使用3D打印制造绝热三维（3D）结构的方法与流程

文档序号：11167161阅读：602来源：国知局

本发明涉及使用3d打印制造绝热三维(3d)结构的方法。

背景技术：

内燃发动机包括多个汽缸、多个活塞、至少一个进气口、和至少一个排气口。每一个汽缸包括限定了燃烧室的表面。内燃发动机的一个或多个表面涂有热障涂层，以改善内燃发动机的热传递特点。

技术实现要素：

提供一种制造高度绝热的三维(3d)结构的方法。该方法包括在基底上沉积第一层中空微球体。该中空微球体具有形成在其上的金属涂层。激光束在中空微球体上扫描，以使得中空微球体的金属涂层在预定位置处烧结。将至少一层中空微球体沉积在所述第一层上。针对每一个相继(successive)的层，重复通过激光束进行的扫描，直到构建出预定3d结构。

3d结构包括复合热障涂层(thermalbarriercoating,tbc)，其可以施加到内燃发动机等中的部件的表面。复合tbc被连结到发动机的部件，以提供低热传导性和低热容量的绝热，其对于燃烧气体是密封的。

复合tbc包括彼此连结的三个层，即第一(连结)层、第二(绝热)层和第三(密封)层。绝热层设置在连结层和密封层之间。连结层连结到部件和绝热层。

绝热层包括中空微球体，其被烧结一起以形成绝热体，其提供低有效热传导性和低有效热容量。

密封层是薄膜，其配置为抵抗发动机中存在的高温。密封层对于气体是0不可渗透的，且提供平滑表面。

复合tbc具有低热传导性以降低热传递损失，且具有低热容量，使得复合tbc的表面温度跟随燃烧室中的气体温度。由此，复合tbc允许部件的表面温度随气体温度变化。这减少了热传递损失，而不影响发动机的吸排能力且不造成震缸。进一步，对进入发动机汽缸的冷却空气的加热减少。另外，排气温度增加，从而实现更快的催化剂活化时间和改善催化剂活性。

根据本发明的一方面，提供了一种制造高度绝热的三维(3d)结构的方法，包括：将第一层中空微球体沉积在基底上，其中，所述中空微球体具有在其上形成的金属涂层；在所述中空微球体上扫描激光束，以使得所述中空微球体的所述金属涂层在预定位置处烧结；将至少一层中空微球体沉积在所述第一层上；针对每一个相继的层，在所述中空微球体上重复扫描激光束，直到构建出预定的3d结构。

在一些实施例中，所述3d结构包括外层和中间层，所述中间层是相对多孔的，且所述外层是相对致密的，以使得所述外层密封所述中间层。

在一些实施例中，所述中间层具有至少80％的孔隙率(porosity)。

在一些实施例中，所述中间层具有至少95％的孔隙率。

在一些实施例中，所述中间层具有100微米到1毫米的厚度。

在一些实施例中，所述外层具有100到500微米的厚度。

在一些实施例中，所述外层具有100到300微米的厚度。

在一些实施例中，所述中间层和所述外层被配置为承受高达150bar的压力，并被配置为承受高达1100摄氏度的表面温度。

在一些实施例中，所述3d结构包括第一(连结)层、第二(绝热)层和第三(密封)层，其中每一层的热膨胀性能系数是相容的，以承受热疲劳。

在一些实施例中，每个中空微球体具有不大于100μm的直径。

在一些实施例中，每个中空微球体具有20到100μm的直径。

在一些实施例中，每个中空微球体具有20到40μm的直径。

在一些实施例中，每个中空微球体的金属涂层包括镍、铁以及镍铁合金中的至少一种。

在一些实施例中，每个中空微球体的金属涂层包括第一涂层和设置在所述第一涂层上的第二涂层；其中，所述第一涂层包括镍(ni)，且所述第二涂层包括铜(cu)；其中，在所述中空微球体上扫描激光束进一步限定为在所述中空微球体上扫描激光束，以使得所述中空微球体的第二涂层在预定位置处烧结。

