部件的增材制造方法和增材制造的部件技术

在一种金属和/或玻璃和/或陶瓷部件的增材制造方法中，首先由基材颗粒和至少两相的粘合剂制备混合物。优选地，该混合物以模制化合物颗粒(2)的方式制备，使得基材颗粒借助于该至少两相的粘合剂相互粘附。该混合物分层熔化并且借助于电磁辐射(R)选择性地熔化，从而增材制造出模制件(9)。从未熔化的混合物中去除模制件(9)，然后优选地，相继去除该至少两相的粘合剂。使用该方法生成了微孔模制件(9)，该模制件在烧结之后产生具有所需密度和所需机械稳定性和/或热稳定性的部件。

Additive manufacturing method and additive manufacturing component

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】部件的增材制造方法和增材制造的部件相关申请的交叉引用本专利申请要求德国专利申请DE102017207210.5的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种部件的增材制造方法。此外，本专利技术涉及一种增材制造的部件。
技术介绍
由WO97/13601A1(对应于DE69607975T2)已知一种用于金属部件的增材制造方法。首先，通过对复合粉末进行选择性激光烧结来生成成型体。该复合粉末例如是聚合物涂层的金属粉末，在其中，热塑性聚合物完全覆盖金属基材颗粒。随后，用水性乳剂浸润成型体，该水性乳剂包含热固化聚合物和用于该热固化聚合物的交联剂。结果，该成型体形成刚性框架。随后，加热该成型体，以分解聚合物并烧结金属基材颗粒。通过烧结产生的金属部件可以额外用低熔点金属(例如，铜)浸渍，从而提高金属部件的密度。缺点在于该方法比较耗时，而且由于所需的工厂技术方面的原因，成本较高。另外，这些成型件的孔隙率较高，使得烧结会导致高度收缩和收缩不均匀。尽管随后使用低熔点金属进行的浸润提高了金属部件的密度和稳定性，但与传统金属部件相比，该金属部件的热性能和机械性能相当差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种简单、灵活且经济的方法，用于增材制造具有可调节的密度和可调节的热稳定性和/或机械稳定性的金属和/或玻璃和/或陶瓷部件。特别地，该部件应当具有高密度和高热稳定性和/或机械稳定性。该目的是通过具有权利要求1所述的特征的方法来实现的。金属基材颗粒和/或玻璃基材颗粒和/或陶瓷基材颗粒与至少两相的粘合剂一起被分层布置。特别地，粘合剂是粉状的。为了生成成型件，借助于电磁辐射，选择性地将布置在基材颗粒之间的粘合剂分层熔化。熔化的粘合剂分布在基材颗粒之间，并且在固化后将其保持在一起，使得形成了具有较低孔隙率的相对坚固的成型件。孔隙率取决于粘合剂的比例、组成和熔体粘度。该至少一种添加剂用于影响热塑性聚合物或粘合剂的流变特性。制成后，从产生的未熔化的层中取出固态的成型件。在这种状态下，成型件被称为生坯。随后，从成型件中去除粘合剂。由于粘合剂至少由两相构成并且包含热塑性聚合物和至少一种添加剂，因此能够简单且灵活地调节粘合剂的去除，以及因此得到的去除粘合剂的成型件的孔隙率。在随后的烧结步骤中，将基材颗粒结合在一起并形成部件。特别地，烧结为固态烧结。由于使用的是基材颗粒并且使用的是至少两相的粘合剂，因此能够以可以根据需要设置的密度和可以根据需要设置的机械稳定性和/或热稳定性，生成部件。该至少两相的粘合剂使得能够生成具有基本上无孔且均质的微观结构的成型件。由于将基材颗粒和所提供的粘合剂混合，使得该成型件具有相当高的密度，并且具有的强度足以在不被损坏的情况下，从层中的未熔化部分中取出并进行清洁。在去除粘合剂时，特别地相继去除该至少两相的粘合剂，从而获得微孔结构的成型件。基材颗粒通过微孔成型件中的热塑性聚合物保持在一起。本专利技术的方法能够简单、灵活且经济地应用。将基材颗粒和所提供的至少两相的粘合剂混合，以及特别地依次从成型件中去除粘合剂，特别让调节所生成的部件的密度和机械稳定性和/或热稳定性变得可能。根据权利要求2中所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于基材颗粒和粘合剂形成了粉状复合颗粒，提供了基材颗粒和粘合剂的均质混合物。