用于增材制造的定型器组件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月6日提交的名称为“setterassemblyforadditivemanufacturing(用于增材制造的定型器组件)”的美国专利申请序列号16/001,565的优先权，其全部内容通过引用合并于本文。

本文公开的主题涉及增材制造，并且更具体地涉及用于在打印后热处理期间支撑打印零件的支撑结构。

背景技术：

增材制造，也称为3d打印，通常涉及使用专用系统一次将制品打印一层。特别地，通常将一层材料(例如，金属和/或陶瓷粉末床)沉积在工作表面上，并与另一层相同或不同的材料粘结。增材制造可用于通过计算机辅助设计(cad)模型使用诸如但不限于金属激光熔化，激光烧结和粘合剂喷射的技术来制造制品(例如，燃料喷嘴，燃料喷射器，涡轮叶片等)。这些增材制造技术熔化，烧结和/或化学粘结材料层以生成所需的制品。与其他制造技术(例如模制(例如，浇铸模制，注射模制))相比，增材制造有助于复杂制品的制造，并增强了制品定制的灵活性。另外，与通常使用的模制技术相比，增材制造可以减少与生成这些复杂制品相关联的总制造成本。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种用于增材制造粘合剂喷射零件的定型器组件，包括：基部；第一定型器部件，其具有第一定型器部分和第二定型器部分，第二定型器部分可以可去除地联接到第一定型器部分；多个突起，其设置在基部的表面上并远离基部的表面延伸。多个突起可以使基部与第一定型器部件对准，并且使得第一定型器部件能够联接到基部。定型器组件还包括定位在基部和第一定型器部件之间的第二定型器部件。第二定型器部件设置在表面上，并且第一定型器部件，第二定型器部件和基部可以组装到打印零件上，使得打印零件的至少一部分嵌套在第一定型器部件和第二定型器部件之间。

在第二实施例中，一种零件，该零件经由粘合剂喷射打印处理制造，包括以下步骤：将由多个打印层形成的生坯零件加热到高于第一温度，以去除用于打印零件的粘合剂并生成棕坯零件；将定型器组件联接到棕坯零件。定型器组件包括：基部；顶部定型器；底部定型器，其定位在基部和顶部定型器之间；以及多个支撑销，其在基部和顶部定型器之间延伸，使得多个支撑销中的每个支撑销的末端邻接顶部定型器的面向内的表面，并且棕坯零件的一部分定位在顶部定型器上方，而棕坯零件的另一部分嵌套在顶部定型器和底部定型器之间。粘合剂喷射打印处理还包括以下步骤：将棕坯零件和定型器组件加热到高于第二温度，以烧结粉末来生成零件。定型器组件可支撑棕坯零件的一个或多个区域，以在加热期间阻止棕坯零件的变形，从而生成零件。

在第三实施例中，一种用于零件的增材制造的方法，该方法包括将定型器组件组装到粘合剂喷射打印零件上。定型器组件包括：基部；第一定型器部件；第二定型器部件，其定位在基部和第一定型器部件之间；以及支撑销，其在基部和第一定型器部件之间延伸。支撑销的末端邻接第一定型器部件的面向内的表面，并且打印零件的至少一部分嵌套在第一定型器部件和第二定型器部件之间。该方法还包括加热打印零件和定型器组件，以脱脂或烧结粘合剂喷射打印零件。支撑销的长度响应于粘合剂喷射打印零件的热处理而减小，以使第一定型器部件朝向第二定型器部件移动。该方法进一步包括从热处理零件上拆卸和去除定型器组件。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：

图1是用于打印具有内部通道的零件的粘合剂喷射打印机的实施例的框图；

图2是经由粘合剂喷射打印处理制造制品的方法的实施例的流程图，该方法在用于生成制品的打印后热处理期间使用定型器组件以支撑打印零件；

图3a是可用于进行图2的方法的定型器组件的实施例的立体图，其中，定型器组件包括顶部定型器部件，芯部，底部定型器部件和基部；

图3b是组装在打印零件上的图3a的定型器组件的实施例的立体图；

图4是图3的定型器组件的顶部定型器部件的一部分的实施例的立体图，其中，顶部定型器部件被部分地组装在打印零件上；

图5是组装在打印零件上的图3和图4的定型器组件的顶部定型器部件的实施例的立体图；

图6是具有翼型件和定位在翼型件内的定型器组件的芯部的打印零件的实施例的俯视图；

图7是图3b的定型器组件和打印零件在烧结之前和之后的实施例的横截面侧视图；和

图8是图3b的定型器组件和打印零件在烧结之前和之后的实施例的横截面前视图。

具体实施方式

下面将描述一个或多个具体实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，可能未在说明书中描述实际实施方式的所有特征。应当理解，在任何这种实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，都必须做出许多特定于实施方式的决策，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能因实施方式而异。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计，制作和制造的例行工作。

当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一个”，“一种”，“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包含”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列元件之外可能还有附加元件。此外，以下讨论中的任何数字示例旨在为非限制性的，因此，附加数值，范围和百分比在所公开的实施例的范围内。

有许多制造制品(例如用于各种机械的金属和陶瓷零件)的技术。例如，除其他技术外，模制技术(例如砂模制，铸造模制和/或注塑模制)可用于制造机械应用的金属和陶瓷零件。如上所述，可用于制造金属和陶瓷零件的其他技术包括增材制造。例如，可用于制造制品的增材制造技术包括但不限于激光熔化，激光烧结和粘合剂喷射。与模制技术相比，增材制造对于制作零件可能是有利的，部分原因是可以使用的材料具有更高的柔韧性，增强了制造复杂制品的能力并降低了制造成本。

与加热材料以固结并构建材料层以形成打印零件(例如，金属或陶瓷零件)的激光熔化和激光烧结增材制造技术不同，粘合剂喷射使用化学粘合剂来将材料的颗粒粘合到形成打印零件的生坯的层中。如本文所限定的，打印零件的生坯(或生坯零件)旨在表示未经过热处理以去除化学粘合剂的粘合剂喷射打印零件。在制造期间，将化学粘合剂(例如，聚合物粘合剂)选择性地沉积到代表被打印零件的层的图案中的粉末床上。在打印之后，将每个打印层固化(例如，经由热，光，湿气，溶剂蒸发等)，以将每个层的颗粒粘合在一起以形成生坯零件。在生坯零件完全形成之后，将化学粘合剂去除以形成棕坯零件。如本文所限定的，打印零件的棕坯(或棕坯)旨在表示已经过热处理以去除化学粘合剂的打印零件。去除化学粘合剂后，将棕坯零件烧结以固结构建层并形成固结零件。

在某些打印后热处理(例如，加热处理，烧结)中，可以将棕坯零件加热到大约1000摄氏度(℃)以上的温度，以便将材料(例如金属或陶瓷颗粒)固结在构建层中。如本文所限定的，打印后热处理旨在表示包括将打印零件加热至高于脱脂温度(例如，高于200℃)的温度的热处理。在热处理期间，棕坯零件经历热诱导处理，该热诱导处理可能会导致棕坯零件在热处理期间变形。例如，烧结棕坯零件以固结构建层会导致棕坯零件的体积收缩和致密化，从而形成固结零件。棕坯零件的收缩可能导致某些结构特征(例如悬垂部，翼型件等)的变形。另外，重力可能在热处理期间引起棕坯零件某些结构特征的翘曲或松弛。棕坯零件的变形可能以某种方式影响固结零件的整体几何形状，从而使固结零件不适合使用。与具有简单和非复杂几何形状的打印零件相比，具有复杂几何形状的打印零件可能更易于发生热变形。目前认识到的是，具有复杂几何形状或预期具有大量变形(例如，大于约20％变形)的打印零件的变形可以通过在热处理期间使用允许尺寸变化的支撑件来减轻，以形成固结零件。

本文公开的是定型器组件，该定型器组件可以用于在打印后热处理期间向粘合剂喷射打印零件提供支撑，以有助于具有复杂几何形状的零件的制造。如下面进一步详细讨论的，在烧结之前，将本文公开的定型器组件组装到打印零件上。定型器组件为打印零件的可能易于产生热变形的区域提供支撑。定型器组件还允许由于打印零件的致密化(例如，打印层的固结)而导致打印零件的尺寸变化，以形成固结零件。定型器组件的几何形状可以基于打印零件的几何形状。即，本文公开的定型器组件包括与打印零件的某些结构特征互补的结构特征。这样，打印零件被相应的定型器组件适当地定位和支撑。另外，定型器组件可以包括便于在打印零件上组装和拆卸的特征，以从固结零件上去除(例如分离)定型器组件。定型器组件与打印零件的拆卸和分离以不影响固结零件的完整性的方式进行。因此，当前公开的定型器组件可以用于减轻打印后热处理期间的(具有复杂几何形状的打印零件的)变形，这可以降低制造成本并提高生产成品率。

考虑到前述，图1是可用于打印零件的粘合剂喷射打印机10的框图，该零件可联接至在热处理期间支撑打印零件的某些结构特征的定型器组件。在操作中，根据本方法的实施例，粘合剂喷射打印机10将粘合剂选择性地沉积到用于打印增材制造零件的粉末(例如，金属和/或陶瓷)层12的部分中。在所示的实施例中，粘合剂喷射打印机10包括：工作平台16(例如，工作台)，其支撑粉末层12；储存器18，其存储具有粘合剂24和/或粘合剂前体25的粘合剂溶液20；打印机头部30，其流体地联接到储存器18；以及粉末沉积系统32，其沉积粉末材料34以形成粉末层12。粘合剂前体25包括可在沉积后在粉末层12上原位聚合的单体，以形成粘合剂24。粘合剂溶液20可以包括附加成分，例如但不限于润湿剂，粘度调节剂等。打印机头部30选择性地将粘合剂溶液20沉积到粉末层12中，以将粘合剂24以代表被打印零件的层的图案打印(例如，选择性地沉积)到层12上和层12中。

