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。基本上没有炭渣。基本上没有炭渣。
Thermoplastic adhesives for the manufacture of adhesive spray additives
【技术实现步骤摘要】
用于粘合剂喷射增材制造的热塑性粘合剂
[0001]本申请是申请日为2018年7月6日、申请号为201880053217.5(国际申请号为PCT/US2018/040983)、名称为“用于粘合剂喷射增材制造的热塑性粘合剂”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]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
[0003]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
[0004]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(polymer strand)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(a layer of a green body part)，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(a brown body part)，将褐色坯件加热到高于第二温度以烧结粉末，形成零件(the part)。该零件(the part)基本上没有炭渣。
[0005]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(the part)。该
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。
[0018]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。
[0019]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，这样的脱脂和烧结步骤不是砂模制工艺的一部分，其中即使随后使用砂模来形成模制金属零件，化学粘合剂仍是砂模的组成部分。但是，在直接金属和/或陶瓷组件的粘合剂喷射3D打印中，化学粘合剂是生坯件的组成部分(例如，化学粘合剂位于打印零件的每一层之内和之间)，并且随后在脱脂和/或烧结过程中被去除，以形成完整的3D打印金属零件。还可注意到，粘合剂喷射打印能够制造具有复杂的3D几何形状的金属和/或陶瓷零件，这对于使用砂模成型制造工艺来制造是不可能的或不切实际的。
[0020]如上所述，生坯件经过额外的处理(例如，脱脂和烧结)以固结各层并形成完整的3D打印金属部件。因此，希望生坯件具有合适的生坯强度，以便在打印后过程中进行处理(例如，转移、检查、去粉)。然而，之前可用于粘合剂喷射3D打印的化学粘合剂往往会在固结的金属零件内产生炭渣。例如，可以在含氧(O2)的环境中进行从褐色坯件去除化学粘合剂的工艺。O2可能会导致化学粘合剂完全分解为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，以及其他分解副产物。然而，这些脱脂条件(例如，含O2的环境)也可能导致在固结的金属零件中形成金属氧化物。因此，固结金属零件的某些性质(例如，机械性质)可能是不合需要的，并且该零件可能不适合在所需的机械中使用。
[0021]例如，在镍合金中，在脱脂过程中(例如，在约400摄氏度(℃)和约450℃之间的温度下)，生坯件的化学粘合剂被烧尽，剩下褐色坯件，棕色坯件大部分是结合有痕量化学粘合剂的金属粉末。接下来，对零件进行不同阶段的烧结，在此期间，金属粉末颗粒在超过1000摄氏度(℃)的温度下烧结期间开始颈缩，具体取决于用于制造打印金属零件的金属粉末。另外，扩散在较长的烧结保温时间内占据主导地位，烧结通常在约1280℃和约1300℃之间进行约6小时至约24小时，以封闭金属零件中的大部分孔隙并生产出密度在约94％和约99％之间的零件。在这些脱脂和烧结温度下，当存在氧气时，金属零件中的金属颗粒可能发生氧化，导致在金属零件的表面上和层之间形成金属氧化物。炭渣和金属颗粒的氧化都会
影响金属零件的某些性能(例如，微观结构、机械性能)，当使用金属零件时这可能会导致不良影响(例如，应力断裂、腐蚀等)。因此，目前认识到需要开发可用于粘合剂喷射3D打印的化学粘合剂，该化学粘合剂提供足够的粘合强度以在打印后和脱脂之前维持生坯金属零件的完整性，并且在脱脂和/或烧结过程中应将其清除干净，以使固结的金属零件基本不含焦炭和化学粘合剂的任何其他不良分解产物。
[0022]化学粘合剂，例如热固性粘合剂，通常提供适合在打印后过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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热塑性粘合剂，形成生坯件的层；将生坯件加热至250℃和450℃之间，除去至少一部分可连接热塑性粘合剂，形成褐色坯件；和将褐色坯件加热至高于1000℃，烧结金属粉末，形成零件。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5K和150K之间，所述第二聚合物链的分子量在1.5K和160K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，将生坯件加热至250℃和450℃之间，除去98％至99.95％的可连接的热塑性粘合剂，使褐色坯件中残留的可连接的热塑性粘合剂的部分为0.05％至2％。6.根据权利要求5所述的粘合剂喷射打印零件的方法，其中，所述方法还包括：在将褐色坯件加热至高于1000℃之前，通过将褐色坯件加热到在500℃和800℃之间的预烧结温度来预烧结褐色坯件，除去褐色坯件中残留的可连接的热塑性粘合剂的部分。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，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，所述粉末层的厚度在10微米和200微米之间。
13.根据权利要求1所述的粘...
【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。