在一些实施例中，本发明的方法包括将3d结构放置在温度低于cu和ni的固相线的加热炉中；以及，将所述3d结构置于该温度的炉中并经过一置放时间，使得在所述第一涂层和所述第二涂层之间发生扩散，且所述第一涂层的ni与所述第二涂层的cu扩散。

在一些实施例中，所述3d结构被置于惰性气氛中，使得每个中空微球体内的压力与气氛压力相等。

在一些实施例中，所述基底包括铜基材料、锌基材料、和包括铜和锌的合金中的至少一种；其中，在所述中空微球体上扫描激光束进一步限定为在所述中空微球体上扫描激光束，以使得将所述中空微球体的金属涂层烧结在一起，并且将所述中空微球体的金属涂层在预定位置处烧结到所述基底。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造高度绝热的三维(3d)结构的方法，包括：将基底定位在增材制造装置上；和通过增材制造过程将3d结构形成在基体上；其中，所述增材制造过程包括在经金属涂层的中空微球体的层上以每次一层的方式形成层。

在一些实施例中，所述增材制造过程包括直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光烧结(sls)和选择性激光熔融(slm)中的至少一种。

在一些实施例中，所述中空微球体的金属涂层包括镍、铁以及镍铁合金中的至少一种。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是车辆的示意性视图，显示了单个汽缸内燃发动机的侧视图，所述内燃发动机具有设置在多个部件上的复合热障涂层。

图2是设置在部件上的复合热障涂层的示意性截面侧视图。

图3是设置在部件上的复合热障涂层的另一实施例的示意性截面侧视图。

图4是每个具有第一和第二金属涂层的中空微球体的部分的示意性截面侧视图。

图5是图4的中空微球体的部分的示意性截面侧视图，第二金属涂层烧结在一起；

图6是图5的中空微球体的部分的示意性截面侧视图，第一和第二金属涂层扩散连结在一起，以形成金属合金。

图7是包括增材制造装置和烤箱的增材制造系统的示意性视图，其用于形成包括复合热障涂层的三维(3d)结构。

图8是用于形成包括复合热障涂层的三维(3d)结构的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本领域技术人员应理解例如“上”、“下”、“向上、“向下”、“顶”、“底”等用于描述附图，而不代表对本发明范围的限制，本发明的范围通过所附权利要求书限定。

参见附图，其中相同的附图标记在附图中表示相同的部件，图1显示了示例性车辆10的一部分。车辆10可以包括具有部件12的发动机13。部件12具有对其施加的本文公开类型的复合(多层)热障涂层(tbc)14，其形成为绝热三维(3d)结构15。使用增材制造系统50制造3d结构15的方法详细描述于下文，如图8的100所示。

再次参见图1，尽管图1的车辆10和发动机13为适用于本文公开的复合tbc14的通常示例性应用，但是，本发明的设计并不限于车辆和/或发动机应用。部件暴露到热量下的、任何静止或可动、机器或制造方面的应用也可以得益于本发明设计的使用。为了说明的一致性，车辆10和发动机13在下文描述为示例性系统，并不将复合tbc14的使用限制至这种实施例。

图1示出了限定单个汽缸26的发动机13。然而，本领域技术人员应理解，本发明还可以应用于具有多个汽缸26的发动机13的部件12。每一个汽缸26限定燃烧室30。发动机13配置为提供能量以用于推进车辆10。发动机13可以包括但不限于柴油发动机或汽油发动机。

