BR112020000197B1

BR112020000197B1 - Método para imprimir um objeto tridimensional e sistema de impressão para imprimir objetos tridimensionais

Info

Publication number: BR112020000197B1
Application number: BR112020000197-0A
Authority: BR
Inventors: Vladek Kasperchik; Krzysztof Nauka; David Michael Ingle
Original assignee: Hewlett-Packard Development Company, L.P
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2022-12-13
Also published as: CN111050953A; WO2019009906A1; US20240131781A1; CN111050953B; JP2020525656A; BR112020000197A2; JP7153710B2; US11872747B2; US20210187612A1; EP3648912A4; EP3648912A1; KR20200016348A; KR102291691B1

Abstract

Aqui são descritos métodos e sistemas para imprimir um objeto tridimensional. Em um exemplo, um método para imprimir um objeto tridimensional pode compreender: (i) um material de construção metálico sendo aplicado; (ii) um fluido ligante sendo aplicado em pelo menos uma porção do material metálico de construção; (iii) o fluido ligante aplicado seletivamente pode ser fundido instantaneamente para ligar o material metálico de construção e o fluido ligante aplicado seletivamente pela aplicação de um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo. No exemplo, (i), (ii) e (iii) podem ser repetidos pelo menos uma vez para formar o objeto tridimensional. O fluido ligante pode compreender um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido.

Description

ANTECEDENTES

[0001] A impressão tridimensional (3D) pode ser um processo de impressão aditivo usado para fazer peças sólidas tridimensionais a partir de um modelo digital. A impressão 3D pode ser frequentemente usada em prototipagem rápida de produtos, geração de moldes, geração de mestre de moldes e fabricação de curto prazo. Algumas técnicas de impressão 3D são consideradas processos aditivos porque envolvem a aplicação de camadas sucessivas de material. Isso é diferente dos processos de usinagem habituais, que geralmente dependem da remoção de material para criar a peça final. A impressão 3D geralmente pode usar a cura ou a fusão do material de construção, o que, para alguns materiais, pode ser realizado com extrusão, fusão ou sinterização com auxílio de calor.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0002] Características de exemplos da presente divulgação se tornarão aparentes por referência à seguinte descrição detalhada e desenhos, nos quais números de referência semelhantes correspondem a componentes semelhantes, embora talvez não idênticos. Por uma questão de brevidade, os números ou características de referência com uma função descrita anteriormente podem ou não ser descritos em conexão com outros desenhos nos quais eles aparecem.

[0003] A Fig. 1 é uma vista isométrica simplificada de um exemplo de sistema de impressão 3D aqui divulgado;

[0004] As Figs. 2A a 2F são vistas esquemáticas que representam a formação de um objeto tridimensional padronizado, um objeto tridimensional, uma parte pelo menos substancialmente livre de polímero, e uma peça metálica 3D usando exemplos de um método de impressão 3D aqui divulgado;

[0005] A Fig. 3 é um gráfico de tempo versus porcentagem em peso do ligante de látex estireno-acrílico original em diferentes temperaturas;

[0006] As Figs. 4A a 4C são vistas esquemáticas que representam a formação de um objeto tridimensional usando um exemplo de um método de impressão 3D divulgado aqui;

[0007] As Figs. 5A a 5C são vistas esquemáticas simplificadas de um exemplo de sistema de impressão 3D mostrando irradiação por um exemplo do método de impressão 3D divulgado aqui;

[0008] As Figs. 6A a 6C são representações esquemáticas de objetos tridimensionais formados por exemplos de um método de impressão 3D divulgado aqui;

[0009] As Figs. 7A e 7B são representações esquemáticas de objetos tridimensionais formados por um exemplo de um método de impressão 3D divulgado aqui (Fig. 7A) em comparação com um método de impressão 3D comparativo (Fig. 7B);

[0010] A Fig. 8 é uma representação esquemática de um objeto tridimensional formado por um exemplo de um método de impressão 3D aqui divulgado;

[0011] A Fig. 9 é um diagrama de fluxo que ilustra um exemplo de um método de impressão 3D divulgado aqui; e

[0012] A Fig. 10 é um gráfico que mostra uma correlação entre a carga do ligante e a densidade de energia usada para fundir partículas de polímero e partículas de metal para formar um objeto tridimensional.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] Em alguns exemplos de impressão tridimensional (3D), um fluido ligante (também conhecido como agente/material funcional líquido) é aplicado seletivamente a uma camada de material de construção e, em seguida, outra camada do material de construção é aplicada nela. O fluido ligante pode ser aplicado a essa outra camada de material de construção e esses processos podem ser repetidos para formar um objeto tridimensional. O fluido do ligante pode incluir um ligante que mantém o material de construção do objeto tridimensional juntos. O objeto tridimensional pode ser exposto a energia fotônica e/ou calor durante a construção de camada por camada ou após a construção para sinterizar o material de construção no objeto tridimensional para formar a peça 3D sinterizada.

[0014] Como usado aqui, os termos "peça impressa em 3D", "peça 3D", "peça", "objeto impresso em 3D", "objeto 3D" ou "objeto" podem ser uma peça ou objeto impresso em 3D completo ou uma camada de uma peça ou objeto impresso em 3D.

[0015] Como usado aqui, "(s)" no final de alguns termos indica que esses termos/frases podem ser singulares em alguns exemplos ou plural em alguns exemplos. Deve ser entendido que os termos sem "(s)" também podem ser usados singular ou pluralmente em muitos exemplos.

[0016] Ao produzir objetos tridimensionais usando formas amplamente aceitas de aquecimento de todo o leito de pó para derreter as partículas de polímero no objeto tridimensional padronizado, o calor é geralmente aplicado por mais de alguns segundos. Isso não só pode aumentar a quantidade de energia usada para produzir o objeto tridimensional, mas também pode causar decomposição térmica de partículas de polímero no ligante pelo menos devido ao período de tempo em que o objeto padronizado é aquecido para obter o derretimento das partículas de polímero.

[0017] Existe, portanto, uma demanda por fusão rápida das partículas de polímero no ligante por aplicação de energia para promover a ligação sem degradação do polímero.

[0018] Como aqui utilizado, o termo "objeto tridimensional padronizado" refere-se a uma peça intermediária que tem uma forma representativa da peça impressa em 3D final e que inclui material de construção metálico padronizado com o fluido de ligação. No objeto tridimensional padronizado, as partículas de material de construção metálico podem ou não ser fracamente unidas por pelo menos um componente do fluido de ligação e/ou por força(s) atrativa(s) entre as partículas do material de construção metálico e o fluido de ligação. Em alguns casos, a força mecânica do objeto tridimensional padronizado é tal que não pode ser manipulada ou extraída de uma plataforma de material de construção. Além disso, deve ser entendido que qualquer material de construção metálico que não seja padronizado com o fluido ligante não é considerado parte do objeto tridimensional padronizado, mesmo que esteja adjacente ou ao redor do objeto tridimensional padronizado.

[0019] Como aqui utilizado, o termo "objeto tridimensional" refere-se ao objeto tridimensional padronizado formado a partir da fusão instantânea o fluido ligante aplicado seletivamente que liga o material de construção metálico e o fluido ligante aplicado seletivamente, aplicando um fluxo de energia tendo uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo.

[0020] Como aqui utilizado, o termo "objeto tridimensional sinterizado", que se refere a um objeto tridimensional padronizado que foi exposto a um processo de fusão instantânea que inicia a fusão das partículas de polímero no fluido de ligação e que também pode contribuir para a evaporação dos componentes líquidos do fluido ligante, de modo que as partículas poliméricas formem uma cola polimérica que reveste as partículas de material de construção metálico e crie ou reforce a ligação entre as partículas de material de construção metálico. Em outras palavras, o "objeto tridimensional sinterizado" é uma peça intermediária com uma forma representativa da peça impressa em 3D final e que inclui material de construção metálico unido por pelo menos partículas de polímero substancialmente derretidas do fluido de ligação (com as quais a construção metálica material foi modelado). Comparado ao objeto tridimensional padronizado, a resistência mecânica do objeto tridimensional sinterizado é maior.

[0021] Como aqui utilizado, o termo "objeto tridimensional sinterizado" ou refere-se ao "objeto tridimensional" que foi aquecido a uma temperatura de sinterização.

[0022] Como usado aqui, os termos "peça impressa em 3D", "peça 3D" ou "peça metálica" se referem a um objeto tridimensional concluído e sinterizado.

[0023] Em alguns exemplos, um método para imprimir um objeto tridimensional pode compreender: (i) aplicar um material de construção metálico; (ii) aplicar seletivamente um fluido ligante em pelo menos uma porção do material metálico de construção, em que o fluido ligante compreende um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido; (iii) fusão instantânea do fluido ligante aplicado seletivamente para ligar o material metálico de construção e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo; e (iv) repetir (i), (ii) e (iii) pelo menos uma vez para formar o objeto tridimensional.

[0024] Em alguns exemplos, pelo menos a evaporação parcial dos líquidos no fluido ligante ocorre como resultado da fusão instantânea.

[0025] Em alguns exemplos, o método para imprimir o objeto tridimensional pode compreender ainda (ii-a) a secagem do fluido ligante aplicado seletivamente, removendo substancialmente a maioria dos líquidos do fluido ligante.

[0026] Em alguns exemplos, o método para imprimir o objeto tridimensional pode ainda compreender (v) aquecer o objeto tridimensional a uma temperatura de sinterização.

[0027] Em alguns exemplos, as partículas de polímero podem ter uma temperatura de transição vítrea de cerca de 25°C a cerca de 125°C; e as partículas de polímero podem ter uma temperatura de decomposição térmica de cerca de 250°C a cerca de 600°C.

[0028] Em alguns exemplos, a temperatura de fusão instantânea pode ser de cerca de 125°C a cerca de 400°C, ou em alguns exemplos de cerca de 125°C a cerca de 450°C.

[0029] Em alguns exemplos, a fusão instantânea pode ocorrer usando um emissor de energia fotônica que aplica energia fotônica não coerente como pelo menos um pulso ao material de construção metálico e ao fluido ligante aplicado seletivamente.

[0030] Em alguns exemplos, a fusão instantânea pode irradiar o material de construção metálico e o fluido de ligação.

[0031] Em alguns exemplos, a fusão instantânea pode ocorrer usando um emissor de energia fotônica de descarga de gás; e o gás empregado no emissor de energia fotônica de descarga de gás pode ser selecionado do grupo que consiste em xenônio, criptônio, argônio, hélio, neônio e suas combinações.

[0032] Em alguns exemplos, as partículas de polímero podem estar presentes no fluido ligante em uma quantidade que varia de cerca de 2% em peso a cerca de 30% em peso, com base no peso total do fluido ligante.

[0033] Em alguns exemplos, é descrito um sistema de impressão para impressão de objetos tridimensionais. O sistema de impressão pode compreender: um fornecimento de material de construção metálico; um distribuidor de material de construção; um fornecimento de um fluido ligante, o fluido ligante incluindo um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido; um aplicador de jato de tinta para dispensar seletivamente o fluido ligante; e um emissor de energia fotônica para fusão instantânea do fluido ligante aplicado seletivamente para ligar o material de construção metálico e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo.

[0034] Em alguns exemplos, o emissor de energia fotônica pode aplicar um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 25 J/cm2, ou menor que cerca de 20 J/cm2, ou menor que cerca de 10 J/cm2 ou inferior a cerca de 5 J/cm2, ou inferior a cerca de 2 J/cm2 ou inferior a cerca de 1 J/cm2. Essa densidade de energia pode ser aplicada camada por camada, ou a cada duas camadas, ou a cada três camadas, ou assim por diante, ou uma vez que o objeto tridimensional padronizado tenha sido totalmente padronizado.

[0035] Em alguns exemplos, o emissor de energia fotônica pode aplicar um fluxo de energia por menos de cerca de 1 segundo, ou menos que cerca de 0,5 segundos, ou menos que cerca de 0,1 segundos, ou menos que cerca de 0,01 segundos. Esse período pode ser aplicável a cada camada por camada, ou a cada duas camadas, ou a cada três camadas, ou assim por diante, ou uma vez que o objeto tridimensional padronizado tenha sido totalmente padronizado.

[0036] Em alguns exemplos, o sistema de impressão pode ainda compreender: um controlador; e um meio legível por computador não transitório tendo armazenado nele instruções executáveis por computador faz com que o controlador imprima um objeto tridimensional ao: utilizar o distribuidor de material de construção e o aplicador de jato de tinta para formar iterativamente pelo menos uma camada de material de construção metálico com aplicação seletiva do fluido ligante, e utilizar o emissor de energia fotônica para fundir instantaneamente o fluido ligante aplicado seletivamente que liga o material de construção metálico e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de 1 segundo.

