本公開大體涉及在添加形成的聚合物基底層上具有耐久金屬表面的工藝裝置(tooling)以及形成此種工藝裝置的方法。

背景技術(shù)：

對(duì)航空器的制造、裝配、維護(hù)、改進(jìn)和/或升級(jí)總是需要?jiǎng)?chuàng)造用于制作航空器部件的工具。該工藝裝置經(jīng)常由固體金屬機(jī)械加工而成，以便確保表面質(zhì)量、表面堅(jiān)固性及其耐久性。然而，此種金屬工藝裝置的制備和構(gòu)造可為昂貴和耗時(shí)的。添加制造的聚合物工藝裝置可比由金屬形成的工藝裝置更加快速且更加便宜地制造，但基于聚合物的工藝裝置的耐久性、表面質(zhì)量和表面堅(jiān)固性是個(gè)問題。

因此，需要一種更快速地形成工藝裝置(如添加形成的聚合物工藝裝置)的改進(jìn)方法，并且該工藝裝置也提供由金屬工藝裝置提供的表面質(zhì)量、表面堅(jiān)固性和耐久性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一方面，工具具有由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成的基底層。在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑為導(dǎo)電的。最后，在密封劑層上形成金屬涂層。

密封劑可為低模量材料，諸如硅酮橡膠或彈性體。優(yōu)選地，通過添加填料材料使密封劑導(dǎo)電，該填料材料被添加到密封劑。填料材料可為炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管、金屬晶須中的一種，或其它導(dǎo)電材料以及由此的組合。金屬涂層可為多層金屬涂層。金屬涂層可通過電鍍或通過電沉積形成。

在另一方面，工具具有由聚合物材料以期望的工具形狀添加地形成的基底層。在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑不為導(dǎo)電的。在密封劑層上形成導(dǎo)電層。最后，在導(dǎo)電層上形成金屬涂層。

在第三方面，形成工具的方法。由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成基底層。在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑為導(dǎo)電的。最后，在導(dǎo)電層上形成金屬涂層。

在第四方面，形成工具的方法。由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成基底層。在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑為低模量材料，該低模量材料包括硅酮橡膠或彈性體。在密封劑層上形成導(dǎo)電層。最后在導(dǎo)電層上形成金屬涂層。

已經(jīng)討論過的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可獨(dú)立地在各種實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)或者可在另外一些其它實(shí)施例中組合，參考以下描述和附圖可見其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。

附圖說明

以下詳細(xì)描述以示例的方式給出并且并非旨在將本公開唯一地局限于此，結(jié)合附圖將最好地理解以下詳細(xì)描述，其中：

圖1為根據(jù)本公開的一方面的用于工具的添加制造的聚合物基底層的剖視圖；

圖2為根據(jù)本公開的一方面的在密封/處理之后帶有添加制造的聚合物基底層的工具的剖視圖；

圖3為根據(jù)本公開的一方面的在施加導(dǎo)電層之后帶有添加制造的聚合物基底層的工具的剖視圖；

圖4為根據(jù)本公開的一方面的在施加金屬涂層之后帶有添加制造的聚合物基底層的工具的剖視圖；

圖5為說明根據(jù)本公開的一方面形成工具的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在本公開中，貫穿說明本公開的各種示例性實(shí)施例的整個(gè)附圖，相同的參考編號(hào)指代相同的元件。

現(xiàn)參考附圖并且尤其參考圖1，根據(jù)本公開的工具包括基底層110，其通過添加處理(例如，通過3d打印)以緊密的尺寸公差(根據(jù)期望的工具的需要)由聚合物以期望的工具形狀形成。根據(jù)本公開，基底層110充當(dāng)用于進(jìn)一步處理的基底。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地認(rèn)識(shí)到的是，在3d打印中，在計(jì)算機(jī)控制下形成連續(xù)的材料層以創(chuàng)造根據(jù)三維模型或其它電子數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的對(duì)象。即使在由此形成之后需要聚合物形成的基底層110的一些中間的機(jī)械加工，通過該類型的添加處理產(chǎn)生用于本公開的工藝裝置的基底層110也比通過金屬機(jī)械加工產(chǎn)生工藝裝置更加快且更加便宜。然而，因?yàn)橛糜谠撎砑犹幚淼木酆衔锟杀韧耆山饘傩纬傻墓に囇b置的堅(jiān)固性和耐久性差，所以本公開的工藝裝置包括金屬涂層，以改善依照以下關(guān)于圖2至圖4所討論的形成的最后工具的堅(jiān)固性和耐久性。此外，金屬涂層也能夠改善最后工具的表面光潔度和表面質(zhì)量。

在圖2，將密封劑層120施加到基底層110的外(工具側(cè))表面以給予聚合物基底層110足夠?qū)щ娦砸栽试S后續(xù)處理。密封劑120的應(yīng)用可涉及低模量材料諸如硅酮橡膠或彈性體的應(yīng)用，以減輕在成品工具的使用期間熱應(yīng)力在相鄰材料之間的累積。在一個(gè)實(shí)施例中，通過使用填料諸如炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管、金屬晶須等或者例如通過化學(xué)鍍使密封劑120導(dǎo)電。

在圖3中，可選地將導(dǎo)電層130施加到基底層110的外工具側(cè)表面的密封劑層120上，以提供足夠的導(dǎo)電性來將所得的后續(xù)金屬工具表面加熱至必要溫度(例如，在100℃至250℃之間)。僅僅當(dāng)密封劑層120不導(dǎo)電時(shí)該導(dǎo)電層130才是必要的，如上所述。如果彈性體的導(dǎo)電性不足以允許后續(xù)的電沉積，則可向彈性體表面添加官能團(tuán)以提供金屬可被分子附接的位點(diǎn)，諸如通過多巴胺到橡膠基板的氧化聚合或其它化學(xué)技術(shù)。也可在合成期間向彈性體添加摻雜劑，以幫助增加聚合物導(dǎo)電性。替代性地，聚合物諸如聚乙炔、聚吡咯、聚苯亞乙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚苯硫醚等連同它們的共聚物可通過表面改性諸如膦羧化(phosphonylation)和接枝聚合或其它合適的方法附接到彈性體的表面。

在圖4中，使用例如電鍍或電沉積將金屬涂層140，優(yōu)選多層金屬涂層，施加到基底層110的外工具側(cè)表面的導(dǎo)電層130上(或當(dāng)密封劑層120導(dǎo)電時(shí)在密封劑層120上)，以形成最終工具(endtool)所需尺寸的工具表面。金屬涂層能夠包括不同等級(jí)的鋼或鋁，或金屬與較硬的外層和較低模量內(nèi)層的組合。例如，層狀結(jié)構(gòu)可具有鋼基外層和銅內(nèi)層或黃銅內(nèi)層。許多其它組合是可能的。因?yàn)樘砑犹幚碛糜谛纬善谕淖罱K工具的基底層110，所以最終工具形狀的復(fù)雜程度僅僅受聚合物基底層以期望的形狀形成、可選地被機(jī)械加工(如果必要的話)以及保持期望的最終工具的最后形狀的能力的限制。金屬涂層140的內(nèi)含物完全不受期望的最終工具的形狀或復(fù)雜性的限制。

現(xiàn)參考圖5，流程圖示出了涉及產(chǎn)生根據(jù)本公開的工具的步驟。首先，如以上所討論的，工具基底層110添加地形成為期望的最終工具的形狀(步驟501)。接下來，將密封劑層120施加到基底層110的外工具側(cè)表面(步驟502)。在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟502中施加的密封劑為不導(dǎo)電的，并且單獨(dú)的導(dǎo)電層是必要的(步驟503)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在步驟502中施加的密封劑為導(dǎo)電的，并且單獨(dú)的導(dǎo)電層不是必要的。進(jìn)一步，當(dāng)被施加以形成密封劑層120的密封劑不導(dǎo)電時(shí)，可選地將導(dǎo)電層130施加到基底層110的外工具側(cè)表面的密封劑層120上(步驟503)。最后，將金屬涂層140施加到基底層110的外工具側(cè)表面的導(dǎo)電層130上(步驟504)(或者在省略單獨(dú)的導(dǎo)電層130的實(shí)施例中在密封劑層120上)。

本公開的工藝裝置包括金屬外部涂層，該金屬外部涂層以防止此種外部涂層在工藝裝置的使用期間剝離、剝落或裂開的方式堅(jiān)固地附接到下面的基板(如上所述)。特別地，本文所述的工藝裝置形成允許在金屬外部涂層與底層基板之間創(chuàng)造非常強(qiáng)的結(jié)合。此外，在底層基板與金屬外部涂層之間添加低模量材料消除這些異質(zhì)材料在熱膨脹系數(shù)(cte)上的不匹配，當(dāng)在高溫下使用工藝裝置時(shí)，諸如在熱固性復(fù)合材料的固化期間，經(jīng)常發(fā)生該不匹配。因此，在底層基板與金屬外部涂層之間添加低模量材料也有助于防止金屬外部涂層在高溫下(例如，高溫固化)使用工藝裝置期間剝離、剝落或裂開。

進(jìn)一步，本公開包括根據(jù)以下實(shí)施例的實(shí)施例：

實(shí)施例1.一種工具，其包括：

由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成的基底層；

在基底層的外表面上形成的密封劑層，密封劑為導(dǎo)電的；以及

在密封劑層上形成的金屬涂層。

實(shí)施例2.根據(jù)實(shí)施例1所述的工具，其中密封劑為低模量材料。

實(shí)施例3.根據(jù)實(shí)施例2所述的工具，其中低模量材料為硅酮橡膠。

實(shí)施例4.根據(jù)實(shí)施例2所述的工具，其中低模量材料為彈性體。

實(shí)施例5.根據(jù)實(shí)施例1所述的工具，其中通過添加填料材料使密封劑導(dǎo)電，該填料材料被添加到密封劑。

實(shí)施例6.根據(jù)實(shí)施例5所述的工具，其中填料材料為炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管和金屬晶須中的一種。

實(shí)施例7.根據(jù)實(shí)施例1所述的工具，其中金屬涂層為多層金屬涂層。

實(shí)施例8.根據(jù)實(shí)施例1所述的工具，其中金屬涂層通過電鍍形成。

實(shí)施例9.根據(jù)實(shí)施例1所述的工具，其中金屬涂層通過電沉積形成。

實(shí)施例10.一種工具，其包括：

由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成的基底層；

在基底層的外表面上形成的密封劑層；

在密封劑層上形成的導(dǎo)電層，以及

在導(dǎo)電層上形成的金屬涂層。

實(shí)施例11.根據(jù)實(shí)施例10所述的工具，其中密封劑為低模量材料。

實(shí)施例12.根據(jù)實(shí)施例11所述的工具，其中低模量材料為硅酮橡膠。

實(shí)施例13.根據(jù)實(shí)施例11所述的工具，其中低模量材料為彈性體。

實(shí)施例14.根據(jù)實(shí)施例10所述的工具，其中金屬涂層為多層金屬涂層。

實(shí)施例15.根據(jù)實(shí)施例10所述的工具，其中金屬涂層通過電鍍形成。

實(shí)施例16.根據(jù)實(shí)施例10所述的工具，其中金屬涂層通過電沉積形成。

實(shí)施例17.一種形成工具的方法，其包括以下步驟：

由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成基底層；

在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑為導(dǎo)電的；以及

在導(dǎo)電層上形成金屬涂層。

實(shí)施例18.根據(jù)實(shí)施例17所述的方法，其中密封劑為低模量材料，該低模量材料包括硅酮橡膠或彈性體。

實(shí)施例19.根據(jù)實(shí)施例18所述的方法，其中通過添加填料材料使密封劑導(dǎo)電，該填料材料被添加到密封劑，填料材料為炭黑、碳纖維、石墨烯、碳納米管和金屬晶須中的一種。

實(shí)施例20.一種形成工具的方法，其包括以下步驟：

由聚合物材料以期望的工具形狀添加形成基底層；

在基底層的外表面上形成密封劑層，密封劑為低模量材料，該低模量材料包括硅酮橡膠或彈性體；

在密封劑層上形成導(dǎo)電層；以及

在導(dǎo)電層上形成金屬涂層。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例及其各方面具體示出和描述了本公開，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白的是，在不違背本公開的精神和范圍的情況下可做出各種改變和修改。所附權(quán)利要求旨在被解釋為包括本文所述的實(shí)施例、以上提及的替代性方案及其所有等同物。