发动机13进一步包括进气组件36和排气歧管38，其每一个与燃烧室30流体连通。发动机13包括往复运动的活塞28，其在汽缸26中可滑动地运动。

燃烧室30配置为用于燃烧空气/燃料混合物，以提供用于推进车辆10的能量。空气可以通过进气组件36而进入发动机13的燃烧室30，其中，从进气歧管进入燃烧室30的气流由至少一个进气阀32控制。燃料喷射到燃烧室30中以与空气混合，或被进气阀(一个或多个)32引导，所述进气阀提供空气/燃料混合物。空气/燃料混合物在燃烧室30中被点燃。空气/燃料混合物的燃烧形成排气，其离开燃烧室30且被引入排气歧管38中。更具体地，流出燃烧室30的气流(排气流)被至少一个排气阀34控制。

参考图1和2，复合tbc14可以设置在发动机13的一个或多个部件12的面或表面上，即活塞28、进气阀32、排气阀34、排气歧管38的内壁、燃烧室30的顶部等。复合tbc14连结到部件12，以形成配置为在发动机13运行期间降低热传递损失、增加效率、且提高排气温度的绝热体。复合tbc14配置为提供低热传导性和低热容量。如此，低热传导性减少热传递损失，且低热容量意味着在温度涨落期间，复合tbc14的表面跟随气体的温度，且对进入汽缸的冷却空气的加热被最小化。

参见图2，每一个部件12包括提供表面18的基体16，且复合tbc14连结到基体16的表面18。复合tbc14可以包括三个层，即第一(连结)层20、第二(绝热)层22、和第三(密封)层24。然而，取决于所提供的材料，应理解，在一些实施例中，tbc14可以不包括第一连结层20，因为绝热层22的外部部分可以配置为直接连结到基体16。例如，在第一连结层20包括镍(ni)且基体16包括铁(fe)时，可以不需要第一层20。然而，如在下文详细描述的，复合tbc14可以包括多于三个的层。

绝热层22包括多个中空微球体40，其烧结在一起以形成具有非常高的孔隙率的层。优选地，绝热层22的孔隙率至少是80％。更优选，绝热层22的孔隙率至少是95％。高孔隙率提供要被包含在其中的空气和/或气体的相应空间，由此提供具有较低有效热传导性和较低有效热容量的期望的绝热性能。绝热层的厚度t2为100微米(μm)到1毫米(mm)。更优选，绝热层22的厚度t2为100到500μm。更优选地，绝热层的厚度t2为100到300μm。绝热层22配置为承受至少150bar的压力，且承受至少1100摄氏度(℃)的表面温度。tbc14的热容量可以配置为确保基体16表面不达到500℃以上。

中空微球体40可以包括中空聚合物、金属、玻璃、和/或陶瓷球体45。在一个非限制性实施例中，中空微球体40包括金属，例如镍、镍合金化合物等。至少一个金属涂层44可以设置在每一个球体45的外表面上。金属涂层44可以包括镍(ni)。金属涂层44可以经由电镀、火焰喷涂、涂漆、化学镀、蒸汽沉积等设置在微球体40的外表面上。应理解，在经金属涂层的微球体的连结或烧结期间，所述微球体为包括聚合物、金属和玻璃(其熔化温度小于金属涂层44的熔化温度)的中空球体45，中空球体45可以熔化或碎裂以变成金属涂层44本身的一部分，或熔化且转变为中空微球体40中的材料块。然而，在中空球体45的熔化温度大于金属涂层44的材料熔化温度时，例如中空球体45用陶瓷材料形成时，中空球体45保持完整且不碎裂或不被吸收。金属涂层44可以包括镍、铁等。中空微球体40可以具有5到100μm的直径d1。更优选，微球体40可以具有20到100μm的直径d1。更优选地，微球体40可以具有20-40μm的直径d1。应理解，微球体不是必须具有相同直径，因为不同直径的混合可以配置为提供期望的开放孔隙率，即封装密度，以为绝热层提供期望量的强度。多个中空微球体40可以在压力下、在烧结温度下模制或烧结，并持续一模制时间，直到在邻近中空微球体40的涂层44之间形成结合，从而形成绝热层22。烧结温度可以接近涂层44的熔化温度。然而，在中空球体45包括陶瓷材料的情况下，烧结温度不低于经金属涂层的球体45的熔化温度。