[0037] Em alguns exemplos, o meio legível por computador não transitório tendo armazenado nele as instruções executáveis por computador faz com que o controlador imprima o objeto tridimensional da seguinte forma ao: utilizar pelo menos uma fonte de calor para aquecer o objeto tridimensional a um temperatura de sinterização.

[0038] Em alguns exemplos, o aquecimento do objeto tridimensional à temperatura de sinterização pode ser realizado por um período de tempo de sinterização que varia de cerca de 10 minutos a cerca de 48 horas, ou menos que cerca de 36 horas ou menos que cerca de 24 horas, ou menos de cerca de 12 horas, ou menos de cerca de 10 horas, ou menos de cerca de 8 horas, ou menos de cerca de 6 horas, ou menos de cerca de 4 horas, ou menos de cerca de 2 horas, ou menos de cerca de 1 hora.

[0039] Em alguns exemplos, o aquecimento do objeto tridimensional à temperatura de sinterização pode ocorrer em um ambiente que contém um gás inerte, um gás de baixa reatividade, um gás redutor, um vácuo, uma exposição em etapas a pelo menos um do anterior, ou uma combinação dos mesmos.

[0040] Em alguns exemplos, as partículas de polímero podem ser partículas de polímero de látex produzidas pela polimerização por radicais livres de monômeros selecionados (mas não limitados a) ao grupo que consiste em estireno, p- metil estireno, α-metil estireno, metacrilato de metila, acrilato de hexila, metacrilato de hexila, acrilato de butila, metacrilato de butila, acrilato de etila, metacrilato de etila, acrilato de 2-etilhexila, metacrilato de 2-etilhexila, acrilato de propila, metacrilato de propila, acrilato de octadecila, metacrilato de octadecila, metacrilato de estearila, cloreto de vinilbenzila, acrilato de isobornila, acrilato de tetrahidrofurfurila, metacrilato de 2-fenoxietila, metacrilato de benzila, acrilato de benzila, metacrilato de nonilfenol etoxilado, metacrilato de beenil etoxilado, monoacrilato de polipropilenoglicol, metacrilato de isobornil, metacrilato de ciclohexila, acrilato de ciclohexila, metacrilato de t-butila, metacrilato de n-octila, metacrilato de lauril, metacrilato de tridecila, acrilato de tetrahidrofurfurila alcoxilado, acrilato de isodecila, metacrilato de isobornila, acrilato de isobornil, maleato de dimetila, maleato de dioctila, metacrilato de acetoacetoxietila, diacetona acrilamida, N- vinil imidazol, N-vinilcarbazol, N-vinil-caprolactama, combinações dos mesmos, derivados e misturas dos mesmos.

[0041] Em alguns exemplos aqui divulgados, o fluido ligante pode incluir partículas de polímero, que são dispersas por um veículo líquido do fluido ligante. Quando aplicado a uma camada de material de construção metálico, o veículo líquido é capaz de umedecer o material de construção e as partículas de polímero são capazes de penetrar nos poros microscópicos da camada (isto é, os espaços entre as partículas de material de construção metálico). Como tal, as partículas de polímero podem mover-se para espaços vazios entre as partículas de material de construção metálico. As partículas de polímero no fluido de ligação podem ser ativadas, curadas e/ou derretidas por fusão instantânea das partículas de polímero no fluido de ligação. Durante a fusão instantânea, o fluido ligante aplicado seletivamente liga o material de construção metálico pela aplicação de um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo. Quando ativadas, curadas ou derretidas, as partículas de polímero no fluido ligante formam uma rede pelo menos substancialmente contínua colando as partículas de material de construção metálico na forma de objeto tridimensional. O objeto tridimensional possui resistência mecânica suficiente para suportar a extração da plataforma do material de construção sem ser prejudicialmente afetado (por exemplo, a forma não é perdida).

[0042] Em alguns exemplos, uma vez extraído, o objeto tridimensional pode ser desvinculado por aquecimento do objeto tridimensional à temperatura de decomposição térmica das partículas de polímero para decompor termicamente as partículas de polímero. Quando pelo menos algumas das partículas de polímero são decompostas termicamente, uma parte pelo menos substancialmente livre de polímero pode ser formada. Então, a parte pelo menos substancialmente livre de polímero pode ser aquecida a uma temperatura de sinterização para sinterizar as partículas de material de construção metálico e formar a peça metálica.

[0043] Em alguns exemplos, uma vez extraído, o objeto tridimensional pode ser aquecido a uma temperatura de sinterização para sinterizar as partículas do material de construção metálico e formar o objeto tridimensional sinterizado ou a peça metálica.

[0044] Referindo-se às figuras neste pedido, deve-se entender que os componentes e a escala mostrados podem ser reorganizados em diferentes tamanhos e posições de maneira a não afetar o funcionamento e os resultados desejados.

[0045] Com referência agora à Fig. 1, é mostrado um exemplo de um sistema de impressão 3D 10. Deve ser entendido que o sistema de impressão 3D 10 pode incluir componentes adicionais e que alguns dos componentes descritos aqui podem ser removidos e/ou modificados. Além disso, os componentes do sistema de impressão 3D 10 representados na Fig. 1 não podem ser desenhados em escala e, portanto, o sistema de impressão 3D 10 pode ter um tamanho e/ou configuração diferente, diferente da mostrada no mesmo.

[0046] O sistema de impressão tridimensional (3D) 10 geralmente inclui um fornecimento 14 de material de construção metálico 16; um distribuidor de material de construção 18; um fornecimento de um fluido ligante 36, o fluido ligante 36 incluindo um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido; um aplicador de jato de tinta 24 para dispensar seletivamente o fluido de ligação 36 (Fig. 2C); pelo menos um emissor de energia fotônica 32, 32'; um controlador 28; e um meio legível por computador não transitório tendo armazenado nele instruções executáveis por computador para fazer com que o controlador 28: utilize o distribuidor de material de construção 18 e o aplicador de jato de tinta 24 para formar iterativamente várias camadas 34 (Fig. 2B) de material de construção metálico 16 que são aplicado pelo distribuidor de material de construção 18 e receber o fluido de ligação 36, criando assim um objeto tridimensional padronizado 42 (Fig. 2E), e utiliza pelo menos um emissor de energia fotônica 32, 32' para fundir instantaneamente as partículas de polímero no objeto tridimensional padronizado 42 criando um objeto tridimensional 42', e aquece o objeto tridimensional 42' usando uma fonte de calor 48 a uma temperatura de sinterização para formar uma peça metálica 50.

