三维(3D)印刷制造技术

在三维印刷方法的一个实例中，施加聚合物构建材料。在该聚合物构建材料的至少一部分上选择性施加熔合剂。该熔合剂包含氧化铯钨纳米粒子、两性离子型稳定剂和水性连结料。将该聚合物构建材料暴露于电磁辐射以将与该熔合剂接触的该聚合物构建材料的部分熔合以形成层。

Three dimensional (3D) printing

In an example of three-dimensional printing, polymer construction materials are applied. A fusion agent is selectively applied to at least part of the polymer construction material. The fusion agent contains cesium tungsten nanoparticles, zwitterionic stabilizers and water based binder. The polymer construction material is exposed to electromagnetic radiation to partially fuse with the polymer construction material in contact with the fusion agent to form a layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维(3D)印刷专利技术背景三维(3D)印刷是一种用于由数字模型制造三维固体部件的增材印刷方法。3D印刷通常用于快速产品原型设计、模具生成和母模生成。一些3D印刷技术被认为是增材方法，因为它们涉及施加连续的材料层。这不同于传统的加工过程(其通常依赖于去除材料以生成最终的部件)。3D印刷中使用的材料常常需要固化或熔合，这对于一些材料而言可以使用热辅助挤出或烧结来实现，对于其它材料可以使用数字光投射技术来实现。附图概述参照下列详述和附图，本公开的实例的特征将变得显而易见，在下列详述和附图中，相同的附图标记对应于类似的(虽然也许并不相同)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能结合它们出现在其中的其它附图进行描述或不进行描述。图1是示例性3D印刷系统的简化等距视图；图2是显示3D印刷方法的一个实例的流程图；图3是使用本文中公开的3D印刷方法的一个实例形成的部件的一个实例的截面图；图4A至4H是描绘使用本文中公开的3D印刷方法的一个实例形成部件的示意图；图5是显示3D印刷方法的另一实例的流程图；和图6A至6D是描绘使用本文中公开的3D印刷方法的另一实例形成部件的示意图。专利技术详述本文中公开的三维(3D)印刷方法和3D印刷系统的实例采用多射流熔融(MJF)。在多射流熔融的过程中，将构建材料(也称为构建材料粒子)的整个层暴露于辐射，但是该构建材料的所选区域(在一些情况下小于整个层)熔合并硬化以成为3D部件的一层。熔合剂选择性沉积，接触构建材料的所选区域。该熔合剂(一种或多种)能够渗透到构建材料的层中并铺展到构建材料的外部表面上。该熔合剂能够吸收辐射并将吸收的辐射转化为热能，该热能又熔融或烧结与芯熔合剂接触的构建材料。这使得该构建材料熔合、粘结、固化等等以形成3D部件的层。用于多射流熔融的熔合剂倾向于在可见区域(400nm-780nm)中具有显著的吸收(例如80％)。在本文中公开的实例中，这种熔合剂被称为芯熔合剂，或在一些情况下被称为黑色熔合剂。该吸收生成适于在3D印刷过程中熔合的热量，这获得了具有机械完整性和相对均匀的机械性质(例如强度、断裂伸长率等等)的3D部件。但是，这种吸收也导致了强烈着色(例如黑色)的3D部件。本文中公开的方法与系统的一些实例采用了低色调熔合剂(在本文中也称为“熔合剂”和“底漆熔合剂”)替代芯熔合剂来构建整个3D部件的实例。低色调熔合剂的实例包括稳定的氧化铯钨(CTO)纳米粒子。