在每种情况下，所提供的复合颗粒包括金属基材颗粒和/或玻璃基材颗粒和/或陶瓷基材颗粒，它们通过粘附粘合剂保持在一起。根据权利要求3所述的方法确保了简单、灵活且便宜地制造出部件。粘合剂在形成各个复合颗粒的基材颗粒之间充当粘合剂。每个复合颗粒具有多个基材颗粒，使得复合颗粒的形状能够独立于基材颗粒的形状。因此，例如，能够生成基本上为球形的复合颗粒，而基材颗粒本身不必是球形的。因为无需以具有特定的、特别是球形的粉末颗粒几何形状的昂贵粉末的形式提供基材颗粒，所以降低了生成成本。特别地，每个复合颗粒的基材颗粒的平均数量至少为2，特别是至少为5，特别是至少为10，特别是至少为50，特别是至少为100，特别是至少为500，特别是至少为1000，特别是至少为5000，特别是至少为10,000，特别是至少为50,000，特别是至少为100,000。特别地，每个复合颗粒的基材颗粒的平均数量不超过20,000,000，特别是不超过10,000,000，特别是不超过5,000,000，特别是不超过1,000,000，特别是不超过500,000，特别是不超过100,000，特别是不超过50,000，特别是不超过10,000，特别是不超过5,000。基材颗粒和至少两相的粘合剂的混合物能够经由复合颗粒的配置来调节，使得特别是能够借助于所提供的复合颗粒来调节所生成的部件的密度和机械稳定性和/或热稳定性。复合颗粒能够以简单且经济的方式布置为层。为了生成成型件，借助于电磁辐射选择性地分层熔化复合颗粒的粘合剂。例如，首先将第一层复合颗粒敷设到构造基体上，然后借助于电磁辐射选择性地熔化粘合剂。为此，相对于电磁辐射，将构造基体定位在水平的x方向和水平的y方向上。为了敷设第二层，相对于敷设方向并且相对于电磁辐射，将构造基体定位在垂直z方向上。在将第二层敷设在第一层的顶部上之后，借助于电磁辐射再次选择性地熔化粘合剂。为此，相对于电磁辐射，将构造基体定位在x方向和y方向上。以与第二层的敷设和选择性熔化相对应的方式，进行另外的层的敷设和选择性熔化，直到生成所需的成型件。根据权利要求4所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。粉末状复合颗粒的流动性或怜性允许生成均匀且均质的层。特别地，流动性或怜性定义为复合颗粒的浇注体积与回火体积的比。根据权利要求5所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。复合颗粒首先确保了在去除粘合剂之前，成型件具有可调节的孔隙率和可调节的密度。其次，复合颗粒确保了充足的流动性或怜性，使得其能够均匀且均质地分层布置。优选地，最大尺寸Amax的范围适用于至少90％、特别是至少95％的复合颗粒。特别地，所示范围适用于复合颗粒的基于体积的累积分布。根据权利要求6所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于Amin/Amax的比率，复合颗粒基本上是球形的。结果，复合颗粒能够均匀、均质并且以可调节的密度分层布置。优选地，Amin/Amax的所示范围适用于至少90％、特别是至少95％的复合颗粒。特别地，所示范围适用于复合颗粒的基于体积的累积分布。根据权利要求7所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。部件的密度和稳定性能够经由基材颗粒的比例进行设置。根据权利要求8所述的方法，确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于粘合剂的熔体粘度，粘合剂会在熔化状态下变得均匀且均质地分布在基材颗粒之间，并结合单个基材颗粒或单个复合颗粒以形成封闭的成型件层，从而生成成型件。粘合剂的均匀且均质的分布导致在去除至少一种添加剂之后，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种部件的增材制造方法，包括以下步骤：/n-提供基材颗粒(3)和粘合剂(4)，/n--其中，所述基材颗粒(3)选自由以下各项构成的组：金属基材颗粒(3)、玻璃基材颗粒(3)和陶瓷基材颗粒(3)，并且/n--其中，所述粘合剂(4)包括：/n---热塑性聚合物(7)，和/n---至少一种添加剂(5)，/n-生成成型件(9)，其中/n--生成基材颗粒(3)和粘合剂(4)的层(L