[0047] Como mostrado na Fig. 1, o sistema de impressão 10 inclui uma plataforma de área de construção 12, o fornecimento de material de construção 14 contendo partículas metálicas de material de construção 16 e o distribuidor de material de construção 18.

[0048] A plataforma da área de construção 12 recebe o material de construção metálico 16 do fornecimento de material de construção 14. A plataforma da área de construção 12 pode ser integrada ao sistema de impressão 10 ou pode ser um componente que pode ser inserido separadamente no sistema de impressão 10. Por exemplo, a plataforma da área de construção 12 pode ser um módulo que está disponível separadamente do sistema de impressão 10. A plataforma da área de construção 12 que é mostrada também é um exemplo e pode ser substituída por outro membro de suporte, como uma placa, uma cama de fabricação/impressão, uma placa de vidro ou outra superfície de construção.

[0049] A plataforma da área de construção 12 pode ser movida em uma direção indicada pela seta 20, por exemplo, ao longo do eixo geométrico z, de modo que o material de construção metálico 16 possa ser entregue à plataforma 12 ou a uma camada previamente formada de material de construção metálico 16 (ver Fig. 2D). Em um exemplo, quando as partículas de material de construção metálico 16 devem ser entregues, a plataforma da área de construção 12 pode ser programada para avançar (por exemplo, para baixo) o suficiente para que o distribuidor do material de construção 18 possa empurrar as partículas de material de construção metálico 16 para a plataforma 12 para formar uma camada 34 do material de construção metálico 16 sobre a mesma (ver, por exemplo, Figs. 2A e 2B). A plataforma da área de construção 12 também pode ser retornada à sua posição original, por exemplo, quando uma nova peça deve ser construída.

[0050] O fornecimento de material de construção 14 pode ser um recipiente, leito ou outra superfície que deve posicionar as partículas metálicas de material de construção 16 entre o distribuidor de material de construção 18 e a plataforma da área de construção 12. Em alguns exemplos, o fornecimento de material de construção 14 pode incluir uma superfície sobre a qual as partículas de material de construção metálico 16 podem ser fornecidas, por exemplo, a partir de uma fonte de material de construção (não mostrada) localizada acima do fornecimento de material de construção 14. Exemplos da fonte de material de construção podem incluir uma tremonha, um transportador de trado ou similar. Adicionalmente, ou alternativamente, o fornecimento de material de construção 14 pode incluir um mecanismo (por exemplo, um pistão de entrega) para transmitir, por exemplo, mover, as partículas de material de construção metálico 16 de um local de armazenamento para uma posição a ser espalhada na plataforma da área de construção 12 ou sobre uma camada previamente formada de material de construção metálico 16.

[0051] O distribuidor de material de construção 18 pode ser movido em uma direção indicada pela seta 22, por exemplo, ao longo do eixo geométrico y, sobre o fornecimento de material de construção 14 e através da plataforma da área de construção 12 para espalhar uma camada da construção metálica material 16 sobre a plataforma da área de construção 12. O distribuidor de material de construção 18 também pode ser retornado para uma posição adjacente ao fornecimento de material de construção 14 após a propagação do material de construção metálico 16. O distribuidor de material de construção 18 pode ser uma lâmina (por exemplo, uma lâmina raspadora), um rolo, uma combinação de um rolo e uma lâmina e/ou qualquer outro dispositivo capaz de espalhar as partículas de material de construção metálico 16 sobre a plataforma da área de construção 12. Por exemplo, o distribuidor de material de construção 18 pode ser um rolo de rotação contrária.

[0052] O material metálico de construção 16 pode ser qualquer material metálico particulado. Em um exemplo, o material de construção metálico 16 pode ser um pó. Em outro exemplo, o material de construção metálico 16 pode ter a capacidade de sinterizar em um corpo contínuo para formar a peça metálica 50 (ver, por exemplo, Fig. 2F) quando aquecido até a temperatura de sinterização (por exemplo, uma temperatura variando de cerca de 850°C a cerca de 2500°C). Por "corpo contínuo", significa-se que as partículas de material de construção metálico são fundidas para formar uma única peça com pouca ou nenhuma porosidade e com resistência mecânica suficiente para atender às condições de uma peça metálica final alvo 50.

[0053] Embora seja sugerido um exemplo de faixa de temperatura de sinterização, deve-se entender que essa temperatura pode variar, dependendo, em parte, da composição e fase(s) do material metálico de construção 16.

[0054] Em um exemplo, o material metálico de construção 16 é um material metálico monofásico composto por um elemento. Neste exemplo, a temperatura de sinterização pode estar abaixo do ponto de fusão do elemento único.

[0055] Em outro exemplo, o material de construção metálico 16 pode ser composto de dois ou mais elementos, que podem estar na forma de uma liga metálica monofásica ou de uma liga metálica multifásica. Nestes outros exemplos, a fusão ocorre geralmente em uma faixa de temperaturas. Para algumas ligas metálicas monofásicas, a fusão começa logo acima da temperatura de sólido (onde a fusão é iniciada) e não fica completa até que a temperatura de líquido (temperatura na qual todo o sólido derrete) seja excedida. Para outras ligas metálicas monofásicas, a fusão começa logo acima da temperatura peritética. A temperatura peritética é definida pelo ponto em que um sólido monofásico se transforma em uma mistura sólida e líquida de duas fases, onde o sólido acima da temperatura peritética é de uma fase diferente do que o sólido abaixo da temperatura peritética. Quando o material metálico de construção 16 é composto de duas ou mais fases (por exemplo, uma liga multifásica feita de dois ou mais elementos), a fusão geralmente começa quando a temperatura eutética ou peritética é excedida. A temperatura eutética é definida pela temperatura na qual um líquido monofásico solidifica completamente em um sólido bifásico. Geralmente, a fusão da liga metálica monofásica ou da liga metálica multifásica começa logo acima da temperatura de sólido, eutética ou peritética e não fica completa até que a temperatura do líquido seja excedida. Em alguns exemplos, a sinterização pode ocorrer abaixo da temperatura de sólido, da temperatura peritética ou da temperatura eutética. Em outros exemplos, a sinterização ocorre acima da temperatura de sólido, da temperatura peritética ou da temperatura eutética. A sinterização acima da temperatura de sólido é denominada sinterização super solidus, e essa técnica pode ser útil ao usar partículas maiores de material de construção e/ou para obter alta densidade. Em um exemplo, a composição do material de construção pode ser selecionada de modo que pelo menos 40% em volume do material de construção metálico seja constituído por fases que possuem um ponto de fusão acima de uma temperatura de sinterização alvo. Deve ser entendido que a temperatura de sinterização pode ser alta o suficiente para oferecer energia suficiente para permitir a mobilidade do átomo entre partículas adjacentes. Em alguns exemplos, o tamanho de partícula de construção metálica pode ser suficientemente pequeno, de modo que a temperatura de sinterização possa ser de cerca de 100°C a 150°C abaixo do sólido. Sem desejar ser limitado pela teoria, quanto menor o tamanho das partículas de construção metálica, mais rápido o processo de sinterização pode ser e uma temperatura mais baixa pode ser usada durante o processo de sinterização.

[0056] Elementos únicos ou ligas podem ser usados como material de construção metálico 16. Alguns exemplos do material de construção metálico 16 incluem aços, aço inoxidável, bronzes, titânio (Ti) e suas ligas, alumínio (Al) e suas ligas, níquel (Ni) e suas ligas, cobalto (Co) e suas ligas, ferro (Fe) e suas ligas, ligas de níquel cobalto (NiCo), ouro (Au) e suas ligas, prata (Ag) e suas ligas, platina (Pt) e suas ligas, e cobre (Cu) e suas ligas. Alguns exemplos específicos incluem AlSi10Mg, alumínio de séries 2xxx, alumínio de séries 4xxx, CoCr MP1, CoCr SP2, MaragingSteel MS1, Hastelloy C, Hastelloy X, NickelAlloy HX, Inconel IN625, Inconel IN718, SS GP1, SS 17-4PH, SS 316L, Ti6Al4V e Ti-6Al-4V ELI7. Embora vários exemplos de ligas tenham sido sugeridos, deve-se entender que outros materiais de construção de ligas podem ser utilizados, como ligas de solda PbSn.

[0057] Qualquer material de construção metálico 16 pode ser usado que está na forma de pó desde o início dos métodos de impressão 3D divulgados aqui. Como tal, o ponto de fusão, a temperatura de sólido, a temperatura eutética e/ou a temperatura peritética do material metálico de construção 16 podem estar acima da temperatura do ambiente em que a porção de padronização do método de impressão 3D é realizada (por exemplo, acima de 40°C) Em alguns exemplos, o material de construção metálico 16 pode ter um ponto de fusão que varia de cerca de 850°C a cerca de 3500°C. Em outros exemplos, o material de construção metálico 16 pode ser uma liga com uma gama de pontos de fusão. As ligas podem incluir metais com pontos de fusão tão baixos quanto cerca de -39°C (por exemplo, mercúrio), ou cerca de 30°C (por exemplo, gálio) ou cerca de 157°C (por exemplo, índio).

[0058] O material de construção metálico 16 pode ser constituído por partículas de tamanho semelhante ou de tamanho diferente. Nos exemplos mostrados aqui (Fig. 1 e Figs. 2A-2F), o material de construção metálico 16 inclui partículas de tamanho semelhante. O termo "tamanho", como aqui utilizado em relação ao material metálico de construção 16, refere-se ao diâmetro de uma partícula substancialmente esférica (isto é, uma partícula esférica ou quase esférica com uma esfericidade > 0,84) ou o diâmetro médio de uma partícula não esférica (ou seja, a média de vários diâmetros na partícula). Partículas substancialmente esféricas desse tamanho de partícula têm boa fluidez e podem se espalhar com relativa facilidade. Como um exemplo, o tamanho médio de partícula das partículas do material metálico de construção 16 pode variar de cerca de 1 μm a cerca de 200 μm. Como outro exemplo, o tamanho médio das partículas do material metálico de construção 16 varia de cerca de 10 μm a cerca de 150 μm. Como ainda outro exemplo, o tamanho médio das partículas do material metálico de construção 16 varia de cerca de 15 μm a cerca de 100 μm.

[0059] Como mostrado na Fig. 1, o sistema de impressão 10 também inclui um aplicador 24, que pode conter o fluido de ligação 36 (mostrado na Fig. 2C) aqui divulgado.

[0060] O fluido ligante 36 inclui pelo menos o veículo líquido e as partículas de polímero. Em alguns casos, o fluido ligante 36 consiste no veículo líquido e nas partículas de polímero, sem quaisquer outros componentes.

[0061] As partículas de polímero são ligantes intermediários de sacrifício, pois estão presentes em vários estágios do objeto tridimensional 42, 42' (mostrado na Fig. 2E) que é formado e, em seguida, são removidos (por decomposição térmica) e portanto, não estão presentes na peça 3D sinterizada final 50 (mostrada na Fig. 2F).

[0062] Nos exemplos aqui divulgados, as partículas de polímero podem ser dispersas no veículo líquido. As partículas de polímero podem ter várias morfologias diferentes. Por exemplo, as partículas de polímero podem ser partículas esféricas individuais contendo composições poliméricas de componente(s) hidrofílico(s) de alta Tg (duro) e/ou componente(s) hidrofóbico(s) de baixa Tg (mole) que podem ser interdispersas de acordo com o IPN (redes de interpenetração), embora esteja contemplado que os componentes hidrofílicos de alta Tg e hidrofóbicos de baixa Tg possam ser interdispersos de outras maneiras. Para outro exemplo, as partículas de polímero podem ser feitas de um núcleo hidrofóbico contínuo ou descontínuo com baixa Tg cercado por domínios ou parcialmente coalescidos de um invólucro hidrofílico de alta Tg contínua ou descontínua. Para outro exemplo, a morfologia de partículas de polímero pode se assemelhar a uma framboesa, na qual um núcleo hidrofóbico de baixa Tg é cercado por várias partículas hidrofílicas menores de alta Tg que estão ligadas ao núcleo. Para ainda outro exemplo, as partículas de polímero podem incluir 2, 3 ou 4 partículas que são pelo menos parcialmente ligadas umas às outras.

