其中形成有内部空间的金属产品及其制造方法

摘要

提供有一种其中形成有内部空间的金属产品，允许对诸如冷却通道的内部空间内冷却剂的流动进行改进，并增加冷却效率，并且还涉及该金属产品的制造方法。金属产品包括：本体部分，该本体部分内形成有第一空间；空间形成件，该空间形成件内形成有第二空间，并安装在本体部分上，以与第一空间连通；以及修整部分，该修整部分通过在空间形成件安装在本体部分上的状态下覆盖空间形成件而形成外部。

权利要求

1.一种金属产品，所述金属产品内形成有内部空间，所述金属产品包括：本体部分，所述本体部分内形成有第一空间；

空间形成件，所述空间形成件内形成有第二空间，并安装在所述本体部分上，以与本体部分的所述第一空间连通而形成所述金属产品内的所述内部空间；以及修整部分，所述修整部分通过在所述空间形成件安装在所述本体部分上的状态下覆盖所述空间形成件而形成外部；

其中，所述本体部分和所述修整部分形成所述金属产品的外部，

所述空间形成件不暴露于所述本体部分和所述修整部分的外表面，以及所述修整部分金属键合到所述本体部分和所述空间形成件。

2.如权利要求1所述的金属产品，其特征在于，所述本体部分包括安装沟槽，所述安装沟槽内安装有所述空间形成件，且所述空间形成件仅一部分安装在所述安装沟槽内，而它的其余部分则暴露在所述本体部分外部。

3.如权利要求1所述的金属产品，其特征在于，所述本体部分包括安装沟槽，所述安装沟槽内安装有所述空间形成件，且所述空间形成件未暴露在所述安装沟槽外部。

4.如权利要求1所述的金属产品，其特征在于，所述空间形成件被制成单个构件，所述单个构件内形成有第二空间。

5.如权利要求1所述的金属产品，其特征在于，所述空间形成件通过将两个以上的分开构件相联接而形成，且通过将所述两个以上的分开构件相联接而在其内形成所述第二空间。

6.如权利要求1所述的金属产品，其特征在于，所述空间形成件在其下部内形成有第二空间，所述第二空间与本体部分的所述第一空间连通，以形成所述内部空间，由此形成悬置结构，在所述悬置结构的下方形成有空的空间。

7.如权利要求1至5中任一项所述的金属产品，其特征在于，所述金属产品是需要冷却的各种金属产品，所述空间形成件由金属材料制成，且所述第一空间和所述第二空间是冷却通道。

8.如权利要求7所述的金属产品，其特征在于，所述空间形成件形成弯曲部分，所述冷却通道的方向在所述弯曲部分处改变；或者，所述空间形成件形成悬置部分，所述悬置部分在所述冷却通道的下侧内形成空的空间。

9.如权利要求1至6中任一项所述的金属产品，其特征在于，所述空间形成件由与所述本体部分相同的材料或者耐腐蚀性比所述本体部分高的材料制成。

10.如权利要求1至6中任一项所述的金属产品，其特征在于，所述修整部分通过直接金属制造(DMF)技术而形成。

11.如权利要求1至6中任一项所述的金属产品，其特征在于，所述修整部分通过多层激光熔覆技术、选择性激光烧结(SLS)技术和选择性激光熔融(SLM)技术中的至少一种而形成。

12.一种金属产品的制造方法，所述金属产品内形成有内部空间，所述方法包括：制备本体部分，所述本体部分内形成有第一空间；

制备空间形成件，所述空间形成件由金属材料制成，且所述空间形成件内形成有第二空间，所述第二空间与所述第一空间连通；

将所述空间形成件安装在所述本体部分上，使得所述第一空间和所述第二空间彼此连通；以及通过覆盖所述空间形成件来形成对应于所述金属产品外部的修整部分；

其中，所述本体部分和所述修整部分形成所述金属产品的外部，

所述空间形成件不暴露于所述本体部分和所述修整部分的外表面，以及所述修整部分金属键合到所述本体部分和所述空间形成件。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述本体部分的所述第一空间包括直线部分，所述直线部分通过钻削形成；且所述空间形成件的所述第二空间包括弯曲部分，所述弯曲部分通过如下方式中的任一种或这些方式的任意组合而形成：切削、铸造以及增材制造处理。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述本体部分和所述空间形成件通过如下方式中的任一种或这些方式的任意组合而形成：切削、铸造以及增材制造处理；且所述本体部分的所述第一空间的直线部分通过钻削形成。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述修整部分通过直接金属制造(DMF)技术而形成。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述修整部分通过选择性的激光烧结(SLS)技术和选择性的激光熔融(SLM)技术中的任一种形成。

17.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述空间形成件通过将至少两个分开构件相联接而形成，并通过联接所述至少两个分开构件而在其内形成有所述第二空间，且所述方法还包括在将所述空间形成件安装在形成于所述本体部分内的安装沟槽内之前或之后，键合所述至少两个分开构件的边界部分。

18.如权利要求12至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属产品是需要冷却的各种金属产品，且所述第一空间和所述第二空间是冷却通道。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述金属产品是需要冷却的各种金属产品，且所述第一空间和所述第二空间是冷却通道，所述空间形成件形成所述弯曲部分，所述冷却通道的方向在所述弯曲部分处变化，或者，所述空间形成件形成悬置部分，所述悬置部分在所述冷却通道的下侧内形成空的空间。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述修整部分通过多层激光熔覆技术而形成。

