粉末床材料制造技术

本公开涉及粉末床材料。所述粉末床材料可包含20重量％至95重量％的大颗粒金属和5重量％至80重量％的小颗粒金属。大颗粒金属可具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比。小颗粒金属可具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2.1的平均纵横比。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粉末床材料背景三维打印，也被称为“3D打印”，涉及打印机将材料转变成三维物理对象的方法。3D打印方法在最近几十年持续发展并包括，但不限于包括，粉末床和液体打印、选择性激光烧结、选择性激光熔融、电子束熔融及其它。粉末床和液体打印的领域正在增长和发展。随着该领域继续扩大和发展，对用于粉末床和液体打印的新技术和材料的需求增长。附图简述本公开的另外的特征和优点从下列详述中显而易见，详述与附图一起举例说明本技术的特征。应该理解的是，附图是本公开的实例的代表并且不应被认为限制本公开的范围。图1示意性显示根据本公开的一种示例性粉末床材料；图2示意性显示根据本公开的一种示例性粉末床材料的示例性高斯分布曲线；图3示意性显示根据本公开的一种示例性3D打印系统；图4A显示基于对大颗粒金属粉末床材料施加的能量的一种示例性快速熔合试样(flashfusedspecimen)；图4B显示基于对根据本公开的90％大颗粒金属和10％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；图4C显示基于对根据本公开的50％大颗粒金属和50％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；图4D显示基于对大颗粒金属粉末床材料施加的能量的一种示例性快速熔合试样；图4E显示基于对根据本公开的90％大颗粒金属和10％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；图4F显示基于对根据本公开的50％大颗粒金属和50％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；图5图示根据本公开的随脉冲能量和小颗粒金属浓度而变的示例性熔合含量；和图6A和6B显示利用根据本公开的粉末床材料建立的3D制品中的示例性熔合含量。详述金属制品的3D打印可涉及加热金属粉末以烧结或熔融金属粉末，以提供熔合层和/或制品。例如，在光子熔合(photonicfusion)，一种类型的3D打印中，顶层金属粒子可被可见光的强脉冲照射。吸收的脉冲能量可转化成热，以提高一些金属粒子的温度并烧结或熔融这些粒子。与烧结或熔融粒子相邻的粒子可在较低程度上被加热。照射层内的各粒子的温度差异可归因于在一个位置存在打印的流体，例如由于该流体的存在而增加热或减少热。通过金属雾化产生的准球形气体粒子可容易铺展为受控厚度的层，以使逐层3D打印法成为可能。降低粒度会使粉末铺展困难，因为重力驱动的平滑粒子流会被各种形式的粒子间相互作用，例如静电荷、摩擦相对运动等干扰。但是，小粒子可使用较低的照射能量液化它们的外部，以通过粒子的熔融部分的融合将粒子熔合在一起。因此，不同粒度的粒子的混合物可兼具粉末易铺展性与更好的粒子熔合。此外，通过使用具有不同大小的粒度曲线(sizeprofiles)的粒子，例如相对较大的金属粒子与相对较小的金属粒子混合，粒子之间的热传导和/或经过填充粒子间空间的气体的热对流的差异可提供比单独使用相对较大的金属粒子低的加热曲线(heatingprofiles)。只有较大粒子，加热可更不均匀并且照射后的冷却也可不均匀，通常导致刚刚熔合的金属层变形。变形会导致在粉末床材料的后续铺展过程中的复杂情况，以使金属粒子的逐层打印变得不可能。此外，在通过3D打印形成的制品内的热应力可随由可见光脉冲输送的能量而变；因此，通过较低脉冲能量形成的制品可经常表现出比通过较高脉冲能量形成的制品小的热应力。据此，本公开大体上涉及粉末床材料。在一个实例中，粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比的大颗粒金属。粉末床材料还可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2∶1的平均纵横比的小颗粒金属。在一个实例中，大颗粒金属可以55重量％至75重量％存在，且小颗粒金属可以25重量％至45重量％存在。在另一实例中，大颗粒金属可具有10μm至30μm的D10粒度分布并可具有35μm至75μm的D90粒度分布，且小颗粒金属可具有0.1μm至10μm的D10粒度分布并可具有10μm至25μm的D90粒度分布。在再一实例中，大颗粒金属和小颗粒金属可独立地为铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。在一个进一步实例中，大颗粒金属可以是元素金属。在另一实例中，大颗粒金属和小颗粒金属可以不同。在本文中也相当详细地描述材料组。在一个实例中，材料组可包含粉末床材料和流体。粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属并可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属。流体可操作地施加于粉末床材料以向与流体接触的粉末床材料的第一部分提供相对于未与流体接触的粉末床材料的第二部分的选择性熔合性质。在一个实例中，流体可包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。在另一实例中，粉末床的第一部分和流体可被具有15J/cm2至50J/cm2的脉冲能量并可安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射，在照射后第一部分可变得熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在另一实例中，粉末床的第二部分和流体可被具有15J/cm2至50J/cm2的脉冲能量并安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射，第一部分可熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在再一实例中，当第一部分或第二部分之一熔合且第一部分或第二部分的另一个保持未熔合时，可形成三维部件的层，所述层可具有30％至100％的熔合横截面积。三维打印系统可包括粉末床材料、粉末床、流体喷射器和光源。粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属并可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属。粉末床可用于接收粉末床材料。流体喷射器可操作地将流体选择性沉积到粉末床中所含的粉末床材料上。光源可生成可足以烧结一部分大颗粒金属以及烧结或熔融一部分小颗粒金属的脉冲能量。在一个实例中，脉冲能量可为15J/cm2至50J/cm2，并且光源可在操作过程中安置在距粉末床5mm至150mm内。在另一实例中，流体可包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。在关于粉末床材料、材料组和3D打印系统的进一步细节中，并且如图1中的实例所示，粉末床材料100可具体包含大颗粒金属102和小颗粒金属104。通过在粉末床材料中包含两种不同粒度的颗粒金属，该材料可允许不均匀加热以使大颗粒金属的外层可熔融，而大颗粒金属的内核可保持足够冷以保持它们的形状。同时，小颗粒金属可在粒子的本体中更均匀烧结或熔融，以助于可连接大颗粒金属的未熔融核的金属流动。此外，包含小颗粒金属可允许利用较低脉冲能量实现层和/或制品的熔合，因此熔合层和/或制品的相关热应力可较低。大颗粒金属可为粉末床材料提供可流动性并可减轻熔合层的变形。粒子的形状类型可以是球形、不规则球形、圆形、半圆形、盘形、角形、次棱角形、立方形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末床材料，包含：/n20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比的大颗粒金属；和/n5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2∶1的平均纵横比的小颗粒金属。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种粉末床材料，包含：
20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比的大颗粒金属；和
5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2∶1的平均纵横比的小颗粒金属。


2.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属以55重量％至75重量％存在且所述小颗粒金属以25重量％至45重量％存在。


3.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属具有10μm至30μm的D10粒度分布值和35μm至75μm的D90粒度分布值。


4.权利要求1的粉末床材料，其中所述小颗粒金属具有0.1μm至10μm的D10粒度分布值和10μm至25μm的D90粒度分布值。


5.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属和所述小颗粒金属独立地为铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。


6.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属是元素金属。


7.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属和所述小颗粒金属不同。


8.一种材料组，包含：
粉末床材料，其包含20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属和5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属；和
流体，其施加于所述粉末床材料以向与所述流体接触的所述粉末床材料的第一部分提供相对于未与所述流体接触的所述粉末床材料的第二部分的选择性熔合性质。

【专利技术属性】
技术研发人员：K·瑙卡，S·张，
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