用于电气装置的增材制造的方法和系统与流程

1.本发明涉及使用增材制造来形成制品，更具体地，涉及经由利用固体原始材料的增材制造过程来形成含有导电和绝缘特征的电气装置。


背景技术：

2.包括电导体和绝缘特征的电气装置(例如，电容装置)的制造仍然是感兴趣的领域。一些现有的系统相对于一些应用具有各种短处、缺陷和缺点，包括例如与设计自由度、材料选择、废品率和生产前准备时间方面的限制相关的短处、缺陷和缺点。因此，在这一技术领域仍然需要进一步的贡献。


技术实现要素：

3.本公开的实施例的一方面是一种用于形成电气装置的方法，该方法可包括在中央芯的至少一部分上沉积一层或多层第一固体原始材料以形成第一绝缘体层。此外，可以在第一绝缘体层的至少一部分上沉积一层或多层第二固体原始材料，以形成第一导体层，第二固体原始材料包括导电材料。进一步地，可以在第一导体层上沉积一层或多层第一固体原始材料，以形成第二绝缘体层。此外，第一导体层被第二绝缘层电绝缘并且被第一绝缘层的至少一部分电绝缘。
4.本公开的另一方面是一种用于形成电气装置的方法，该方法可包括通过第一系统头施加一层或多层第一固体原始材料，一层或多层第一固体原始材料中的至少一层被施加到电气装置的中央芯上。此外，所施加的一层或多层第一固体原始材料可以被融合以形成绝缘体层。第二系统头可以将一层或多层第二固体原始材料施加到绝缘体层的至少一部分上，并且所施加的一层或多层第二固体原始材料可以被融合以形成电导体层。该方法还可包括重复这些步骤以形成多个绝缘体层和多个电导体层。进一步地，第一系统头可以施加一层或多层第一固体原始材料，以在多个电导体层中的最外部层周围形成外部绝缘体层。
5.鉴于附图和下面的详细描述，将更好地理解本发明的这些和其他方面。
附图说明
6.本文中的描述参考了附图，其中，在若干视图中相同的附图标记指代相同的部分。
7.图1示出了根据本公开的实施例的示例性增材制造系统的示意图。
8.图2示出了根据本公开的实施例的增材制造系统的示例性控制器。
9.图3a和图3b示出了根据本公开的所说明的实施例的、经由利用固体原始材料的增材制造而形成具有导电层和绝缘层的电气装置的方法。
10.图4a示出了根据本公开的实施例的示例性增材制造过程的示意图，其中，第一喷嘴利用固体原始材料以在电气装置的一个或多个绝缘层上形成一个或多个导电层，而第二喷嘴处于去激励或不活动状态中。
11.图4b示出了图4a所示的示例性增材制造过程的示意图，其中，第二喷嘴利用固体
原始材料以在先前形成的一个或多个导电层上形成一个或多个绝缘层，而第一喷嘴处于去激励或不活动状态中。
12.图5a和图5b示出了根据本公开的所说明的实施例的、经由利用固体原始材料的增材制造而形成具有导电层和绝缘层的电气装置的方法。
13.图6a示出了根据本公开的实施例的示例性增材制造过程的示意图，其中，第一喷嘴利用固体原始材料以在电气装置的一个或多个绝缘层上形成多个导电层，而第二喷嘴处于去激励或不活动状态中。
14.图6b示出了图6a所示的示例性增材制造过程的示意图，其中，第二喷嘴利用固体原始材料以在先前形成的一个或多个导电层上形成绝缘层，而第一喷嘴处于去激励或不活动状态中。
15.图7示出了根据本公开的所说明的实施例的、经由利用固体原始材料的增材制造而形成具有一个或多个导电层和绝缘层的电气装置的对比方法。
16.图8a和图8b分别示出了使用根据本公开的实施例的增材制造系统而形成的示例性电气装置的侧视图和截面图。
17.图8c示出了沿着图8b的线8c-8c截取的电气装置的截面图。
18.图9示出了使用本公开的方法形成的具有蜂窝状晶格配置的绝缘层。
19.当结合附图阅读时，将更好地理解前文概述以及本公开的一些实施例的以下详细描述。为了说明本公开，在附图中示出了一些实施例。然而，应理解，本公开不限于附图所示的布置和手段。进一步地，相应图中相同的附图标记表示相同或相似的部分。
具体实施方式
20.为了方便起见，在前文的描述中使用了某术语，但该术语并不希望是限制性的。例如“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“第一”和“第二”等词语表示附图中所参照的方向。此术语包括上文具体指明的词语、它们的变体和类似含义的词语。此外，除非具体指明，否则词语“一”和“一个”被定义为包括所引用的项目中的一个或多个。后面跟着例如“a、b或c”等两个或更多个项目的列表的短语
“……
中的至少一个”意指a、b或c中的任何一个，以及它们的任何组合。
21.图1示出了根据本公开的实施例的示例性制造系统100的示意图。如图所示，制造系统100可包括第一系统102和第二系统104，第一系统102和第二系统104各自是在电气装置的形成中利用不同固体原始材料的增材制造系统。系统100可以用于自动构造具有不同程度的几何配置和复杂性的各种不同的并且可定制的电气装置，包括例如电容性装置(例如但不限于电容式套管和多导体汇流条)以及其他电气装置。此外，根据本公开的一些实施例，用于通过增材制造过程形成一个或多个电气装置的不同部件的原始材料可以至少在系统100采用的制造过程之前以及之后处于固态中。根据一些实施例，由系统100执行的这种自动化过程可以在不使用模具或工具设计的情况下实现可定制电气装置的自动化制造，并且被配置成在单一制造循环期间适应一个以上电气装置的形成。