说明书

其中形成有内部空间的金属产品及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种其中具有内部空间的金属产品及其制造方法，且更具体地涉及其中方便地形成具有复杂构造和几何形状的内部空间的金属产品及其制造方法。具体来说，本发明涉及其中形成有内部空间的金属产品，其允许对诸如冷却通道之类的内部空间内冷却剂（冷却水）的流动进行改进，并增加冷却效率，本发明还涉及其制造方法。金属产品包括具有冷却通道的模具、需要表面和/或容积冷却的各种工业金属产品（例如具有冷却通道的机加工刀具和装置等）。

背景技术

[0002] 对模具和金属产品进行冷却以降低模具和金属产品的表面温度和/或获得表面（或容积）的均匀温度分布在许多情况下对于决定其性能和寿命是非常重要的。

[0003] 例如，注塑模具的冷却对于模具在工艺处理速率的性能和所生产产品的最终质量方面的影响是至关重要的。在注塑成型中，模具的高表面温度延长制造塑料产品的周期时间，且模具表面的不均匀温度分布引起产品的各种缺陷，诸如翘曲、厚度变化和/或大量的微孔。同时，对注塑模具的冷却降低模具的表面温度并使模具表面的温度分布均匀，由此制造塑料产品所需的冷却时间和周期时间缩短，使得生产率增加，并提高塑料产品的质量。

[0004] 然而，主要是由于用于制造模具和工艺金属产品的常规金属制造方法（包括切割、铸造、电火花加工等）的限制，冷却通道（管线）制造受限于相对简单的构造，诸如通过深钻孔而制造的直冷却通道、挡板冷却通道等。实际上，无法通过使用常规金属制造方法来形成具有复杂和/或弯曲冷却通道的模具和金属产品，因为仅通过常规金属制造方法形成的直冷却通道和挡板冷却通道的组合不可能自由地制造冷却通道的构造和几何形状。

[0005] 此外，由于制造直冷却通道和挡板冷却通道不允许形成使冷却剂的方向能在转弯部分平稳改变的弯曲通道，冷却剂流在钻孔重叠部分和/或设有挡板的部分产生紊流或拥堵，由此致使极低的冷却效率。

[0006] 最近，能够直接从3维（3D）CAD数据形成几何形状复杂的金属部件和模具的增材制造（AF）技术的出现使得能够生产具有常规金属制造方法不能制造的适形冷却通道的金属部件和模具。

[0007] 图1中示出AF技术中直接从3D CAD数据构建3D对象的基本概念。参照图1，划分3D CAD数据，以得到具有预定厚度（或高度）的一组薄层数据（2D截面信息），然后，通过使用烧结或熔融粉末金属的方法，顺次在先前形成的金属层上形成对应于2D截面信息的每个相继的金属层（图1A至1C），由此形成3D金属部件（图1D）。

[0008] 在大多数AF技术中，使用金属粉末。根据在制造3D金属部件时供给金属粉末的方法，AF技术通常可分为：1），粉末预置方法，其中在对其进行烧结或熔融工艺之前，首先以预定厚度散布粉末金属，以及2）现场粉末馈送方法，其中在构建过程中实时地供给金属粉末。

[0009] 在AF技术中，粉末预置方法1）包括选择性的激光烧结（SLS）技术和选择性的激光熔融（SLM）技术（在下文中，SLS和SLM技术将被解释为包括诸如商标为DMLS（直接金属激光烧结）、激光成型（LaserCUSING）、EBM（电子束制造）等）。

[0010] 在SLS和SLM技术中，金属粉末以预定的恒定厚度精确散布，然后选择性地将激光束或电子束照射在金属粉末层上，以局部烧结或熔融金属粉末，由此制造二维金属层。然后，一层接一层地重复进行以恒定厚度散布金属粉末和烧结或熔融金属粉末的一系列处理过程，以由此制造具有3D形状的金属产品。

[0011] 具体来说，SLS和SLM技术在下方具有空的空间的悬置结构的制造方面是有利的，因为设置在下方而未被激光束或电子束照射的金属粉末在各处理过程中用作一种支承，使得SLS和SLM技术可理论上适于形成冷却通道的结构。

[0012] 但是，SLS和SLM技术具有这样的限制：由于使用相对昂贵的特殊金属粉末而产生大量的模具制造成本，在所制造的冷却通道中，由于诸如裂纹、孔等的缺陷而可能发生漏水，由于所制造的冷却通道的粗糙表面，因而腐蚀速度相对快，冷却通道中经常有堵塞现象的报告，所制造的产品的尺寸受限等。因此，实践中，这些技术尚未在工业中广泛用于制造三维冷却通道。

[0013] 同时，AF技术中，实时供给金属粉末的现场粉末馈送方法2）包括直接金属制造（DMF）和多层激光熔覆技术等。

[0014] 如图2所示，这些技术允许通过使用包括激光束照射器和粉末馈送器的成型装置M在基部B上形成具有3D形状的金属产品。

[0015] 在DMF和多层激光熔覆技术中，将高功率激光束照射到工件的金属表面上，以形成金属的熔融池，实时将精确量的金属粉末注入该金属熔融池。同时，通过沿从3D CAD数据计算的加工路径移动激光束或（和）工件，形成对应于2D截面数据的一部分的金属层。一层层地顺次重复该过程以由此制造与3DCAD模型相同的金属产品。