所示的粘合剂喷射打印机10包括控制系统36，该控制系统36控制粘合剂喷射打印机10的操作。控制系统36可以包括完全或部分自动化的分布式控制系统(dcs)或任何基于计算机的工作站。例如，控制系统36可以是采用通用计算机或专用设备的任何设备，其通常可以包括存储器电路38，该存储器电路38存储用于控制粘合剂喷射打印机10的操作的一个或多个指令。存储器38还可以存储代表被打印制品的结构的cad设计。处理器可以包括一个或多个处理设备(例如，微处理器40)，并且存储器电路38可以包括一个或多个有形的，非暂时性的，机器可读的介质，该介质共同存储可由处理设备40执行的指令，以实现本文所描述的功能。

图2是描绘了根据本方法的实施例的方法50的框图，该方法50用于经由粘合剂喷射制造处理，使用本文公开的定型器组件以在打印后处理期间为打印零件(例如，生坯零件和/或棕坯零件)提供支撑来制造制品。方法50的某些方面由处理器40根据存储在控制系统36的存储器38中的指令来执行。所示的方法50的实施例开始于沉积(框52)用于制造感兴趣制品的粉末层12。例如，粉末材料34(例如金属和/或非金属粉末)的层12沉积在工作表面上以形成粉末床。如本文所用，“工作表面”旨在表示在粘合剂喷射打印期间粉末床层或粘合剂溶液可以沉积在其上的表面。工作表面可以包括粘合剂喷射打印机的工作平台，粉末层或粘合剂打印层。例如，再次参考图1，在某些实施例中，工作表面可以是粘合剂喷射打印机10的工作平台16(例如，当层12是生坯零件的第一层时)。在其他实施例中，工作表面可以是先前打印的层。可以使用粉末沉积系统32将粉末材料34沉积到工作表面上。在某些实施例中，粉末沉积系统32沉积层12，使得层12的厚度在大约10微米(μm)至大约200μm之间(例如，大约40μm或更小)。然而，在其他实施例中，层12的厚度可以是任何合适的值。

要打印的零件可以包括具有复杂3d形状的各种零件，例如但不限于燃料尖端，燃料喷嘴，护罩，微型混合器，涡轮叶片或任何其他合适的零件。因此，用于打印制品的粉末材料34可以根据制品的类型和制品的最终用途(例如，燃气涡轮发动机，气化系统等)而变化。材料34可以包括金属和/或非金属材料。作为非限制性示例，材料34可包括：镍合金(例如，inconel625,inconel718,rené108,rené80,rené142,rené195,andreném2,marm-247)；钴合金(例如hans188和l605)；钴铬合金，铸造合金：(例如x40，x45和fsx414)，钛合金，铝基材料，钨，不锈钢，金属氧化物，氮化物，碳化物，硼化物，铝硅酸盐，陶瓷或任何其他合适的材料及其组合。在某些实施例中，材料34包括具有大约1微米(μm)至大约75μm之间的粒度分布(例如，d50)的颗粒。然而，在其他实施例中，材料34可以利用任何其他合适的粒度分布的颗粒。

返回图2，在粉末层12的沉积之后，方法50继续按照预定图案将粘合剂24选择性地沉积(框54)到层12的部分中，以生成粘合剂打印的粉末层58。例如，如图1所示，可以使用打印机头部30将粘合剂24选择性地打印到粉末层12中。如上所述，通常由控制系统36基于cad设计来控制(例如，操作，引导)打印机头部30，该cad设计包括被打印零件的层12的表示。

粘合剂24涂覆粉末层12中的颗粒，从而在粉末层12中生成涂覆有粘合剂的颗粒。如下所述，在固化(例如，经由溶剂蒸发，暴露于湿气，暴露于光)之后，粘合剂24根据粘合剂溶液20的打印图案粘合涂覆有粘合剂的颗粒(例如，彼此粘合，粘合到工作表面)，以形成生坯零件60的粘合剂打印的粉末层，如图1所示。

粘合剂24可以选自一类热塑性或热固性聚合物，包括但不限于衍生自不饱和单体的聚合物。例如，粘合剂24可以具有以下式的一种或多种聚合物：(ch2chr)n，其中r＝质子(-h)，羟基(-oh)，苯基，烷基或芳基单元。粘合剂24还可包括具有式(ch2-cr²coor¹)n的一种或多种单官能丙烯酸聚合物，其中r¹＝烷基或芳基单元，且r²＝a-h或甲基(-ch3)单元；具有式[(ch2-cr²coo)2-r³]n的二丙烯酸聚合物，其中r²＝a-hor-ch3单元，且r³＝二价烃基；具有下式[(ch2cr¹coo)3-r⁴]n的三丙烯酸聚合物，其中r¹＝-h或-ch3，且r⁴＝三价烃基和/或聚(碳酸亚烷基酯)，包括共聚碳酸亚烷基酯，例如聚(亚乙基-环己烯碳酸酯)，聚(碳酸亚乙酯)，聚(碳酸亚丙酯)，聚(碳酸环己酯)等。在某些实施例中，粘合剂24可包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(pmma)，聚苯乙烯(ps)，聚(乙烯醇)(pva)；聚(碳酸亚烷基酯)，例如来自empowermaterials(位于特拉华州新城堡)的25、40、100和130，以及衍生自己二醇二丙烯酸酯(hdda)，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(tmpta，例如，来自宾夕法尼亚州埃克斯顿的sartomer的sr351)和二丙烯酸二乙二醇酯(dgd)的聚合物。

如以上参考图1所讨论的，打印机头部30接收具有粘合剂24的粘合剂溶液20(例如，墨水)，并选择性地将粘合剂24打印(例如，沉积，闪蒸和冷凝)到粉末层12的部分中。因此，粘合剂溶液20可以具有有助于经由打印机头部30进行粘合剂喷射打印的某些特性。粘合剂溶液20可以包括有助于将粘合剂24沉积到层12中的添加剂。例如，在某些实施例中，粘合剂溶液20包括一种或多种添加剂，包括但不限于：粘度调节剂，分散剂，稳定剂，表面活性剂(例如，表面活性物质)或可有助于粘合剂溶液20的可喷射性以及将粘合剂24选择性沉积到粉末层12中的任何其他合适的添加剂。

例如，在某些实施例中，粘合剂溶液20可包含表面活性剂。在不同的实施例中，取决于粘合剂24和/或材料34的性质，表面活性剂可以是离子(例如两性离子，阳离子，阴离子)或非离子型。作为非限制性示例，在某些实施例中，表面活性剂可以是聚丙氧基二乙基甲基氯化铵(例如，可从位于德国埃森的evonik获得的cc-42ns)，和/或聚酯/聚胺缩合聚合物(例如，可从位于英国snaith的crodainc.获得的hypermerkd2)。在某些实施例中，一种或多种添加剂可以改善材料34的润湿性，以有助于用粘合剂24涂覆粉末颗粒。一种或多种添加剂还可以改变(例如，修改)粘合剂溶液20的表面张力，以有助于粘合剂溶液20的可喷射性。例如，在某些实施例中，如果欧姆尼数(例如，粘性力与惯性力和表面张力的比)在大约0.1至大约1之间，则通常认为粘合剂溶液20是可喷射的。

在某些实施例中，一种或多种添加剂还可包括溶解粘合剂24的溶剂。取决于所选择的粘合剂24以及可以在粘合剂溶液20中的其他添加剂，溶剂可以是水性的或非水性的。溶剂通常是非反应性的(例如，基本上是惰性的)，使得它不与粉末材料34，粘合剂24或粘合剂溶液20中可能存在的任何其他添加剂反应。另外，通常，在将粘合剂24选择性沉积到粉末层12中之后，溶剂应易于蒸发，这可以有助于固化以将打印层53的涂覆有粘合剂的颗粒粘合在一起。粘合剂溶液20的示例溶剂包括但不限于水，二氯甲烷(ch2cl2)，氯仿(chcl3)，甲苯，二甲苯，均三甲苯，苯甲醚，2-甲氧基乙醇，丁醇，二甘醇，四氢呋喃(thf)，甲乙酮(mek)，三氯乙烯(tce)或任何其他合适的溶剂。

如图2的框52和54所阐述的，在层12的沉积和粘合剂24的选择性打印之后，所示方法50继续固化(框62)粘合剂24以形成生坯零件60的固化层。例如，如上所述，选择性地沉积的粘合剂溶液20可以是粘合剂24(例如，聚合物)和溶剂的混合物。虽然在粘合剂24的沉积(例如，打印)期间粘合剂溶液20中的一部分溶剂可以蒸发，但是一定量的溶剂可能残留在粉末层12内。因此，在某些实施例中，生坯零件60可以在适合于蒸发残留在打印层58中的溶剂并允许生坯零件60的打印层58的有效粘合的温度下热固化(在随后的打印后步骤中)。

在某些实施例中，生坯零件60的层可以经由聚合来固化，其中粘合剂溶液20中的反应性单体聚合以产生粘合剂24。例如，在将粘合剂溶液20选择性地打印到粉末层12中之后，可以原位聚合粘合剂24。在粘合剂溶液20的沉积之后，可以固化(例如，反应，交联，聚合)粘合剂溶液20中的一种或多种粘合剂前体25(例如，可聚合单体)，以形成生坯零件的打印层58。例如，在某些实施例中，可将打印层58暴露于热，湿气，光或任何其他合适的固化方法，该方法聚合粘合剂溶液20中的粘合剂前体25以在打印层58中形成粘合剂24。在某些实施例中，粘合剂溶液20可包含自由基引发剂(例如，偶氮二异丁腈(aibn))，以有助于一种或多种可聚合单体的聚合。在一个实施例中，粘合剂溶液20包括选择性地沉积在粉末层12中的粘合剂前体，该粘合剂前体在没有附加供应能量的情况下快速地(例如，在数秒内)固化(例如，聚合，交联)。

