者粉末。该压缩过程也可以压缩或者使固体样品变形，这意味着在多层产品中的所有各层能够被压缩并烧结，然后压缩成为一个坚固的材料物体。
这些样品仅仅是进行了直观上的研究，因此判断在固体样品中的各层之间由没有机械的或者化学的结合是困难的。
为了在各层之间获得真正的化学结合以及完成的多层产品接近100％的相对密度，应该尽可能地在真空中实施该方法。如果包括的构成成分是陶瓷材料，那么该粉末在压缩之前应该被预先加热。
例子2-两层-不锈钢层和316L-橡胶这些两层的样品由一层不锈钢316L和另一层在不锈钢316L之上的橡胶构成。关于分开的每种材料的测试已经表明使用高的相对密度已经得到坚固的样品。在该研究中，主要的目的是探查在两层之间是否发生了化学结合，以及怎样进行冲击顺序以获得在各种材料类型之间最好的结合。今天这些用途还没有很好地发展，但是在例如汽车工业的领域应用了这一新的制造方法，在该领域存在金属和橡胶，所以能够是一个可能的应用领域。
如果在该制造过程之后会直接得到需要的材料特性，那么就可以避免随后的后处理程序。这样会部分地削减总的加工成本，并且部分地免除不用添加到橡胶中的环境添加剂。如果必须进一步的后处理，那么相对于传统的制造方法，加工步骤能够被削减。
通过干燥混合10分钟来准备不锈钢(ss)316L粉末，以获得均匀的颗粒尺寸分布。橡胶粉末不用做准备，部分地因为这些颗粒会粘合在一起，部分地因为这些颗粒尺寸是均匀的。
总共制造了五个样品。对于所有的样品来讲，不锈钢316L被首先倾倒进入模压模具中。在橡胶粉末倾倒到模压模具中位于不锈钢316L上面之前，跟着进行不同形式的压实。冲击撞击之后，总是伴随一定的冲击能量。通过初期的测试可以确定该冲击能量。在使用纯橡胶的测试中，用相应于最大冲击能量的冲击能进行撞击。因为存在这两种材料，每一种材料的重量是正常重量的一半，这意味着用橡胶的最大冲击能的一半进行冲击。这取决于将要被压实制造的样品是什么样的样品，其在两层之间是不同的。就第一样品而言，在将橡胶倾倒进入模压缩模具具之前，用手使用棒材进行压实不锈钢316L。第二样品被预压实，并且用具有最小可能冲击能(150Nm)的冲击撞击第三样品。使用早期关于纯不锈钢316L测试时的最大冲击能的一半撞击最后的(第五)样品。使用在第三和第五样品的冲击能之间的冲击能量撞击第四样品。
在制造出每一样品之后，将所有的工具部件拆下，并且将该样品释放。用电子测微计测量该直径和厚度，给出物体的体积。然后用数字天平确定重量。来自测微计和天平的所有输入数值被自动地记录并且存储在分开的文档内。由这些结果，通过用该重量除以体积可以达到密度1。
为了能够继续进行下一个样品，必须用丙酮清洗工具，以去除残留在工具上的材料。
为了较容易地确定制造的样品的状况，使用三个可见性指标。可见性指标1对应于粉末样品，可见性指标2对应于易碎的样品，可见性指标3对应于固态的样品。
由制造商测出理论密度。由此可以计算出相应于在50％橡胶和50％不锈钢316L之间确定混合的理论密度。通过使获得的每一样品的密度除以该理论密度可以得到相对密度。
由于在某些情况下(没有这种材料的组合)存在部分失去的样品，所以在多层样品上不能测出密度2。在这些情况下，很难确定该理论密度。
在这些测试中制造的样品的形状尺寸是具有30.0mm的直径和5-10mm之间的高度的圆盘。该高度取决于得到的相对密度。如果应该得到100％的相对密度，那么对于不锈钢316L橡胶来说厚度应是5.00mm。这是由于每种材料的一半重量的原因。
在表9中给出了粉末的特性，表10中给出了测试结果。
表9
表10
图3和4表示作为每单位质量的冲击能量和总冲击能量的函数的相对密度。可以看出所有曲线的下述现象。
所有样品具有可见性指标3。
我们能够看见的是两个初始的样品，在此，第一种材料被手工压实或者用机器压实，给予高于第三样品的较高的相对密度，用最低的冲击能量撞击该第一种材料。当第一冲击的冲击能量增加时，相对密度增加，并且在比该两个初始样品高的相对密度上结束。当用最高的冲击能量进行第一冲击时，可以获得98.4％的最大相对密度。
这些样品都是完好的，但是因为样品的橡胶部分是弹性的，所以确定其体积是困难的。但是相对于纯橡胶，不锈钢316L部分可以确定体积，并且密度1很好地表示得到的相对密度的指标。
讨论1.不锈钢316L不锈钢316L具有1427℃的熔化温度。即使该温度很高，这些样品的不锈钢316L部分也会变得致密。在颗粒中间局部的温度升高，由于传递的能量，使得颗粒变软、变形，使颗粒的表面熔化。这种颗粒之间的熔化使得颗粒重新固化在一起，并且得到致密的材料。
此外，不锈钢316L粉末比例如CoCrMo要软。不锈钢316L的硬度是160-190HV，CoCrMo的硬度是460-830HV。材料越软，则颗粒越容易变软并且变形。这能够在颗粒之间发生熔合之前使颗粒很好地变软、变形并且被压缩。
为了增加不锈钢316L的相对密度的预处理过程可以是只对粉末预加热，或者对粉末和工具都进行预加热。该材料可能在空气中被加热到250℃，而不会发生任何的粉末反应。
其他能够影响压缩结果的重要参数，除了已经提及的熔化温度和硬度之外，可以还有颗粒尺寸、颗粒尺寸分布和颗粒形态。根据早期的测试，在相位1进行测试，用不规则的颗粒形态比球形的形态能够得到更好的结果。当测试不规则的颗粒时，发生颗粒间的熔合，但是测试球形颗粒时，较少发生颗粒间的熔合。当不规则的颗粒彼此相互接触时，由于它们被挤压在一起，所以和球形颗粒相比较其接触面积要大得多。大的接触面积可能能使颗粒在加工期间更易熔合，根据这一理论，需要较小的冲击能量传递给粉末。
对于大颗粒来讲，在颗粒之间存在比小颗粒多的空间。这使它更硬，从而能够得到致密和好压缩的样品。相对于小颗粒，大颗粒具有的好处是较大颗粒的总的表面小于较小颗粒总的表面。大的总表面使表面能量高，相应地需要较高的冲击能量以得到需要的结果。另一方面，小颗粒可能得到较高的压缩率，因为在颗粒之间的空间小于大颗粒之间的空间。最佳的颗粒尺寸依然是需要回答的一个问题。
颗粒尺寸分布可能应该是广泛的。小颗粒能够填充大颗粒之间空出的空间。
重要的是，获得具有小于5％微孔的样品，因为这些微孔是和材料中封闭的微孔在一起的。如果在材料中具有大于5％的孔道，那么湿气就会进入该材料的孔道。结果会腐蚀材料，并且导致制造的样品的性能降低。如果具有大于5％的微孔，那么必须烧结样品，以减少该材料的微孔和孔道。
为了获得全部致密的样品，即99％-100％，那么大气必须与在该测试中使用的目前的大气不同。如果空气包含在该材料中，那么密度会下降。为了获得致密的材料，真空可以是一个选择的方案。
一个替换实施方式可以是首先烧结不锈钢316L部分。然后将不锈钢316L部分再放入模压成型模具内，并且将橡胶添加到不锈钢316L上。在测试中，橡胶好象和不锈钢316L结合，因此，橡胶也会和烧结过的不锈钢316L结合是可能的。在这种情况下，该样品，至少金属部分可能获得需要的性能，尽管金属部分已经被烧结。
橡胶材料的硬度影响结果。和例如聚甲基丙烯酸甲酯相比较，橡胶的硬度较低。聚甲基丙烯酸甲酯和橡胶相比，需要较高的转换的冲击能量，以便获得具有可见性指标2的样品。材料越软，那么颗粒越容易变软和变形，对于橡胶颗粒越容易发生这种情况。这使得在发生颗粒间的熔合之前颗粒变软、变形和被压缩。
在该样品中仍然能够确定颗粒。因此，可能应该接着有后处理。橡胶通常处理成随后硫化的热塑性聚合体。硫化提供了高弹性的材料、弹性体，因为该材料变成交叉结合。
至今，仍然没有聚合体相应的粉末冶金，因此发现哪些参数应该改变以及怎样改变是困难的。但是也可能所述的某些参数对聚合体有用。其他能够影响压缩结果的重要参数，除了已经提及的熔化温度之外，可以还有颗粒尺寸、颗粒尺寸分布和颗粒形态。当不规则的颗粒彼此相互接触时，由于它们被挤压在一起，所以和球形颗粒相比较其接触面积要大得多。大的接触面积可能能使颗粒在加工期间更易熔合，根据这一理论，需要较小的冲击能量传递给该粉末。
如果使用大颗粒，在颗粒之间存在比小颗粒多的空间。这使它更硬，从而能够得到致密和好压缩的样品。相对于小颗粒，大颗粒具有的好处是较大颗粒的总表面小于较小颗粒的总表面。大的总表面使表面能量高，相应地需要较高的冲击能量以得到需要的结果。另一方面，小颗粒可能得到较高的压缩率，因为在颗粒之间的空间小于大颗粒之间的空间。最佳的颗粒尺寸依然是需要回答的一个问题。
颗粒尺寸分布可能应该是广泛的。当使用不同的颗粒尺寸时，小颗粒能够填充大颗粒之间空出的空间。这样，在该样品中有到处和其他颗粒接触的颗粒表面。这增加了在颗粒之间熔合成功的可能性(例如，小颗粒表面抵靠着大颗粒表面)。
橡胶是非晶的聚合体。在这一快速制造过程中，当样品从模具中移走时，它已经被在室内回火。这意味着冷却过程比其他制造过程要快得多。由于这一快速的冷却过程，与晶体状聚合物制造相比较，这种制造方法可能更加适合非晶态聚合物制造。晶体状聚合物的结构具有薄层的形式，非晶态聚合物的结构不具有被很好组织起来的构造。为了获得晶体状聚合物的这种有组织的结构，对于非晶态聚合物来讲，冷却时间可能必须更长。该冷却过程可能影响橡胶的结构和材料特性。因此，研究的一个重点是微观结构和材料特性。
层在两种材料之间由一些结合方式。这些材料是怎样严密地结合在一起将在微观结构测试中显示。怎样同时获得两种材料的最高相对密度，并且同时得到在不同类材料之间的化学结合？如图形中看到的那样，当第一种材料被压实而没有用低冲击能量撞击时，其相对密度较高。相对于将低冲击能量转移给粉末的样品来讲，如果表面有一些粗糙，那么不锈钢316L会和橡胶颗粒可能能够彼此相互接触。当在冲击过程之前颗粒能够接触时，那么它们能够被压得更紧，并且更加成为一体。
但是如果第一次冲击的冲击能量增加，那么相对密度也会增加。这就是橡胶能够连接到“抛光”的表面上，在该表面上，由于橡胶的柔软已经施加过冲击。橡胶可能作为在不锈钢316L表面上的胶。
本发明涉及一种新方法，该方法包括预压实和在某些情况下的后压实，并且在两者之间至少有一次冲击作用在该材料上。已经证实该新方法会带来非常好的结果，并且该方法是在现有技术上的改进的方法。
本发明不限于上述的实施形式和例子。该方法不需要使用添加剂，这是一个优点。然而，在某些实施形式中，添加剂的使用可能证实是有利的。相似地，通常不必使用真空或者惰性气体来防止被压缩的材料物体的氧化。然而，有些材料可以需要真空或者惰性气体来制造极端纯净或者高密度的物体。因此，尽管根据本发明，不需要使用添加剂、真空和惰性气体，但是也不排除使用它们。本发明的方法和产品的其他改变也是可能的，其包括在所附的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种通过聚结制造多层物体的方法，其特征在于该方法包括步骤(a)用具有粉末、丸状、颗粒等类似形式的初始材料填充预压实模具，(b)预压实该材料至少一次，(c)通过至少一次冲击压缩在压缩模具内的材料，在此，当撞击填充入压缩模具内的材料时，冲击单元产生足以形成该物体的动能，引起该材料的聚结，(d)或者在步骤(a)中，或者在步骤(b)中的压实之后或者在步骤(c)中的压缩初始材料之后，将至少另外一种材料以粉末、丸状、颗粒等的形式填入该模具内，(e)如果必要，在至少另外一种材料填入之后进行进一步预压实和/或压缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预压实模具和压缩模具是同一个模具。
3.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在空气中和室温下，用至少约0.25×108N/m2的压力预压实该材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，用至少约0.6×108N/m2的压力预压实该材料。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括预压实该材料至少两次。
6.一种通过聚结来制造多层物体的方法，其特征在于，该方法包括通过至少一次冲击，压缩压缩模具内的初始材料的固态物体，在此，冲击单元发出足够的能量，从而引起在物体内材料的聚结，将至少一种其他材料加入该模具中，其具有粉末、丸状、颗粒等类似形式或具有固态物体形式，在第一次冲击中或者在后面的冲击中也由冲击单元撞击该至少一种其他材料，以便该至少两种材料形成一体的物体。
7.根据权利要求1-5中任一或者6所述的方法，其特征在于，在空气中和室温下，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少100Nm的总能量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少300Nm的总能量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少600Nm的总能量。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少1000Nm的总能量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少2000Nm的总能量。
