多孔工具及其制造方法与流程

本公开涉及具有一体地形成的多孔结构的多孔工具(诸如，多孔膜和铺叠(layup)工具)，以及使用复合制备和/或增材制造过程来制造这样的多孔工具的方法。

背景技术：

已使用用以在膜中形成随机地定向的孔的烧结过程来制造多孔膜。然而，烧结过程倾向于产生具有尺寸和深度的分布的孔隙，包括到达尽头(dead-end)或另外未达到其期望的深度的孔隙。因此，使用烧结过程制造的多孔膜具有一定程度的可变性和/或不可预测性，这可能不适合于某些应用。

模制技术(诸如，复合制备和增材制造技术)在诸如压实、高压灭菌、固化和/或热解过程的多种过程中利用多孔膜。多孔膜可在这样的过程中用作过滤器，以将逸出气体(outgas)分离且排空，同时防止其它材料穿过多孔膜。例如，在一些过程中，可模制材料(诸如，复合材料或增材制造材料)可形成于铺叠工具上，并且，多孔膜(其有时被称为通气膜)可在铺叠工具上或围绕铺叠工具放置。铺叠工具、可模制材料以及多孔膜的由此产生的组件可放置于压实、高压灭菌、固化和/或热解系统中，其中逸出气体通过通气膜而排空。典型地，通气膜被视为一次性的产品，并且甚至在单次使用之后就可被丢弃，这引起废弃材料的积聚。

因此，存在对于具有一体地形成的多孔结构的改进的多孔工具(诸如，多孔膜和铺叠工具)和制造这样的多孔工具的改进的方法的需要。

技术实现要素：

方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践目前公开的主题而认识到。

在一个方面，本公开包含多孔工具。示例性的多孔工具包括模具主体和附接到模具主体的表面的增材制造膜。膜包括多孔层和无孔支承层。多孔层可具有从100至1000微米的厚度。无孔支承层可具有从1至25毫米的厚度。多孔层可包括：表面，其具有表面孔隙开口的阵列；互连通道的网络，其与表面孔隙开口成流体连通；以及一个或多个侧向边缘，其具有与互连通道成流体连通的边缘孔隙开口的阵列。

在另一方面，本公开包含形成多孔工具的方法。示例性的方法包括：使用定向能量沉积系统来使增加材料沉积于构建表面上以形成膜，而同时地使用激光烧蚀来从膜去除增加材料的所选择的部分以在膜中形成多孔层，其中，多孔层包括互连通道的网络。

在又一方面，本公开包含形成模制构件的方法。示例性的方法包括使用包括模具主体和增材制造膜的多孔工具来使一种或多种可模制材料适形于一定的形状。增材制造膜可附接到模具主体的表面或一体地形成为模具主体的部分。示例性的方法包括通过膜的多孔层来将逸出气体从一种或多种可模制材料排空。多孔层可具有从100至1000微米的厚度。膜可另外包括无孔支承层，无孔支承层可具有从1至25毫米的厚度。排空的逸出气体可通过位于膜的与一种或多种可模制材料接触的表面处的表面孔隙开口的阵列而进入多孔层。逸出气体可通过互连通道的网络而横过多孔层，并且，通过位于膜的一个或多个侧向边缘处的边缘孔隙开口的阵列而离开多孔层。

技术方案1.一种形成多孔工具的方法，所述方法包括：

使用定向能量沉积系统来使增加材料沉积于构建表面上以形成膜，而同时地使用激光烧蚀来从所述膜去除所述增加材料的所选择的部分以在所述膜中形成多孔层，所述多孔层包括互连通道的网络。

技术方案2.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第一层沉积于所述构建表面上，以形成用于所述膜的支承层；

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第二层沉积于所述第一层上，而同时地使用激光烧蚀来去除所述第二层的所选择的部分以形成沿x方向和/或y方向横穿所述第二层的互连通道；以及

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第三层沉积于所述第二层上，而同时地使用激光烧蚀来去除所述第三层的所选择的部分以形成沿z方向横穿所述第三层的孔隙阵列，所述孔隙阵列与所述互连通道成流体连通。

技术方案3.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第一层沉积于所述构建表面上，而同时地使用激光烧蚀来去除所述第一层的所选择的部分以形成沿z方向横穿所述第一层的孔隙阵列；

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第二层沉积于所述第一层上，而同时地使用激光烧蚀来去除所述第二层的所选择的部分以形成沿x方向和/或y方向横穿所述第二层的互连通道，所述互连通道与所述孔隙阵列成流体连通；以及

使用所述定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第三层沉积于所述第二层上，以形成用于所述膜的支承层。

技术方案4.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述膜的表面进行精加工，以提供包括表面孔隙开口的阵列的精加工表面，所述表面孔隙开口与所述第一层中的所述孔隙阵列成流体连通。

技术方案5.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

对所述多孔工具的侧向边缘进行精加工，以提供包括边缘孔隙开口的阵列的精加工侧向边缘，所述边缘孔隙开口与所述互连通道成流体连通。

技术方案6.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

使所述膜与所述构建表面分离，并且使所述膜附接到模具主体，所述多孔工具包括具有附接到其的所述膜的所述模具主体。

技术方案7.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

使用所述定向能量沉积系统来使额外的增加材料沉积于所述膜上，以形成模具主体。

技术方案8.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过使用所述定向能量沉积系统来使增加材料沉积于构建平台上而形成所述构建表面，所述构建表面限定用于所述膜的支承层。

技术方案9.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

形成所述膜，以便包括一个或多个轮廓，其构造成使可模制材料适形于由所述一个或多个轮廓限定的形状。

技术方案10.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述定向能量沉积系统包括化学气相沉积(cvd)系统、激光工程化净成形(lens)系统、电子束增材熔融(ebam)系统或快速等离子体沉积(rpd)系统。