方法50通常包括重复框52、54和62的动作，以逐层的方式继续制造，直到打印了整个生坯零件60的所有层。粘合剂24粘合(例如，粘附，锚固，结合)每个连续的层，并向打印制品提供一定程度的强度(例如，生坯强度)，以改善打印后处理(例如脱脂，烧结等)期间的生坯零件的结构的完整性。即，由粘合剂24提供的生坯强度维持每个层内的粉末材料34之间的粘合，并且在生坯零件60的操纵和打印后处理期间阻挡(例如，抵抗，防止)层的分层。

如上所述，可以将打印零件加热至高于1000℃的温度，以固结粉末材料层并形成固结零件。高温(例如，高于1000℃)可能会导致打印零件变形，特别是具有复杂几何形状的打印零件变形。例如，在烧结期间，打印层被固结，这使打印零件致密并导致一定程度的收缩。在进行热处理之前，打印零件通常是多孔的。因此，在打印后热处理期间，打印零件中的打印层的固结减小了打印零件的体积，以使打印层致密和压实，从而生成固结零件。打印零件的致密化可能导致打印零件的不受其他结构特征支撑的某些结构特征(例如悬垂部，翼型件等)翘曲，下垂，弯曲，变形或以其他方式改变打印零件的整体几何形状。几何形状的变形可能使打印零件不适合使用。变形的打印零件可能会被丢弃，从而降低产量并增加成本。因此，在没有本公开的情况下，用于这种零件的粘合剂喷射打印处理可能效率低下并且导致不期望的产量。然而，通过使用本文公开的定型器组件来在加热(例如，脱脂和/或烧结)之前支撑打印零件(例如，生坯零件或棕坯零件)，可以减轻热致变形。

因此，一旦沉积了期望数量的打印层58，则方法50包括将定型器组件组装(框61)到生坯零件60上，以提供结构支撑并减轻打印零件(例如，生坯零件60和/或棕坯零件68)的热致变形。生坯零件60可以嵌套在结构支撑件内。如本文所用，嵌套的零件旨在表示部分或完全被结构支撑件包围的打印零件，使得打印零件的外表面的至少一部分与结构支撑件接触。尽管在将所公开的定型器组件组装到生坯零件60上的背景下讨论了框61，但是本实施例还包括将定型器组件组装到棕坯零件68。因此，在致密化或其他打印后热处理期间，本文公开的定型器组件可用于维持打印零件的整体形状。

如下面进一步详细讨论的，所公开的定型器组件可以包括多个可分离部件，多个可分离部件在被组合时，在脱脂和/或烧结期间为坯零件60、68的一个或多个区域提供支撑。定型器组件和/或组件中的部件的几何形状包括有助于将部件组装到生坯零件60上并在烧结后从棕坯零件68去除的特征。另外，定型器组件的几何形状使得打印零件和定型器组件的热膨胀系数的差异适合于满足固结零件的尺寸要求。即，本文公开的定型器组件被设计成在固结(例如，烧结)期间适应打印零件的尺寸变化。在某些实施例中，定型器组件可以包括对准特征，以有助于以在形成固结零件的脱脂和/或烧结期间满足打印零件的公差(例如，尺寸变化)的方式组装到打印零件上。

在将定型器组件80组装在生坯零件60上之后，方法50包括从打印的生坯零件60去除(框64)粘合剂24以生成棕坯零件68。在去除粘合剂24(称为脱脂)期间，将生坯零件60加热以将粘合剂24分解成分子量比粘合剂24更低的较小的化合物。例如，可以将打印的生坯零件60加热到大约500℃或更低的温度(例如在大约250℃至大约450℃之间)，以有助于去除粘合剂24。在脱脂(例如，在从打印的生坯零件60的打印层中去除粘合剂24)期间打印的生坯零件60暴露的条件将粘合剂24分解成较小的分子，该较小的分子可以容易地从打印的生坯零件60中释放，并生成大部分(例如大约95％，大约96％，大约97％，大约98％)的粘合剂24被去除的棕坯零件68。在某些实施例中，粘合剂24的一部分和/或粘合剂24的分解产物(例如氧化物，诸如氧化硅)可以保留在棕坯零件68中，并且可以改善在棕坯零件68内的粉末材料34的粘合，使得提高的棕坯强度能够在脱脂和烧结之间的处理期间维持棕坯零件68的结构。

在从生坯零件60去除粘合剂24之后，方法50包括烧结(框72)棕坯零件68以固结粉末材料34，以生成固结的增材制造零件74。在烧结期间，棕坯零件68通常暴露于集中的能量源(例如，激光，电子束或任何其他合适的能量源)，该能量源加热棕坯零件68并固结(例如，致密化，连接)该棕坯零件68的打印层的粉末材料34，以形成密度大于棕坯零件68的密度的固结零件74(例如，基本为固体零件)。烧结赋予棕坯零件68以强度和整体性，使得固结零件74适合用于其预期应用的机械中(例如，作为燃气涡轮发动机或气化系统的部件)。烧结温度是通常小于粉末材料34的熔点(例如，熔点的大约30％)的温度，使得粉末材料34的颗粒软化并形成将棕坯零件68中的相邻颗粒粘结在一起的连接(例如，颈或桥)。通常，取决于用于制造零件的粉末材料34的特性，烧结温度可以超过1000℃。例如，在某些实施例中，当粉末材料34是镍合金(例如625)时，烧结温度可以在大约1250℃至1270℃之间。

在烧结棕坯零件68以形成固结零件74之后，方法50包括从固结零件拆卸和去除(框76)定型器组件80。例如，如下面更详细地讨论的，可以去除用于可去除地联接定型器组件的部件的对准销，以从固结零件74分离并有助于去除定型器部件。

图3a是定型器组件80的实施例的立体图，该定型器组件80可用于在打印后热处理(例如，脱脂，烧结)期间向打印零件提供支撑。定型器组件80可以由不与用于制作打印零件的材料反应的任何合适的材料制造。例如，定型器组件80可以由诸如但不限于金属，陶瓷，耐火材料等的材料制造，这些材料在适合于脱脂或烧结的温度下进行加热期间不会发生尺寸变化或与粉末材料34反应。在某些实施例中，定型器组件80的一个或多个部件可以涂覆有保护层(例如，聚合物层)，该保护层维持定型器组件80的完整性并允许定型器组件80的多次重复使用。定型器组件80可以被定制以适合被支撑的打印零件的相应几何形状。

定型器组件80包括顶部定型器部件82，芯部84和底部定型器部件86。顶部定型器部件82可包括可分离的第一顶部90a和第二顶部90b。即，第一顶部90a和第二顶部90b是两个分离件。然而，在某些实施例中，顶部定型器部件82是单件或整体部件。在某些实施例中，顶部90a，90b可以是彼此的镜像。在其他实施例中，顶部90a，90b可具有不同的特征，当组合时，这些特征在打印后热处理期间支撑打印零件(例如，生坯零件60和/或棕坯零件68)的区域。顶部定型器部件82可以包括符合和/或勾勒棕坯零件68的某些结构特征的特征。例如，每个顶部90的面向外的表面91可具有曲率92，该曲率92的形状类似于棕坯零件68的顶部(例如，悬垂部148)的曲率，如以下参考图3b所讨论的。如下面所讨论的，这可以有助于将顶部定型器部件82定位和组装到打印零件上。

底部定型器部件86包括基部94和定位在基部94的顶表面98上的底部定型器96。在某些实施例中，底部定型器96可去除地附接到基部94。例如，基部94可以包括与底部定型器96的底表面97(例如，与顶表面98邻接的表面)上的互补联接特征接合的联接特征(例如，紧固件，夹子，凹部，突起或任何其他合适的联接特征)。通过可去除地联接底部定型器96和基部94，可以根据打印零件的几何形状将底部定型器96换出。然而，在某些实施例中，底部定型器96和基部94是单个结构或一体的。类似于顶部定型器部件82，底部定型器96可以包括符合或勾勒棕坯零件68的结构特征的表面特征，以有助于将棕坯零件68安置在组装的定型器部件80内。例如，在所示的实施例中，底部定型器96包括曲率99，该曲率99代表与棕坯零件相关联的曲率，如下所述。

类似于顶部定型器部件82，基部94可具有第一底部面板100a和第二底部面板100b，它们各自可彼此独立地分离。面板100a，100b可有助于将定型器组件80组装到打印零件(例如，生坯零件或棕坯零件)，以及从打印零件去除定型器组件80，如下面进一步详细讨论的。类似于顶部定型器部件80，底部面板100a，100b可以是彼此的镜像，或者可以由要打印的特定零件定制。底部面板100a，100b可以包括与顶部定型器部件82互补的表面特征，以有助于绕着和围绕打印零件组装定型器组件80。在其他实施例中，基部94是没有可分离零件的单个连续结构。

基部94包括远离顶表面98延伸的多个突起104(例如，延伸部，支柱，柱，销保持器等)。在所示的实施例中，突起104远离顶表面98延伸不同的距离。例如，突起104a在轴向方向108上远离顶表面98延伸第一距离106a。突起104b在轴向方向108上远离顶表面98延伸距离106b，该距离106b小于距离106a。因此，突起104a的长度大于突起104b的长度。突起104之间的距离106的可变性有助于顶部定型器部件82和基部94的对准，并且允许顶部定型器部件82和基部94之间的距离被调节，以在加热期间和加热之后满足打印零件的公差，如以下进一步详细讨论的。