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170428 DE 102017207210.51.一种部件的增材制造方法，包括以下步骤：
-提供基材颗粒(3)和粘合剂(4)，
--其中，所述基材颗粒(3)选自由以下各项构成的组：金属基材颗粒(3)、玻璃基材颗粒(3)和陶瓷基材颗粒(3)，并且
--其中，所述粘合剂(4)包括：
---热塑性聚合物(7)，和
---至少一种添加剂(5)，
-生成成型件(9)，其中
--生成基材颗粒(3)和粘合剂(4)的层(L1至Ln)，并且借助于电磁辐射(R)选择性地熔化所述粘合剂(4)来生成成型件层(F1至Fn)，并且
--生成至少一个基材颗粒(3)和粘合剂(4)的附加层(L1至Ln)，并且借助于所述电磁辐射(R)选择性地熔化所述粘合剂(4)来生成至少一个附加成型件层(F1至Fn)，
-从生成的层(L1至Ln)中取出所述成型件(9)，
-从所述成型件(9)中去除所述粘合剂(4)，以及
-烧结所述成型件(9)以获得所述部件(1)。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)和所述粘合剂(4)形成复合颗粒(2)。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)均包括多个基材颗粒(3)。


4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)具有由根据VDI准则VDI3405第1页的Hausner数HR定义的流动性，其中，所述Hausner数HR如下：1≤HR≤1.5，特别是1≤HR≤1.4，特别是1≤HR≤1.3。


5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)在每种情况下均具有最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒(2)如下：0.005mm≤Amax≤0.3mm，特别是0.008mm≤Amax≤0.2mm，特别是0.01mm≤Amax≤0.1mm。


6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)在每种情况下均具有最小尺寸Amin和最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒(2)如下：0.6≤Amin/Amax≤1，特别是0.7≤Amin/Amax≤1，特别是0.8≤Amin/Amax≤1。


7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)在所述复合颗粒(2)中的存在比例为40％体积至70％体积，特别是45％体积至65％体积，特别是50％体积至60％体积。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，
在比温度TS高出至少10℃的温度下，所述粘合剂(4)的熔体粘度为100Pa·s至106Pa·s，特别是100Pa·s至105Pa·s，特别是100Pa·s至104Pa·s，其中，所述温度TS是所述粘合剂(4)的玻璃化转变温度或微晶熔化温度，并且剪切速率特别选自由以下各项构成的组：1.00s-1、2.50s-1、5.00s-1、10.0s-1、25.0s-1、50.0s-1和100s-1。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，
所述热塑性聚合物(7)在所述粘合剂(4)中的存在比例为10％至70％，特别是15％至50％，特别是20％至40％。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，
所述至少一种添加剂(5)在所述粘合剂(4)中的存在比例为30％至90％，特别是50％至85％，特别是60％至80％。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)在每种情况下均具有最大尺寸Bmax，并且至少80％的所述基材颗粒(3)如下：1μm≤Bmax≤50μm，特别是5μm≤Bmax≤40μm，特别是10μm≤Bmax≤30μm。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，
所述热塑性聚合物(7)选自由以下各项构成的组：缩聚物、聚合物、加成聚合物和热塑性弹性体。

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯蒂安·费舍，克里斯蒂安·史陶迪格尔，
申请(专利权)人：SKZ德国塑料中心公益有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE