用于粘合剂喷射增材制造的热塑性粘合剂制造技术

一种粘合剂喷射打印零件的方法，包括在粘合剂喷射打印机的工作表面上沉积一层粉末，选择性地将具有可连接的热塑性粘合剂的粘合剂溶液以一定图案打印到该粉末层中以产生打印层。图案代表零件的层的结构。可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链和第二聚合物链，第一聚合物链包括第一官能团，第二聚合物链包括第二官能团，第一官能团和第二官能团将第一聚合物链与第二聚合物链非共价地偶联。粘合剂喷射打印零件的方法还包括固化打印层中的可连接的热塑性粘合剂以产生生坯件的层，将生坯件加热至高于第一温度以去除至少一部分可连接的热塑性粘合剂并产生褐色坯件，将褐色坯件加热到高于第二温度以烧结粉末来产生零件。该零件基本上没有炭渣。

Thermoplastic adhesive for adhesive spray additive manufacturing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于粘合剂喷射增材制造的热塑性粘合剂
本文公开的主题涉及增材制造，更具体地，涉及用于粘合剂喷射增材制造技术中的热塑性粘合剂。
技术介绍
增材制造，也称为3D打印，通常涉及使用专用系统将物品一次打印一层。特别地，可以将一层材料(例如，金属粉末床)沉积在工作表面上，并与另一层相同或不同的材料结合。增材制造可用于通过计算机辅助设计(CAD)模型使用诸如但不限于金属激光熔化、激光烧结、粘结剂喷射等技术来制造制品(例如，燃料喷嘴、燃料喷射器、涡轮叶片等)。这些增材制造技术熔化，烧结或化学粘合材料层，以生成所需的制品。与诸如成型(例如，浇铸成型、注射成型)的技术相比，增材制造可以便于复杂制品的制造，能够灵活地定制制品。另外，与通常使用的成型技术相比，增材制造可以减少与产生这些复杂制品相关的总制造成本。
技术实现思路
在一个实施方式中，一种粘结剂喷射打印零件的方法包括：在粘结剂喷射打印机的工作表面上沉积一层粉末，以及将具有可连接的热塑性粘结剂的粘结剂溶液以一种图案选择性地打印到该粉末层中，形成打印层。图案是代表零件的一层结构的图案。可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链(polymerstrand)和第二聚合物链，第一聚合物链包括第一官能团，第二聚合物链包括第二官能团，并且第一官能团和第二官能团将第一聚合物链与第二聚合物链非共价地偶联。粘合剂喷射打印零件的方法还包括固化打印层中的可连接的热塑性粘结剂，形成生坯件的层(alayerofagreenbodypart)，将生坯件加热至高于第一温度，去除至少一部分可连接的热塑性粘合剂并形成褐色坯件(abrownbodypart)，将褐色坯件加热到高于第二温度以烧结粉末，形成零件(thepart)。该零件(thepart)基本上没有炭渣。在第二实施方式中，通过粘合剂喷射打印工艺制造的零件包括以下步骤：将粉末层沉积在粘合剂喷射打印机的工作表面上，并将具有可连接的热塑性粘合剂的粘合剂溶液以一种图案选择性地打印到该粉末层中，形成打印层。图案是代表零件的一层结构的图案。可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链和第二聚合物链，第一聚合物链包括第一官能团，第二聚合物链包括第二官能团，并且第一官能团和第二官能团将第一聚合物链与第二聚合物链非共价地偶联。粘合剂喷射打印工艺还包括固化打印层中可连接的热塑性粘合剂，形成生坯件的层，将生坯件加热至高于第一温度，去除至少一部分可连接的热塑性粘合剂并形成褐色坯件，将褐色坯件加热至高于第二温度以烧结粉末，形成零件(thepart)。该零件(thepart)基本上没有炭渣。在第三实施方式中，可用于粘合剂喷射打印中的粘合剂溶液，包括具有可连接的热塑性粘合剂的粘合剂溶液，所述可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链和第二聚合物链。第一聚合物链包括第一官能团，第二聚合物链包括第二官能团，并且第一官能团和第二官能团将第二聚合物链的至少一部分与第一聚合物链的至少一部分非共价地偶联，并且粘合剂溶液基本上不含表面活性剂。附图说明当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，其中，在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：图1是通过使用可连接的热塑性粘合剂的粘合剂喷射打印工艺制造金属零件的方法的实施方式的流程图；图2是由于图1的方法的作用而从中打印金属零件的材料层的实施方式的示意图；图3是根据图1的方法用于打印金属零件的粘合剂喷射打印机的实施方式的框图；图4是根据图1的方法的打印层的实施方式的截面图，该打印层具有涂覆有可连接的热塑性粘合剂的材料的颗粒；图5是图4的打印层的一个实施方式的俯视图，该打印层具有根据图1的方法选择性地沉积在代表金属零件结构的图案中的可连接的热塑性粘合剂；图6为示意图，显示了在可连接的热塑性粘合剂的一个实施方式中，聚合物链之间通过非共价力的连接；和图7是条形图，显示使用可连接的热塑性粘合剂的实施方式打印的生坯件的生坯强度(greenstrength)与使用不可连接的粘合剂打印的生坯件的生坯强度之间的比较。