三维(3D)打印制造技术

在三维打印方法示例中，施加构造材料。将第一液体功能材料施加在构造材料的至少部分上。第一液体功能材料包括铁磁纳米颗粒，该铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合。将构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，以烧结接触该第一液体功能材料的该构造材料的该部分。

Three dimensional (3D) printing

In the example of the three-dimensional printing method, the construction material is applied. The first liquid functional material is applied to at least part of the construction material. The first liquid functional material includes ferromagnetic nanoparticles. The ferromagnetic nanoparticles are selected freely as groups of iron oxides, Ferrates, iron oxides and ferromagnetic metal oxides, and their combinations. The structural material is exposed to the electromagnetic radiation of about 5kHz to about 300GHz in the frequency range, in order to sinter the part of the structural material that is in contact with the first liquid functional material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维(3D)打印
技术介绍
除了家庭和办公使用，喷墨技术已经扩展至高速、商业和工业打印。喷墨打印是无压打印方法，其使用电子信号控制和引导油墨的液滴或流沉积在介质上。一些商业和工业喷墨打印机使用固定的打印头和移动的基底纸幅，以便实现高速打印。目前的喷墨打印技术涉及通过热喷射、压电压力或振荡来迫使油墨滴通过小喷嘴达到介质的表面上。出于许多原因，包括，低打印机噪声、高速记录和多色记录的能力，该技术已经成为在各种介质表面(例如，纸)上记录图像的普遍方式。喷墨打印也用于在三维(3D)打印中打印液体功能材料。3D打印可以是增材打印过程，其用于从数字模型制造三维固体部件。3D打印通常用于快速产品成型、模具产生、原模产生以及小批量制造。一些3D打印技术被视为增材过程是因为它们涉及施加连续的材料的层。这与通常依赖于材料的去除而产生最终部件的传统机械加工过程不同。3D打印通常需要构造材料的固化或融合，该固化或融合对于一些材料可使用热辅助挤出、熔化或烧结来完成，而对于其他材料可使用数字光投射技术来完成。附图说明通过参考以下详细描述和附图，本公开示例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应虽然可能不相同但类似的组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可结合它们在其中出现的其他附图来描述或不描述。图1是图解本文公开的3D打印方法的示例的流程图；图2是图解本文公开的3D打印方法的其他示例的流程图；图3是本文公开的3D打印系统的示例的简化等距视图；并且图4是通过本文公开的3D打印方法的示例而形成的3D打印部件的照片图像。具体实施方式在本文公开的三维(3D)打印方法和3D打印系统的一些示例中，将构造材料(也称为构造材料颗粒)的整个层暴露于辐射，但是构造材料的选择的区域(在一些情况下小于整个层)被烧结或融合和硬化，而成为3D部件的层。当微波能被用于烧结或融合时，该过程已经被称为微波区域加工。在一些示例中，选择性沉积液体功能材料接触构造材料的选择的区域。该液体功能材料能够渗透到构造材料的层中并且散布到构造材料的外表面上。一些液体功能材料能够吸收辐射并且将吸收的辐射转化成热能，该热能进而熔化或烧结接触液体功能材料的构造材料。这使得构造材料融合、粘合、固化等而形成3D部件的层。液体功能材料的其他示例可以是融合助剂，其降低了发生融合、粘合、固化等的温度。此外，其他液体功能材料可用于改变构造材料特性，例如，电学特性、磁特性、导热性等。在3D打印的其他示例中，将液体功能材料选择性施加至构造材料的层，并且然后在其上施加构造材料的另一个层。液体功能材料可施加至构造材料的该另一个层上，并且这些过程可被重复，而形成最终待形成的3D部件的坯体(greenbody)。然后坯体可暴露于加热和/或辐射而使坯体熔化或烧结、致密、融合和硬化，以形成3D部件。当微波能被用于烧结或融合时，该过程已经被称为微波体积加工。本文公开的3D打印方法和3D打印系统的示例使用液体功能材料，该液体功能材料包含分散在水性或非水性媒介剂中的铁磁纳米颗粒。铁磁纳米颗粒能够充当吸收电磁辐射的接受器。在一些示例中，包含铁磁纳米颗粒的液体功能材料能够吸收频率范围在约5kHz至约300GHz的辐射。吸收的辐射转化成了热能，该热能可将构造材料加热到至少60℃，并且在一些情况下高达2500℃。通过液体功能材料吸收能量允许从需要高温(例如，至少1000℃)来融合的构造材料制造出3D部件。如本文所使用，术语“3D打印部件”、“3D部件”或“部件”可以是完成的3D打印部件或3D打印部件的层。3D打印方法100的示例描绘在图1中。应当理解，本文将详细讨论图1中显示的方法100，并且在一些情况下，将结合图1讨论图2。作为示例，方法100可用于产生明确限定的3D部件。如在附图标记102和202处显示，方法100和200各自包括施加构造材料12。如图1和图2中都显示，在附图标记102和202处，已经施加了构造材料12的一个层14。构造材料12可以是粉末。构造材料12可以是聚合材料、陶瓷材料或聚合物和陶瓷的复合材料。聚合物构造材料12的示例包括半结晶的热塑性材料，其具有大于5℃的宽加工窗口(即，熔点和再结晶温度之间的温度范围)。聚合物构造材料12的一些具体示例包括聚酰胺(PA)(例如，PA11/尼龙11、PA12/尼龙12、PA6/尼龙6、PA8/尼龙8、PA9/尼龙9、PA66/尼龙66、PA612/尼龙612、PA812/尼龙812、PA912/尼龙912等)。聚合物构造材料12的其他具体示例包括聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和这些材料的无定形变型。