每个突起104的至少一部分是中空的，从而在每个突起104的末端114处形成具有开口112的孔110。在将定型器组件80组装到打印零件上之前，可以将对准销118插入每个相应突起104a的孔110中。例如，图3b是根据本公开的实施例的定型器组件80的立体图，该定型器组件80被组装在粘合剂喷射打印零件120上。粘合剂喷射打印零件120嵌套在定型器组件80内，使得粘合剂喷射打印零件120的至少一部分表面与定型器组件80接触，以对粘合剂喷射打印零件120的在热处理期间可能易于变形的区域提供机械支撑。在所示的实施例中，对准销118的一部分设置在顶部定型器部件82上的相应开口122内。顶部定型器部件82由支撑销(例如，支撑梁)124支撑。类似于对准销118，支撑销124可以插入每个相应突起104b的孔110中。在将定型器组件80组装在棕坯零件68上期间，对准销118与沿着顶部定型器部件82的部分定位的开口122对准。开口122从顶部定型器部件82的面向内的表面128延伸到面向外的表面91，从而形成用于对准销118插入的通道，如示出的实施例中所示。在某些实施例中，对准销118从面向外的表面91突出。在其他实施例中，对准销118的末端可以与面向外的表面91齐平或在其下方。可以使用粘合剂喷射打印机10从粉末材料34或其他类似的粉末材料打印对准销118和支撑销124。

如下面进一步详细讨论的，支撑销124邻接顶部定型器部件82的面向内的表面128，以提供对顶部定型器部件82的区域的支撑，并有助于顶部定型器部件82在方向132上朝向基部100移动，如图3a所示。例如，支撑销124可以由当加热到一定温度时会收缩的材料制造。当支撑销124收缩时，顶部定型器部件82在方向132上移动。以这种方式，定型器组件80可以适应由于在打印后热处理期间收缩和致密化而导致的打印零件120的尺寸变化。

如上所述，部件82、86和芯部84被组装到打印零件上以形成定型器组件80。例如，图4是粘合剂喷射打印零件120(例如，生坯零件60或棕坯零件68)和顶部定型器部件82的一部分的实施例的立体图。在所示的实施例中，打印零件120包括具有翼型件144的中央本体142，凸缘状基部146和悬垂部148。在打印后热处理(例如，脱脂和/或烧结)期间，悬垂部148可能部分地由于重力和/或收缩而变形或下垂。为了减轻悬垂部148的变形，顶部定型器部件82定位在悬垂部148的下方(例如，在悬垂部148和凸缘状基部146之间)。例如，在将定型器组件80组装在打印零件120上期间，每个顶部90a，90b定位在中央本体142的相应侧150上。顶部90a，90b在相对方向上被朝向彼此推动，使得中央本体142定位在顶部90a，90b之间。每个顶部90a，90b包括邻接表面152，当顶部定型器部件82被组装到打印零件120上时，该邻接表面152与另一个顶部90a，90b的相应邻接表面接合，如图5所示。每个相应顶部90a，90b的邻接表面152可以包括将顶部90a固定或以其他方式可去除地附接至顶部90b的联接特征，从而将定型器组件80的顶部定型器部件82组装在打印零件120上。联接特征还可以在组装到打印零件120上期间有助于顶部90a，90b的对准和正确定位。

如图5所示，打印零件120的悬垂部148搁置在顶部定型器部件82的面向外的表面91上。如上所述，面向外的表面91可以包括符合悬垂部148的形状的表面特征(例如，曲率92，轮廓)。以此方式，顶部定型器部件82在打印后热处理期间支撑悬垂部148，以减轻加热期间悬垂部148的变形，该变形可能是由重力和/或体积变化(例如，致密化)引起的。

一旦顶部定型器部件82组装到打印零件120上，如先前关于图3a所讨论的定型器组件80的芯部84和基部部件86就可以组装到打印零件120上。然而，在其他实施例中，可以在组装顶部定型器部件82之前，将芯部84和/或基部部件86组装到打印零件120上。在将顶部定型器部件82联接到底部定型器部件86之前，将对准销118和支撑销124插入每个相应突起104的孔110中。销118、124的长度可以基于烧结期间打印零件120的收缩(例如，致密化)量来确定。如上所述，销124在烧结期间收缩，以允许顶部定型器部件82在方向132上朝向底部定型器部件86移动，以适应打印零件120的尺寸变化，从而形成固结零件。

如图3a和3b最佳所示，在组装期间，突起104a与顶部定型器部件82上的开口122对准，从而将突起104a中的对准销118插入相应开口122中，从而联接顶部定型器部件82和底部定型器部件86。突起104b中的支撑销124为顶部定型器部件82的区域提供支撑，并且在烧结期间使得顶部定型器部件82能够在方向132上朝向底部定型器部件86移动，以解决打印零件120的收缩。

在将底部定型器部件86组装在打印零件120上之前，芯部84可以联接至底部定型器96。但是，在其他实施例中，在将定型器部件82、86组装在打印零件120上之前，可以将芯部84联接至打印零件120。芯部84插入打印零件120的翼型件144中，并且从凸缘状基部146延伸到悬垂部148，从而填充翼型件144的体积。翼型件144可能在打印后热处理期间翘曲或下垂，从而使翼型件144的形状变形并影响打印零件120的整体形状和特性。芯部84为翼型件144提供支撑并且减轻了在烧结或其他打印后热处理期间可能发生的变形。

