用于3D喷墨打印的碳化钨/钴油墨组合物制造技术

公开了用于三维(3D)打印的油墨组合物。该油墨组合物包含：碳化钨(WC)颗粒和钴(Co)颗粒的液体分散体，以及，用于所述碳化钨颗粒的分散体和所述钴颗粒的分散体的载体媒介物。该油墨组合物具有适用于3D打印的喷墨打印头的粘度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请与2013年10月17日提交的名称为：3D Particle Printing的共同所有的美国临时专利申请第61/891,926号相关并且要求其优先权，其公开内容以其整体通过引用并入本文。本申请还与以下共同所有的PCT专利申请相关：1)名称为：3D ParticlePrinting，案卷号4619/20，以及，2)名称为：Support Ink，案卷号4619/22，上文提到的两件PCT专利申请在与本申请相同的日期提交，并且其公开内容以其整体通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及用于喷墨打印头的油墨，并且具体地涉及用于3D(三维)打印的油墨。专利技术背景3D(三维)打印市场正在快速地成熟。3D打印或增材制造(AdditiveManufacturing，AM)是用于从3D计算机模型或其他电子数据源制造具有几乎任何形状的3D物体的多种工艺中的任何一种，主要通过增材工艺进行，其中材料的连续的层在计算机控制下被铺设。3D打印机是一种工业机器人，其利用打印技术以制造所需要的物体。常规的3D工艺包括采用紫外激光固化光聚合物的立体平版印刷术、利用UV辐射聚合光单体和低聚物的喷墨打印机、金属烧结(例如选择性激光烧结和直接金属激光烧结)、熔融沉积建模(FDM，基于挤出技术)、以及液体结合剂向粉末上的沉积。3D打印在诸如产品开发、数据可视化、快速成型、专业化制造和生产(分批生产、大规模生产和分布式制造)的应用中使用。这样的3D打印技术在许多领域中使用，例如构造、建筑(AEC)、工业设计、汽车、航天、军事、工程、牙科和医疗行业、生物技术(人类组织更换)、时尚、鞋类、首饰、眼镜、教育、地理信息系统、食品和许多其他的领域。麻省理工学院提供了三维打印(3DP)中的许多早期开发。这些三维打印工艺经常被与喷墨工艺比较。然而，在3D打印工艺中，代替油墨，聚合物“胶接剂”被沉积在金属粉末层上。当三维物体的“打印”已经完成时，不含胶接剂的粉末随后通过真空被除去，然后是另外的清洁，包括刷洗。WC-9wt％(重量百分数)Co的实体自由成形制造(SFF)-也被称为快速成型(RP)已经在之前研究，通过混合并且机械地合金化的小于25至50微米WC和2-4微米Co粉末的选择性激光烧结，以形成厚的2D层，而非3维零件。在金属切割应用中，小的(1微米)WC晶粒是为了足够的韧性被需要的；而在磨损应用中，更大的WC晶粒是可忍受的。基于浆料的三维打印(3DP)是另一种SFF技术。陶瓷粉末床通过以下形成：把浆料经过被光栅扫描经过多孔基板的小直径喷嘴喷射，形成材料的薄的灌浆成型层。在干燥之后，结合剂材料被喷墨打印入粉末床中以形成层几何构型；随后是第二干燥步骤。该过程被重复，把每个层构建在前一个层的顶部上，直到零件被完成。大量的结合剂必须被打印以形成层几何构型，穿透顶部灌浆成型层的厚度至下方的层并且把这些层连接在一起。未打印材料的区域作为对于已打印区域的支撑物起作用，使复杂的几何构型的形成成为可能，例如内部空腔、通道或负拔模角度。在该过程中，用作支撑物的大量金属粉末不能够被完全地再循环以用于进一步的打印。在打印被完成之后，结合剂被固化并且零件随后从粉末床以被称为再分散的高成本工艺收集。概述本专利技术的实施方案涉及来自设计用于3D打印的喷墨打印头的用于3D打印的油墨。本专利技术的实施方案涉及包含液体载体中的碳化钨和钴的用于3D打印物体的材料和组合物。3D打印的物体然后经受热处理以获得最终的产品。本专利技术的实施方案提供用于3D打印的油墨。这些油墨包含作为载体起作用的液体媒介物，作为亚微米颗粒、纳米粒子的碳化钨(WC)和钴(Co)。钴也可以在油墨中以前驱体(precursors)的形式存在，例如可溶解的有机钴化合物、盐或络合物。本专利技术的实施方案还提供用于3D打印的油墨，其也包含添加剂，取决于油墨和在打印后处理例如热处理之后所得到的物体所得到的期望的物理性质。这些添加剂包括，例如，润湿剂、分散剂、结合剂(binders)、流变剂、均化剂。添加剂可以还包含结合剂材料，包括有机结合剂，其向已打印的物体提供对于在任何打印后过程例如热处理之前保持其形状(一旦作为“生坯”或“生体”被打印和形成)来说必需的机械强度。在本文件全文中，“生体”(green bodies)和“生坯”(green parts)可互换使用，以描述这样的零件，这些零件使用所公开的3D打印技术的油墨打印，但是尚未进行任何加工后处理，典型地热处理，例如烧结。如本文使用的，“烧结”是用于把分别的颗粒融合为连续的整体结构的工艺。