用于生产互连声学微通道有序阵列的方法
发明背景
本发明涉及采用增材制造生产聚合物材料零件，尤其是热固性材料零件的通用领域，更具体地涉及但不限于，诸如飞行器涡喷发动机的涡轮发动机声壁涂层的制造。
对机场附近飞行器造成的噪音污染进行控制已成为一项公共卫生挑战。在飞行器制造和机场管理中实施了越来越严格的标准和规定。因此，多年来，建造无声飞行器已经成为了一个强大的卖点。目前，基于亥姆霍兹谐振器的原理，飞行器发动机产生的噪声是通过局部反应声学涂层来衰减的，这种涂层可以将发动机的声强降低一个或两个八度以上。这些涂层通常以复合板的形式出现，该复合板由刚性板组成，刚性板与覆盖有穿孔外皮的蜂窝芯材相关联。然而，在新一代发动机中(例如在涡轮风扇发动机中)，如在UHBR(超高旁路比)技术中，大幅减小了可用于声学涂层的区域。
因此，重要的是提出新方法和/或新材料，特别是多孔材料，从而在比当前更大的频率范围内，包括低频时，消除或显著降低飞行器发动机产生的噪声，尤其是在其起飞和降落阶段产生的噪声，但仍然保持发动机的性能。这就是目前正在寻求新的降噪技术的原因，这对发动机的其他功能比如油耗率影响最小，其构成重要的商业优势。
此外，如今习惯于优选地采用增材制造工艺代替传统的铸造、锻造和机械加工方法，可以容易、快捷和低成本地生产三维复杂零件。航空领域特别适合使用这些方法。其中，可以引用，特别是申请文件US2004/0226620中描述的线束沉积方法。
发明目的和内容
鉴于此，本发明的目的在于获得一种形成新材料的方法，其可以显著降低飞行器涡喷发动机产生的从低频范围延伸到高频的很大频率范围内的噪声。源于该方法的声学涂层用于安装在涡轮发动机与流体接触的壁上，更具体地说，安装在风扇壳体上。
为此，提出了一种制造互连微通道有序阵列的声学涂层的方法，其目的是在接收表面上接收沿该表面法向方向的入射声波，该方法包括：
在基板表面上沉积牺牲性材料以形成细丝三维支架；
用热固性材料浸渍所述三维支架的至少一个部分；
固化所述热固性材料以形成固结材料，以及
从固结材料中移除所述牺牲性材料以形成互连微通道有序阵列。
其特征在于，赋予所述互连微通道有序阵列声学特性，从而形成所述声学涂层，对于给定的细丝层，通过叠加层形成所述三维支架的细丝的定向为，在由所述细丝层形成的平面上，相对于所述入射声波的方向Ac具有第一预设角度θ的方向。
这样得到的多孔微观结构具有规则和有序的孔隙，其通过微通道内的粘热耗散确保吸收大量的声波。
优选地，根据其在三维支架中的定向方向，所述细丝具有不同的直径或截面宽度。
在一个特定的构造中，形成所述三维支架的叠加层包括这样定向的细丝：一些定向为第一角度θ，另一些定向为第二角度-θ，在以第一角度θ定向细丝层之后叠加以第二角度-θ定向的细丝。
优选地，所述预设角度在25°到40°之间，典型地，为32°。
优选地，所述三维支架的填充率至少为70％。
优选地，所述牺牲性材料是有机油墨或天然石蜡。
优选地，所述热固性材料是聚合物树脂，更好是光聚合树脂。
优选地，细丝的截面宽度或直径小于250微米。
本发明还涉及由前述方法获得的涡轮发动机声壁涂层。
附图说明
通过下面给出的详细描述，并参考相应的没有任何限制性特征的附图，将示出本发明的其他特点和优点。
图1A示出了本发明的细丝三维支架组件的第一实施例的爆炸图；
图1B示出了本发明的细丝三维支架组件的第二实施例的爆炸图；
图2是图1组装好后的三维支架的示意图；
图3是从图2的三维支架中获得的互连微通道有序阵列的示意图；
图4所示为包括图3的阵列的声学涂层的示例。
具体实施方式
图1示出了由细丝100、200、300组成的三维支架的一部分的爆炸图，优选地细丝为柱状，由牺牲性材料制备而成，使得本发明中可以产生互连声学微通道有序阵列，该有序阵列的特性是将声学特性赋予壁，该壁用于在一个接收表面上接收沿垂直于该面的Ac方向的入射声波。非限制性地，该壁优选地是涡轮发动机如飞行器涡喷发动机的壁。
互连微通道有序阵列的制造采用前文引用的申请文献中描述的方法通过增材制造来实施，建议采用该方法以获得更翔实的细节。该方法允许应用合适的印刷头沿用户指定的路径沉积由牺牲性材料形成直径小于1000μm的柱状细丝。通过重力浇注，在牺牲性材料形成的三维支架上浸渍热固性材料。一旦热固性材料固化，就将获得的产品加热到牺牲性材料的熔融温度以上(通常高于60℃)，以使其熔化，从而露出微通道有序阵列，微通道有序阵列具有固结材料中牺牲性材料制得的柱状细丝的尺寸和形状。微通道之间的互连节点规则地存在于用于产生这些微通道的牺牲性材料的不同层叠加时细丝的接触点。因此，归根到底，它是通过增材制造生产的模具。
根据本发明，为了将声学特性赋予用这种方法获得的互连微通道有序阵列，在向基板12和特定层连续沉积期间，通过叠加层形成三维支架10的细丝100、200、300被定向为，在空间中相对于垂直入射至接收表面的入射声波方向Ac形成预设角度θ的方向(两条位于平行平面上但不共面的直线)。因此，第一层细丝100相对声波的该方向倾斜大约30°(通常为32°)，接着第二层细丝200大约倾斜0°(即认定为平行于入射声波Ac的方向)，然后第三层细丝300通常相对入射声波的方向倾斜-32°(与初始倾斜度相同但方向相反)。后续叠加层继续以同样的细丝100、200、300的顺序和方向沉积，直至最后一层沉积。
前述倾角32°并非限制性的，发明人已经观察到在25°到40°之间的夹角都可以获得令人满意的声学特性。
同样地，图1B示出了不同的细丝三维支架，其中，细丝100在水平面上定向为与入射声波方向Ac形成30°角度的方向，然后在其上叠加与同一入射声波方向Ac成相反角度约-30°倾角方向的一层细丝300。
可以注意到，如果细丝，当它们为柱状时，优选地具有相同直径，然而，也可以考虑在三维支架中根据取向而具有不同的直径。同样地，这些细丝也可以具有非圆形的，如椭圆形的，截面。
图2示出了从基板12开始连续沉积细丝叠加层而获得的三维支架10，其将被浸渍热固性材料14。细丝的截面直径或宽度优选地小于250微米，并且三维支架的填充率优选地至少为70％。
图3示出了移除牺牲性材料后的最终结构(采用本方法获得的涡轮发动机壁声学涂层20的实例在图4中示出)，因此，其具有截面恒定的互连微通道(如前所述，该互连节点产生于牺牲性材料细丝之间的接触点)，其形成多孔阵列18，在其中，声波将能够通过与热固性材料制成的刚性骨架16交互而传播和衰减。通过增材制造印刷牺牲性材料将直接控制其微观结构。刚性骨架，就其本身而言，可以提供相当优越的机械强度性能，大大优于，例如，目前商业上可作为声学涂层的随机发泡材料。此外，刚性骨架由热固性材料构成，因此具有很好的化学稳定性，这对于像飞机涡喷机这类安装在需要经受不同侵蚀性化学试剂的区域内的情况而言是有利条件。最后，材料的多孔属性使得声学涂层的质量减小，从而，尤其是通过降低能源消耗和增加有用负载而降低了成本。
牺牲性材料优选地采用有机油墨或天然石蜡，其必须能够通过具有较小的截面直径或宽度(通常小于250微米)的细丝进行快速印刷而形成，该材料的去除必须简单且在不使热固性材料降解的温度下进行。优选包含普鲁士蓝浆的材料如LoctiteTM，或由微晶蜡(SP18型)和低分子量石油衍生物形成的双组份材料如vaselineTM是优选的。
热固性材料必须具有吸收性能，尤其是良好的渗透能力(低粘度)以完美浸渍，通常通过重力作用浸渍支架而不改变其几何形态，并具有足够的机械强度以支撑牺牲性材料的移除而不降解。它还必须只能够轻微发热，以使得其固化过程中释放的热不会引起牺牲性材料的熔化。基于聚合物树脂的材料如环氧树脂，或光聚合树脂是完全合适的，其中，后者可以获得更大尺寸的样品。
