造型方法和造型粉末材料技术

本发明专利技术提供造型方法和造型粉末材料。一种造型方法，包括基于造型对象物的形状数据，用能量束照射含有碳化硅和金属硼化物的粉末，以进行造型，其中金属硼化物具有低于碳化硅的升华点的熔点。华点的熔点。华点的熔点。

【技术实现步骤摘要】
造型方法和造型粉末材料
[0001]本申请是申请号为201811153237.8、申请日为2018年9月30日、专利技术名称为“造型方法和造型粉末材料”的中国专利申请的分案申请。
专利

[0002]本公开涉及一种三维造型方法，该方法包括基于三维形状数据用能量束来照射粉末造型材料，以熔合和固化造型材料以进行造型。

技术介绍

[0003]为了生产小批量的各种金属部件或具有复杂形状的金属部件，已经推进了使用粉末床熔合方法的三维造型技术的开发。该技术通过以下方法来形成三维物体：基于从造型对象物的三维形状数据生成的切片数据，来进行利用能量束的扫描粉末造型材料层的工艺，以局部熔合/固化多层造型材料。作为能量束，使用激光束、电子束等。
[0004]近年来，已经检验了使用这种三维造型方法对难以加工的陶瓷材料(诸如碳化硅)进行造型。然而，诸如碳化物、硼化物和氮化物之类的陶瓷具有技术缺点，即当将能量快速投入其中时大多数陶瓷在没有熔合的情况下升华，或者在熔合和固化中没有结晶而变脆。轻质性、耐磨性、耐热冲击性、化学稳定性等优异并且被预期用于广泛领域的碳化硅是在常压下不具有熔点并且在2545℃(关于温度值，有各种观点，例如2700℃。)附近升华的材料。
[0005]日本专利公开号2003
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53847(专利文件1)提出了一种包括使用硅和碳化硅的混合粉末作为原料的方法，作为使用粉末床熔合方法来生产含有碳化硅的造型制品的方法。根据该方法，可以通过熔合和固化硅来生产包含硅和碳化硅的复合材料的造型制品。
>[0006]此外，PCT日文翻译专利公开号2016
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527161(专利文件2)公开了一种能够利用瞬时液相烧结来造型的混合材料的候选物，例如共晶或包晶。作为生产含有碳化硅的造型制品的造型材料的候选物，示例了碳化硅、氧化铝、稀土氧化物和二氧化硅的混合物，碳化硅、氮化铝和稀土氧化物的混合物，以及碳化硅和金属锗的混合物。
[0007]然而，对于通过专利文件1的方法生产的造型制品，由于激光照射引起的快速加热使碳化硅升华、硅和碳化硅之间的边界部分中的接合弱的等原因，要获得的造型制品是脆性的。
[0008]就专利文件2中描述的材料而言，二氧化硅在1900℃下分解成一氧化硅和氧气，氮化铝在2200℃下升华，金属锗在2400℃或更低的温度下沸腾。因此，推测即使当将材料和具有2545℃的升华点的碳化硅混合并一起加热时，与碳化硅混合的材料在碳化硅熔合之前挥发或沸腾，因此并未真正获得含有共晶或包晶的造型制品。可以认为，专利文件2中获得的造型制品也是脆性造型制品，在该造型制品中，如专利文件1，碳化硅和其它组成之间的边界部分中的接合是弱的。