该CTO纳米粒子是等离子共振吸收剂，具有在800nm至4000nm波长处的吸收和在400nm至780nm波长处的透明度。本文中所用的“吸收”是指至少80％的具有800nm至4000nm波长的辐射被吸收。本文中所用的“透明度”是指20％或更少的具有400nm至780nm波长的辐射被吸收。该吸收与透明度允许该低色调熔合剂吸收足够的辐射以熔合与之接触的构建材料，同时使得该3D部件是白色或略微着色的。本文中公开的方法与系统的其它实例采用不同熔合剂(例如芯熔合剂和上述低色调熔合剂或另一低色调熔合剂)的组合以构建部件，所述部件包含具有机械完整性的芯(最内层或区域)和具有颜色(即白色或除黑色外的一些颜色)的外部(最外层或区域)。施加的试剂(一种或多种)将取决于该层或该层的部分是否要提高机械性质或颜色集中。现在参照图1，描绘了3D印刷系统10的一个实例。要理解的是，该3D印刷系统10可以包括附加的组件，并且本文中描述的一些组件可以去除和/或修改。此外，图1中描绘的3D印刷系统10的组件并非按比例绘制，因此该3D印刷系统10可以具有与本文中所述不同的尺寸和/或构造。该印刷系统10包括构建区域平台12、含有构建材料粒子16的构建材料供应器14和构建材料分布器18。该构建区域平台12接收来自构建材料供应器14的构建材料粒子16。该构建区域平台12可以与该印刷系统10集成或可以是单独插入该印刷系统10中的组件。例如该构建区域平台12可以是独立于该印刷系统10可用的模块。显示的构建材料平台12也是一个实例，并可以用另一支承构件替代，如压板、制造/印刷床、玻璃板或另一构建表面。该构建区域平台12可以在如箭头20所示的方向上移动，例如沿着z轴，使得构建材料粒子16可以输送到该平台12或输送到先前形成的部件层(参见例如图4D)。在一个实例中，当要输送构建材料粒子16时，该构建区域平台12可以编程为足够前进(例如向下)以使该构建材料分布器18可以将构建材料粒子16推到平台12上以便在其上形成构建材料粒子16的基本均匀的层(参见例如图4A和6A)。该构建区域平台12还可以返回其原始位置，例如当要构建新部件时。该构建材料供应器14可以是容器、床或在构建材料分布器18与构建区域平台12之间定位构建材料粒子16的其它表面。在一些实例中，该构建材料供应器14可以包括例如由位于构建材料供应器14上方的构建材料来源(未显示)在其上供应该构建材料粒子16的表面。构建材料来源的实例可以包括料斗、螺旋输送机等等。附加地或替代地，该构建材料供应器14可以包括机构(例如输送活塞)以便例如使构建材料粒子16由储存位置移动至待铺展到构建区域平台12上或先前形成的部件层上的位置。该构建材料分布器18可以在如箭头22所示的方向上，例如沿着y轴，在构建材料供应器14上并跨越构建区域平台12移动以便在构建区域平台12上铺展构建材料粒子16的层。该构建材料分布器18还可以在铺展构建材料粒子16之后返回到与构建材料供应器14相邻的位置。该构建材料分布器18可以是刮刀(例如刮墨刀片)、辊、辊与刮刀的组合和/或能够在构建区域平台12上铺展构建材料粒子16的任何其它装置。例如，该构建材料分布器18可以是反向旋转的辊。构建材料粒子16可以是聚合物构建材料。本文中所用的术语“聚合物构建材料”可以是指结晶或半结晶聚合物粒子或由聚合物和陶瓷构成的复合材料粒子。任何粒子16可以为粉末形式。半结晶聚合物的实例包括具有大于5℃的宽加工窗口的半结晶热塑性材料(即熔点与再结晶温度之间的温度范围)。半结晶热塑性材料的一些具体实例包括聚酰胺(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等等)。适于用作构建材料粒子16的结晶或半结晶聚合物的其它实例包括聚乙烯、聚丙烯和聚氧亚甲基(即聚缩醛)。合适的构建材料粒子16的再其它实例包括聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚氨酯、其它工程塑料以及本文中列举的聚合物的任意两种或更多种的共混物。