图6是翼型件144内的打印零件120和芯部84的俯视图。芯部84符合翼型件144的形状，使得在翼型件144的内表面和芯部84的外表面之间形成间隙158。如下面进一步详细讨论的，间隙158容纳由收缩引起的打印零件120的尺寸变化，以致密化打印零件120并固结打印层。例如，如图6所示，芯部84的尺寸154小于翼型件144的内部尺寸156，使得在芯部84和翼型件144之间形成间隙158。间隙158提供公差，以允许在脱脂和/或烧结期间由于打印零件120的收缩而导致翼型件144的尺寸156的变化。例如，翼型件144的尺寸156可以减小，从而减小芯部84和翼型件144之间的间隙158。芯部84可以是单件或组装在一起以形成芯部84的多件。当通过多个可分离件组装芯部84时，可以在烧结打印零件120之后有助于将芯部84从翼型件144拆卸和去除。

如图3b最佳所示，悬垂部148下方的打印零件120嵌套在顶部定型器部件82和底部定型器部件86之间的定型器组件80内。打印零件120的凸缘状基部146放置在底部定型器96的顶部上。如上所述，底部定型器96符合凸缘状基部146的结构特征。这样，凸缘状基部146可以位于底部定型器96内并由其支撑，以减轻在打印后热处理期间可能发生的变形。类似于凸缘状基部146，悬垂部148搁置在顶部定型器部件82的面向外的表面91上。面向外的表面91包括与悬垂部148的结构特征相符的特征，以有助于支撑悬垂部148的易于变形的区域。

如上所述，定型器组件80为棕坯零件68的某些区域提供支撑，以减轻可能由重力和/或棕坯零件68的致密化引起的变形(例如，翘曲或下垂)。图7和图8是在烧结之前和之后的定型器组件80和打印零件120的横截面视图。如所示实施例中示出的，定型器组件80被组装到如上所述的棕坯零件68上。定型器组件80被设计成分别在棕坯零件68的部分与芯部84和顶部定型器90之间分别产生间隙170、172。间隙170、172在烧结期间为棕坯零件68的尺寸变化提供了过渡窗口(例如，动态尺寸窗口)，以形成固结零件162。如图7和8所示，棕坯零件68随着粉末材料34的层的固结而收缩，从而生成固结零件162。类似地，支撑销124收缩以使顶部定型器部件82在方向132上朝向底部定型器部件96移动。例如，在棕坯零件68的烧结期间，支撑销119的长度可以在大约5％至50％之间收缩(例如，减小)。以此方式，顶部定型器部件82可相对于基部100移动以允许打印零件的尺寸变化，并且在整个烧结期间继续支撑打印零件，以将棕坯零件68转变为固结零件162。顶部定型器部件82，芯部84和底部定型器部件96的曲率和形状在棕坯零件68收缩时为其提供支撑，以形成固结零件162。部件82、86和芯部84的曲率和形状提供了固结零件162的最终曲率，该最终曲率可以不同于棕坯零件68的曲率，如图7和8所示。

如上所述，根据图2的方法50的框76，在完成打印后处理之后，将定型器组件80拆卸并从固结零件74去除。例如，在拆卸期间，对准销118可以从相应开口122去除，以使顶部定型器部件82和底部定型器部件86脱离。一旦对准销118被去除，顶部90a，90b或基部100可与固结零件74分离。在某些实施例中，底部定型器部件96与基部100一起被去除。在其他实施例中，底部定型器部件96在单独的步骤中与固结零件分离。在去除部件82、86和基部100之后，芯部84可以与固结零件74分离。如上所述，芯部84可以包括两个或更多个可分离的部件。在拆卸和去除期间，可以从固结零件74的顶侧去除芯部84的一部分，并且可以从固结零件74的底侧去除芯部84的另一部分。应当注意，部件82、86，基部100和芯部84可以以任何合适的顺序拆卸和去除。一旦与定型器组件80分离，可以对固结零件74进行热等规加压(hip)以获得接近全密度(密度＞99.9％)。

如上所述，本文公开的定型器组件可用于连续增材制造系统中，以在打印后热处理(诸如脱脂和烧结)期间向粘合剂喷射打印制品(诸如金属或陶瓷机械零件)提供支撑。所公开的定型器组件包括可分离的定型器部件，该定型器部件可以在打印后热处理之前被单独地布置和组装到打印零件上。定型器部件可以以支撑打印零件、同时还考虑到打印零件与定型器组件之间的热膨胀系数的差异的方式来设计，以满足在热处理(例如烧结)期间打印零件的尺寸变化。这样，定型器组件减轻了在脱脂和/或致密化期间由重力引起的翘曲或下垂而导致的打印零件的结构变形，以形成固结零件。另外，通过使用公开的定型器组件，可以使用连续增材制造技术获得具有更复杂几何形状的打印零件。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及进行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。

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