具体实施方式下面将描述一个或多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简要描述，可能未在说明书中描述实际实施的所有特征。本领域技术人员应当理解，在任何此类实际实施的开发中，如在任何工程或设计项目中那样，都必须做出许多具体实施决定，以实现开发人员的特定目标，例如遵守与系统相关和与业务相关的约束，这可能因实施之间的不同而异。此外，本领域技术人员应当理解，这种开发工作可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，这仍将是设计、生产和制造的例行工作。当介绍本专利技术的各种实施方式的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除所列元件之外可能还有其他元件。此外，以下讨论中的任何数值示例旨在为非限制性的，因此，附加的数值、范围和百分比在所公开的实施方式的范围内。如本文所用，“可连接的热塑性粘合剂”旨在表示包括具有官能团的第一热塑性聚合物和第二热塑性聚合物的化学粘合剂，所述官能团通过弱的非共价力(例如，相互作用、键)彼此相互作用以连接或偶联各热塑性聚合物的链。如本文所用，“弱的非共价力”旨在表示氢键，离子键，范德华力等。如本文所定义，“生坯金属件”和“生坯件”旨在表示未经过热处理以去除化学粘合剂的打印零件。如本文所定义，“褐色坯体金属零件”和“褐色坯体件”旨在表示经过热处理以去除化学粘合剂的打印零件。如本文所定义，金属零件旨在表示具有金属材料的零件。尽管主要在金属零件的背景下描述了本专利技术的实施方式，但是本文所述的可连接的热塑性粘合剂可适用于许多其他3D打印零件，包括陶瓷零件。有几种制造制品的技术，例如各种机械中使用的陶瓷零件和/或金属零件。例如，诸如砂铸成型、浇铸成型和/或注塑等的成型技术可用于制造用于机械应用的零件。如上所述，可用于制造零件的其他技术包括增材制造。例如，增材制造技术包括但不限于激光熔化、激光烧结和粘合剂喷射。与成型技术相比，增材制造对于制造零件可能是有利的，部分原因是可以使用的材料的灵活性，制造更复杂的制品的能力以及较低的制造成本。与激光熔化和激光烧结增材制造技术(其加热材料以固结并构建材料层来形成零件)不同，粘合剂喷射使用化学粘合剂将材料的颗粒粘合成形成生坯件的层。生坯件可进一步加工(例如，烧结)以固结各层并形成最终的金属零件。化学粘合剂已用于砂模成型技术中，以粘合砂粒并形成可用于制造其他零件的砂模。与砂模成型相似，在粘合剂喷射打印中，化学粘合剂被连续沉积到粉末层(例如，陶瓷和/或金属粉末)中以打印零件。例如，化学粘合剂(例如，聚合物粘合剂)可以以代表待打印零件的层的图案选择性地沉积在粉末床上。在打印之后，每个打印层可被固化(例如，通过加热、光照、湿气、溶剂蒸发等)，以将每个层的颗粒粘合在一起以形成生坯件。在生坯件完全形成之后，在打印后过程中(例如，脱脂和烧结)去除化学粘合剂。可以理解的是，这样的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘合剂喷射打印零件的方法，包括：/n在粘合剂喷射打印机的工作表面上沉积粉末层；/n将包含可连接的热塑性粘合剂的粘合剂溶液以一定图案选择性地打印到粉末层中，形成打印层，所述图案是代表零件的层的结构的图案，所述可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链和第二聚合物链，所述第一聚合物链包含第一官能团，所述第二聚合物链包含不同于所述第一官能团的第二官能团，所述第一官能团和所述第二官能团配置为将所述第一聚合物链与第二聚合物链非共价地偶联；/n固化打印层中的可连接的热塑性粘合剂，形成生坯件的层；/n将生坯件加热至高于第一温度，除去至少一部分可连接的热塑性粘合剂，形成褐色坯件；和/n将褐色胚件加热至高于第二温度，烧结金属粉末，形成零件，所述零件基本上没有炭渣。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170818 US 15/680,7331.一种粘合剂喷射打印零件的方法，包括：
在粘合剂喷射打印机的工作表面上沉积粉末层；
将包含可连接的热塑性粘合剂的粘合剂溶液以一定图案选择性地打印到粉末层中，形成打印层，所述图案是代表零件的层的结构的图案，所述可连接的热塑性粘合剂包括第一聚合物链和第二聚合物链，所述第一聚合物链包含第一官能团，所述第二聚合物链包含不同于所述第一官能团的第二官能团，所述第一官能团和所述第二官能团配置为将所述第一聚合物链与第二聚合物链非共价地偶联；
固化打印层中的可连接的热塑性粘合剂，形成生坯件的层；
将生坯件加热至高于第一温度，除去至少一部分可连接的热塑性粘合剂，形成褐色坯件；和
将褐色胚件加热至高于第二温度，烧结金属粉末，形成零件，所述零件基本上没有炭渣。