[0016] 在工业上，DMF和多层激光熔覆技术使用商用金属粉末，且由于在处理期间完全熔融和快速固结而产生具有精细微结构的完全致密金属产品。通过DMF和多层激光熔覆技术制造的金属部件和模具在多种情况下显示出等同于或优于锻制（或锻造）的金属。

[0017] 具体来说，由于在该工艺过程期间实时供给金属粉末，DMF和多层激光熔覆技术可形成金属部件或形成金属工件（或金属基材）的3维弯曲表面上以及金属工件（或金属基材）的2D平坦表面上的3维几何形状，这不像SLS和SLM技术仅可进行2D平坦表面上的处理。

[0018] 然而，与SLS或SLM技术不同，由于DMF和多层激光熔覆技术不包括用作支承部的金属粉末（或金属粉末层），所以不便于制造在其下侧形成有空的空间的悬置结构。

[0019] 因而，为了通过DMF和多层激光熔覆技术形成悬置结构（包括具有悬置结构的冷却通道），通常需要控制相对昂贵的5轴设备的复杂运动。

[0020] 也有替代方法来允许生产悬置结构，而无需DMF和多层熔覆技术中复杂的5轴运动，诸如在工艺过程中通过使用具有低熔点的附加金属粉末或插入柔性铜管来制造支承结构。

[0021] 在使用具有低熔点的附加金属粉末来填充具有支承结构的冷却通道的内部空的空间或形成支承结构的情况下，在制造最终金属产品之后，需要加热过程来去除具有低熔点的金属。在该情况下，有这样的限制：需要制造冷却通道的额外过程，冷却通道的表面会相当粗糙，且会由于冷却通道内残留的、没有完全去除的低熔点金属而发生冷却通道内的腐蚀（具体来说是电偶腐蚀）。

[0022] 在插入柔性铜管以形成冷却通道的方法中，如图3A至3D所示，首先使用DMF或多层激光熔覆技术制造主金属产品2，使得在基部1上形成安装沟槽3（图3A），并然后将铜管4插入安装沟槽3内（图3B）。通过连续使用DMF或多层激光熔覆技术，在铜管4上反复地形成金属层5（图3C），然后形成其中插入有铜管4的最终金属产品（图3D）。

[0023] 图3A至3D所示插入铜管的方法具有一些优点，诸如制造简单、表面光滑和冷却通道内的高耐腐蚀性；但其也具有一些缺点，诸如冷却效率降低，因为插入的铜管4的上部与沉积在其上的金属层5（或金属产品）形成完全的金属键合，同时安装在安装沟槽3内的铜管4的下部与金属产品分开且不与金属键合。

[0024] 具体来说，在急剧弯曲铜管4以形成复杂且弯曲的冷却通道的情况下，会在铜管4的弯曲部分内形成不均匀的横截面，致使在铜管过度弯曲的情况下发生铜管内冷却剂流的紊流。

[0025] 此外，由于安装沟槽3具有对应于铜管4的仅半圆的横截面，所以铜管4不完全与安装沟槽3的横截面接触，并趋于从安装沟槽4抬起。当冷却通道具有如图3A至3D所示的复杂弯曲时，该现象的幅度增加。此外，当铜管4沿3D冷却通道安装时，抬起现象变得明显。

[0026] 这样，在发生抬起现象的情况下，当通过DMF和多层激光熔覆技术在铜管4上制造最终金属产品的上部时会有多种困难。即，尽管DMF和多层激光熔覆技术允许对应于2D横截面的金属层沿从3D CAD数据计算的路径沉积，从3D CAD数据计算的路径的构造与铜管4的实际构造在发生抬起现象的位置上有不同，由此造成实现完美成型有难度。

[0027] 最后，需要不同于使用AF技术来形成3D冷却通道方法的形成3D冷却通道（或内部空间）的方法。

发明内容

[0028] 技术问题

[0029] 本发明的一方面提供一种其内形成有内部空间的金属产品及其制造方法，允许方便形成内部空间具有复杂构造的金属产品（包括模具）。

[0030] 本发明的一方面还提供一种其内形成有内部空间的金属产品及其制造方法，允许方便制造内部空间（包括冷却通道），该内部空间的直接制造通过直接金属制造（DMF）和多层激光熔覆技术而没有相对复杂的5轴运动是困难的，该内部空间为例如冷却剂流在其中转向的弯曲部分和其下方形成有空的空间的悬置部分。

[0031] 本发明的一方面还提供一种冷却性能优异、其内形成有内部空间的金属产品及其制造方法。

[0032] 本发明的一方面还提供一种耐腐蚀性优异、其内形成有内部空间的金属产品及其制造方法。

[0033] 问题的解决方案

[0034] 根据本发明的一方面，提供一种其内形成有内部空间的金属产品，该金属产品包括：本体部分，该本体部分内形成有第一空间；空间形成件，该空间形成件内形成有第二空间，并安装在本体部分上以与本体部分的第一空间连通以在其内形成内部空间；以及修整部分，该修整部分通过在空间形成件安装在本体部分上的状态下覆盖空间形成件而形成外部；其中，本体部分和修整部分形成金属产品的外部，且空间形成件不暴露于本体部分和修整部分的外表面，且修整部分构建成金属键合到本体部分和空间形成件。