22.根据一些实施例，第一系统102和第二系统104用于在衬底的至少一部分(例如，电容式套管的中央芯)周围构建电气装置(例如，电容式套管)。第一系统102和第二系统104中的每个系统可以逐层沉积或逐层分配原始材料，以使得例如经由使用第一系统102而形成
的特征可以大体上自动嵌入在由第二系统104形成的一层或多层特征中，反之亦然。进一步地，虽然下面的示例讨论了第一系统102和第二系统104利用不同类型的增材制造过程，但是根据其他实施例，第一系统102和第二系统104可以利用相同类型的增材制造过程。用于本公开的实施例的特定类型的增材制造过程的选择可以基于各种考虑，包括例如可以通过所选择的增材制造过程获得的准确度或分辨率。
23.根据所说明的实施例，第一系统102可以用于制造电气装置的一个或多个绝缘层，包括但不限于电气装置的中央芯114周围的一个或多个绝缘层。中央芯113可以是导电的，也可以不是导电的，并且可以具有各种形状、大小和配置，包括例如具有管状或杆状配置。此外，第一系统102可以是利用聚合物、陶瓷、玻璃和/或片材料(包括例如包括陶瓷和复合材料的混合材料以及其他材料)作为第一原始材料108的增材制造过程。进一步地，第一系统102使用的固体第一原始材料108可以是丝、粉末或片材料的形式以及可以选择性地逐层施加或沉积到衬底和/或电气装置的一部分(例如，经由沉积喷嘴、印刷头、粉末床或槽以及沉积固体第一原始材料108的其他方式)的其他形式的固体原始材料。根据一些实施例，第一原始材料108可以是热塑性的聚酯或聚合物，包括例如丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)、聚醚酰亚胺(pei)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)和聚丁烯等。此外，聚合物可以装载有颗粒，例如，装载有石墨烯以及其他添加剂的聚乳酸热塑性塑料，石墨烯以及其他添加剂旨在允许用聚合物形成的绝缘层具有一些电气和/或机械的性质和/或益处。
24.此外，各种类型的增材制造过程可以由第一系统102结合形成电气装置的绝缘部分使用，包括例如材料挤出、材料喷射、粉末床融合、粘合剂喷射、材料喷射、槽光聚合和片层压以及其他过程。针对第一系统102选择的过程类型以及相关联的固体第一原始材料108的形式可以确定固体第一原始材料108融合到电气装置的其他部分(包括融合到其他绝缘层)的方式。例如，根据一些实施例，当将第一原始材料108融合或结合到电气装置时，第一系统102可以利用热或化学反应结合、固态融合和/或固态和熔融态融合。
25.根据所说明的实施例，第二系统104可以用于制造电气装置的至少一部分，这可以为电气装置提供一个或多个电导体以及其他金属特征和部件。因此，例如，第二系统104可以是利用第二原始材料106的增材制造过程，第二原始材料包括导电金属或非金属材料，包括但不限于铜、铜合金、铝、铝合金、石墨烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维和/或聚噻吩以及其他固体导电原始材料。进一步地，由第二系统104使用的固体第二原始材料106可以是丝、线、粉末或片材料的形式以及可以选择性地逐层沉积、堆叠和/或融合在由第一系统102形成的一个或多个绝缘层上和/或电气装置的至少另一部分上(例如，经由沉积喷嘴、粉末床和/或堆叠以及沉积或分配固体原始材料的其他方式)的其他形式的固体原始材料。此外，各种类型的增材制造过程可以由第二系统104结合形成电气装置的导电部分使用，包括例如直接能量沉积、粉末床融合、片层压和/或粘合剂喷射以及其他过程。针对第二系统104选择的过程类型以及相关联的固体第二原始材料106的形式可以确定固体第二原始材料106融合到电气装置的其他部分(包括融合到电气装置的其他导电层和/或绝缘层)的方式。例如，根据一些实施例，第二系统104可以利用电子束或激光束130以至少部分地使所施加的第二原始材料106熔融，或者替代性地，当将第二原始材料106融合到电气装置时使用超声波。
26.例如，根据所说明的实施例，第一系统102利用融合沉积成型(fdm)作为增材制造
过程，而第二系统104利用选择性激光熔融(slm)作为增材制造过程。根据这种实施例，系统100可包括一个或多个壳体或固定装置110，壳体或固定装置可包括可运动平台112，可运动平台可以支撑电气装置和/或中央芯114，电气装置至少最初形成在中央芯上。如图1所示，根据所说明的实施例，平台112可以至少在向下方向上线性运动，包括例如响应于随着一层或多层绝缘层和/或一层或多层导电层116沉积到电气装置和/或相关联的中央芯114上而形成在中央芯114上的电气装置的厚度增大而线性运动。此外，平台112可以被配置成在形成电气装置时在各种其他方向上运动，以使得使用固体第一原始材料108和第二原始材料106形成的电气装置的特征可以沿着电气装置定位在各种不同位置处。
27.第一系统102可以利用第一系统头134以沉积第一固体原始材料108。因为第一系统102可以被配置成沉积各种不同类型的第一固体原始材料108，和/或针对不同过程以各种不同方式沉积这种第一固体原始材料108，所以第一系统头134可以采取各种不同形式，包括例如作为挤出、沉积或印刷头。此外，第一系统头134可以具有适合于增材制造过程的类型和/或固体第一原始材料108的类型的配置。根据一些实施例，第一原始材料108可以是聚合物、陶瓷和/或混合材料(包括例如包括聚合物、陶瓷和金属材料中的两种或更多种的混合材料)的丝、粉末或片。
28.根据所说明的实施例，第一系统102可以利用融合沉积成型(fdm)作为增材制造过程。根据这种实施例，第一系统102可以被配置成沉积和/或融合固体可以用于形成电气装置的绝缘层的第一原始材料108。此外，根据这种实施例，第一系统头134可以是被配置成提供局部热量以从第一系统头134挤出固体第一原始材料108的挤出头。替代性地，根据其他实施例，第一系统头134可以被配置成印刷第一原始材料108、融合粉末材料或者层压第一原始材料108的片堆叠。进一步地，根据所说明的实施例，第一系统头134可以通过可包括一个或多个进料辊136的进料系统来进给固体第一原始材料108。
29.第一系统头134的至少线性位置可以相对于至少平台112、预构建的中央芯114和/或电气装置来调整，以使得第一原始材料108可以由第一系统头134逐渐施加到正形成的电气装置、相关联的平台112和/或中央芯114的至少邻近部分，并与之结合。因此，例如，根据一些实施例，第一系统头134可以沿着第一系统轨道、导引件或导轨138至少线性运动，例如，至少在竖直或水平方向及其组合以及其他方向上运动。
30.根据第二系统104利用slm作为增材制造过程的这种实施例，第二系统104可包括施加器118，施加器可以将粉末材料形式的固体第二原始材料106的层或床120沉积在平台112、中央芯114和/或电气装置的导电层或绝缘层的顶部上。根据一些实施例，固体第二原始材料106可以是粉末材料，例如，包括约15微米至约200微米的大小的颗粒和/或大小通常可以低至约0.5微米、更具体地约5纳米(nm)至约500纳米(nm)的纳米颗粒的细粉末。进一步地，根据一些实施例，这种粉末材料可包括传统上用于电导体的导电金属材料，包括例如铜、铜合金、铝和/或铝合金以及其他导电金属。替代性地或可选地，根据其他实施例，粉末材料可以含有导电非金属材料，包括例如石墨烯、炭黑、碳纳米管、碳纳米纤维和/或聚噻吩以及其他非金属且导电的物质和/或复合材料。进一步地，根据一些实施例，非金属导电材料可以是粉末材料内的填充材料。进一步地，根据所说明的实施例，壳体110可包括一个或多个材料储器122，材料储器可包括第二原始材料106的供应源，以用于由施加器118例如结合形成固体粉末层或床120而沉积或分配。如图所示，根据一些实施例，第一材料储器122可
包括基座124，基座可以通过致动的升降机126在施加器118的方向上至少线性向上运动。根据一些实施例，施加器118可以经由轨道126或其他装置跨越壳体110的至少一部分线性运动，以使得施加器118可以在期望位置处沉积或以其他方式分配第二原始材料106。
31.第二系统104还可包括能够施加能量以融合或结合第二原始材料106的第二系统头128。第二系统头128的类型或配置可以基于第二系统104所利用的增材制造过程的类型和/或相关联的固体第二原始材料106。例如，根据第二系统104利用slm的所说明的实施例，第二系统头128可以是被配置成输出电子束或激光束130的激光头，电子束或激光束可以使所沉积的第二原始材料106熔融，以便形成用于电气装置的导电层116。替代性地，根据第二系统104利用不同增材制造技术的其他实施例，第二系统头128可以例如被配置成输出可以将固体第二原始材料106的片融合在一起的一个或多个超声信号。进一步地，第二系统头128的线性位置可以相对于至少平台112和/或预构建的中央芯114或电气装置来调整，以使得从第二系统头128输出的能量源(例如，电子束或激光束130)可以逐渐施加到固体第二原始材料106的固体粉末层或床120，以使得固体粉末层或床120的固体金属颗粒可以融合或结合在一起和/或融合或结合到电气装置的邻近导体或绝缘层。因此，例如，根据一些实施例，第二系统头128可以沿着第二系统轨道、导引件或导轨132至少线性运动，例如，至少在竖直或水平方向及其组合以及其他方向上运动。
32.如图1和图2所示，具有控制器142的控制系统140可以被配置成控制第一系统102和第二系统104的操作。控制器142可包括处理装置144，例如，可编程的、专用的和/或硬连线的状态机或者它们的任何组合。此外，处理装置144可包括多个处理器，例如，算术逻辑单元(alu)、中央处理单元(cpu)、数字信号处理器(dsp)等。具有多个处理单元的处理装置144也可以利用分散式、流水线式和/或并行的处理。处理装置144还可以专用于仅执行本文所述的操作，或者可以在一个或多个附加应用中利用。
33.在所描绘的形式中，处理装置144是可编程类型的，这种可编程类型根据如存储在控制系统140的存储器146中的编程指令(例如，软件或固件)所定义的操作逻辑来执行算法并处理数据。替代性地或附加地，操作逻辑至少部分地由硬连线逻辑或其他硬件定义。处理装置144可包括适于处理从第一系统102和第二系统104接收的信号并提供期望输出信号(例如，给第一和第二系统头致动器148、150的信号，这些信号可以分别促进第一系统头134和第二系统头128的运动)的任何类型的一个或多个部件。这些部件还可包括数字电路、模拟电路或两者的组合。