适当的聚合物构造材料12的还有其他示例包括聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、热聚氨酯、氟聚合物、其他工程塑料，以及本文列举的聚合物中的任何两种或更多种的掺混物。也可使用这些材料的核壳聚合物颗粒。适当的陶瓷构造材料12的示例包括金属氧化物、无机玻璃、碳化物、氮化物和硼化物。一些具体示例包括氧化铝(Al2O3)、Na2O/CaO/SiO2玻璃(钠钙玻璃)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或它们的组合。作为一种适当组合的示例，30wt％的玻璃可与70wt％的氧化铝混合。任何先前列举的聚合物构造材料12可结合任何先前列举的陶瓷构造材料12，以形成复合构造材料12。可结合陶瓷构造材料12的聚合物构造材料12的量可取决于使用的聚合物构造材料12、使用的陶瓷颗粒12以及待形成的3D部件46。构造材料12可具有的熔点范围是约50℃至约2800℃。作为示例，构造材料12可以是熔点为180℃的聚酰胺、熔点范围是约100℃至约165℃的热聚氨酯或熔点范围是约1000℃至约2800℃的金属氧化物。构造材料12可由类似尺寸的颗粒或不同尺寸的颗粒构成。在本文显示的示例中，构造材料12包括类似尺寸的颗粒。如本文关于构造材料12使用的术语“尺寸”，指基本上球形颗粒(即，球度>0.84的球形或近似球形颗粒)的直径或非球形颗粒的平均直径(即，多个横跨颗粒的直径的平均值)。构造材料12的颗粒的平均颗粒尺寸可大于1μm，并且在一些情况下，大于10μm。例如，对于堆积密度大于或等于3的材料，陶瓷构造材料的颗粒尺寸大于或等于10μm。对于较低密度陶瓷构造材料颗粒，颗粒尺寸可大得多(例如，高达约500μm)。具有本文公开的颗粒尺寸的基本上球形颗粒具有良好的流动性并且可相对容易散布。作为另一示例，构造材料12的颗粒的平均尺寸范围是约10μm至约200μm。作为又另一示例，构造材料12的颗粒的平均尺寸的范围是5μm至约100μm。应当理解，如果使用基于料浆的过程散布构造材料12，则小于1μm的颗粒尺寸是可能的。应当理解，由聚合物颗粒形成的构造材料12可包括荷电剂(chargingagent)、流动助剂或它们的组合，以及其他颗粒。可添加荷电剂以抑制摩擦生电。适当的荷电剂的示例包括脂肪族胺(其可以是乙氧基化的)、脂肪族酰胺、季铵盐(例如，山萮基三甲基氯化铵或椰油酰胺丙基甜菜碱)、磷酸的酯、聚乙二醇酯或多元醇。一些适当的商业上可得的荷电剂包括FA38(基于天然的乙氧基化烷基胺)、FE2(脂肪酸酯)和HS1(烷基磺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维(3D)打印方法，其包括：施加构造材料；将包括铁磁纳米颗粒的第一液体功能材料选择性施加在所述构造材料的至少部分上，其中所述铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合；和将所述构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，从而烧结接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维(3D)打印方法，其包括：施加构造材料；将包括铁磁纳米颗粒的第一液体功能材料选择性施加在所述构造材料的至少部分上，其中所述铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合；和将所述构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，从而烧结接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分。2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中选择性施加所述第一液体功能材料是通过热喷墨印刷或压电喷墨印刷完成的。3.根据权利要求1所述的3D打印方法，进一步包括将第二液体功能材料选择性施加在接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述至少部分上。4.根据权利要求3所述的3D打印方法，其中所述第二液体功能材料包括具有高微波辐射吸收性的颗粒的分散体。5.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述铁磁纳米颗粒以基于所述第一液体功能材料的总重量百分比的约0.1wt％至约50wt％的范围的量存在于所述第一液体功能材料中。6.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述第一液体功能材料进一步包括水、共溶剂、表面活性剂和选自由下述组成的组中的分散剂：a)小分子阴离子分散剂；b)短链聚合物分散剂；或c)小分子非离子分散剂；或d)a)或b)与c)的组合。7.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中下述的任何一种或多种：所述铁氧化物是铁(II)氧化物、铁(III)氧化物或铁(II、III)氧化物；所述铁磁金属氧化物是钴(II)氧化物、钴(II、III)氧化物、锰(III)氧化物或它们的组合；或所述铁酸盐选自由下述组成的组：铁酸钡(BaFe12O19)、铁酸钴(CoFe2O4)、铁酸钴锌(Co0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸镍(NiFe2O4)、铁酸镍锌(Ni0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸锌(ZnFe2O4)和复合铁酸盐。8.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中将所述构造材料暴露于所述电磁辐射将接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分的温度升高到至少60℃。9.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述构造材料是陶瓷构造材料。10.根据权利要求9所述的3D打印方法，其中所述陶瓷构造材料包括金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：小詹姆斯·埃尔默·阿博特，弗拉德克·卡斯佩尔奇克，戴维·A·钱皮恩，
申请(专利权)人：惠普发展公司有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国,US