[0035] 本体部分可包括安装沟槽，安装沟槽内安装有空间形成件，且空间形成件可仅使其一部分安装在安装沟槽内，且其其余部分暴露在本体部分外部。与此不同，本体部分可包括安装沟槽，安装沟槽内安装有空间形成件，且空间形成件可不暴露在安装沟槽外部。

[0036] 空间形成件可被制成其内形成有第二空间的单个构件。或者，空间形成件可由多于两个的分开构件构成，并可通过将该多于两个的分开构件联接而在其内形成第二空间。

[0037] 空间形成件可在其下部内形成有第二空间，第二空间与本体部分的第一空间连通以形成内部空间，以由此形成其下方形成有空的空间的悬置结构。

[0038] 金属产品可以是模具或需要冷却的各种金属产品，空间形成件可由金属材料制成，且第一空间和第二空间可以是冷却通道。空间形成件可形成弯曲部分，冷却通道的方向在该弯曲部分处变化，或者形成悬置部分，该悬置部分在冷却通道的下侧内形成有空的空间。

[0039] 同时，空间形成件可由与本体部分相同的材料或者耐腐蚀性比本体部分高的材料制成。

[0040] 修整部分可通过直接金属制造（DMF）技术、多层激光熔覆技术、选择性激光烧结（SLS）技术和选择性激光熔融（SLM）技术中的至少任一种而形成。

[0041] 根据本发明的另一方面，提供一种制造其内形成有内部空间的金属产品的方法，该方法包括：制备其内形成有第一空间的本体部分；制备由金属材料制成且其内形成有第二空间的空间形成件，第二空间与第一空间连通；将空间形成件安装在本体部分上，使得第一空间和第二空间彼此连通；以及通过覆盖空间形成件来形成对应于金属产品外部的修整部分；其中,本体部分和修整部分形成金属产品的外部，且空间形成件不暴露于本体部分和修整部分的外表面，且修整部分构建成金属键合到本体部分和空间形成件。

[0042] 本体部分的第一空间可包括直线部分，直线部分通过钻削形成；且空间形成件的第二空间包括弯曲部分，弯曲部分可通过切削、铸造、以及AF处理中的任一种或其组合形成。

[0043] 本体部分和空间形成件可通过切削、铸造、以及AF处理中的任一种或其组合形成，且本体部分的第一空间的直线部分可通过钻削形成。

[0044] 修整部分可通过直接金属制造（DMF）技术或多层激光熔覆技术而形成。不同于此，修整部分可通过SLS技术、SLM技术、焊接、电镀、沉积和热喷中的任一种而形成。

[0045] 空间形成件可通过将至少两个分开构件联接而形成，并具有通过联接至少两个分开构件而在其内形成的第二空间，且该方法还可包括在将空间形成件安装在形成于本体部分内的安装沟槽内之前或之后，键合至少两个分开构件的边界部分。

[0046] 同时，金属产品可以是模具或需要冷却的各种金属产品，且第一空间和第二空间可以是冷却通道。

[0047] 空间形成件可形成弯曲部分，冷却通道的方向在该弯曲部分处变化，或者形成悬置部分，该悬置部分在冷却通道的下侧内形成空的空间。

[0048] 发明的有益效果

[0049] 如上所述，根据本发明的各实施例，本体部分的内部空间（第一空间）通过诸如钻削的简单机加工而形成，复杂形状的内部空间（第二空间）作为空间形成件而分开制造，且修整部分通过覆盖第一空间和第二空间而形成金属产品的外部，由此可容易地实现具有复杂构造的内部空间。具体来说，根据本发明的各实施例，本体部分的形成第一空间的直线部分通过钻削而形成，包括曲线部分的第二空间通过常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（DMF处理、多层激光熔覆处理等）、或其处理工艺的任意组合而形成，且第一空间和第二空间相联接以由此允许方便地形成具有复杂构造的内部空间。因此，根据本发明的各实施例，可减少制造金属产品（模具）所需的时间和成本。

[0050] 根据本发明的各实施例，由于内部空间的横截面尺寸做成均匀的，且在冷却剂流内不发生紊流或拥堵的情况下，冷却剂的方向沿内部空间的弯曲表面平稳地改变，且因此可改进金属产品的冷却效率。具体来说，具有复杂构造的内部空间（冷却通道）可形成为允许金属产品表面处的均匀温度。通过这样，可预期使用金属产品制造的最终产品在性能上的改进。

[0051] 根据本发明的各实施例，由于仅通过根据相关技术的DMF或多层激光熔覆技术难以直接制造的内部空间（冷却通道）可作为空间形成件制造，可制造具有复杂构造（例如弯曲部分和/或悬置结构）的内部空间而无需对5轴设备的复杂控制。

[0052] 此外，在根据相关技术使用低熔点附加金属粉末的情况下，内部空间（冷却通道）的表面相当粗糙，且在低熔点金属残留在冷却通道而没有完全去除的情况下发生冷却通道内的腐蚀（具体来说是电偶腐蚀）。但是，根据本发明的各实施例，通道的表面光滑，由此允许低通过阻力和较少腐蚀。

[0053] 此外，在根据相关技术通过使用铜管形成内部空间（冷却通道）的情况下，有诸如在铜管的弯曲部分处横截面不均匀的缺点。此外，根据相关技术，铜管的横截面积的仅约一半联接到本体部分，由此大大降低冷却效率。但是，根据本发明的各实施例，由于内部空间的横截面均匀，且冷却剂的方向沿内部空间的弯曲表面平稳改变，所以冷却剂流中不产生紊流和拥堵。此外，根据本发明的各实施例，空间形成件表面的主要部分完全金属键合到本体部分或修整部分，以由此允许超高的冷却效率。此外，根据本发明的各实施例，可通过使用多个空间形成件高效地制造3D内部空间。

[0054] 此外，根据本发明的各实施例，空间形成件稳定地安装在安装沟槽内，由此可在进行诸如随后的DMF或多层激光熔覆工艺的AF处理时稳定地进行空间形成件与修整部分和/或本体部分之间的金属键合。

[0055] 此外，根据本发明的各实施例，修整部分可通过使用DMF或多层激光熔覆技术形成，使得可完全地形成修整部件与空间形成件和/或本体部分之间的金属键合，以由此允许充分实现冷却效率。

[0056] 此外，根据本发明的各实施例，空间形成件可由与本体部分相同的材料或耐腐蚀性比本体部分高的材料制成，从而可获得具有超高耐腐蚀性的金属产品。

[0057] 此外，根据本发明的各实施例，在将空间形成件分成多个分开的分开构件的情况下，可在空间形成件内形成复杂形状的内部空间。此外，根据本发明的各实施例，在使用多个空间形成件的情况下，可制造即使在具有复杂构造的金属产品中也能允许优异冷却效率的冷却通道。

附图说明

[0058] 图1A至1D是顺次示出根据相关技术使用增材制造（AF）技术制造三维（3D）形状产品的操作顺序的视图；

[0059] 图2A至2F是顺次示出根据相关技术使用直接金属制造（DMF）或多层激光熔覆技术制造3D形状产品的操作顺序的视图；

[0060] 图3A至3D是顺次示出根据相关技术使用DMF或多层激光熔覆技术制造其中插入有铜管以形成冷却通道的3D形状产品的操作顺序的视图；

[0061] 图4A至4F是顺次示出根据本发明实施例制造金属产品的过程的示意性立体图；

[0062] 图5A和5B是示出根据本发明的金属产品的各种实施例的视图，每个视图具有正视图和剖视图；

[0063] 图6A、6B和6C分别是示出根据本发明金属产品的另一实施例的平面图、剖视图和正视图；

[0064] 图7A和7B是示出根据本发明的金属产品的另一实施例的视图，每个视图具有正视图和剖视图；以及

[0065] 图8A和8B是分别示出根据本发明实施例的在安装空间形成部件之后和在形成最终部件之后的金属产品的另一实例的立体图。

具体实施方式

[0066] 说明书中使用的术语仅用于解释根据本发明的具体实施例，且并不意味着限制本发明的范围。此外，说明书中单数表达可包括复数表达。

[0067] 接下来，将参照附图详细描述本发明的各实施例。

[0068] 图4A至4F是顺次示出根据本发明实施例制造金属产品的过程的示意性立体图。图5A和5B是示出根据本发明的金属产品的各种实施例的视图，每个视图具有正视图和剖视图。图6A、6B和6C分别是示出根据本发明金属产品的另一实施例的平面图、剖视图和正视图。图7A和7B是示出根据本发明的金属产品的另一实施例的视图，每个视图具有正视图和剖视图。图8A和8B是分别示出根据本发明实施例的在安装空间形成部件之后和在形成最终部件之后的金属产品的另一实施例的立体图。

[0069] 但是，本发明可用多种形式实施，且不应诠释为限于附图所示的实施例。具体来说，尽管图4至8为了便于解释示出并解释了具有简单清楚形状的金属产品，但根据本发明的其中形成有内部空间的金属产品并不认为限于具有简单清楚形状，而是可采用具有复杂形状的内部空间或外部的各种产品。此外，为了清楚起见将省略关于可能使本发明的实质不清楚的元素的详细描述。整个说明书中相同或等同的元素由相同的附图标记表示。

[0070] 如图4至8所示，本发明的特征是制造具有复杂内部空间的金属产品（具体来说是模具）。通过常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（直接金属制造（DMF）、多层激光熔覆处理等）工艺、或其处理工艺的任意组合，形成对应于金属产品一部分的、内部空间具有直线或简单构造的本体部分110，然后可通过诸如钻孔之类的简单操作形成本体部分110的内部空间。金属产品中的内部空间具有弯曲或复杂构造的另一部分形成为空间形成件120，然后将本体部分110和空间形成件120相联接。对应于金属产品100除本体部分110之外的其余外部的修整部分130形成在本体部分上。于是，可形成具有复杂内部空间的金属产品（具体来说是模具）。

[0071] 参照图4A至4F，将解释其内形成有内部空间的金属产品100及其制造方法。

[0072] 首先，如图4A至4F所示，根据本发明一实施例的其内形成有内部空间的金属产品100包括本体部分110、空间形成件120、以及修整部分130，本体部分110内形成有第一空间111，空间形成件120具有连接到形成在本体部分110内第一空间111的第二空间125，修整部分130覆盖空间形成件120并形成金属产品100的外部。

[0073] 根据本发明实施例的金属产品100可以是模具或需要表面和/或容积冷却的各种金属产品（例如加工刀具和具有冷却通道的装置等），且金属产品100的用途或形状没有特定限制，只要其内部形成有内部空间即可。

[0074] 为了便于解释，将作为实例主要描述用作模具的金属产品100和用作冷却通道的内部空间。

[0075] 构成金属产品100的主要部分的本体部分110内部形成有第一空间111。

[0076] 本体部分110通过常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（DMF处理、多层激光熔覆处理等）工艺、或其处理工艺的任意组合而形成，且内部形成有诸如冷却通道的第一空间111。

