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应用端的3D打印专利,你申请了么?

时间:2017-08-27 22:30 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印机网 阅读:

    3D打印行业迎来快速发展期的一大原因是原先存在的一些领先的工业3D打印工艺的关键专利到期。这些已经到期或者即将到期的专利——其中许多是在世纪之交刚刚发布的,长期以来这些专利被3D打印行业原有的先驱者垄断着。

     当我们欣喜与3D打印工艺的关键专利到期释放了3D打印技术活力的时候,另一大阵营的3D打印工艺专利却在紧锣密鼓的布局中。仅仅拿航空航天领域来说,从1975年最早的美国空军申请的火箭喷嘴复合结构件专利以来,到了2011年,3D打印应用端对专利的申请明显进入了井喷阶段,仅2014年一年,航空航天领域的国际企业就申请了198个3D打印方面的相关专利。

竞争的硝烟已不仅仅限于3D打印设备与材料领域,而是弥漫到应用领域。

本期,让我们通过主流企业的专利特点,来“窥一斑而见豹”,领略这些百花齐放的应用端专利特点。

block GE涡轮叶片上打印高温陶瓷传感器的专利

     2017年1月17日GE获得批准的专利中,公开了用于制造涡轮机部件上的应变传感器的方法。该方法包括涡轮部件的外部表面规划,和如何将陶瓷材料沉积到外部表面指定的位置上。专利还公开了一种监测涡轮部件的方法,该方法包括形成至少两个参考点的应变传感器。

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应变传感器的陶瓷粉体通过自动化的3D打印增材制造工艺沉积到叶片表面上,陶瓷材料可以包括热障涂层如氧化钇及稳定的氧化锆。而一些特殊的涡轮部件位置上则不需要热障涂层。

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而完成应变传感器的制造则需要不同设备之间的配合,包括气溶胶喷射机(例如,Optomec气溶胶和透镜系统)、微喷机(如Ohcraft或nScrypt公司的微笔或3Dn),以及 MesoScribe Technologies技术公司的等离子喷涂设备MesoPlasma。

block 空客申请3D打印大型飞机零部件专利技术

2016年,空客公司申请了一个新型3D打印技术的专利。据空客公司表示使用该技术有望彻底改变大规模制造的模式,甚至有望具有3D打印整架飞机的能力。专利中涉及的新技术更多依赖大量材料技术,并充分利用了3D打印的对象对其冷却过程中出现的内部应力做出的反应。

根据空客公司的专利申请材料,该技术主要使用一种类似于选择性激光烧结(SLS)的技术, 以及钛、铝等金属粉末,将多种材料融合在一起。在打印过程中,首先会生成一个壳体结构,将金属粉末沉积在上面,并通过激光对壳状结构和金属粉末进行加热,使它们共同融化、粘结成一个整体部件。当该部件冷却时,新形成的多材料金属层的内部应力将导致整个部件朝着预定的方向或曲线弯曲。产生这种结果的原因是由于壳体结构和金属在冷却时具有不同的收缩速率。

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空客公司表示,使用这种技术3D打印的飞机部件,如机身、机翼或门等,能够承受住飞机在运行当中的剧烈条件而不丧失任何气动特性。这些3D打印零部件将使用更少的材料,变得更加轻量化,而且结构性更好。3D科学谷了解到通过该技术获得零件更大的稳定性。如果使用该技术3D打印飞机货舱的地板,将使其变得更加稳定,并承受更多的重量。

block 西门子3D打印涡轮耐磨损的环节面网状结构的专利

2017年,西门子通过3D打印涡轮耐磨损的环节面网状结构的专利获批,通过激光金属3D打印帮助涡轮部件提高耐温和耐磨性能。

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图片:西门子通过3D打印涡轮耐磨损的环节面网状结构的专利

燃气涡轮发动机工业中,一个显著的趋势是追求更高的生产效率。为了实现更高的效率,燃气涡轮机运行在越来越高的工作温度环境下。理想情况下,旋转的涡轮叶片和涡轮部件之间的间隙要足够小,为了应对燃气轮机非常高的通流温度,许多涡轮组件内的流体流动路径需要热障涂层(TBCs)以保护底层组件在流体流动路径中恶劣环境下的正常运行。

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图片:西门子通过3D打印涡轮耐磨损的环节面网状结构的专利

涂层通常是陶瓷结构,可以承受极端的温度并且磨损或耐擦伤。通过水射流加工方法,产生理想的耐磨表面轮廓。然而,这种方法的生产成本是昂贵的。西门子发现直接通过3D打印技术创建所需的表面轮廓的涡轮机组件更具成本效益。

通过激光一层一层融化金属粉末或陶瓷增强金属粉末,西门子制造出耐磨的网状结构的涡轮组件。这种网状结构包括多个网络,每组网络有一组的高度相对于涡轮部件的表面一致,多个交错绞线中的至少两组不同的高度。

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图片:西门子通过3D打印涡轮耐磨损的环节面网状结构的专利

block 波音关于通过3D打印用于飞机零件生产与维护的专利

2015年,波音提交了一份专利申请,主要涉及到更换飞机零部件的3D打印应用。这份专利申请可能对波音公司未来的经营产生重大影响。该专利的描述摘要:

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    “一种装置,包括:一个被配置为存储多个部件定义文件的零件库、一个存储了使用多个部件定义文件打印出来零部件识别条目的数据库,以及一个零部件管理系统,该系统能够接收针对上述部件定义文件库里的一个零部件的定义文件请求、识别该定义文件、接收根据该定义文件打印一个零部件的指令,并且把3D打印的该部件条目存入数据库。”

     根据这个专利描述,波音公司可以不用设立多个库存中心存放零件备件,然后再运输到需要的位置,这很容易导致时间的延误;该公司只需搭建其一个拥有零备件CAD设计文件的在线模型库,任何地方只需一台3D打印机就可以在几分钟或几小时内制造出他们想要的备件。

    波音的专利申请已经揭示了他们如何将3D打印用于生产和维护系统。当飞机零部件需要更换时,这300种3D打印的零部件可以随时找到,他们只需要简单地将更换件打印出来就可以了。而且未来波音公司3D打印的零部件将不限于塑料材质的,因为该专利介绍了几个其它的材料,包括金属、金属合金和石膏。

     随着3D打印技术与应用端的深度结合,3D科学谷认为应用端将申请更多的专利以巩固其技术领先地位。或许,再过10年,当我们回顾这些企业的专利布局的时候,我们会发现今天的“井喷”仅仅是“小菏才露尖尖角”。

(责任编辑:中国3D打印机网)