本公开涉及用于三维印刷的材料套装。该材料套装可以包括平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末、包含过渡金属的导电熔合剂组合物、以及非导电熔合剂组合物。该非导电熔合剂组合物可以包含过渡金属氧化物青铜粒子。
Material set
The present disclosure relates to a material suite for three-dimensional printing. The material package may include thermoplastic polymer powders with an average particle size of 20 to 200 microns, conductive flux compositions containing transition metals, and non-conductive flux compositions. The non-conductive flux composition may include transition metal oxide bronze particles.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】材料套装专利技术背景在过去几十年中,三维(3D)数字印刷——一种增材制造方法——在不断发展。已经开发了各种用于3D印刷的方法,包括热辅助挤出、选择性激光烧结、光刻法等等。例如,在选择性激光烧结中,将粉末床暴露于来自激光的点加热以熔融任何要形成该物体处的粉末。这使得能够制造使用传统方法难以制造的复杂部件。但是,用于3D印刷的系统在历史上非常昂贵,尽管这些费用近来已经降低到了更可承受的水平。通常,3D印刷技术通过允许快速创建用于检查和测试的原型模型改善了产品开发周期。不幸的是,该概念在商业生产能力方面受到一定限制,因为3D印刷中所用材料范围同样受到限制。因此,在用于3D印刷的新技术和材料领域中继续进行研究。附图概述图1是根据本公开的实例的三维印刷系统的示意图;图2是根据本公开的实例的热塑性聚合物粉末层的特写侧截面视图,导电熔合剂组合物印刷在该层的一部分上;图3是根据本公开的实例的在图2的层已经固化后所述层的特写侧截面视图;和图4是根据本公开的实例的具有两条导电迹线的三维印刷部件的俯视图。附图描绘了本公开技术的几个实例。但是,应当理解本技术不限于所描绘的实例。专利技术详述本公开涉及三维印刷领域。更具体地,本公开提供了用于印刷具有导电特征的三维部件的材料套装和系统。在一种示例性印刷方法中,将聚合物粉末的薄层铺展在床上以形成粉末床。印刷头(如流体喷射印刷头)随后用于在对应于要形成的三维物体的薄层的粉末床部分上印刷熔合剂组合物。随后将该床暴露于光源,例如通常为整个床。该熔合剂组合物从光中吸收比未印刷粉末更多的能量。吸收的光能量转化为热能,使该粉末的印刷部分熔融并聚结。这形成了固体层。在形成第一层后,在粉末床上铺展新的聚合物粉末薄层并重复该过程以形成附加层,直到印刷完整的三维部件。此类三维印刷过程可以以良好的精确度实现快速输出。在本公开技术的一些实例中,导电熔合剂组合物可以与非导电熔合剂组合物一起使用以形成具有导电特征的三维印刷部件。该导电熔合剂组合物可以喷射在需要为导电的粉末床的部分上,非导电熔合剂组合物可以喷射在该粉末床的其它部分上以形成最终印刷部件的其它部分。本文中描述的材料、系统和方法可用于印刷具有多种电气配置的部件,如嵌入式电气元件和表面电气元件。本技术还可以形成由三维印刷实现的电气元件,这是使用标准电子制造技术不能实现的,如嵌入式线圈、对角线通孔等等。尽管多种熔合剂组合物可以有效地吸收能量以加热和熔合该聚合物粉末,但是只有某些熔合剂组合物可以有效地用作本文中所述的导电熔合剂组合物或非导电熔合剂组合物。例如,导电熔合剂组合物可以包含导电材料,其在施加到聚合物粉末上并随后熔合时,与熔合的聚合物形成导电复合材料。相反,非导电熔合剂组合物可以在该三维印刷部件中形成具有极低电导率的区域。换句话说,该非导电熔合剂组合物可以在该三维印刷部件中形成电绝缘部分。这些绝缘部分可以防止电流泄露和三维印刷部件导电部分之间的串扰。许多电子应用可能受益于具有多个彼此通过电绝缘区域隔离的导电元件。炭黑可以用作熔合剂组合物中的能量吸收剂,因为炭黑可以吸收各种波长的电磁辐射。但是,在当炭黑以高到足以作为有效能量吸收剂的浓度用于熔合剂组合物的许多情况下,所得熔合材料将具有显著的导电性。这可能是由于炭黑是导电的,并在熔合材料中的炭黑粒子之间具有低粒子间电阻。因此,在本技术的一些实例中,具有高粒子间电阻的颗粒状能量吸收剂可以用于该非导电熔合剂组合物。特别地,颗粒形式的过渡金属氧化物青铜可能具有高粒子间电阻。当此类过渡金属氧化物青铜用于熔合剂组合物以形成三维印刷部件时,所得部件可以是绝缘的。本文中所用的“绝缘”和“非导电”可以是指与使用本文中所述的导电熔合剂组合物形成的三维印刷部件的电导率相比不具有可测量的电导率或具有极低电导率的材料。在一些实例中,三维印刷部件的绝缘部分可以具有1,000,000Ω·m或更高的电阻率。在本技术的一个实例中,材料套装可以包括平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末;包含过渡金属的导电熔合剂组合物;以及包含过渡金属氧化物青铜粒子的非导电熔合剂组合物。在某些实例中,该过渡金属可以为元素过渡金属粒子的形式。该元素过渡金属粒子可以包括银粒子、铜粒子、金粒子或其组合。在一些情况下,该元素过渡金属粒子可以具有10nm至200nm的平均粒度。在进一步的实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜、钼青铜或其组合。