34.存储器146可被包括在处理装置144中和/或联接到处理装置144。进一步地，存储器146可以是一种或多种类型，例如，固态类型、电磁类型、光学类型或其组合。此外，存储器146可以是易失性的、非易失性的或其组合，并且存储器146中的一些或全部可以是便携式类型的，例如，磁盘、磁带、记忆棒、卡匣等。此外，根据一些实施例，除了存储定义操作逻辑的编程指令之外，或者代替这些编程指令，存储器146可以存储由处理装置144的操作逻辑操纵的数据，例如，代表从第一系统102和第二系统104的致动器和/或传感器接收和/或发送到它们的信号的数据。
35.第一系统102可包括能够向控制器142提供信息和/或从该控制器接收指令的各种部件。例如，根据一些实施例，第一系统102可包括一个或多个第一系统头传感器162，例如，位置和/或速度传感器，第一系统头传感器可以向控制器142提供关于第一系统头134的位
置、第一系统头134运动的速度和/或第一系统头134的行进方向的指示的信息。替代性地或可选地，第一系统头传感器162可以提供关于第一系统头134的操作和/或性能的信息。此外，如前所述，第一系统102还可包括一个或多个第一系统头致动器150，包括例如可以经由来自控制器142的命令而用于促进第一系统头134和/或相关联的进料系统和对应进料辊136的操作的致动器。
36.此外，第一系统102还可包括热传感器164，热传感器可以例如向控制器142提供由第一系统头134施加到第一原始材料108的和/或与从第一系统头134输出的第一原始材料108的温度相关的温度的指示。第一系统102还可包括喷嘴传感器166，包括例如提供从第一系统头134释放的第一原始材料108的量的指示的传感器。
37.第一系统102还可包括载体传感器168，载体传感器可以例如向控制器142提供关于可以用于第一系统头134的运动的载体的操作、位置和/或运动的信息。这种载体可包括但不限于可以至少辅助促进第一系统头134沿着第一系统轨道138的运动的电动、机械和/或液压操作的载体。此外，控制器142可以向载体致动器170提供信号，载体致动器可以经由来自控制器142的信号而起始或终止这种载体的操作，并因此至少在第一系统头134在构造电气装置期间沉积或分配加热的第一原始材料108的层时控制第一系统头134的这种运动。
38.如图2中可见，第二系统104可包括可以向控制器142提供信息和/或从该控制器接收指令的各种部件。例如，根据一些实施例，第二系统104可包括一个或多个第二系统头传感器152，例如，位置和/或速度传感器，第二系统头传感器可以向控制器142提供关于第二系统头128的位置、第二系统头128运动的速度和/或第二系统头128的行进方向的指示的信息。替代性地或可选地，第二系统头传感器152可以提供关于第二系统头128的操作和/或性能的信息。此外，第二系统104还可包括一个或多个第二系统头致动器148，包括例如可以经由来自控制器142的命令而用于促进第二系统头128的操作的致动器148。
39.第二系统104还可包括激光头传感器154，激光头传感器可以例如向控制器142提供由第二系统头128的能量源输出的功率的指示，在此示例中，能量源是电子束或激光束130。第二系统104还可包括激光头致动器156，激光头致动器可以由控制器142使用以控制能量源的激活和去激活。附加地或替代性地，激光头传感器154可以提供被输入以产生电子束或激光束130的功率的指示。
40.此外，第二系统104可以进一步包括载体传感器158，载体传感器可以例如向控制器142提供关于可以用于第二系统头128的运动的载体的操作、位置和/或运动的信息。这种载体可包括但不限于可以至少辅助促进第二系统头128沿着第二系统轨道132的运动的电动、机械和/或液压操作的载体。进一步地，控制器142可以向第二系统104的载体致动器160提供信号，载体致动器可以起始或终止载体的这种操作，并因此至少在第二系统头128经由电子束或激光束130传递能量以促进固体第二原始材料106的融合或其他结合时控制第二系统头128的运动。
41.图3a和图3b示出了根据本公开的所说明的实施例的、经由利用固体原始材料的增材制造过程而形成具有导电层和绝缘层的电气装置的方法200。至少出于说明的目的，本文讨论的过程是关于示例性的第一系统102和第二系统104讨论的。然而，如前所述，这些过程可以在电气装置的形成中利用各种不同类型的增材制造系统，以及不同的原始材料和相关联的融合或结合过程。进一步地，针对本公开中的所有过程而说明的操作被理解为仅仅是
示例，并且操作可以被组合或划分、并且被添加或移除以及整体或部分地重新排序，除非有明确的相反陈述。
42.在步骤202中，将第二系统头128去激励和/或运动到不活动位置，例如，第二系统头128不会干扰第一系统102的操作(包括例如在第一系统头134沉积或分配第二原始材料时不会干扰第一系统头134的运动)的位置。因此，根据一些实施例，控制器142可以确定第二系统头128的位置，包括例如经由使用由第二系统104的载体传感器158提供的信息以及其他信息来确定。至少使用来自载体传感器158的这种信息，如果需要，控制器142可以产生信号以促进第二系统104的载体致动器160的操作，以使得第二系统头128被去激励和/或运动到不活动位置，并且提供关于控制器142何时去激活第二系统104的载体的操作的信息。
43.在步骤204中，控制器142可以针对第一系统102的载体致动器170而产生信号，以促进第一系统头134运动到进料位置，例如，第一原始材料108可以由第一系统头134沉积或分配在与电气装置的形成相关联的位置处的位置。例如，根据一些实施例，至少在早期制造阶段，进料位置可以是例如第一原始材料108可以沉积到平台112、预热的中央芯114和/或其他预成形的并且可能预热的部件上的位置，该部件可以是或可以不是正制造的电气装置的一部分。此外，根据一些实施例，第一固体原始材料108的一个或多个初始层可以在中央芯114周围形成绝缘层的至少一部分，中央芯可以形成中心电导体，例如，电容式套管的中心导体。进一步地，如图4b中可见，在生产的后期阶段，进料位置可以是第一原始材料108可以由第一系统头134沉积或分配到电气装置172的通过方法200形成的其他部分(包括例如与增大相关联的绝缘层180的厚度相关联的第一原始材料108的其他先前沉积或分配的层)上或者电气装置172的先前形成的导电层182的至少一部分以及正制造的电气装置172的其他部分上的位置。此外，根据一些实施例，载体传感器168可以提供由控制器142使用以确定第一系统头134何时已到达进料位置并因此指示控制器142何时将起始第一系统102的第一系统头134的操作的信息。
44.在步骤206中，在第一系统头134处于进料位置的情况下，可以例如经由来自控制器142的信号而操作第一系统102，以开始将固体第一原始材料108沉积或分配到平台112、预热的中央芯114和/或电气装置的另一部件上。如图3a和图3b中可见以及如图4b所示，步骤206中的这种操作可包括例如当第一系统头134沿着第一轨道138在第一或第二方向上运动时，例如经由进料辊136，将第一原始材料108进给到第一系统头134并通过第一系统头。进一步地，当第一原始材料108被进给通过第一系统头134时，第一系统头134可以加热第二原始材料。因此，例如，根据第一原始材料108用于形成电气装置的一个或多个绝缘层180的所说明的实施例，第一系统头134可以加热第一原始材料108，其方式为使得加热的第一原始材料108从第一系统头沉积或分配(例如，挤出或印刷)到平台112、预热的中央芯114或者电气装置的一部分上，以便形成电气装置172的绝缘层180的至少一部分。
45.进一步地，第一固体原始材料108的这种沉积或分配可被预编程或预确定，以使得第一固体原始材料108沉积或不沉积在一些位置处。例如，根据一些实施例，至少由第一系统102沉积到中央芯114上的第一固体原始材料108的初始层(第一固体原始材料可以提供一个或多个内部绝缘体层)可以在一个或多个内部绝缘体层中或附近留下开口、间隙和/或空隙，开口、间隙和/或空隙可以容纳由第二系统104随后沉积的导电材料，以延伸穿过一个或多个内部绝缘体层、在其周围或附近延伸，以使得所沉积的导电材料可以在中央芯114与
电气装置的至少第一或内部电导体层之间形成直接电接触，根据一些实施例，中央芯再次可以是导电的。
46.在步骤208中，可以例如由控制器142确定第一系统头134是否应继续或再次被操作以沉积或分配附加的第一原始材料108。例如，结合增大电气装置172的绝缘层的至少一部分的厚度，第一系统头134可以继续操作以在先前沉积的加热的第一原始材料108上沉积附加的一层或多层加热的第一原始材料108。实际上，根据一些实施例，在步骤206期间，当第一系统头134在第一方向上沿着第一轨道138运动时，第一系统头134可以沉积或分配一层加热的第一原始材料108，并且在步骤208中确定继续形成绝缘层之后，当第一系统头134在与第一方向相反的第二方向上运动时，继续沉积另一层加热的第一原始材料108。在步骤208中确定是否继续或再次沉积第一原始材料108可以基于各种考虑，包括例如提供具有某厚度的电气装置172的绝缘层180将具有电气装置172的一些电气特性或性能能力。此外，根据一些实施例，第一系统102所采用的增材制造过程的分辨率可以大体上是已知的，以使得对于由第一系统头134沉积的第一固体原始材料108的每一层或层的集合，从第一系统头134沉积的第一原始材料108的量可以大体上是已知的或确定的。因此，根据所说明的实施例，如果步骤208中的确定是继续沉积另一层第一原始材料108，那么方法200可以返回到步骤206。
47.如果在步骤208中确定当前形成的绝缘层180的至少部分的厚度是足够的，并且因此第一原始材料108的沉积将至少暂时停止，那么在步骤210中，控制器142可以向载体致动器170提供信号，以将第一系统头134运动到去激励或不活动位置，在去激励或不活动位置，第一系统头134至少不干扰第二系统104的操作，例如不干扰第二系统头128的运动。
48.在步骤212中，控制器142可以确定是否要形成一个或多个导电层182。如果步骤212中的决策是不形成导电层182或不形成任何附加导电层，那么该方法可以进行到步骤224，如下所述。然而，如果步骤212中的决策是形成一个或多个导电层182，那么在步骤214中，可以经由操作施加器118而将第二原始材料106、在此实例中是包括用于形成电气装置的一个或多个导电层的导电材料的金属或非金属粉末沉积或分配到电气装置的一部分上，包括例如分配在步骤206中沉积或排放的第一原始材料108的至少一部分上。如前所述，至少关于使用第二原始材料106形成的初始或内部导电层，根据一些实施例，粉末的这种分配可包括将粉末定位在至少在熔融时在内部导电层与中央芯114之间直接形成电连接的位置。此外，在步骤216中，可以例如经由从控制器142到载体致动器160的命令而将第二系统头128运动到第二系统头128被定位成将电子束或激光束130排放到所分配的第二原始材料106(例如，在步骤214中形成的粉末床120)上的位置。
49.在步骤218中，如图4a所示，当第二系统头128沿着第二轨道132在至少第一方向上运动时，可以操作第二系统头128，以便将能量源(例如，电子束或激光束130)施加到第二原始材料106的所分配的粉末床120上，以便促进所沉积的粉末第二原始材料106的熔化、融合和/或结合，并由此形成电气装置172的导电层182。在步骤220中，控制器142可以确定是否继续形成导电层182，例如，增大当前形成的导电层182的厚度。因此，如果当前形成的导电层的厚度要增大，那么如在步骤220中所确定，方法200可以返回到步骤214，并且附加的第二原始材料106可以被施加到先前形成的导电层182的邻近部分。
50.在步骤222中形成导电层182之后，第二系统头128可以例如经由操作载体致动器
170而返回到先前的去激励或不活动位置，或者可以运动到第二系统头128不会干扰第一系统102的操作的另一去激励或不活动位置。在步骤224中，方法200可以确定第一原始材料108的另一层是否要由第一系统头134沉积或分配，例如在步骤214至218中形成的导电层182的至少一部分上，如例如图4b所示。此外，根据一些实施例，并且针对一些电气装置，步骤224中的决策可包括确定传统上经由挤出形成的外部绝缘层180是否应改为经由第一系统102的操作以及附加的第一原始材料108到电气装置172上的相关联的沉积或分配来形成。
51.如果在步骤222中确定要形成一个或多个附加绝缘层，那么方法200可以返回到步骤204，并且第一系统头134可以再次被操作以形成一个或多个附加绝缘层182。替代性地，如果步骤224中的决策是不形成任何附加绝缘层182，那么该方法可以进行到步骤226，其中，可以确定是否继续形成任何附加导电层182。如果步骤226中的确定是形成一个或多个附加导电层182，那么该方法可以返回到步骤214，并且将用于形成一个或多个附加导电层182的第二原始材料106的沉积或分配可以再次开始。替代性地，如果步骤226中的确定不形成一个或多个附加导电层182，那么方法200可以在步骤228中继续完成。
52.虽然前述示例性方法200是最初从第一系统102(例如，第一系统102将一个或多个绝缘体层施加到电气装置的中央芯114)开始讨论的，但是根据其他实施例，第二系统104的操作和相关联的金属部件(包括例如电导体)的形成可以在第一系统102的操作之前。例如，这种操作可以用于形成电气装置184，例如，图6a和6b所示的部件，其中，绝缘层186将一对金属部分或隔室188a、188b分开。因此，例如，图5a和图5b示出了方法300，其中，在步骤302中，第一系统头134处于去激励或不活动位置处。在步骤304中，可以将第二原始材料106、在此实例中是包括用于形成电气装置的一个或多个金属层或隔室188a、188b(包括但不限于导电层)的导电材料的粉末沉积或分配到平台112、预热的中央芯114和/或电气装置的另一部件上。在步骤306中，可以例如响应于从控制器142到载体致动器160的命令而将第二系统头128运动到第二系统头128被定位成将电子束或激光束130排放到所分配的第二原始材料106的粉末床120上的位置。
53.在步骤308中，当第二系统头128沿着第二轨道132在至少第一方向上运动时，可以操作第二系统头128以便提供能量源(例如，电子束或激光束130)，以便结合形成金属室188b的金属层190而促进所沉积的粉末第二原始材料106的熔化、融合和/或结合。在步骤310中，控制器142可以确定是否继续形成金属层190，例如，是否增大当前形成的金属层190的厚度。因此，如果当前形成的金属层190的厚度要增大，那么如在步骤310中所确定，该方法可以返回到步骤314，并且附加的第二原始材料106可以被施加到先前形成的金属层190的邻近部分。
54.在形成金属层190之后，在步骤314中，可以例如经由响应于控制器142产生的信号操作载体致动器160而将第二系统头128运动到去激励或不活动位置，以使得第二系统头128处于第二系统头128不会干扰第一系统102的操作并且此外不会干扰第一系统头134的运动的位置处。
55.在步骤316中，控制器142可以针对第一系统102的载体致动器170而产生信号，以将第一系统头134运动到进料位置，例如，第一原始材料108可以由第一系统头134沉积到先前形成的金属层190和/或另一绝缘层186上的位置。此外，根据一些实施例，载体传感器168
可以提供由控制器142使用以确定第一系统头134何时已到达进料位置并因此指示控制器142何时将起始第一系统102的第二系统头134的操作的信息。