[0063] Nos exemplos deste documento, componente(s)/casca/partículas hidrofílicos de alta Tg e componente(s)/núcleo/partículas hidrofílicos de baixa Tg podem ser definidos em relação um ao outro (isto é, o(s) componente(s)/casca/partículas hidrofílico(s) de alta Tg têm uma Tg maior que o(s)componente/núcleo/partículas hidrofílico de baixa Tg, e componente(s)/núcleo/partículas de baixa Tg tem uma Tg menor que o(s) componente(s)/casca/partículas hidrofílico de alta Tg). Em alguns exemplos, os componentes/casca/partículas hidrofílicos de alta Tg têm uma Tg superior a 25°C. Em outros exemplos, o(s) componente(s)/casca/partículas hidrofílico de alta Tg têm uma Tg superior a 45°C. Em alguns exemplos, os componentes/núcleo/partículas hidrofílicos de baixa Tg têm uma Tg menor que 25°C. Em outros exemplos, os componentes/núcleo/partículas hidrofílicos de baixa Tg têm uma Tg menor que 5°C.

[0064] As partículas de polímero podem ser qualquer polímero de látex (ou seja, polímero capaz de ser criado por técnicas conhecidas como polimerização em emulsão e/ou polimerização por mini-emulsão) passíveis de jateamento via impressão a jato de tinta (por exemplo, impressão a jato de tinta térmica ou impressão à jato de tinta piezoelétrico). Em alguns exemplos aqui divulgados, as partículas de polímero são heteropolímeros ou copolímeros. Os heteropolímeros podem incluir um componente mais hidrofóbico e um componente mais hidrofílico. Nestes exemplos, o componente hidrofílico torna as partículas dispersáveis no fluido ligante 36, enquanto o componente hidrofóbico é capaz de coalescer mediante exposição à energia fotônica, a fim de ligar temporariamente as partículas do material de construção metálico 16 para formar o objeto tridimensional 42'.

[0065] Exemplos de monômeros de baixa Tg que podem ser usados para formar o componente hidrofóbico incluem acrilatos ou metacrilatos de alquil C4 a C8, estireno, metil estirenos substituídos, acrilatos ou metacrilatos de poliol, monômeros de vinila, ésteres de vinila ou similares. Alguns exemplos específicos incluem metacrilato de metila, acrilato de butila, metacrilato de butila, acrilato de hexila, metacrilato de hexila, acrilato de etila, metacrilato de etila, acrilato de propila, metacrilato de propila, acrilato de 2-etilhexila, metacrilato de 2-etilhexila, acrilato de hidroxietila, acrilato de lauril, metacrilato de lauril, acrilato de octadecila, metacrilato de octadecila, acrilato de isobornila, metacrilato de isobornila, metacrilato de estearil, dimetacrilato de etileno glicol, dimetacrilato de dietileno glicol, dimetacrilato de trietileno glicol, acrilato de tetrahidrofurfurila, acrilato de tetrahidrofurfurila alcoxilado, metacrilato de 2- fenoxietila, acrilato de benzila, metacrilato de nonilfenol etoxilado, metacrilato de ciclohexila, metacrilato de trimetil ciclohexila, metacrilato de t-butila, metacrilato de n-octila, metacrilato de tridecila, acrilato de isodecila, maleato de dimetila, maleato de dioctila, metacrilato de acetoacetoxietila, diacetona acrilamida, tri- acrilato de pentaeritritol, tetra-acrilato de pentaeritritol, tri-metracrilato de pentaeritritol, tetra- metacrilato de pentaeritritol, divinilbenzeno, estireno, metilestirenos (por exemplo, α-metil estireno, p-metil estireno), cloreto de vinila, cloreto de vinilideno, cloreto de vinilbenzila, acrilonitrila, metacrilonitrila, N-vinil imidazol, N-vinilcarbazol, N-vinil-caprolactama, suas combinações, seus derivados ou suas misturas.

[0066] Em alguns exemplos, podem ser utilizados metacrilato de metila, acrilato de metila, metacrilato de etila e acrilato de etila.

[0067] Em alguns exemplos, certos monômeros podem ser considerados hidrofílicos ou hidrofóbicos, dependendo dos monômeros com os quais estão emparelhados. Metacrilato de metila, acrilato de metila, metacrilato de etila e acrilato de etila podem pertencer aos grupos hidrofóbico e hidrofílico. Em alguns exemplos, acrilonitrila e metacrilonitrila podem ser usados.

[0068] Em alguns exemplos, dois ou mais monômeros hidrofóbicos podem ser usados, o que pode levar à separação de fases em algum grau devido à incompatibilidade entre si, levando assim à formação de pequenos domínios dentro de uma partícula. Alternativamente, dois ou mais monômeros hidrofílicos podem ser usados.

[0069] Em alguns exemplos, a funcionalidade ácida pode ser usada para modificar (por exemplo, aumentar) a hidrofilicidade de qualquer composição de polímero.

[0070] O heteropolímero pode ser formado por pelo menos dois dos monômeros listados anteriormente, ou pelo menos um dos monômeros listados anteriormente e um monômero hidrofílico de alta Tg, como um monômero ácido. Exemplos de monômeros ácidos que podem ser polimerizados na formação das partículas poliméricas incluem ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido etacrílico, ácido dimetilacrílico, anidrido maleico, ácido maleico, sulfonato de vinila, ácido cianoacrílico, ácido vinilacético, ácido alilacético, ácido etilidinacético, ácido propilidinacético, ácido crotonóico ácido, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido sórbico, ácido angélico, ácido cinâmico, ácido estirilacrílico, ácido citracônico, ácido glutacônico, ácido aconítico, ácido fenilacrílico, ácido acriloxipropiônico, ácido aconítico, ácido fenilacrílico, ácido acriloxipropiônico, ácido vinilbenzóico, ácido N-vinilsuccinamídico, ácido mesacônico, metacroilalanina, acriloilhidroxiglicina, ácido sulfoetil metacrílico, ácido sulfopropil acrílico, ácido estireno sulfônico, ácido sulfoetilacrílico, ácido 2- metacriloiloximetano-1-sulfônico, ácido 3- metacrioiloxipropano-1-sulfônico, ácido 3-(viniloxi) propano-1-sulfônico, ácido etilenossulfônico, ácido vinilsulfúrico, ácido 4-vinilfenil sulfúrico, ácido etileno fosfônico, ácido vinil-fosfórico, ácido vinil-benzóico, ácido 2-acrilamida-2-metil-1-propanossulfônico, suas combinações, seus derivados ou suas misturas. Outros exemplos de monômeros hidrofílicos de alta Tg incluem acrilamida, metacrilamida, monômeros monohidroxilados, monômeros monoetoxilados, monômeros polihidroxilados ou monômeros polietoxilados.