技术方案11.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述增加材料包括金属或金属合金，所述金属或金属合金包括钨、铝、铜、钴、钼、钽、钛和/或镍。

技术方案12.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

在一个或多个层中形成所述互连通道的网络，所述一个或多个层具有从100至1000微米的厚度。

技术方案13.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述多孔工具包括支承层，所述支承层具有从1至10毫米的厚度。

技术方案14.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述互连通道具有从1至25微米的平均横截面宽度。

技术方案15.一种多孔工具，其包括：

模具主体；以及

增材制造膜，其附接到所述模具主体的表面，所述膜包括具有从100至1000微米的厚度的多孔层和具有从1至10毫米的厚度的无孔支承层，所述多孔层包括：

表面，其具有表面孔隙开口的阵列；

互连通道的网络，其与所述表面孔隙开口成流体连通；以及

一个或多个侧向边缘，其包括与所述互连通道成流体连通的边缘孔隙开口的阵列。

技术方案16.根据任意前述技术方案所述的多孔工具，其特征在于，所述多孔层包括：

由增加材料构成的第一层，其包括沿z方向横穿所述第一层的孔隙阵列；以及

由增加材料构成的第二层，其包括沿x方向和/或y方向横穿所述第二层的互连通道，所述互连通道与所述孔隙阵列成流体连通。

技术方案17.根据任意前述技术方案所述的多孔工具，其特征在于，所述孔隙和/或所述互连通道具有从1至25微米的平均横截面宽度。

技术方案18.根据任意前述技术方案所述的多孔工具，其特征在于，所述多孔工具包括：

模具主体和附接到所述模具主体的所述增材制造膜，所述增材制造膜粘附到所述模具主体或与所述模具主体一体地形成。

技术方案19.一种形成模制构件的方法，所述方法包括：

使用多孔工具来使一种或多种可模制材料适形于一定的形状，所述多孔工具包括模具主体和附接到所述模具主体的表面的增材制造膜，所述膜包括具有从100至1000微米的厚度的多孔层和具有从1至10毫米的厚度的无孔支承层；以及

通过所述膜的所述多孔层来将逸出气体从所述一种或多种可模制材料排空，所述逸出气体通过位于所述膜的与所述一种或多种可模制材料接触的表面处的表面孔隙开口的阵列而进入所述多孔层，通过互连通道的网络而横过所述多孔层，并且，通过位于所述膜的一个或多个侧向边缘处的边缘孔隙开口的阵列而离开所述多孔层。

技术方案20.根据任意前述技术方案所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

使所述一种或多种可模制材料适形成用于涡轮机的护罩构件的形状或适形成用于涡轮机的涡轮叶片构件的形状，所述一种或多种可模制材料包括陶瓷基体复合(cmc)材料、聚合物基体复合(pmc)材料和/或超合金。

参考以下描述和所附权利要求书，这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中并构成其部分的附图示出了示例性的实施例，并与描述一起用于阐释目前公开的主题的某些原理。

附图说明

在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员而言完整且充分的公开(包括其最佳模式)，在附图中：

图1a-1c显示了用于形成多孔工具的示例性的多孔工具制造系统；

图2a-2c是描绘形成多孔工具的示例性的方法中的步骤的流程图；

图3a-3i显示了示例性的多孔工具的多种层的一系列的横截面视图；

图4a和图4b显示了包括多孔结构和模具主体的示例性的多孔工具的横截面视图；

图5a和图5b显示了用于使可模制材料适形于由多孔工具的一个或多个轮廓限定的形状的另一示例性的多孔工具的横截面视图；以及

图6是描绘使用多孔工具来形成复合构件或增材制造构件的示例性的方法中的步骤的流程图。

本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本公开的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细地参考目前公开的主题的示例性的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各示例作为阐释来提供，而不应当被解释为限制本公开。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可在本公开中作出多种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例一起用于产生另外的其它实施例。因而，意图的是，本公开涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。

本公开大体上涉及用于在形成复合构件或增材制造构件中使用的多孔工具，以及形成这样的多孔工具的方法和使用这样的多孔工具来形成模制构件的方法。在示例性的实施例中，多孔工具可体现为具有一体地形成的多孔结构的过滤器和/或铺叠工具。目前公开的多孔工具包括模具主体和增材制造膜，增材制造膜可附接到模具主体的表面或与模具主体一体地形成在一起。增材制造膜包括多孔层，该多孔层具有：具有表面孔隙开口的阵列的多孔表面；与表面孔隙开口成流体连通的互连通道的网络；以及具有与互连通道成流体连通的边缘孔隙开口的阵列的一个或多个侧向边缘。多孔层可包括任何期望的多孔结构。多孔表面可包括一个或多个轮廓，其构造成使可模制材料(诸如，复合材料或增材制造材料)适形于由一个或多个轮廓限定的形状。在复合制备和/或增材制造过程期间，多孔层允许逸出气体从可模制材料逸出。例如，在使可模制材料适形于多孔工具的多孔表面时，逸出气体可通过多孔层逸出。多孔结构可构造且布置成提供处于给定的温度和压力下的逸出气体的具体的期望的质量通量。