56.在步骤318中，在第一系统头134处于进料位置的情况下，可以例如经由来自控制器142的信号而操作第一系统头134，以将固体第一原始材料108沉积或分配到邻近金属层190上和/或邻近绝缘层186上。如图6b中可见，步骤318中的这种操作可包括例如当第一系统头134沿着第一轨道138在第一或第二方向上运动时，例如经由进料辊136，将第一原始材料108进给到第一系统头134并通过第一系统头。进一步地，如前所述，当第一原始材料108被进给通过第一系统头134时，第一系统头134可以加热第一原始材料108。因此，例如，根据第一原始材料108用于形成电气装置184的一个或多个绝缘层186的所说明的实施例，第一系统头134可以加热第一原始材料108，其方式为使得加热的第二原始材料180从第一系统头134沉积，以便形成电气装置184的绝缘层186的至少一部分。
57.在步骤320中，可以例如由控制器142确定第一系统头134是否应继续或再次被操作以沉积附加的第一原始材料108。例如，结合增大电气装置184的绝缘层的至少一部分的厚度，第一系统头134可以继续操作以在先前沉积的加热的第一原始材料108上沉积附加的一层或多层加热的第一原始材料108。在步骤320中确定是否继续或再次沉积或分配第一原始材料108可以基于各种考虑，包括例如提供具有某厚度的电气装置184的绝缘层186将具有电气装置184的一些电气特性或性能能力。因此，根据所说明的实施例，如果步骤320中的确定是继续沉积第一原始材料108，那么方法300可以返回到步骤318。
58.如果在步骤320中确定当前形成的绝缘层186的至少部分的厚度是足够的，并且因此第一原始材料108的沉积将至少暂时停止，那么在步骤322中，控制器142可以向载体致动器170提供信号，以将第一系统头134运动到去激励或不活动位置。
59.在步骤324中，控制器142可以确定是否要形成一个或多个附加金属层190。如果步骤324中的决策是形成一个或多个附加金属层190，那么该方法可以返回到步骤304。否则，如果步骤324中的决策是不形成任何附加金属层190，那么方法300可以进行到步骤326，其中，可以例如由控制器142决定是否形成任何附加绝缘层186。如果步骤326中的决策是形成一个或多个附加绝缘层186，那么方法300可以返回到步骤316。替代性地，如果步骤326中的确定不形成任何附加绝缘层186，那么方法300可以在步骤328中继续完成。
60.图7示出了根据本公开的所说明的实施例的、经由利用固体原始材料的增材制造而形成具有导电层182、190和绝缘层180、186的电气装置172、184的对比方法400。方法400可以从衬底(例如，中央芯114)开始，电气装置172、184将由第一系统102和第二系统104在衬底上构建。根据一些实施例，在步骤402中提供的衬底可以是正制造的电气装置172、184的一部分，例如，电容式套管的中心导体。在步骤404中，可以例如经由操作第一系统102而在衬底上形成绝缘层180、186，如前所述。更具体地，根据一些实施例，在步骤404中，可以经由操作至少第一系统头134而将为绝缘层180、186中的至少一层提供材料的加热的第一原始材料108沉积或分配到衬底的至少一部分上，如前所述。
61.在步骤406中，可确定经由步骤404形成的绝缘层180、186是否具有足够厚度。例如，在步骤406中，控制器142可以基于经由操作第一系统头134而沉积到衬底上的第一原始材料108的量，而确定绝缘层180、186的当前厚度。基于绝缘层180、186的所确定的厚度以及对第一原始材料108的性质(包括例如材料的介电强度，在图7中称为单位厚度的电压)的了
解，控制器142可以确定当前形成的绝缘层180、186的绝缘能力，并且基于此确定，决定是否应沉积固体第一原始材料108的一个或多个附加层，以便增大至少当前绝缘层180、186的厚度。这种确定还可以考虑所利用的特定增材制造过程的分辨率，这可以至少提供由第一系统头134和/或第一系统102在每层或层的集合中沉积或分配的第一原始材料108的量的一般指示。此外，根据一些实施例，可以例如经由对第一原始材料108的电性质或特性的了解和第一系统102采用的增材制造过程的分辨率，而预先确定一个或多个绝缘体层要达到的厚度。因此，在步骤406中，可以基于绝缘层180、186的当前厚度而确定绝缘层180、186的绝缘能力是否满足预定绝缘阈值，例如，是否具有足够的介电强度以耐受对可能在电气装置172、184的操作期间出现的预期电场的暴露。如果在步骤406中确定绝缘层180、186的厚度要增大，那么方法400可以返回到步骤404。
62.如果在步骤406中确定绝缘层180、186的厚度是足够的，那么在步骤408中，可以确定是否要形成导电层182、190。如果要形成导电层182、190，那么方法400可以进行到步骤410，其中，可以例如经由操作第二系统104而形成一个或多个导电层182、190，如前所述。这种方法可包括使用第二原始材料106而在中央芯114与第一或最内部导电层之间形成电连接(如果有的话)。在形成导电层182、190中的一个或多个导电层之后，该方法可以返回到步骤404，其中，可以经由操作第一系统102而形成另一绝缘层180、186。此外，在返回到步骤404后，绝缘层180、186可以至少形成在步骤410中形成的导电层182、190的至少一部分上。
63.方法400可以继续至少直到形成期望的绝缘层180、186和导电层182、190。因此，获得期望的绝缘层180、186(具有适当的厚度)和导电层182、190，如果在步骤408中确定不需要附加导电层182、190，那么该方法可以在步骤412中结束。
64.本公开所说明的实施例的增材制造系统100和相关联的方法200、300、400可以适应具有宽范围的配置的电气装置172、184的形成。此外，本公开的实施例可以适应具有各种复杂程度的电气装置172、184的相对快速且准确的制造。例如，图8a至图8c示出了电容式套管形式的示例性电气装置192，示例性电气装置在电气装置192的芯体处具有圆柱形导体193，圆柱形导体可以作为与上述方法200、300、400相关的中央芯114而设置。虽然图8a至图8c所示的导体193是圆柱形的，但是导体193可以具有各种其他形状。在导体193周围径向定位的是多个绝缘层194，例如，使用加热的第一原始材料108形成的绝缘层194。此外，能够用于至少各种高压应用的电容式套管可以经由本文讨论的方法200、300、400形成，这些应用包括例如套管可以暴露于约19千伏(kv)至约100千伏(kv)的电压的应用。
65.此外，如至少在图8b中可见，绝缘层194可以被配置成隔开可以在电气装置192周围径向分布的多个导电层195、195a。如图所示，在所说明的实施例中，内部导电层195a可以形成为包括内部导电层195a与圆柱形导体193之间的电连接，如前所述。此外，此连接器195b可以在形成内部导电层195a期间以及此外在形成定位在内部导电层195a与圆柱形导体193之间的一个或多个绝缘体层194的邻近部分之后，使用第二原始材料106而形成。此外，其他导电层195中的一个或多个导电层以及此外导电层195中不与内部导电层195a直接物理电接触的一个或多个外导电层可以被配置为与另一导电部件(例如，可操作地接地的凸缘)电接触。
66.此外，根据所说明的实施例，导电层195、195a的轴向长度和/或导电层195、195a至少相对于中心导体193的中心纵向轴线196的轴向开始和/或结束位置可以变化，从而至少
提供电气装置192的电场分级的变化。进一步地，根据所说明的实施例，如沿着图8c的截面图可见，电气装置192可以在绝缘层194与导电层195之间交替，以便至少在所图示的截面图的区域中，提供交替的同心绝缘层和导电层194、195。然而，如至少图8b所示，由本公开的实施例形成的导电层195可以定位在至少相对于中心导体193的中心纵向轴线196的各种其他径向位置处。此外，邻近导电层194、195之间的绝缘层194中的每一个绝缘层的厚度或高度可以是或可以不是大体上均匀的。
67.虽然图8a至图8c示出了使用本公开的实施例形成的电容式套管形式的电气装置192，但是使用本公开的实施例可以形成具有各种几何配置和复杂性的各种其他类型的电气装置。例如，本文讨论的系统100和方法200、300、400还可以适应在电气装置172、184、192内(包括例如在导电层182、190、195、绝缘层180、186、194内和/或在导电层182、190、195与绝缘层180、186、194之间)形成中空结构或部分197(图9)。例如，图9示出了具有蜂窝状晶格结构的绝缘层198，其中，中空区域197定位在绝缘层198的部分之间，或者以其他方式与这些部分邻接。
68.除了减少了材料并因此提供了潜在的成本和/或制造益处之外，这种中空区域197可以在相关联的电气装置中提供可以处于真空下的区域，或者替代性地，填充有可以不可燃并且可以被选择成为电气装置172、184、192提供相对高的电击穿强度的气体。例如，根据一些实施例，具有中空区域197的一个或多个绝缘层198可包括在含有绝缘气体的环境中形成的一个或多个绝缘层198，绝缘气体将容纳在中空区域197内，例如，六氟化硫(sf6)。进一步地，这些中空区域197的相反端部可以被一个或多个绝缘层或邻近导电层的其他部分封闭，从而将气体相对于周围环境截留在这些中空区域197内。替代性地，导电层可以形成为容纳可以允许机械泵去除气体中空区域197的通路，以便在密封或闭合通路时，在中空区域197内提供真空。也可以采用外施加过程(包括例如浸渍或喷涂外施加过程)来降低电气装置的气体渗透性，这可以辅助维持这些中空区域197内的气体或真空。
69.此外，本公开的实施例还可以用于制造多导体汇流条，包括例如可以形成为包括集成冷却通道的层压汇流条和三相汇流条。此外，由第一系统102和第二系统104采用的各种类型的增材制造系统提供的选择性控制以及至少在利用固体原始材料时提供的相关联精度可以允许在电气装置中形成相对精确的细节特征。
70.虽然已结合目前被认为是最实用且优选的实施例的内容描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的一个或多个实施例，相反，本发明旨在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置，此范围符合最广泛的解释，以便涵盖法律所允许的所有这些修改和等同结构。此外，应理解，虽然在上面的描述中使用词语“优选的”、“优选地”或“优选”指示如此描述的特征可能是较期望的，然而它可能不是必需的，并且缺少所述特征的实施例可以被认为落入本发明的范围内，此范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，旨在当使用例如“一”、“一个”、“至少一个”和“至少一部分”等词语时，无意将权利要求限制为仅一个物品，除非在权利要求中具体相反陈述。进一步地，当使用术语“至少一部分”和/或“一部分”时，该物品可包括一部分和/或整个物品，除非具体相反陈述。