[0071] Nos heteropolímeros aqui divulgados, o(s) componente(s) hidrofóbico(s) de baixa Tg compõem cerca de 0% a cerca de 40% do polímero, e o(s) componente(s) hidrofílico(s) de alta Tg compõem de cerca de 65% a cerca de 100% do polímero.

[0072] Em um exemplo, o(s) monômero(s) selecionado(s) é/são polimerizado(s) para formar um heteropolímero. Qualquer processo de polimerização adequado pode ser utilizado. Por exemplo, partículas de polímero hidrofóbico- hidrofílico podem ser formadas por várias técnicas, tais como: i) criar um polímero hidrofílico de alta Tg após formar um polímero hidrofóbico de baixa Tg, ii) copolimerizar sequencialmente monômeros hidrofóbicos de baixa Tg e hidrofílicos de alta Tg usando razões que levam a um hidrofílico de Tg mais alto, iii) aumentar o caráter hidrofílico da composição de monômero de alta Tg para que haja uma concentração mais alta de alta Tg perto da superfície da partícula, ou iv) qualquer outro método comum para gerar um componente externo hidrófilo de alta Tg ou casca em relação ao componente ou núcleo interno. Estas partículas de polímero hidrofóbico-hidrofílico podem ser partículas de revestimento do núcleo. Deve ser entendido, no

[0075] As partículas de polímero podem ter um ponto de fusão que varia de cerca de 50°C a cerca de 150°C. Num exemplo, as partículas de polímero podem ter um ponto de fusão de cerca de 90°C.

[0076] O peso molecular médio ponderado das partículas de polímero pode variar de cerca de 5.000 Mw a cerca de 500.000 Mw. Em alguns exemplos, o peso molecular médio ponderado das partículas de polímero varia de cerca de 100.000 Mw a cerca de 500.000 Mw. Em alguns outros exemplos, o peso molecular médio ponderado das partículas de polímero varia de cerca de 150.000 Mw a 300.000 Mw.

[0077] As partículas de polímero podem estar presentes no fluido ligante 36 em uma quantidade que varia de cerca de 2% em peso a cerca de 30% em peso, ou de cerca de 3% em peso a cerca de 20% em peso ou de cerca de 5% em peso a cerca de 15% em peso (com base na % em peso total do fluido ligante 36). Em outro exemplo, as partículas de polímero podem estar presentes no fluido ligante 36 em uma quantidade que varia de cerca de 20% em volume a cerca de 40% em volume (com base na % de vol total do fluido ligante 36). Crê-se que estas cargas de partículas de polímero oferecem um equilíbrio entre o fluido de ligação 36 tendo confiabilidade de jateamento e eficiência de ligação.

[0078] Quando o fluido ligante 36 é aplicado em uma camada ou leito metálico de material de construção, a quantidade de fluido ligante depositada em cada passagem é de cerca de 0,1 microlitros a cerca de 1000 microlitros, ou de cerca de 1 microlitro a cerca de 500 microlitros, ou de cerca de 5 microlitros a cerca de 100 microlitros, ou de cerca de 10 microlitros a cerca de 50 microlitros, ou menos do que cerca

[0078] Quando o fluido ligante 36 é aplicado em uma camada ou leito metálico de material de construção, a quantidade de fluido ligante depositada em cada passagem é de cerca de 0,1 microlitros a cerca de 1000 microlitros, ou de cerca de 1 microlitro a cerca de 500 microlitros, ou de cerca de 5 microlitros a cerca de 100 microlitros, ou de cerca de 10 microlitros a cerca de 50 microlitros, ou menos do que cerca de 1000 microlitros, ou menos do que cerca de 500 microlitros, ou menos do que cerca de 100 microlitros, ou mais do que cerca de 0,1 microlitros, ou mais do que cerca de 1 microlitro, ou mais do que cerca de 10 microlitros.

[0079] Em alguns exemplos, o fluido ligante 36 inclui um solvente coalescente além das partículas de polímero. Nestes exemplos, o solvente coalescente plastifica as partículas poliméricas e aprimora a coalescência das partículas poliméricas mediante exposição à energia fotônica, a fim de ligar temporariamente as partículas metálicas 16 do material de construção para formar o objeto tridimensional 42'. Em alguns exemplos, o fluido ligante 36 pode consistir nas partículas de polímero e no solvente coalescente (sem outros componentes). Nestes exemplos, o veículo líquido consiste no solvente coalescente (sem outros componentes), e o solvente coalescente compõe o equilíbrio do fluido ligante 36.

[0080] Em alguns exemplos, o solvente coalescente pode ser uma lactona, como 2-pirrolidinona ou 1-(2-hidroxietil)- 2-pirrolidona. Em outros exemplos, o solvente coalescente pode ser um glicol éter ou um éster de glicol éter, tal como tripropileno glicol mono metil éter, dipropileno glicol mono metil éter, dipropileno glicol mono propil éster, tripropileno glicol mono n-butil éter, propileno glicol fenil éter, acetato de dipropileno glicol metil éter, dietileno glicol mono butil éter, dietileno glicol mono hexil éter, etileno glicol fenil éter, acetato de dietileno glicol mono n-butil éter, ou acetato de etileno glicol mono n-butil éter. Ainda em outros exemplos, o solvente coalescente pode ser um álcool poli-hídrico solúvel em água, como 2-metil- 1,3-propanodiol. Ainda em outros exemplos, o solvente coalescente pode ser uma combinação de qualquer um dos exemplos acima. Ainda em outros exemplos, o solvente coalescente é selecionado a partir do grupo que consiste em 2-pirrolidinona, 1-(2-hidroxietil)-2-pirrolidona, tripropileno glicol mono metil éter, dipropileno glicol mono metil éter, dipropileno glicol mono propil éter,tripropileno glicol mono n-butil éter, propileno glicol fenil éter, acetato de dipropileno glicol metil éter, dietileno glicol mono butil éter, dietileno glicol mono hexil éter, etileno glicol fenil éter, acetato de dietileno glicol mono n-butil éter, acetato de etileno glicol mono n-butil éter, 2-metil-1,3-propanodiol e uma combinação dos mesmos.