烧结涉及加热和/或加压材料中的颗粒，而不熔融它们至液化点，以形成该材料的固体块体。在烧结期间，颗粒中的原子扩散跨越颗粒的边界，把颗粒融合在一起并且创造一个固体块。因为烧结温度不必达到材料的熔点，所以烧结经常被选择作为用于具有极高熔点的材料例如钨(W)的成形工艺。所需要的烧结温度主要取决于颗粒的种类和大小以及颗粒材料的熔点。本专利技术的实施方案涉及被打印的零件，当它们还是“生坯”的时候，的后处理工艺。这些打印后工艺典型地是热处理，包括用于烧结颗粒或“生坯”或“生体”的那些热处理。烧结将产生具有已烧结的或已统一化的WC和Co颗粒的物体，当与正在打印的物体相比时，其具有增强的机械性质。已烧结的物体可用作例如切割工具。在打印之后，生坯经受烧结过程，由以下组成：在真空和低温度(几百摄氏度)下加热，其中有机材料被除去(脱结合阶段)，随后是在接近于Co的熔点的温度进行的液相烧结。在烧结之后，WC/Co物体具有用作例如切割工具所需要的机械强度和硬度。本专利技术其他实施方案可以使用用于特定材料的局部沉积的另外的油墨，例如，通过把其加入打印头中或通过使用另外的打印头，以在打印期间的某些时间把油墨加入至被打印的物品。本专利技术的实施方案涉及使用由微米和亚微米粉末形成的油墨的3D打印，从而生产金属刀片(研磨、车削等等)。本专利技术的实施方案提供用于生产期望的3D打印物体的油墨。这些公开的油墨还可与支撑物油墨共同使用，其典型地在打印期间的某些时间使用，但是也可以在整个3D打印过程中使用。支撑物油墨被用于例如支撑物体的“负向的”倾斜的壁。在本文件全文中，术语“分散体”通常是指被分布和悬浮在液体中的颗粒。本专利技术的实施方案涉及油墨组合物。所述油墨组合物包含：(a)碳化钨(WC)颗粒和钴(Co)颗粒的液体分散体，其中碳化钨颗粒与钴颗粒的重量比率是约(或大约)8∶2至约(或大约)9.5∶0.5；以及，(b)用于所述碳化钨颗粒的分散体和所述钴颗粒的分散体的载体媒介物，其中所述组合物具有在约(或大约)10cPs至约30cPs之间的粘度。任选地，所述液体分散体包括碳化钨颗粒的一种液体分散体和钴颗粒的一种液体分散体。任选地，所述碳化钨颗粒与钴颗粒的重量比率是约9∶1。任选地，所述碳化钨颗粒具有小于2微米的直径大小。任选地，所述钴颗粒具有小于2微米的直径大小。任选地，所述钴颗粒具有小于50纳米的直径大小。任选地，所述钴颗粒具有能抑制与其他钴颗粒的磁性吸引的直径大小。任选地，所述钴颗粒具有小于20纳米的直径大小。任选地，所述碳化钨和钴颗粒是所述油墨组合物的约40至约60重量百分数。任选地，所述载体媒介物是所述油墨组合物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油墨组合物，包含：(a)碳化钨颗粒和钴颗粒的液体分散体，其中碳化钨颗粒与钴颗粒的重量比率是约8∶2至约9.5∶0.5；以及，(b)用于所述碳化钨颗粒的分散体和所述钴颗粒的分散体的载体媒介物，其中所述组合物具有在约10cPs至约30cPs之间的粘度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.17 US 61/891,9261.一种油墨组合物，包含：(a)碳化钨颗粒和钴颗粒的液体分散体，其中碳化钨颗粒与钴颗粒的重量比率是约8∶2至约9.5∶0.5；以及，(b)用于所述碳化钨颗粒的分散体和所述钴颗粒的分散体的载体媒介物，其中所述组合物具有在约10cPs至约30cPs之间的粘度。2.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述液体分散体包括碳化钨颗粒的一种液体分散体和钴颗粒的一种液体分散体。3.根据权利要求2所述的油墨组合物，其中所述碳化钨颗粒与钴颗粒的重量比率是约9∶1。4.根据权利要求2所述的油墨组合物，其中所述碳化钨颗粒具有小于2微米的直径大小。5.根据权利要求2所述的油墨组合物，其中所述钴颗粒具有小于2微米的直径大小。6.根据权利要求5所述的油墨组合物，其中所述钴颗粒具有小于50纳米的直径大小。7.根据权利要求5所述的油墨组合物，其中所述钴颗粒具有能抑制与其他钴颗粒的磁性吸引的直径大小。8.根据权利要求7所述的油墨组合物，其中所述钴颗粒具有小于20纳米的直径大小。9.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述碳化钨和钴颗粒是所述油墨组合物的约40至约60重量百分数。10.根据权利要求1所述的油墨组合物，其中所述载体媒介物是所述油墨组合物的约40至约60重量百分数。11.一种用于打印三维物体的方法，包括：使用喷墨打印头由油墨组合物打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔·本尼楚，烈·洛费尔，
申请(专利权)人：XJET有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL