三维（3D）打印制造技术

在三维(3D)打印方法实例中，施加金属构建材料。在金属构建材料的至少一部分上选择性施加粘合剂流体。该粘合剂流体包含液体载体和分散在液体载体中的聚合物粒子。施加金属构建材料和选择性施加粘合剂流体重复进行以生成图案化绿坯部件。将图案化绿坯部件加热至聚合物粒子的熔点附近以活化粘合剂流体并生成固化绿坯部件。将固化绿坯部件加热至聚合物粒子的热分解温度以生成至少基本不含聚合物的灰坯部件。将至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度以形成金属部件。

Three-dimensional (3D) printing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维(3D)打印专利技术背景三维(3D)打印可以是一种用于由数字模型制造三维固体部件的增材打印方法。3D打印通常用于产品快速原型设计、模具生成、母模生成和小批量制造。一些3D打印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打印常常需要固化或熔合构建材料，这对于一些材料而言可以使用热辅助挤出、熔融或烧结来实现，对于其它材料可以使用数字光投影技术来实现。附图概述通过参照下列详述和附图，本公开的实例的特征将变得明显，在下列详述和附图中，同样的附图标记对应于类似(虽然也许并不相同)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以或可以不结合它们出现在其中的其它附图来进行描述。图1是本文中公开的一个示例性3D打印系统的简化等距示意图；图2A至2F是描绘使用本文中公开的3D打印方法的实例形成图案化绿坯部件、固化绿坯部件、至少基本不含聚合物的灰坯部件和3D金属部件的示意图；图3A和3B是显示通过本文中公开的3D打印方法的一个实例形成的固化绿坯部件(图3A)和3D金属部件(图3B)的黑白照片；图4A和4B是显示通过本文中公开的3D打印方法的另一实例形成的另一固化绿坯部件(图4A)和另一3D金属部件(图4B)的黑白照片；和图5是示出本文中公开的3D打印方法的一个实例的流程图。专利技术详述在三维(3D)打印的一些实例中，将粘合剂流体(也称为液体功能剂/材料)选择性施加到构建材料的一个层上，随后在其上施加构建材料的另一层。该粘合剂流体可以施加到该另一层构建材料上，并且这些过程可以重复以形成最终要形成的3D部件的绿坯部件(也称为绿体)。粘合剂流体可以包含使绿坯部件的构建材料保持在一起的粘合剂。该绿坯部件可以随后暴露于电磁辐射和/或热以烧结绿坯部件中的构建材料，形成3D部件。本文中公开的3D打印方法与系统的实例利用包含聚合物粒子的粘合剂流体，以便由金属构建材料制造图案化绿坯部件，还利用热来活化聚合物粒子并生成固化绿坯部件。固化绿坯部件可以从未用粘合剂流体图案化的金属构建材料中移出，而不会有害地影响该固化绿坯部件的结构。提取的固化绿坯部件可以随后进行脱粘以制造至少基本不含聚合物的灰坯部件，至少基本不含聚合物的灰坯部件可以随后进行烧结以形成最终的3D打印部件/物体。本文中所用的术语“图案化绿坯部件”是指具有代表最终3D打印部件的形状并包含用粘合剂流体图案化的金属构建材料的中间部件。在图案化绿坯部件中，金属构建材料粒子可以或可以不通过粘合剂流体的一种或多种组分和/或通过金属构建材料粒子与粘合剂流体之间的吸引力微弱地结合在一起。在一些情况下，图案化绿坯部件的机械强度使得其不能被加工或从构建材料平台上提取。此外，要理解的是，未用粘合剂流体图案化的任何金属构建材料不被认为是图案化绿坯部件的一部分，即使其邻接或包围该图案化绿坯部件。本文中所用的术语“固化绿坯部件”是指已经暴露于加热过程的图案化绿坯部件，所述加热过程引发粘合剂流体中聚合物粒子的熔融(这可以通过聚结溶剂来促进)，并还可以有助于粘合剂流体中液体组分的蒸发，以使聚合物粒子形成涂覆金属构建材料粒子并产生或强化金属构件材料粒子之间的粘结的聚合物胶。换句话说，“固化绿坯部件”是具有代表最终3D打印部件的形状并包含通过粘合剂流体(金属构建材料用所述粘合剂流体图案化)的至少基本固化的聚合物粒子结合在一起的金属构建材料的中间部件。与图案化绿坯部件相比，固化绿坯部件的机械强度更大，在一些情况下，固化绿坯部件可以被加工或从构建材料平台上提取。要理解的是，术语“绿坯”在提及图案化绿坯部件或固化绿坯部件时并非意味着颜色，而是表示该部件尚未完全处理。本文中所用的术语“至少基本不含聚合物的灰坯部件”是指已经暴露于加热过程的固化绿坯部件，所述加热过程引发聚合物粒子的热分解，从而至少部分除去聚合物粒子。在一些情况下，热分解的聚合物粒子的挥发性有机组分或由热分解的聚合物粒子产生的挥发性有机组分被完全除去，可能残留极少量来自热分解的聚合物粒子的非挥发性残余物(例如初始粘合剂的＜1重量％)。在其它情况下，完全除去热分解的聚合物粒子(包括任何产物和残余物)。换句话说，“至少基本不含聚合物的灰坯部件”是指具有代表最终3D打印部件的形状并包含由于i)弱烧结(即粒子之间的低水平颈缩，其能够保留部件形状)，或ii)少量残留的固化聚合物粒子，或iii)聚合物粒子去除导致的毛细管力和/或范德华力，和/或iv)i、ii和/或iii的任意组合而结合在一起的金属构建材料的中间部件。要理解的是，术语“灰坯”在提及至少基本不含聚合物的灰坯部件时并非意味着颜色，而是表示该部件尚未完全处理。至少基本不含聚合物的灰坯部件可以具有类似于或大于固化绿坯部件的孔隙率(由于聚合物粒子去除)，但是该孔隙率在转变至3D打印部件的过程中被至少基本消除。本文中所用的术语“3D打印部件”、“3D部件”或“金属部件”是指完成的烧结部件。在本文中公开的实例中，粘合剂流体包含聚合物粒子，其分散遍布在粘合剂流体的液体载体中。当施加到金属构建材料层上时，该液体载体能够润湿构建材料，并且聚合物粒子能够渗透到层的微观孔隙中(即金属构建材料粒子之间的空间)。因此，聚合物粒子能够移动到金属构建材料粒子之间的空置空间中。粘合剂流体中的聚合物粒子可以通过将粘合剂流体加热(这可以通过加热粘合剂流体已经选择性施加到其至少一部分上的金属构建材料的整个层来实现)至聚合物粒子的熔点附近来活化或固化。当活化或固化时，粘合剂流体形成至少基本连续的网络，其将金属构建材料粒子胶合成固化绿坯部件形状。固化绿坯部件具有足够的机械强度，以使其能够承受从构建材料平台上提取而不会受到不利的影响(例如不会丧失形状)。一旦提取，通过将固化绿坯部件加热至聚合物粒子的热分解温度以便使聚合物粒子热分解，由此可以使固化绿坯部件脱粘。当至少一部分聚合物粒子热分解时，形成至少基本不含聚合物的灰坯部件。随后，可以将所述至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度以烧结金属构建材料粒子，并形成金属部件。现在参照图1，描绘了3D打印系统10的一个实例。要理解的是，3D打印系统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中描绘出的3D打印系统10的组件并非按比例绘制，因此3D打印系统10可以具有不同的尺寸和/或与本文中所示的构造不同的构造。三维(3D)打印系统10通常包括金属构建材料16的供应器14；构建材料分布器18；粘合剂流体36的供应器，粘合剂流体36包含液体载体和分散在该液体载体中的聚合物粒子；用于选择性分配粘合剂流体36的喷墨涂施器24(图2C)；至少一个热源32、32’；控制器28；和具有储存在其上的计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，以使控制器28能够：使用构建材料分布器18和喷墨涂施器24以便迭代地形成金属构建材料16的多个层34(图2B)，所述多个层通过构建材料分布器18施加并已接收粘合剂流体36，由此生成图案化绿坯部件42(图2E)，并使用至少一个热源32、32’以便将图案化绿坯部件42加热至聚合物粒子的熔点附近，由此活化粘合剂流体36并生成固化绿坯部件42’，将固化绿坯部件42’加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维(3D)打印方法，包括：施加金属构建材料；在所述金属构建材料的至少一部分上选择性施加粘合剂流体，所述粘合剂流体包含液体载体和分散在所述液体载体中的聚合物粒子；重复施加金属构建材料和选择性施加粘合剂流体以生成图案化绿坯部件；将所述图案化绿坯部件加热至所述聚合物粒子的熔点附近，由此活化所述粘合剂流体并生成固化绿坯部件；将所述固化绿坯部件加热至所述聚合物粒子的热分解温度，由此生成至少基本不含聚合物的灰坯部件；和将所述至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度以形成金属部件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.三维(3D)打印方法，包括：施加金属构建材料；在所述金属构建材料的至少一部分上选择性施加粘合剂流体，所述粘合剂流体包含液体载体和分散在所述液体载体中的聚合物粒子；重复施加金属构建材料和选择性施加粘合剂流体以生成图案化绿坯部件；将所述图案化绿坯部件加热至所述聚合物粒子的熔点附近，由此活化所述粘合剂流体并生成固化绿坯部件；将所述固化绿坯部件加热至所述聚合物粒子的热分解温度，由此生成至少基本不含聚合物的灰坯部件；和将所述至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度以形成金属部件。2.如权利要求1中限定的方法，其中：所述聚合物粒子具有大约25℃至大约125℃的玻璃化转变温度(Tg)；所述熔点为大约125℃至大约200℃；所述热分解温度为大约250℃至大约600℃；和所述烧结温度为大约850℃至大约1400℃。3.如权利要求1中限定的方法，其中：将固化绿坯部件加热至热分解温度进行大约30分钟至大约72小时的热分解时间段；和将至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度进行大约20分钟至大约15小时的烧结时间段。4.如权利要求1中限定的方法，其中：将固化绿坯部件加热至热分解温度以大约0.5℃/分钟至大约10℃/分钟的速率实现；和将至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度以大约1℃/分钟至大约20℃/分钟的速率实现。5.如权利要求1中限定的方法，其中将固化绿坯部件加热至热分解温度和将至少基本不含聚合物的灰坯部件加热至烧结温度在含有惰性气体、低反应性气体、还原性气体或其组合的环境中实现。6.如权利要求5中限定的方法，其中所述环境进一步含有碳。7.如权利要求1中限定的方法，其中：施加金属构建材料、选择性施加粘合剂流体、重复所述施加和所述选择性施加、以及将图案化绿坯部件加热至熔点附近在构建区域平台上完成；和在将图案化绿坯部件加热至熔点附近后，所述方法进一步包括：从所述构建区域平台上移出所述固化绿坯部件；并将所述固化绿坯部件放置在加热机构中。8.如权利要求1中限定的方法，其中所述粘合剂流体进一步包含选自2-吡咯烷酮、1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、三丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单丙醚、三丙二醇单正丁基醚、丙二醇苯基醚、二丙二醇甲基醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚、二乙二醇单己醚、乙二醇苯基醚、二乙二醇单正丁基醚乙酸酯、乙二醇单正丁基醚乙酸酯、2-甲基-1，3-丙二醇及其组合的聚结溶剂。9.如权利要求8中限定的方法，其中：所述聚合物粒子以大约2重量％至大约30重量％的量存在于所述粘合剂流体中；和所述聚结溶剂以大约0.1重量％至大约50重量％的量存在于所述粘合剂流体中。10.如权利要求1中限定的方法，其中所述聚合物粒子各自含有低Tg疏水性组分和高...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·卡斯珀基克，M·S·沙拉维，M·G·门罗，D·M·英格尔，
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