在另一实施例中，如图4-6所示，绝热层22可以用中空微球体40形成，所述中空微球体40起初包括两个金属涂层44a、44b。首先参见图4，中空微球体40最初包括第一(内)金属涂层44a，其被第二(外)金属涂层44b涂覆。内金属涂层44a包括镍(ni)、铁(fe)以及镍和铁的合金，其随后涂有包括铜(cu或cu-zn)的外金属涂层44b。在一个非限制性的例子中，合适的合金可从印地安纳州kokomo的haynesinternational,inc.以商品名hastalloy商业获得。cu或cu-zn的外金属涂层44b经由电镀、火焰喷涂、涂漆、非电镀覆、蒸汽沉积等而被施加到内金属涂层44a，以形成外金属涂层44b。外金属涂层44b的厚度应该比内金属涂层44a的厚度薄。进一步地，外金属涂层44b的金属(即cu或cu-zn)材料的重量可以不比内金属涂层44a的金属(即ni)重量大太多。如此，外金属涂层44b的cu材料的重量可为内金属涂层44a的ni重量的10-20％。维持低量的cu是重要的，因为太多cu将降低最终的合金材料的熔化温度。

参考图2和3，经涂层的微球体40布置在期望层中，其具有期望的厚度t2。参见图5，微球体40被加热到大约等于或高于外金属涂层44b的熔化温度的温度。如此，温度足以使得第二涂层44b熔化。接下来，参见图6，温度降低到低于固相线(solidus)。温度保持低于固相线一段时间，但是在足够温度下，使得在第二涂层44b的铜(cu或cu-zn)和内金属涂层44a的镍(ni)、铁(fe)、和镍与铁合金之间发生扩散。如此，相应内和外金属涂层44a、44b之间发生固态扩散，以形成合金金属涂层44c。由此，最终绝热层22包括围绕中空微球体40的镍-铜(ni-cu)合金层44c。在内和外金属涂层44a、44b之间发生的扩散的量是施加到微球体40的温度和时间的函数。另外，扩散连结可以在升高的压力下实现，以便让每一个微球体40内的压力与大气等同。

另外，在中空微球体40用陶瓷形成，且被加热以促进邻近微球体40之间连结时，其上沉积由内金属涂层44a的球体45可以熔化。在中空球体45用聚合物、金属和玻璃形成的情况下，中空球体45可以根据中空球体45的材料性能和施加到微球体40的烧结温度熔化。因此，在发生内金属涂层44a熔化时，内金属涂层44被吸收或消失，且不再是“涂层”，而是成为微球体40的内壁46。

参考图2，连结层20配置为连结到基体16的表面18和绝热层22，使得绝热层22附接到基体16。在一个非限制性实施例中，连结层20配置为扩散到基体16的表面18中且到绝热层22中，以在它们之间形成连结。在一个非限制性实施例中，基体16包括铝，绝热层22包括经镍涂覆的微球体40，且连结层20包括黄铜，即铜-锌(cu-zn)合金材料。cu-zn含量被确定以形成优化的连结强度、优化的热膨胀性能、热处理过程、抗疲劳性等。铜和锌在铝、镍和铁中具有良好固溶度，而铁和镍在铝中具有非常低的固溶度。由此，具有铜和锌的组合物的连结层20提供中间结构层，其促进邻近的铝基体16和邻近的镍或铁绝热层22之间的扩散连结。但应理解，基体16、绝热层22、和连结层20不被限制为铝、镍和黄铜，而可以包括其他材料。

连结层20的一侧可以在基体16的表面18上设置，使得连结层20设置在基体16和绝热层22之间。可以在连结温度下施加挤压力到绝热层22和基体16，并持续至少最小施加时间。连结层20的材料的熔化温度小于基体16和绝热层22材料的每一个的熔化温度。在另一实施例中，连结层20的材料的熔化温度在基体16和绝热层22的材料各自的熔化温度之间。进一步地，所需的连结温度可以小于绝热层22的材料和基体16的材料的熔化温度，但是足够高以促进基体16的金属材料和连结层20的金属材料之间、以及基体16的金属材料和绝热层22的金属材料之间发生扩散连结。

参考图2，应理解连结层20可以在将连结层20连结到基体16的表面18之前连结到绝热层22的内表面。

另外，连结层20并不限于通过固态扩散连结到基体16的表面18和/或绝热层22，因为还可以使用其他附着方法，例如通过浸润、钎焊及其组合。

现在参见图3，绝热层22可以包括多于一个的层。更具体地，绝热层22可以包括微细结构层22a和过渡层22b。微细结构层22a是包括如上所述的连结在一起的多个中空微球体40的层。过渡层22b可以包括镍或铁。更具体地，过渡层22b的金属材料和用于微细结构层22a的微球体40的涂层是相同的，以促进层22a、22b之间的连结。如此，在微细结构层22a和过渡层22b被加热到足以将微球体层(即绝热层22)烧结到金属材料(即镍、铁等)的过渡层22b的温度时，在微细结构层22a的周边的微球体40连结到过渡层22b。微细结构层22a形成为具有100μm到1mm的厚度t2。更优选，微细结构层22a的厚度t2为100到500μm。更优选地，微细结构层22a的厚度t2为100到300μm。微细结构层22a配置为承受至少150bar的压力且承受1100℃的表面温度。

过渡层22b在接触点47处连结到各微球体40的涂层44。过渡层22b为微球体层22a提供支撑结构或主干，由此为绝热层22赋予强度和刚度。如此，绝热层22的强度和刚度是过渡层的厚度的函数。另外，过渡层22b连结到与微细结构层22a相反的连结层20，使得连结层20设置在基体16和绝热层22的过渡层22b之间。如此，过渡层22b设置为与连结层20成面对接触关系。在将热量施加到过渡层和连结层、并持续足够的时间量时，在连结层20和基体16之间以及在连结层20和绝热层22的过渡层22b之间发生金属扩散。与不使用过渡层22b的情况相比，其中微细结构层22a的微球体40直接扩散连结到连结层20(如图2所示)，过渡层22b为连结层20提供更大表面面积的接触，以用于促进更大的扩散连结面积。

应理解，可以施加期望数量的连结层20，以提供期望的性能，只要连结层20连结到绝热层22和基体16即可。

再次参见图2，密封层24设置在绝热层22上方，使得绝热层22设置在密封层24和连结层20之间。密封层24为高温薄膜。更具体地，密封层24包括配置为承受至少1100℃的温度的材料。密封层24配置为薄层，即厚度t3不大于20μm。更优选，密封层24配置为具有不大于5μm的厚度t3。密封层24对燃烧气体来说是不可透过的，使得在密封层24和绝热层22之间提供密封。这种密封防止来自燃烧气体的碎屑(例如未燃烧的碳氢化合物、煤烟、部分反应的燃料、液体燃料等)进入中空微球体40限定的多孔结构。如果这些碎屑被允许进入多孔结构，则在多孔结构中的空气将最终被碎屑取代，且绝热层22的绝热性能将降低或消失。

密封层24可以配置为提供平滑的外表面42。具有平滑密封层24是重要的，以防止在空气流动经过密封层24的外表面42时形成湍流气流。进一步地，让密封层24具有平滑表面可防止增加的热传递系数。在一个非限制性的例子中，密封层24可以经由电镀或蒸汽沉积施加到绝热层22。在另一非限制性例子中，密封层24可以与烧结绝热层同时地施加到绝热层22。