2.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述粘合剂溶液包含可连接的热塑性粘合剂和溶剂的混合物且不具有表面活性剂，固化打印层包括蒸发所述溶剂。


3.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述粘合剂溶液包含可连接的热塑性粘合剂、溶剂和表面活性剂的混合物，固化打印层包括蒸发所述溶剂。


4.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一聚合物链的分子量在约5K和150K之间。


5.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第二聚合物链的分子量在约1.5K和160K之间。


6.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一官能团是氢键受体或带负电荷，所述第二官能团是氢键供体或带正电荷。


7.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一官能团和第二官能团包括羧酸基、羟基、胺、酰胺、硫醇或它们的组合。


8.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一聚合物链是聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺、聚丙烯酰胺、它们的衍生物及它们的组合，所述第二聚合物链是聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯基甲基醚-马来酸酐(PVME-MA)，它们的衍生物及它们的组合。


9.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一聚合物链是第一热塑性聚合物，所述第二聚合物链是第二热塑性聚合物，所述第一热塑性聚合物不同于所述第二热塑性聚合物。


10.根据权利要求9所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述第一热塑性聚合物与所述第二热塑性聚合物的比率为5:1。


11.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述粉末包括镍合金、钛合金、钴合金、铝基材料、钨、不锈钢、陶瓷或它们的组合。


12.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述金属粉末层的厚度在约10微米和约200微米之间。


13.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，选择性打印包括用所述粘合剂喷射打印机的打印头选择性地打印所述粘合剂溶液。


14.根据权利要求1所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述方法包括在将生坯件加热至第一温度之前干燥生坯件，从生坯件中去除粘合剂溶液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·纳塔拉简，C·博尼拉冈萨雷斯，P·K·陈，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US