[0077] 在该情况下，本体部分110内形成的第一空间111可具有直线轮廓或简单形状，并可通过诸如钻孔之类的简单机加工而形成。

[0078] 因此，构成金属产品100的主要部分的本体部分110可通过常规制造工艺或AF处理方便地形成，且第一空间111可通过简单处理方便地形成在其中。于是，可便于制造本体部分110，由此使得制造成本降低并缩短制造时间。

[0079] 具体来说，在金属产品100中，悬置结构或其中流体流动方向改变的部分可形成为稍后描述的空间形成件120。因此，由于本体部分110不包括悬置结构，其内形成有第一空间111的本体部分110可通过诸如DMF技术、多层激光熔覆技术等的AF技术制造。

[0080] 此外，如图4A至4F所示，本体部分110具有安装沟槽112，空间形成件120安装在安装沟槽112内。安装沟槽112具有与空间形成件120的尺寸大致相同的尺寸，使得空间形成件120的至少一部分可安装并固定在其中。例如，空间形成件120可通过使用橡胶锤等压配地插入安装沟槽112内，从而保持与本体部分110接触。但是，本体部分110可不具有安装沟槽112，且在该情况下，可在第二空间125与第一空间111连接的状态下，通过使用焊接方法、DMF技术、多层激光熔覆技术等使第二空间125与第一空间111之间的接触部分相键合。

[0081] 此外，当安装沟槽112暴露于本体部分110的表面时，安装沟槽112可通过简单切割方便地形成。

[0082] 此外，空间形成件120内可形成有第二空间125，且第二空间连接到形成在本体部分110内的第一空间111，并可安装在本体110的安装沟槽112内。

[0083] 在该情况下，第二空间125可具有与第一空间111相同的横截面面积和横截面形状，从而使施加到流过第一空间111和第二空间125的冷却剂的通过阻力最小。此外，第一空间111和第二空间125可都具有圆形横截面结构。

[0084] 如图4A至4F所示，空间形成件120可通过将至少两个分开件121和122联接而形成，并通过联接分开件121和122而在其中形成第二空间125。

[0085] 这样，当空间形成件120形成为被分成多个部分时，可制造具有复杂形状的第二空间125。即，当空间形成件120形成为被分成多个部分时，可方便地形成内部空间的弯曲部分（具有弯曲表面的部分），冷却通道的方向在该弯曲部分处改变，如图4C和图5A所示。但是，空间形成件120并不限于在其分开后再通过组装而形成，而是可由其内形成有第二空间125的单个构件形成，如图5B和6A至6C所示。

[0086] 空间形成部分120可通过常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（DMF处理、多层激光熔覆处理等）工艺、或其处理工艺的任意组合而形成，类似于本体部分110。此外，由于第二空间125可暴露于如图4C所示形成空间形成件120的分开构件121和122的外部，因而分开构件121和122的第二空间125可通过诸如切削（包括电火花加工）的加工而形成。但是，第二空间125也可通过铸造或AF处理与空间形成件120的本体同时形成。在通过切削形成第二空间125的情况下，可实现由于光滑表面的低通过阻力和较少腐蚀。

[0087] 这样，形成在空间形成件120内的第二空间125可具有与第一空间111连通的弯曲表面部分，由此可在金属产品100内方便地形成具有复杂构造以及简单构造的内部空间。

[0088] 此外，当空间形成件120由与本体部分110相同的材料、或耐腐蚀性高于本体部分110的材料制成时，可解决本体部分110上空间形成件120的安装造成的腐蚀缺陷。即，在根据相关技术通过使用SLS技术和SLM技术制造模具的情况下，所制造的冷却通道的腐蚀速率由于其粗糙表面而较快。此外，在使用附加的低熔点金属粉末来通过DMF和多层激光熔覆技术形成冷却通道的情况下，低熔点金属残留在冷却通道内而未完全去除，由此造成腐蚀（具体来说是电偶腐蚀）。但是，根据本发明的实施例，由于空间形成件120的材料与本体部分110相同或具有优异的耐腐蚀性，可解决腐蚀问题。

[0089] 修整部分130通过覆盖安装在本体部分110上的空间形成件120而形成金属产品100的外部。

[0090] 修整部分130可金属键合到本体部分110和空间形成件120，键合方式为使得空间形成件120不与本体部分110脱开，且修整部分130完全联接到空间形成件120。

[0091] 即，当修整部分130金属键合到本体部分110和空间形成件120时，空间形成件120完全联接到修整部分130，以由此防止空间形成件120脱开，并允许流动通过第二空间
125的冷却剂与修整部分130表面之间的高效热传递。

[0092] 在该情况下，本体部分110的安装沟槽112可形成为具有最小深度，使得空间形成件120可定位在其中。因此，空间形成件120的面积的主要部分暴露在安装沟槽112外部，并完全联接到修整部分130，由此产生最大的冷却效率。同时，在通过根据相关技术使用铜管形成冷却通道的情况下，如图3A至3D所示，由于用于安装铜管4的安装沟槽3需要具有对应于铜管4的半径的深度，安装在安装沟槽3内的铜管4下部、即铜管4的横截面的一半面积与金属产品分开而不键合到金属产品，由此降低冷却效率。但是，根据本发明的实施例，可使安装沟槽112的深度最小，以由此允许与相关技术相比获得超高冷却效率。具体来说，根据相关技术，如图3A至3D所示，为了形成具有不同高度的3D通道，对用于安装铜管的安装沟槽3的处理是困难的，或者需要连续重复安装沟槽3的形成和铜管4的安装。但是，根据本发明的实施例，由于通道分开形成，使得轴线部分可通过深钻孔形成，且与金属产品（模具）100的表面相邻的悬置部分和/或弯曲部分形成为空间形成件120，因而可便于通道的安装。

[0093] 此外，当根据相关技术通过使用铜管形成内部空间（冷却通道）时，如图3A至3D所示，铜管4在曲线或弯曲部分处的横截面不均匀，且因此会发生铜管4内的冷却剂流的紊流。但是，根据本发明的实施例，内部空间的横截面均匀形成，由此冷却剂的方向可沿内部空间的弯曲表面平稳变化。于是，冷却剂流中的紊流或拥堵最小。此外，根据本发明的实施例，空间形成件120稳定地安装在安装沟槽112内，由此可稳定地进行空间形成件120与修整部分130之间的金属键合。

[0094] 同时，为了实现前述金属键合，可使用DMF技术或多层激光熔覆技术。在该情况下，DMF技术或多层激光熔覆技术也可有利地用在空间形成件120和/或本体部分110的表面具有3D弯曲形状的情况。

[0095] 但是，在被设置成其上形成有修整部分的空间形成件120和/或本体部分110的表面具有平坦2D形状的情况下，也可使用SLS或SLM技术来形成修整部分130。

[0096] 除了上述AF技术外，也可使用焊接、电镀、沉积、热喷等的公知方法来形成修整部分130。

[0097] 此外，在形成修整部分130之前，空间形成件120可安装在安装沟槽112内，并通过诸如DMF、多层激光熔覆、焊接等的方法连续固定到安装沟槽112。当空间形成件120由至少两个分开构件121和122形成时，为了在修整部分130形成期间稳定地保持第二空间（冷却通道）125的形状，在将空间形成件120安装在安装沟槽112内之前或之后，可将边界部分L通过DMF、多层激光熔覆、焊接等键合到空间形成件120。

[0098] 在形成修整部分130之后，可增加用于获得修整部分130的光滑表面的后加工工艺。

[0099] 图4A至4F示出形成在金属产品100内的冷却通道具有相对简单的构造，且图5B和图6A至6C示出单个空间形成件120设置在金属产品100的顶部上。但是，可改变冷却通道的构造，空间形成件120可设置成复数个，而覆盖空间形成件120的修整部分130可设置成单个或复数个。此外，空间形成件120可安装在各种位置，诸如其金属产品100的底部、侧部或顶部。

[0100] 接着，将参照图5A和5B解释根据本发明另一实施例的其中形成有内部空间的金属产品100。

[0101] 图5A示出包括由两个分开构件121和122形成的空间形成件120的金属产品100，这类似于图4A至4F所示的金属产品100，而图5B示出包括形成为单个构件的空间形成件120的金属产品100。

[0102] 如图5A所示，空间形成件120可包括多个分开构件121和122，并可在联接多个分开构件121和122的同时安装在形成于本体110内的安装沟槽112内。此后，修整部分130可通过DMF技术、多层激光熔覆技术等而形成，由此完成金属产品100的3D外部。在该情况下，第一空间111和第二空间125具有相同的横截面形状和横截面面积，并彼此连通，以由此形成可允许通过阻力最小的冷却通道，使得即使在金属产品对应于修整部分130的表面上也可进行高效冷却。

[0103] 或者，如图5B所示，空间形成件120可形成为单个构件，并在安装于安装沟槽122内的同时使第二空间125形成在其下侧内，第二空间125与第一空间111连通。这样，在图5B的情况下，可实现其下方形成有空的空间的悬置结构，由此可有利地形成具有悬置结构的冷却通道，而该结构难以通过DMF或多层激光熔覆技术来实施。

[0104] 此外，在图5B的情况下，由于第二空间125从空间形成件120的一侧完全暴露，所以第二空间125可通过切削方便地形成在空间形成件120内。此外，在本体部分110的情况下，第一空间111的直线部分通过诸如钻削之类的切削而形成，并通过精加工切削操作来形成形状对应于第二空间125的第一空间111。

[0105] 这样，修整部分130覆盖空间形成件120，使得冷却通道可构造成允许金属产品100具有均匀的表面温度且因此可实现高效表面冷却。具体来说，通过使安装沟槽112的深度最小而实现从本体部分110露出的空间形成件120的主要部分与修整部分130之间的金属键合，允许使冷却效率最大。

[0106] 将参照图6A至6C解释根据本发明另一实施例的其中形成有内部空间的金属产品100。

[0107] 在图6A至6C的情况下，空间形成件120形成为单个构件，且下方形成有空的空间的悬置结构可实施为空间形成件120，类似于图5B。

[0108] 如图6B详细示出的，可通过钻削等在本体110内形成第一空间111的直线部分，且通过切削可形成第一空间111的连接到安装沟槽112的一部分和第二空间125。此后，将空间形成件120安装在安装沟槽112内，使得空间形成件120的第二空间125和本体部分110的第一空间111可连接。在该情况下，第一空间111可形成U形部分的大致一半，通道方向在该U形部分处改变，而第二空间125可形成U形部分的其余一半。因而，第一空间111和第二空间125整体形成穿过本体部分110和空间形成件120而连接的内部空间。