任何前面列举的结晶或半结晶聚合物粒子可以与陶瓷粒子结合以形成复合材料粒子。合适的陶瓷粒子的实例包括金属氧化物、无机玻璃、碳化物、氮化物和硼化物。一些具体实例包括氧化铝(Al2O3)、玻璃、一氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或其组合。可以与结晶或半结晶聚合物粒子结合的陶瓷粒子的量可以取决于所用材料和要形成的3D部件。在一个实例中，该陶瓷粒子可以以构建材料粒子16总重量％的大约1重量％至大约20重量％的量存在。构建材料粒子16可以具有大约50℃至大约400℃的熔点或软化点。作为一个实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在三维(3D)印刷过程中向部件添加颜色的方法，所述方法包括：在构建材料的至少一部分上选择性施加芯熔合剂；将所述构建材料暴露于电磁辐射，由此将与所述芯熔合剂接触的所述构建材料的部分熔合以形成芯层；在所述芯层上施加构建材料的层；在所述构建材料层的至少一部分上施加底漆熔合剂，所述底漆熔合剂包含具有在800nm至4000nm波长处的吸收和在400nm至780nm波长处的透明度的等离子共振吸收剂；和将所述构建材料层暴露于电磁辐射，由此将与所述底漆熔合剂接触的所述构建材料层的部分熔合以形成层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.在三维(3D)印刷过程中向部件添加颜色的方法，所述方法包括：在构建材料的至少一部分上选择性施加芯熔合剂；将所述构建材料暴露于电磁辐射，由此将与所述芯熔合剂接触的所述构建材料的部分熔合以形成芯层；在所述芯层上施加构建材料的层；在所述构建材料层的至少一部分上施加底漆熔合剂，所述底漆熔合剂包含具有在800nm至4000nm波长处的吸收和在400nm至780nm波长处的透明度的等离子共振吸收剂；和将所述构建材料层暴露于电磁辐射，由此将与所述底漆熔合剂接触的所述构建材料层的部分熔合以形成层。2.如权利要求1中所限定的方法，进一步包括：在所述层上施加构建材料的另一层；在所述另一构建材料层的至少一部分上施加彩色喷墨墨水和i)所述芯熔合剂或ii)所述底漆熔合剂；和将所述另一构建材料层暴露于电磁辐射，由此将与i)所述芯熔合剂或ii)所述底漆熔合剂接触的所述另一构建材料层的部分熔合以形成具有嵌在其中的喷墨墨水的着色剂的着色层。3.如权利要求2中所限定的方法，进一步包括在所述着色层上施加所述彩色喷墨墨水。4.如权利要求3中所限定的方法，进一步包括与所述彩色喷墨墨水一起施加细节处理剂。5.如权利要求2中所限定的方法，其中在形成所述芯层、所述层和所述着色层之前，所述方法进一步包括：在牺牲构建材料层上施加彩色喷墨墨水；在所述牺牲构建材料层上施加第一构建材料层；在所述第一构建材料层的至少一部分上施加彩色喷墨墨水和i)所述芯熔合剂或ii)所述底漆熔合剂；将第一构建材料层暴露于电磁辐射，由此将与i)所述芯熔合剂或ii)所述底漆熔合剂接触的所述第一构建材料层的部分熔合以形成具有嵌在其中的喷墨墨水的着色剂的第一着色层；在第一构建材料层上施加第二构建材料层；在所述第二构建材料层的至少一部分上施加底漆熔合剂；和将第二构建材料层暴露于电磁辐射，由此将与所述底漆熔合剂接触的所述第二构建材料层的部分熔合以形成初始层；并且其中在所述初始层上形成所述芯层。6.如权利要求1中所限定的方法，其中在将所述构建材料暴露于电磁辐射以形成所述芯层之前，所述方法进一步包括在与所述芯熔合剂限定的周边相邻的构建材料的第二部分上施加所述底漆熔合剂，并且其中将所述构建材料暴露于电磁辐射以形成芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·G·鲁迪西尔，V·卡斯珀基，A·S·卡巴尔诺夫，S·伍德鲁夫，T·M·萨波，J·赖特，H·勒布伦，V·维尔斯怀维尔特，M·T·施拉姆，M·A·谢泼德，
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