有利地，目前公开的多孔工具可针对具体的复合过程或增材制造过程和/或针对具体的复合构件或增材制造构件而定制，从而允许改进性能和可靠性。例如，目前公开的多孔工具可提供逸出气体的如在多孔工具的不同部分之间的更均一的质量通量，这可提供构件的更均一的或提高的密度和/或构件的更均一的或提高的强度性质。逸出气体的更均一的质量通量还可缩短分配给涉及逸出气体排空的过程的处理时间和/或可提供更一致的处理时间，这继而还可有助于更均一的或提高的密度和/或强度性质。另外，目前公开的多孔工具可取代普遍地围绕铺叠工具放置以在压实、高压灭菌、固化和/或热解过程中将逸出气体排空的通气膜。通气膜大体上被视为一次性的产品，并且因此，目前公开的多孔工具可有利地减少或消除废弃材料。

目前公开的多孔工具可使用多孔工具制造系统来形成，该多孔工具制造系统包括配置成协同地或同时地操作以逐层地生产多孔工具的增加材料源和能量源。形成多孔工具的示例性的方法包括使增加材料沉积于构建表面上，而同时地去除增加材料的所选择的部分，以形成多孔层。有利地，多孔工具制造系统的协同或同时操作可为生产多孔工具提供更快的生产时间，同时还诸如通过消除与烧结过程相关联的可变性和/或不可预测性来提供改进的精度。另外，目前公开的多孔工具可在形成模制构件的方法中使用，从而有利地允许将逸出气体更均一地排空且消除一次性的通气膜。

理解到，诸如“顶部”、“底部”、“向外”、“向内”等的用语是方便的词语，且将不被解释为限制性的用语。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”和“第三”可能够互换地使用以将一个构件与另一构件区分开，且不旨在表明独立的构件的位置或重要性。用语“一”和“一种”并不表示数量的限制，而是表示所引用的项中的至少一个的存在。

在此并且遍及说明书和权利要求书，范围限制被组合并且互换，并且，这样的范围被标识并且包括其中所包含的所有的子范围，除非上下文或语言另外指示。例如，本文中所公开的所有的范围都包括端点，并且，端点能够彼此独立地组合。

如在本文中遍及说明书和权利要求书而使用的近似语言适用于修改可容许变化的任何定量表示，而不会造成与其相关的基本功能的改变。因此，由诸如“大约”、“大致”和“基本上”的一个或多个用语修饰的值将不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可与用于测量该值的仪器的精度或用于构造或制造构件和/或系统的方法或机器的精度对应。

现在参考图1a-1c，显示了示例性的多孔工具制造系统100的多种实施例。示例性的多孔工具制造系统100包括增材制造技术。如图1a中所显示的，多孔工具制造系统100可包括定向能量沉积(ded)系统，诸如化学气相沉积(cvd)系统、激光工程化净成形(lens)系统、电子束增材熔融(ebam)系统或快速等离子体沉积(rpd)系统。如图1b中所显示的，多孔工具制造系统100可包括粉末床融合(pbf)系统，诸如直接金属激光熔融(dmlm)系统、电子束熔融(ebm)系统、直接金属激光烧结(dmls)系统、选择性激光熔融(slm)系统或选择性激光烧结(sls)系统。如图1c中所显示的，多孔工具制造系统100可包括分层实体制造(lom)系统，诸如超声制造(uam)系统。为了方便起见，示例性的多孔工具制造系统100在本文中有时大体上被称为系统100。

示例性的系统100包括处理室102、构建平台104、增加材料源106以及能量源108，能量源108配置成发射能量束110。如本文中所描述的，增加材料源106和能量源108可协同地或同时地操作，以在构建平台104上逐层地生产多孔工具112。示例性的能量源108可配置成发射束110，诸如激光束、电子束、等离子弧等。可在增材过程中利用能量源108，从而结合来自增加材料源106的增加材料。能量源108的示例性的增材过程可包括如可适用于特定的系统100的反应、烧结、熔融、固化等。另外或在备选方案中，可在减材过程中利用能量源108，从而移除增加材料，以便形成多孔工具。减材过程可包括如可适用于特定的系统100的烧蚀、蒸发、升华、微加工等。在示例性的实施例中，多孔工具制造系统100可包括定向能量沉积系统和激光烧蚀系统。

本文中所描述的示例性的系统100仅作为示例来提供，而并非在限制性的意义上来理解。更确切地说，将认识到，多种其它系统可单独地或以组合(包括在图1a-1c中显示并且在本文中描述的示例性的系统的组合，所有的这些组合都处于本公开的精神和范围内)来被利用。虽然示例性的系统100显示了一个能量源108，但将认识到，实际上可提供一个或多个能量源108(诸如，多个能量源108)。例如，可针对增材过程而提供第一能量源108，并且，可针对减材过程而提供第二能量源108。备选地或另外，可针对增材过程和减材过程两者而利用共同的能量源108。

当示例性的系统100包括如图1a中所显示的定向能量沉积(ded)系统时，处理室102可体现为沉积室。增加材料源106可包括喷嘴114，喷嘴114构造成供应增加材料的流116，增加材料可包括如可适用于特定的ded系统的气体、粉末、线或丝材料等。可在增材过程和/或减材过程中利用能量源108。例如，在增材过程中，能量源108可发射用于使将沉积于构建表面(诸如，构建平台104，或多孔工具112的表面)上的材料蒸发的束。另外或在备选方案中，可在减材过程(包括烧蚀、蒸发、升华或微加工)中利用能量源108。在示例性的实施例中，能量源108包括激光，并且，束110是配置成执行激光烧蚀的激光束。在化学气相沉积(cvd)系统的情况下，位于构建平台104上的衬底(未显示)可暴露于呈前体材料的形式的增加材料的流116，前体材料可在衬底上反应和/或分解，以产生由增加材料构成的薄膜。前体材料可包括如可适用于特定的cvd系统的气体、液态/气态气溶胶、液体、溶解于溶剂中的液体等。可根据本公开来利用任何cvd系统，包括低压cvd系统、超高真空cvd系统，这些cvd系统中的各个在处理室提供负压环境的情况下操作。在超高真空cvd系统的情况下，处理室102可提供负压环境，诸如低于10^-6pa(诸如，低于10^-7pa)的压力。

在激光工程化净成形(lens)系统的情况下，喷嘴114可供应呈可由加压运载气体供应的粉末的形式的增加材料的流116，并且，能量源108可发射激光束110以使粉末熔融，以在构建平台104上形成由增加材料构成的薄膜。在电子束增材熔融(ebam)系统的情况下，喷嘴114可供应呈粉末的形式或呈线或丝的形式的增加材料的流116，并且，能量源108可发射电子束110以使粉末、线或丝熔融，以在构建平台104上形成由增加材料构成的薄膜。在快速等离子体沉积(rpd)系统的情况下，喷嘴114可供应呈线或丝的形式的增加材料的流116，并且，沉积室102可供应氩气环境。能量源108可发射等离子弧110以使线或丝熔融，以在构建平台104上形成由增加材料构成的薄膜。

无论特定的ded系统如何，增加材料116都可在有限的位置处通过束110而熔融，以形成具有多孔结构的连续的层，且/或可通过可适用的增材过程来形成连续的邻接层，其中在减材过程(诸如，激光烧蚀)中使用能量源108来协同地或同时地形成多孔结构。

当示例性的系统100包括如图1b中所显示的粉末床融合(pbf)系统时，处理室102可体现为可提供或可不提供负压环境的包封件。增加材料源106可包括构造成供应呈粉末的形式的增加材料层的辊子118，而能量源108发射束110，束110使粉末状增加材料120熔融或烧结，以在构建平台104上形成薄膜。在选择性激光烧结(sls)系统或直接金属激光烧结(dmls)系统的情况下，随着辊子118施加连续的增加材料层，粉末状增加材料通过来自能量源的束110而逐层地烧结。在直接金属激光熔融(dmlm)系统或选择性激光熔融(slm)系统的情况下，随着辊子118以逐层的方式施加连续的增加材料层，粉末状增加材料典型地完全熔融，这与烧结形成对照。无论特定的pbf系统如何，增加材料116都可在有限的位置处通过束110而熔融或烧结，以形成具有多孔结构的连续的层，且/或可通过可适用的增材过程来形成连续的邻接层，其中在减材过程(诸如，激光烧蚀)中使用能量源108来协同地或同时地形成多孔结构。

当示例性的系统100包括如图1c中所显示的分层实体制造(lom)系统时，处理室102可体现为可提供或可不提供负压环境的包封件。增加材料源106可包括转轴122，转轴122构造成供应呈可涂覆有粘附剂的膜、片、带或箔124的形式的增加材料。能量源108发射束110，束110在膜、片、带或箔124中切割图案。随着膜、片、带或箔124的剩余部分被卷片(take-up)转轴126拉过构建平台，由增加材料构成的膜、片、带或箔124的连续的层彼此上下地被施加。无论特定的lom系统如何，增加材料都可被束110切割，以形成具有多孔结构的连续的层，且/或可通过可适用的增材过程来形成连续的邻接层，其中在减材过程中使用能量源108来协同地或同时地形成多孔结构。

任何期望的增加材料都可用于使用适当的示例性的多孔工具制造系统100来制造多孔工具。示例性的增加材料包括金属或金属合金以及复合材料(诸如，陶瓷基体复合(cmc)材料)。示例性的金属或金属合金包括钨、铝、铜、钴、钼、钽、钛、镍及其组合，以及超合金(诸如，奥氏体镍铬基超合金)。示例性的cmc材料包括碳化硅、硅、二氧化硅或氧化铝基体材料及其组合。可在基体内嵌入陶瓷纤维，诸如，氧化稳定型增强纤维(包括诸如蓝宝石和碳化硅(sic)的单丝)、包括碳化硅、硅酸铝以及短切晶须和纤维的纱，以及任选的陶瓷颗粒(例如，si、al、zr、y及其组合的氧化物)和无机填料(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石粉、蓝晶石以及蒙脱石)。作为另外的示例，cmc材料还可包括碳化硅(sic)或碳纤维布。在一些实施例中，cmc材料可包括碳纤维增强型碳(c/c)、碳纤维增强型碳化硅(c/sic)或碳化硅增强型碳化硅(sic/sic)。

现在转到图2a-2c，将讨论形成多孔工具112的示例性的方法。可使用多孔工具制造系统100来执行形成多孔工具112的示例性的方法200。如图2a中所显示的，示例性的方法200包括协同地或同时地操作增加材料源和能量源，以便形成具有多孔结构300的多个层。示例性的方法200可包括使增加材料沉积于构建表面上以形成膜204，而同时地从膜去除增加材料的所选择的部分以在膜中形成多孔层206。另外或备选地，示例性的方法200可包括使增加材料沉积于构建表面上以形成膜204，而随后从膜去除增加材料的所选择的部分，以在膜中形成多孔层206。可使用定向能量沉积系统来执行增加材料的沉积，并且，可使用激光烧蚀来执行去除增加材料的所选择的部分。可在处理室102(诸如，提供负压环境的沉积室，或可提供或可不提供负压环境的包封件)中实施方法200。多孔工具112可在位于处理室102内的构建平台104上形成。

图2b和图2c显示了根据形成多孔工具112的示例性的方法200而形成具有多孔结构300的多个层的示例性的实施例。如图2b中所显示的，在一些实施例中，形成具有多孔结构300的多个层可包括使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第一层沉积于构建表面上，以形成用于膜的支承层208。可使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第二层沉积于第一层上，而同时地使用激光烧蚀来去除第二层的所选择的部分以形成沿x方向和/或y方向横穿第二层的互连通道210。可使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第三层沉积于第二层上，而同时地使用激光烧蚀来去除第三层的所选择的部分以形成沿z方向横穿第三层的孔隙阵列，使得孔隙阵列与互连通道的网络成流体连通212。

如图2c中所显示的，在一些实施例中，可根据示例性的方法200而形成具有多孔结构的多个层202，示例性的方法200包括：使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第一层沉积于构建表面上，而同时地使用激光烧蚀来去除第一层的所选择的部分以形成沿z方向横穿第一层的孔隙阵列214。可使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第二层沉积于第一层上，而同时地使用激光烧蚀来去除第二层的所选择的部分以形成沿x方向和/或y方向横穿第二层的互连通道，使得互连通道与孔隙阵列成流体连通216。可使用定向能量沉积系统来使由增加材料构成的第三层沉积于第二层上，以形成用于膜的支承层218。

在一些实施例中，示例性的方法200可包括对膜的表面进行精加工，以提供具有表面孔隙开口的阵列的精加工表面，其中表面孔隙开口与第一层中的孔隙阵列成流体连通220。另外或在备选方案中，示例性的方法200可包括对膜的侧向边缘进行精加工，以提供具有边缘孔隙开口的阵列的精加工侧向边缘，其中边缘孔隙开口与互连通道成流体连通222。可使用减材过程中的能量源108、抛光工具和/或任何其它适合的精加工工具来对表面和/或侧向边缘进行精加工。

在一些实施例中，示例性的方法200可包括使膜与构建表面分离并且使膜附接到模具主体，使得多孔工具包括具有附接到其的膜的模具主体。另外或在备选方案中，示例性的方法200可包括例如使用定向能量沉积系统来使额外的增加材料沉积于膜上，以形成模具主体。在一些实施例中，可通过使用定向能量沉积系统来使增加材料沉积于构建平台上而形成构建表面。构建表面可限定用于膜的支承层。

在另外的其它示例性的实施例中，可至少部分地通过从增加材料源供应增加材料并且在构建平台上增材地形成连续的增加材料层而形成多个层。在一些实施例中，可在增材过程(诸如，使增加材料反应、烧结、熔融或固化)中利用能量源108来形成一个或多个多孔结构。当增材地形成连续的层时，可在这样的增材过程中利用能量源108，以便至少部分地经由增材过程来形成多孔结构。另外或在备选方案中，可在减材过程(诸如，使连续的增加材料层烧蚀、蒸发、升华和/或对其进行微加工)中利用能量源108来形成一个或多个多孔结构。根据示例性的方法200而形成的一个或多个多孔结构可包括具有表面孔隙开口的阵列的多孔表面，并且，表面孔隙开口的阵列可通向孔隙阵列和/或互连通道的网络。孔隙阵列和/或互连通道的网络可构造成在复合制备和/或增材制造过程期间、在使一种或多种可模制材料适形于多孔工具的多孔表面时允许逸出气体从一种或多种可模制材料(诸如，复合材料或增材制造材料)逸出。

在示例性的实施例中，增材过程包括定向能量沉积(ded)系统，诸如化学气相沉积(cvd)系统、激光工程化净成形(lens)系统、电子束增材熔融(ebam)系统或快速等离子体沉积(rpd)系统。例如，在一个实施例中，示例性的方法200包括：使用定向能量沉积(ded)系统来增材地形成连续的增加材料层；以及在减材过程(诸如，激光烧蚀、蒸发、升华或微加工)中使用能量源来在连续的层中协同地或同时地形成多孔结构。另外或在备选方案中，可使用任何其它多孔工具制造系统100来根据示例性的方法200而形成多孔工具112。作为示例，根据示例性的方法200而形成的多孔工具112可体现为具有一体地形成的多孔结构的过滤器和/或铺叠工具。

现在转到图3a-3i，将讨论示例性的多孔工具112。图3a-3i显示了示例性的多孔工具112的一系列的横截面视图。在一些实施例中，图3a-3i中所显示的横截面视图可与形成多孔工具112的示例性的方法中的步骤对应。任何多孔工具制造系统100都可用于形成包括本文中所描述的示例性的实施例的多孔工具112。图3a-3c显示了多孔工具112的一个实施例和/或多孔工具112的第一层的横截面视图。图3d-3f显示了多孔工具112的另一实施例和/或多孔工具112的第二层的横截面视图。图3g-3i显示了多孔工具112的又一实施例和/或多孔工具112的第三层的横截面视图。相应的横截面视图参考笛卡尔坐标系而显示。将认识到，以相应的横截面显示的示例性的多孔工具112可围绕笛卡尔坐标系旋转，而不脱离本公开的精神和范围。

多孔工具112包括多孔结构300。多孔结构可包括具有孔隙、孔口、孔、狭缝、开口、通道、狭槽等或其组合的阵列(其在本文中有时被统称为孔隙302的阵列)的一个或多个多孔层。在图3a-3i中所显示的示例性的实施例中，多孔结构300包括增材制造膜。如图3a-3c中所显示的，多孔工具112的第一多孔层304(诸如，增材制造膜)包括具有表面孔隙开口308的阵列的多孔表面306，其中相应的表面孔隙开口308中的每一个均通向膜的多孔结构300内的对应的孔隙302。多孔表面306可包括一个或多个轮廓，其构造成使可模制材料(诸如，复合材料或增材制造材料)适形于由一个或多个轮廓限定的形状。一个或多个轮廓可以以与将使用多孔工具112来形成的构件的形状对应的任何方式来构造。虽然多孔表面306的横截面视图大体上显示为具有直线轮廓，但将认识到，一个或多个轮廓可包括可与将使用多孔工具112来形成的构件的形状的全部或部分对应的任何期望的曲线、拐角、形状或平面。多孔结构300可构造成在与模制、复合制备和/或增材制造相关联的过程(诸如压实、高压灭菌、固化、热解和/或其它过程)期间允许逸出气体从一种或多种可模制材料逸出。孔隙302的阵列可构造且布置成以便沿任何期望的一个或多个方向(包括如图3a-3c中所显示的那样沿z方向)横穿多孔结构300(诸如，横穿多孔结构300的第一多孔层304)。在一些实施例中，多孔工具112可包括限定表面孔隙开口308的阵列的多孔结构300，表面孔隙开口308的阵列通向横过多孔结构300的孔隙302的阵列。

多孔工具112可另外或备选地包括具有与如本文中所描述的第一多孔层304组合的另外的层的多孔结构300(诸如，增材制造膜)。例如，如图3d-3f中所显示的，第二多孔层310可形成于多孔工具112的第一多孔层304的顶部上或其下方。多孔开口308可提供与由第二多孔层310和/或第一多孔层304限定的互连通道312的网络的流体连通。互连通道312的网络提供与多个边缘孔隙开口314的流体连通。边缘孔隙开口314可沿着膜的任何一个或多个侧向边缘定位。如图3d-3f中所显示的，表面孔隙开口308通过孔隙302的阵列和互连通道312的网络来与边缘孔隙开口314成流体连通。

互连通道312的网络可构造且布置成以便沿任何期望的一个或多个方向(包括如图3d-3e中所显示的那样沿x方向和/或y方向)横穿多孔结构300(诸如，横穿多孔结构300的第二多孔层310和/或第一多孔层304)。在一些实施例中，多孔工具112可包括限定通向孔隙302的阵列的表面孔隙开口308的阵列的多孔结构300，孔隙302的阵列向位于多孔结构300的一个或多个侧向边缘处的边缘孔隙开口314的阵列提供与横过多孔结构300的互连通道312的网络的流体连通。孔隙阵列可沿第一方向(诸如，z方向)横过多孔结构300(诸如，多孔结构300的第一多孔层304和/或第二多孔层310)。互连通道312的网络可沿第二方向(诸如，x方向)和/或第三方向(诸如，y方向)横过多孔结构300(诸如，第二层310和/或第一层304)。合起来，孔隙302的阵列和互连通道312的网络提供从多孔工具112的多孔表面306处的表面孔隙开口308到一个或多个侧向边缘处的边缘孔隙开口314的连续通路。诸如在与模制、复合制备和/或增材制造相关联的过程(诸如压实、高压灭菌、固化、热解和/或其它过程)期间，逸出气体可流过这样的连续通路。

边缘孔隙开口314可在允许多孔工具300包括基本上无孔的层的位置处定位于一个或多个侧向边缘处。如图3g-3i中所显示的，多孔工具112可包括向多孔结构300提供支承的第三层316。第三层316可包括无孔支承层。第三层316可形成于多孔工具112的第二层310的顶部上。第三层316可为基本上无孔的，这是因为多孔结构未横过第三层316。在一些实施例中，第三层316可充当用于多孔工具112的支承层。例如，在一些实施例中，多孔工具112可包括多孔结构300，多孔结构300包括具有多孔层(例如，第一多孔层304和/或第二多孔层310)和无孔层(例如，第三层316)的增材制造膜。多孔层可包括：多孔表面306，其具有表面孔隙开口308的阵列；互连通道312的网络，其与表面孔隙开口308成流体连通；以及一个或多个侧向边缘，其具有与互连通道312的网络成流体连通的边缘孔隙开口314的阵列。多孔工具可包括提供表面孔隙开口308与互连通道312的网络之间的流体连通的孔隙302的阵列。增材制造膜或多孔结构300可在其一个或多个侧部上包括基本上无孔的层(例如，第三层316)。

现在转到图4a和图4b，示例性的多孔工具112可包括多孔结构300(诸如，增材制造膜)和模具主体400。如图4a中所显示的，多孔结构300可诸如利用适合的粘附剂来附接到模具主体400。备选地，如图4b中所显示的，多孔结构300可一体地形成为模具主体400的部分，或反过来。在一些实施例中，多孔工具112可包括具有如图3a-3c和/或3d-3f中所显示的一个或多个多孔层304、310和如图3g-3i中所显示的无孔层316的多孔结构300(诸如，多孔膜)。在一些实施例中，多孔工具112可至少部分地体现为包括如本文中所描述的一体地形成的多孔结构300的铺叠工具。例如，铺叠工具可包括诸如图3a-3c和/或3d-3f中所显示的孔隙302的阵列和/或互连通道312的网络。铺叠工具可另外包括诸如图3g-3i中所显示的基本上无孔的层316。示例性的多孔工具112可用作模制过程(诸如，复合制备和/或增材制造系统)中的过滤器和/或铺叠工具，以便在多种处理步骤(诸如，压实、高压灭菌、固化和/或热解)期间允许逸出气体从可模制材料(例如，复合材料或增材制造材料)逸出。目前公开的多孔结构有利地避免到达尽头或另外未达到其期望的深度的孔隙，由此改进如本文中所描述的逸出气体排空。

多孔工具制造系统100可构造成形成包括具有任何期望的构造和布置以及任何期望的几何形状和尺寸的多孔结构300的多孔工具112。可根据多孔工具112的期望的多孔性质来选择孔隙302的构造、布置、几何形状和/或尺寸。可通过选择性地形成带有具有给定的构造、布置、几何形状和/或尺寸的孔隙阵列的多孔工具来获得多孔工具112的期望的性质。在一些实施例中，多孔工具112可构造成提供处于给定的温度和压力下的逸出气体的期望的质量通量。多孔层(例如，第一多孔层304和/或第二多孔层310)可包括以任何期望的图案或图案组合(包括体现为有序的阵列或随机或半随机的阵列的图案)来构造且布置的孔隙302和/或互连通道312的网络。表面孔隙开口308、孔隙302、互连通道312和/或边缘孔隙开口314可具有任何期望的构造、形状和/或尺寸。在一些实施例中，表面孔隙开口308、孔隙302、互连通道312和/或边缘孔隙开口314可具有包括以下外形中的一种或多种的横截面形状：圆形、半圆形、卵形、椭圆形、月牙形、曲线、多边形、不规则、随机、半随机和/或其组合。

在一些实施例中，表面孔隙开口308、孔隙302、互连通道312和/或边缘孔隙开口314可具有1至1000微米(诸如25至750μm、诸如50至750μm、诸如100至750μm、诸如250至750μm、诸如150至500μm、诸如250至750μm、诸如500至750μm、诸如750至1000μm、诸如1至250μm、诸如5至150μm、诸如10至100μm、诸如1至75μm、诸如5至50μm、诸如1至25μm或诸如5至25μm)的平均横截面宽度。表面孔隙开口308、孔隙302、互连通道312和/或边缘孔隙开口314可具有至少1微米(诸如最小5μm、诸如最小10μm、诸如最小25μm、诸如最小50μm、诸如最小100μm、诸如最小150μm、诸如最小200μm、诸如最小250μm、诸如最小350μm、诸如最小500μm、诸如最小750μm或诸如最小900μm)的平均横截面宽度。表面孔隙开口308、孔隙302、互连通道312和/或边缘孔隙开口314可具有处于1000微米或更小(诸如900μm或更小、诸如750μm或更小、诸如500μm或更小、诸如350μm或更小、诸如250μm或更小、诸如200μm或更小、诸如150μm或更小、诸如100μm或更小、诸如50μm或更小、诸如25μm或更小、诸如10μm或更小或诸如5μm或更小)的平均横截面宽度。

在一些实施例中，多孔工具112可包括支承层(诸如，图3g-3i中所显示的第三层316)。支承层可具有任何期望的厚度，诸如从1至25毫米、诸如从1至10mm、诸如从2.5至10mm、诸如从2.5至5mm、诸如从5至20mm、诸如从10至25mm、诸如从15至25mm。支承层可具有至少1毫米(诸如至少2mm、诸如至少6mm、诸如至少12mm、诸如至少16mm、诸如至少22mm)的厚度。支承层可具有小于25毫米(诸如小于21mm、诸如小于17mm、诸如小于13mm、诸如小于9mm、诸如小于7mm、诸如小于3mm)的厚度。现在转到图5a和图5b，显示了另一示例性的多孔工具112(诸如，铺叠工具500)。铺叠工具500可在模制过程(诸如，复合制备和/或增材制造过程)中使用，以形成模制的构件(诸如，复合构件或增材制造构件)。例如，一种或多种可模制材料(例如，复合材料或增材制造材料)502可适形于由铺叠工具500限定的形状。铺叠工具500包括如本文中所描述的多孔结构300。铺叠工具500可包括一个或多个模具主体400(诸如，一个或多个模具或心轴)。如图5a和图5b中所显示的，示例性的铺叠工具500包括第一模具主体504和/或第二模具主体506。第一模具主体504可包括外模具主体400，并且，第二模具主体506可包括内模具主体400。模具主体可包括一个或多个逸出气体排放口508。逸出气体排放口508可与侧向边缘孔隙314中的一个或多个对准，以便提供用于使逸出气体从侧向边缘孔隙314流过模具主体504、506的通路。一个或多个逸出气体排放口508中的各个可与侧向边缘孔隙314中的一个或多个对准。例如，各侧向边缘孔隙314不需要具有独立地对应的逸出气体排放口508，而是相反，一个逸出气体排放口可提供用于使逸出气体从多个侧向边缘孔隙流动的通路。然而，在一些实施例中，逸出气体排放口508可被视为互连通道312的网络的延伸部分，例如，其中各侧向边缘孔隙314具有对应的逸出气体排放口508。在一些实施例中，逸出气体排放口508可具有相对于对应的侧向边缘孔隙314而更大的横截面宽度。在如图4a中所显示的多孔结构300粘附到模具主体400的实施例中，这样的相对较大的逸出气体排放口508可允许容易地使侧向边缘孔隙与逸出气体排放口对准。另外或在备选方案中，逸出气体排放口508可允许较容易地清洁和/或使污染物或所沉积的材料的积聚最少以防止阻塞逸出气体排放口。在一些实施例中，逸出气体排放口508可包括与图3a-3i中所显示的多孔结构类似的多孔结构(诸如，互连通道的网络)。在一些实施例中，一个或多个逸出气体排放口508可构造成与过程配件(诸如，将负压供应给多孔结构的配件)对接。这样的负压可帮助将逸出气体排空和/或使一种或多种可模制材料502适形于由铺叠工具500的多孔表面306的一个或多个轮廓限定的形状。

可使用包括外模具主体504和/或内模具主体506的多孔工具112来由一种或多种可模制材料502形成模制构件(诸如，复合构件或增材制造构件)。当使用多孔工具112(诸如，铺叠工具500)来形成模制构件时，可模制材料502适形于多孔工具112的多孔表面308。外模具主体504和内模具主体506可构造成彼此一起用作用以形成模制构件的系统。备选地或另外，外模具主体504或内模具主体506可构造成(诸如，在单独的过程或单独的过程步骤中)彼此独立地或单独地使用。

在一些实施例中，如图5b中所显示的，铺叠工具500可包括被“限制”于由可模制材料502形成的模制构件内的内模具主体506。可使用机械和/或化学过程来移除内模具主体506。例如，铺叠工具500(例如，内模具主体506)可由陶瓷材料形成，可任选地在高温和/或高压下使用腐蚀性或酸性溶液来使该陶瓷材料溶滤(leach)出。

多孔工具112可用于形成模制构件(诸如，复合构件或增材制造构件)。为了形成模制构件，一种或多种可模制材料502可适形于铺叠工具500(包括外模具主体504和/或内模具主体506)的形状。例如，复合构件或增材制造构件可根据图6中所显示的示例性的方法600而形成。示例性的方法600包括使一种或多种可模制材料(例如，复合材料或增材制造材料)适形于由多孔工具限定的形状602。多孔工具可包括模具主体和具有多孔层和无孔支承件的增材制造膜。膜可已附接到模具主体的表面604，或膜可已一体地形成为模具主体的部分606。无论膜是附接到模具主体的表面还是一体地形成为模具主体的部分，示例性的方法都包括通过膜的多孔层将逸出气体从一种或多种可模制材料排空608。逸出气体可通过位于膜的与一种或多种可模制材料接触的表面处的表面孔隙开口的阵列而进入多孔层。逸出气体然后可通过互连通道的网络而横过多孔层，并且，通过位于膜的一个或多个侧向边缘处的边缘孔隙开口的阵列而离开多孔层。多孔工具可包括铺叠工具，并且，示例性的方法600可包括：使用外模具主体来形成外表面602和/或使用内模具主体来形成内表面604；以及通过铺叠工具的多孔结构将逸出气体从可模制材料排空606。示例性的方法可包括通过多孔工具中的一个或多个逸出气体排放口508将逸出气体排空。在一些实施例中，示例性的方法600可包括诸如通过任选地在高温和/或高压下利用腐蚀性或酸性溶液来溶滤而将已被限制于复合构件或增材制造构件内的内模具主体移除。

目前公开的多孔工具112可用于由任何一种或多种可模制材料502(包括塑料、复合材料和金属合金以及其组合)形成任何模制构件。在一些实施例中，可模制材料502可包括陶瓷基体复合(cmc)材料。cmc材料包括陶瓷基体材料和增强纤维或布。示例性的陶瓷基体材料包括碳化硅(sic)和/或碳(c)。示例性的cmc材料包括碳纤维增强型碳(c/c)、碳纤维增强型碳化硅(c/sic)或碳化硅增强型碳化硅(sic/sic)。

在一些实施例中，可模制材料502可包括聚合物基体复合(pmc)材料。pmc材料包括聚合物基体材料和增强纤维或布。示例性的pmc材料包括纤维增强型塑料和先进复合材料。示例性的聚合物基体材料包括热固性材料，诸如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯、酚醛树脂、苯并恶嗪、邻苯二甲腈。在一些实施例中，聚酰亚胺可为特别适合的。示例性的聚酰亚胺包括苯乙炔基封端的酰亚胺(peti)低聚物、联苯二酐基2,2’-联甲苯胺、超高温hfpe。在一些实施例中，示例性的聚酰亚胺可包括封端化合物(endcap)，诸如4-苯乙炔基邻苯二甲酸酐(pepa)和/或非对称的二苯醚酐(a-odpa)封端化合物。

可在cmc或pmc材料中利用的示例性的增强纤维或布包括碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、石墨纤维以及芳纶纤维。增强纤维或布可形成为铺叠工具500的形状或轮廓，并且然后，纤维或布可利用基体材料来渗透。示例性的增强纤维包括单丝、纱、短切晶须或纤维和/或颗粒。在一些实施例中，陶瓷纤维可由诸如碳化硅(sic)、碳纤维(c)、蓝宝石、硅酸铝和/或si、al、zr、y的氧化物以及其组合的材料形成。增强纤维可另外包括无机填料，诸如二氧化硅、石英、叶蜡石、硅灰石、云母、滑石粉、蓝晶石和/或蒙脱石以及其组合。

可使用任何模制、复合制备和/或增材制造过程来将可模制材料(诸如，cmc或pmc材料)施加于多孔工具112(例如，铺叠工具500)。用于由cmc或pmc材料形成构件的示例性的过程包括化学气相沉积(cvd)、化学气相渗透(cvi)、聚合物浸渍及热解(pip)、熔体渗透(mi)、树脂转移模制(rtm)、化学反应、烧结或电泳。多孔工具112(例如，铺叠工具500)的多孔结构300可构造成在复合制备或增材制造过程的多种处理步骤期间允许逸出气体从可模制材料逸出。例如在压实、高压灭菌、固化和/或热解过程期间可生成这样的逸出气体。

任何期望的模制构件、复合构件或增材制造构件都可使用目前公开的多孔工具中的任何一个或多个来形成。因此，目前公开的多孔工具可构造成形成任何期望的模制构件、复合构件或增材制造构件。示例性的构件包括在包括下者的涡轮机中使用的构件：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、冲压式喷气发动机、火箭喷气发动机、脉冲式喷气发动机、涡轮、燃气涡轮、蒸汽涡轮、船用发动机等。作为示例，多孔工具可构造成形成用于在飞行器(包括商用、军用以及民用飞行器)中普遍地使用的涡轮机(诸如，涡轮风扇发动机)的护罩构件或涡轮叶片。在示例性的实施例中，构件可包括陶瓷基体复合(cmc)材料、聚合物基体复合(pmc)材料和/或超合金。本书面描述使用示例性的实施例来描述目前公开的主题(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践这样的主题(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。目前公开的主题的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。