在一个特定实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0<x<1)的铯钨青铜。在另一实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以在水分散体中。在进一步的实例中,当在两部分印刷有导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末之间印刷该非导电熔合剂组合物并通过施加电磁辐射熔合该热塑性聚合物粉末时,该非导电熔合剂组合物可以基本防止由印刷有该导电熔合剂组合物的部分形成的导电复合材料部分之间的串扰。在本技术的另一实例中,三维印刷系统可以包括包含平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末的粉末床、流体喷射印刷机和熔合灯。该流体喷射印刷机可以包括与导电熔合剂组合物存储器连通的第一流体喷射印刷槽,以便将该导电熔合剂组合物印刷到粉末床上,其中该导电熔合剂组合物包含过渡金属,以及与非导电熔合剂组合物存储器连通的第二流体喷射印刷槽,以便将该非导电熔合剂组合物印刷到粉末床上,其中该非导电熔合剂组合物包含过渡金属氧化物青铜粒子。该熔合灯可以使粉末床暴露于足以熔合已经印刷有该导电熔合剂组合物或该非导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末的电磁辐射。在进一步的实例中,该过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式。在一些实例中,该元素过渡金属粒子可以具有10nm至200nm的平均粒度。在再进一步的实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜、钼青铜或其组合。在一个特定实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0<x<1)的铯钨青铜。在本技术的另一实例中,三维印刷部件可以包括导电复合材料部分,其包含与烧结元素过渡金属粒子基质互锁的熔合热塑性聚合物粒子基质;以及绝缘部分,其包含与导电复合材料部分中的熔合热塑性聚合物粒子基质连续的熔合热塑性聚合物粒子基质。该绝缘部分可以基本不含烧结的元素过渡金属粒子,并且该绝缘部分包含过渡金属氧化物青铜粒子。在一个具体实例中,该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0<x<1)的铯钨青铜。根据这些实例,该材料套装(如用于三维印刷)可以包括热塑性聚合物粉末、导电熔合剂组合物和非导电熔合剂组合物。该热塑性聚合物粉末可以包括平均粒度为20μm至200μm的粉末粒子。除非另行规定,本文中所用的“平均”相对于粒子性质是指数均。因此,“平均粒度”是指数均粒度。此外,“粒度”是指球形粒子的直径,或非球形粒子的最长尺寸。在某些实例中,该聚合物粒子可以具有多种形状,如基本球形粒子或不规则形状粒子。在一些实例中,该聚合物粉末能够成型为具有20μm至200μm的分辨率的3D印刷部件。本文中所用的“分辨率”是指可以在3D印刷部件上形成的最小特征的尺寸。该聚合物粉末可以形成大约20μm至大约200μm厚的层,使得印刷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.材料套装,包括:平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末;包含过渡金属的导电熔合剂组合物;和包含过渡金属氧化物青铜粒子的非导电熔合剂组合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.材料套装,包括:平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末;包含过渡金属的导电熔合剂组合物;和包含过渡金属氧化物青铜粒子的非导电熔合剂组合物。2.权利要求1的材料套装,其中所述过渡金属为元素过渡金属粒子的形式。3.权利要求2的材料套装,其中所述元素过渡金属粒子包括银粒子、铜粒子、金粒子、或其组合。4.权利要求2的材料套装,其中所述元素过渡金属粒子具有10nm至200nm的平均粒度。5.权利要求1的材料套装,其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括钨青铜、钼青铜、或其组合。6.权利要求1的材料套装,其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0<x<1)的铯钨青铜。7.权利要求1的材料套装,其中所述过渡金属氧化物青铜粒子在水性分散体中。8.权利要求1的材料套装,其中当在印刷有所述导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末的两个部分之间印刷所述非导电熔合剂组合物,并通过施加电磁辐射来熔合所述热塑性聚合物粉末时,所述非导电熔合剂组合物基本防止了由印刷有所述导电熔合剂组合物的部分形成的导电复合材料部分之间的串扰。9.三维印刷系统,包括:包含平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末的粉末床;流体喷射印刷机,包括:与导电熔合剂组合物存储器连通的第一流体喷射印刷槽,以便将所述导电熔合剂组合物印...
【专利技术属性】
技术研发人员:S·查芬斯,C·S·鲁普,K·P·德卡姆,V·卡斯珀基克,A·埃马姆乔默,J·霍尔罗伊德,S·G·鲁迪西尔,A·S·卡巴尔诺夫,
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
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