技术实现思路

[0009]为了解决上述缺点，一种造型方法包括：基于造型对象物的形状数据，利用能量束
照射含有碳化硅和金属硼化物的粉末，以进行造型，其中金属硼化物具有低于碳化硅的升华点的熔点。
[0010]参考附图，根据以下示例性实施方案的描述，其它特征将变得明显。
[0011]附图的简要说明
[0012]图1是实验中生产的样品1的抛光表面的电子显微照片。
[0013]图2是实验中使用的碳化硅粉末的电子显微照片。
[0014]图3是实验中使用的二硼化铬粉末的电子显微照片。
[0015]图4是可以应用根据本公开的造型方法的三维造型装置的示意图。
[0016]图5是示出在实验中产生的样品的形状的透视图。
具体实施方式
[0017]在下文中，参考附图详细描述本公开的实施方案。
[0018]首先，参考图4描述可以应用根据本公开的造型方法的造型装置。造型装置100具有能够通过气体引入机构114和排气机构113控制内部气氛的腔室101。腔室101具有用于造型三维物体的造型容器120和粉末层形成机构106，该粉末层形成机构106用于通过在造型容器120内部散布作为造型材料的粉末(下文中有时简称为造型材料或粉末)来形成粉末层111。
[0019]排气机构113可以具有压力调节机构(诸如蝶形阀)，以便调节压力，或者可以配置成能够由于气体供应和随气体供应(通常称为吹气更换)而带来的压力增加而调节腔室101中的气氛。
[0020]造型容器120的底部包括能够通过升降机构108以在竖直方向上改变位置的平台107。升降机构108的移动方向和移动量由控制部115控制，且对应于要形成的粉末层111的层厚度来确定平台107的移动量。在平台107的造型表面侧，设置有用于设定基板109的结构(未示出)。基板109是包含可熔合材料(诸如不锈钢)的板。当熔合和固化第一粉末层时，表面与造型材料熔合，从而形成将造型制品固定到基板109的结构。因此，可以保持造型制品，使得在造型期间造型制品在基板109上的位置不会位移。在造型完成之后，基板109与造型制品机械分离。
[0021]粉末层形成机构106具有存储粉末材料的粉末存储部和将粉末材料供应到造型容器120的供应机构。此外，可以在基板109上设置用于使粉末层平整到设定厚度的刮板或/和辊的任一或两者。
[0022]造型装置100还具有用于使造型材料熔融(malting)的能量束源102、用于使能量束112双轴扫描的扫描镜103A和103B、以及用于将能量束会聚到照射部分的光学系统104。由于从腔室101的外部发射能量束112，因此在腔室101中设置用于将能量束112引入内部的引入窗口105。根据由控制部115获取的造型对象物的三维形状数据或造型材料的特征，通过控制部115来控制能量束112的功率密度和扫描位置。预先调整造型容器120和光学系统104的位置，使得束直径通过聚焦在粉末层111的表面上而为最小直径。表面上的束直径影响造型精度，因此其可以设定为30至100μm。
[0023]接下来，描述造型方法。首先，将基板109设定在平台107上，然后用非活性气体(诸如氮气或氩气)置换腔室101的内部。当置换完成时，粉末层111通过粉末层形成机构106形
成在基板109上。粉末层111形成有对应于从造型对象物的三维形状数据中生成的切片数据的切片间距(即层叠间距)的厚度。当粉末中含有的颗粒尺寸过小时，颗粒聚集，从而不能形成具有均匀厚度的粉末层。当颗粒的尺寸过大时，熔合需要高能量，因此造型变得困难。因此，粒径可以是约数微米至数十微米。粉末层的每层厚度影响造型精度，因此可以为约30至100μm。
[0024]在此，描述用于测量本公开中的粉末的粒径的方法。粉末中含有的颗粒的粒径具有一定范围的分布，并且规定了中值粒径和最大粒径。根据JISR6001
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2“Bonded abrasives
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Determination and designation of grain size distribution”，根据工业中已经标准化的粒径评估方法，通过电阻法测量SiC。根据JISZ8832“Particle size distr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种造型方法，包括：基于造型对象物的形状数据，用能量束照射含有碳化硅和金属硼化物的粉末，以进行造型，所述金属硼化物具有低于所述碳化硅的升华点的熔点。2.根据权利要求1所述的造型方法，其中，所述金属硼化物选自单硼化铬、二硼化铬和二硼化钒。3.根据权利要求1所述的造型方法，其中，所述粉末是碳化硅粉末和金属硼化物粉末的混合粉末。4.根据权利要求3所述的造型方法，其中，所述碳化硅粉末的中值粒径为2μm以上且41.1μm以下。5.根据权利要求1所述的造型方法，其中，所述粉末包含含有碳化硅和金属硼化物的颗粒。6.根据权利要求1所述的造型方法，其中，所述金属硼化物是二硼化铬，且所述粉末中碳化硅和二硼化铬各自的含量比为以摩尔比计0.54≤碳化硅/二硼化铬≤9.00。7.根据权利要求1所述的造型方法，其中，所述能量束是激光束。8.一种粉末材料，其是在粉末床熔合方法或定向能量沉积方法中所使用的粉末材料，所述粉末材料包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：木谷耕治，沖仲元毅，三木勉，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：