密封层24配置为具有足够的弹性，以便在暴露至燃烧气体、热疲劳或碎屑期间抵抗破裂或破碎。进一步地，密封层24配置为具有足够弹性以便承受下层绝热层22的膨胀和/或收缩。

再次参见图3，密封层24可以包括多于一个的层。更具体地，密封层24可以包括第一热障层24a和第二热障层24b。第一热障层24a可以设置在绝热层22上，且第二热障层22b可以设置在第一热障层24a上，使得第一热障层24a设置在第二热障层24b和绝热层22之间。第二热障层24b可以配置为提供平滑的外表面42。第一热障层24a和第二热障层24b可以彼此层叠以提供期望的性能，例如耐超高温性能、耐蚀性。在一个非限制性的例子中，第二热障层24b提供耐蚀性和耐超高温性能，而第一热障层24a提供抵靠下层绝热层22的密封，以防止碎屑进入下层绝热层22的微球体40之间限定的空间。应理解，可以施加期望数量的密封层24，提供期望的性能，只要密封层24能对下层绝热层22提供密封即可，从而防止碎屑或气体进入微球体40之间限定的开放空间。另外，不管部件的热障层的数量如何，密封层24的厚度t3优选不大于20μm。更优选地，密封层24的厚度t3配置为具有不大于5μm的厚度t3。

进一步地，连结层20、绝热层22和密封层24的每一个配置为具有相容的热膨胀系数，以承受热疲劳。

应理解，复合tbc14可以施加到并非存在于内燃发动机中的部件。更具体地，复合tbc14可以施加到宇宙飞船、火箭、喷射模具等的部件。

现在参见图7，增材制造系统50被示出。增材制造系统50包括增材制造装置52和烤炉54。烤炉54是可选的，这取决于涂层44和层20、22、24(如图2和3所示)的金属材料。再次参见图7，增材制造装置52配置为通过增材制造过程形成3d绝热结构15，其中激光装置56将激光束58引导到沉积的中空微球体40层的预定位置上。激光束58将邻近的微球体40的涂层44熔合在一起，以提供高绝热、低热容量的3d结构15。在一些情况下，可需要对3d绝热结构的附加的热处理。如此，3d绝热结构15可以被置于预热的烤炉54中，并经过所需时间段(t)，直到发生期望的烧结，使得实现所述层之间的金属材料的足够扩散。

参见图8，并继续参考图7，显示了形成3d绝热结构15的方法。方法100使用增材制造过程，例如直接金属激光烧结(dmls)、选择性激光烧结(sls)、和选择性激光熔融(slm)等。

“增材制造”有时可以被称为“3d打印”。增材制造是用于从数字模型制造具有期望形状的3d绝热结构15的制造过程。3d形状使用增材过程实现，其中，中空微球体40的连续层被以不同形状置放。中空微球体40可以通过增材制造装置52以期望方式施加。材料打印机通常使用数字技术执行3d打印过程，以便制造具有高绝热能力的复杂形状的部件。3d打印技术可以用于建筑、土建(aec)、工业设计、汽车、航天、军事、工程、民用工程、牙医和医疗行业、生物技术(人组织替换)、时装、鞋袜、珠宝、眼部设备、教育、地理信息系统、食物和许多其他领域的应用的原型设计和分布式制造。

slm是一种增材制造过程，其使用3dcad数据作为数字信息源和使用高功率激光束58(例如镱纤维激光)形式的能量，以通过将金属涂层40熔接在一起而形成三维金属部件。

选择性激光烧结(sls)是另一增材制造技术，其使用激光器48作为功率源来烧结粉末材料，例如金属粉末，使得激光自动地对准3d模型限定的空间中的点，将材料连结在一起以形成固体结构。该过程类似于直接金属激光烧结(dmls)；二者具有相同的原理，但是具有不同的技术细节。slm使用相当的原理，但是在slm中材料被完全熔化而不是被烧结。sls允许在最终部件中有用的不同性能(例如晶体结构、孔隙率等)。sls是相对新的技术，目前主要用于快速的原型设计和低产量部件制造。在一实施例中，复合材料(包括陶瓷、玻璃、矿物或金属颗粒)可形成为细丝，且通过熔接选择性激光烧结(sls)输送。

直接金属激光烧结(dmls)是另一增材制造技术，其使用激光器56作为功率源以引导激光束58，以使得粉末材料(通常是金属))烧结，将激光束58自动地对准在通过3d模型限定的空间中的点，由此将涂层材料44连结在一起，以最终形成3d绝热结构15。dmls过程类似于sls。slm使用相当的原理，但是在slm中材料被完全熔化而不是被烧结,允许不同性能(晶体结构、孔隙率等)存在。dmls过程涉及使用3dcad模型，由此计算机cad文件可以被创建并存储在控制器60中。在操作期间，3d绝热结构15可以被建模为多个单独层。机器52的激光器56与控制器60操作性地通信。如此，控制器60提供信号s56到激光器56，以扫描3d绝热结构的选择区域。机器52还可以包括材料分布平台和构建平台，以及用于使得新的中空微球体40在构建平台64上运动的涂覆机叶片。该技术通过使用聚焦的激光束58将中空微球体40熔化而将中空微球体40熔接在一起，形成多孔固体部件。3d绝热结构15的部件增材性地通过层40a1、40a2逐层积累，如图7所示。dmls是净成形过程，制造具有高准确性和细节分辨率、良好表面质量和优异机械性能的部件。

再次参见图8，方法在步骤102开始，其中基底62定位在增材制造装置52的工具平台64上。基底62可以是连结层20、过渡层22b、牺牲材料等。

方法前进到步骤104，其中，中空微球体40的第一层40a1被沉积在基底62上。如上所述，中空微球体40具有形成在其上的金属涂层44。

方法随后前进到步骤106，其中，激光束58在中空微球体40上扫描，以使得中空微球体40的金属涂层44在预定位置处烧结。

接下来，方法前进到步骤108，其中，中空微球体40的至少一个层40a2被沉积在微球体40的第一层40a1上。方法返回以重复步骤106，直到实现期望的3d绝热结构15。

一旦期望的3d绝热结构15被实现，则方法可以可选地继续进行到步骤110，其中，3d绝热结构15被放置到烤炉54中。烤炉54优选被预热到低于铜和镍的固相线的温度。该可选的步骤110可以在中空微球体包括图4-6中所示、且如前所述的内和外金属涂层44a、44b时使用。尽管由于步骤108中激光束58的应用而使得邻近的外金属涂层44b会被彼此烧结，但是激光束58不会在内和外金属涂层44a、44b的金属材料之间造成期望的扩散和合金化。如此，烤炉54可以用于实现目的结果。

接下来，方法前进到步骤112，其中，3d绝热结构15被置于预热温度(t)下的烤炉54中，并经过期望的置放时间(t)，使得发生期望水平的扩散，即此时，内金属涂层44a的ni与外金属涂层44b的cu扩散。另外，3d结构15可以置于惰性气体压力下，使得在置放期间，每一个中空微球体40内的压力与气氛压力相等。使用这种增压系统可以补偿由内部气体压力造成的中空微球体40的膨胀。

另外，应理解，tbc14的一个或多个其他层20、24可以在增材制造装置52操作期间施加到绝热层22，且经由激光器56的操作而烧结到绝热层22。用于制造密封层24和/或连结层20的材料可以经由单独的进给器单独提供到增材机器52。材料可以是运动到增材机器52中的粉末或已成形板件。被施加以形成密封层24的材料可以被熔化以形成用于在其下方的绝热层22的不可渗透的密封层。

替换地，其他层20、24中的一个或多个可以通过物理或化学气相沉积、电镀等施加到绝热层22。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的多种替换设计和实施例。