12.根据权利要求1-5中任一或者6所述的方法，其特征在于，在空气中和室温下，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少5Nm/g的每单位质量能量。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少20Nm/g的每单位质量能量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少100Nm/g的每单位质量能量。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少250Nm/g的每单位质量能量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，压缩冲击发出对应于在具有7cm2撞击面积的圆柱形工具内的至少350Nm/g的每单位质量能量。
17.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该多层物体被压缩到至少60％的相对密度，最好为65％。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该多层物体被压缩到至少70％的相对密度，最好为75％。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，该多层物体被压缩到至少80％的相对密度，最好为至少85％，特别是至少90％直到100％的相对密度。
20.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括在压缩步骤之后后压实该物体至少一次的步骤。
21.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在该多层物体中的材料选自包括金属、陶瓷和聚合材料的一组材料。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，在该多层物体中的材料之一包括加强相，该加强相选自包括碳、玻璃、金属、聚合材料和陶瓷材料的一组材料。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，该多层材料选自包括超高分子量聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、丁腈橡胶、铝合金和钛的一组材料。
24.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，制造的该物体为医疗的植入物，例如骨骼修补物或者牙齿修补物。
25.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该方法包括在压缩或者后压实之后的任一时间后加热和/或烧结该物体的步骤。
26.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，制造的物体是坯料物体。
27.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，该方法也包括烧结该坯料物体的另外的步骤。
28.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，该材料是在医疗上可以接受的材料。
29.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，至少一种材料包括润滑剂和/或烧结辅助剂。
30.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，该方法也包括使该物体变形。
31.由权利要求1-30中任一所述的方法得到的产品。
32.根据权利要求31所述的产品，其特征在于，该产品作为医疗器件或者器械。
33.根据权利要求31所述的产品，其特征在于，该产品作为非医疗器件。
全文摘要
一种通过聚结制造多层物体的方法，其特征在于该方法包括步骤(a)用具有粉末、丸状、颗粒等类似形式的初始材料填充预压实模具，(b)预压实该初始材料至少一次，(c)通过至少一次冲击压缩在压缩模具内的材料，在此，当撞击填入压缩模具内的材料时，冲击单元产生足以形成该物体的动能，引起该材料的聚结，(d)或者在步骤(a)中、或者在步骤(b)的压实之后或者在步骤(c)中的压缩初始材料之后，将至少另外一种材料以粉末、丸状、颗粒等的形式填入该模具内，(e)如果必要，在至少另外一种材料填入之后进行进一步预压实和/或压缩。
文档编号B28B3/02GK1462215SQ01815609
公开日2003年12月17日 申请日期2001年7月25日 优先权日2000年7月25日
发明者肯特·奥尔森, 李建国 申请人:Ck管理股份公司