[0109] 此外，在如图6A至6C所示其内形成有内部空间的金属产品100的情况下，因为空间形成件120具有悬置结构，所以修整部分130可通过使用DMF或多层激光熔覆技术而形成在空间形成件120的顶部上。除了AF技术之外，修整部分130也可通过诸如焊接、电镀、沉积、热喷等的方法形成。

[0110] 接着，将参照图7A和7B解释根据本发明另一实施例的其中形成有内部空间的金属产品100。

[0111] 图7A示出空间形成件120暴露在安装沟槽112外部的状态，类似于图4A至4F和图5A和5B，而图7B示出空间形成件120完全下降到安装在安装沟槽112内的状态。

[0112] 在图7A的情况下，修整部分130与本体部分110和空间形成件120主要金属地彼此键合，使得流过空间形成件120的第二空间125的冷却剂与金属产品100对应于修整部分130的表面之间的热传递会增加，由此可实现金属产品表面处的均匀冷却温度。

[0113] 但是，在金属产品的不需要冷却或冷却通道的方向仅需转向的部分（例如与金属产品的表面分开的部分）中，空间形成件120可被安装成沉入安装沟槽112内的状态，类似于图7B。在该状态下，在空间形成件120的上表面和本体部分110的上表面在同一平面上的情况下，可通过SLS技术、SLM技术等以及DMF或多层激光熔覆技术形成修整部分。

[0114] 最后，图8A和图8B示出其内形成有内部空间的金属产品100包括被设置成复数个的空间形成件120。

[0115] 如图8A和8B所示，在内部空间形成为具有复杂构造的情况下，第一空间111可通过钻削形成在本体部分110内，以与入口111a会合，且分别具有对应于第一空间111的第二空间125的多个空间形成件120可安装在本体部分110上（图8A），并可随后形成覆盖空间形成件120的修整部分130（图8B）。

[0116] 但是，图8A和8B所示金属产品的形状仅作为实例提供，空间形成件120的形状、数量和位置可根据用于冷却金属产品100的表面的内部空间（冷却通道）的构造而进行各种更改。

[0117] 接着，将参照图4A至4F解释根据本发明另一实施例的其内形成有内部空间的金属产品100的制造方法（S100）。

[0118] 其内形成有内部空间的金属产品100的制造方法（S100）包括：制备其内形成有第一空间111的本体部分110（S120）；制备由金属材料制成且其内形成有第二空间125的空间形成件120（S130）；将空间形成件120安装在本体部分110上，使得第一空间111和第二空间125彼此连通（S140）；以及通过覆盖空间形成件120而形成对应于金属产品100外部的修整部分130（S150）。该方法（S100）还可包括在形成修整部分130之后进行精修或后加工，以获得修整部分130的光滑表面（S160）。

[0119] 在该情况下，可改变制备本体部分110（S120）和制备空间形成件120（S130）的操作次序。

[0120] 首先，制备本体部分110（S120）包括使用常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（DMF处理、多层激光熔覆处理、等）、或其处理工艺的任意组合（图4A）来形成本体部分110的外部（S110）。在该状态下，第一空间111和安装沟槽112可通过切削、钻削、EDM（电火花加工）等（图4B）而形成在本体部分110内。

[0121] 同时，在金属产品100中，由于悬置结构或通道方向在其中改变的部分可形成为前述空间形成件120，本体部分110的形状可非常简单，并可通过使用诸如DMF或多层激光熔覆技术之类的AF技术方便地制造。在该情况下，由于本体部分110不具有所述悬置结构，可通过使用AF技术方便地制造其内也形成有第一空间111和安装沟槽112的本体部分110。

[0122] 此外，在制备空间形成件120（S130）时，可通过常规制造工艺（例如切割、铸造等）、AF处理（DMF处理、多层激光熔覆处理等）工艺、或其处理工艺的任意组合来形成空间形成件120的外部，并然后通过附加的切削工艺形成第二空间125（图4C）。但是，具有外部且其内形成有第二空间125的空间形成件120可通过单种工艺制造，例如铸造或AF处理（DMF处理、多层激光熔覆等）。

[0123] 此后，空间形成件120安装在本体部分110的安装沟槽112内（S140，图4D）。在该情况下，当空间形成件120由多个分开构件121和122形成时，为了在修整部分130形成期间稳定地保持第二空间的形状，在将空间形成件120安装在安装沟槽112内之前或之后，可进一步执行通过DMF、多层激光熔覆、焊接等将分开构件121和122的边界部分L键合到空间形成件120。

[0124] 这样，在空间形成件120安装在本体部分110上的状态下形成修整部分130，以由此形成金属产品的外部（图4E，S150）。如前所述，修整部分130金属键合到本体部分110和空间形成件120，并可通过例如DMF或多层激光熔覆技术而形成。但是，当在其上构建修整部分130的基部、即本体部分110在安装了空间形成件120之后的表面具有平坦形状时，可使用SLS或SLM技术。也可使用焊接、电镀、沉积、热喷等的常规方法，而这与修整部分130的形状无关。

[0125] 此外，如图4F所示，如果需要，其内形成有内部空间的金属产品100可通过精加工切削工艺经受精修或后加工工艺（图4F），以由此最终完成。

[0126] 尽管结合各实施例示出和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显然可作出更改和变化而不偏离由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围。