[0081] O solvente coalescente pode estar presente no fluido ligante 36 em uma quantidade que varia de cerca de 0,1% em peso a cerca de 50% em peso (com base na % em peso total do fluido ligante 36). Em alguns exemplos, quantidades maiores ou menores de solvente coalescente podem ser usadas dependendo, em parte, da arquitetura de jateamento do aplicador 24.

[0082] Em um exemplo, as partículas de polímero estão presentes no fluido ligante em uma quantidade que varia de cerca de 2% em peso a cerca de 30% em peso, e o solvente coalescente está presente no fluido ligante em uma quantidade que varia de cerca de 0,1% em peso para cerca de 50% em peso.

[0083] Como mencionado acima, o fluido ligante 36 inclui as partículas de polímero e o veículo líquido. Como usado aqui, "veículo líquido" pode se referir ao fluido líquido no qual as partículas de polímero são dispersas para formar o fluido ligante 36. Uma grande variedade de veículos líquidos, incluindo veículos aquosos e não aquosos, pode ser usada com o fluido ligante 36. Em alguns casos, o veículo líquido consiste em um solvente primário sem outros componentes.

[0084] Em outros exemplos, o fluido ligante 36 pode incluir outros ingredientes, dependendo, em parte, do aplicador 24 que deve ser usado para dispensar o fluido ligante 36. Exemplos de outros componentes de fluido ligante adequados incluem co-solvente(s), surfactante(s), agente(s) antimicrobiano(s), agente(s) anti-kogation(s), modificador(es) de viscosidade, modificador(es) de viscosidade, ajustador(es) do pH e/ou agente sequestrador(s) A presença de um co-solvente e/ou um surfactante no fluido ligante 36 pode auxiliar na obtenção de um comportamento de umedecimento específico com o material de construção metálico 16.

[0085] O solvente primário pode ser água ou um solvente não aquoso (por exemplo, etanol, acetona, n-metil pirrolidona ou hidrocarbonetos alifáticos). Em alguns exemplos, o fluido ligante 36 consiste nas partículas de polímero e no solvente primário (com outros componentes). Nestes exemplos, o solvente primário compõe o equilíbrio do fluido ligante 36.

[0086] Classes de co-solventes orgânicos que podem ser utilizados no fluido ligante à base de água 36 incluem álcoois alifáticos, álcoois aromáticos, dióis, éteres de glicol, éteres de poliglicol, lactamas tais como 2- pirrolidona, caprolactamas, formamidas, acetamidas, glicóis e álcoois de cadeia longa. Exemplos desses co-solventes incluem álcoois alifáticos primários, álcoois alifáticos secundários, 1,2-álcoois, 1,3-álcoois, 1,5-álcoois, etileno glicol alquil éteres, propileno glicol alquil ésteres, homólogos mais altos (C6-C12) de polietileno glicol alquil ésteres, N-alquil caprolactamas, caprolactamas não substituídas, formamidas substituídas e não substituídas, acetamidas substituídas e não substituídas e semelhantes.

[0087] Exemplos de alguns co-solventes adequados incluem solventes solúveis em água de alto ponto de ebulição (ou seja, umectantes), que têm um ponto de ebulição de pelo menos cerca de 120°C ou superior. Alguns exemplos de solventes de alto ponto de ebulição incluem 2-pirrolidona (ponto de ebulição de cerca de 245°C), 2-metil-1,3-propanodiol (ponto de ebulição de cerca de 212°C) e combinações dos mesmos. O co-solvente(s) pode estar presente no fluido ligante 36 em uma quantidade total variando de cerca de 1% em peso a cerca de 50% em peso, com base na % em peso total do fluido ligante 36, dependendo da arquitetura de jateamento do aplicador 24.

[0088] Surfactante(s) pode ser usado para melhorar as propriedades de umedecimento e a jateabilidade do fluido de ligação 36. Exemplos de surfactantes adequados incluem um agente umectante não iônico autoemulsificável com base em química de diol acetilênico (por exemplo, SURFYNOL® SEF da Air Products and Chemicals, Inc.), um fluorossurfactante não iônico (por exemplo, fluorossurfactantes CAPSTONE® da DuPont, anteriormente conhecidos como ZONYL FSO) e suas combinações. Em outros exemplos, o surfactante é um agente umectante etoxilado com baixa espuma (por exemplo, SURFYNOL® 440 ou SURFYNOL® CT-111 da Air Products and Chemical Inc.) ou um agente umectante etoxilado e antiespumante molecular (por exemplo, SURFYNOL® 420 da Air Products and Chemical Inc.). Outros surfactantes adequados ainda incluem agentes umectantes não iônicos e antiespumantes moleculares (por exemplo, SURFYNOL® 104E da Air Products and Chemical Inc.) ou surfactantes não iônicos solúveis em água (por exemplo, TERGITOL ™ TMN-6 ou TERGITOL ™ 15-S -7 da The Dow Chemical Company). Em alguns exemplos, pode ser útil utilizar um surfactante com um equilíbrio hidrofílico-lipofílico (HLB) menor que 10.

[0089] Se um único surfactante é usado ou uma combinação de surfactantes é usada, a quantidade total de surfactantes no fluido ligante 36 pode variar de cerca de 0,01% em peso a cerca de 10% em peso com base na % em peso total do fluido de ligação 36. Em outro exemplo, a quantidade total de surfactante(s) no fluido ligante 36 pode variar de cerca de 0,5% em peso a cerca de 2,5% em peso, com base na % em peso total do fluido ligante 36.

[0090] O veículo líquido também pode incluir agentes antimicrobianos. Agentes antimicrobianos adequados incluem biocidas e fungicidas. Exemplos de agentes antimicrobianos podem incluir o NUOSEPT ™ (Troy Corp.), UCARCIDE ™ (Dow Chemical Co.), ACTICIDE® M20 (Thor) e combinações dos mesmos. Exemplos de biocidas adequados incluem uma solução aquosa de 1,2-benzisotiazolin-3-ona (por exemplo, PROXEL® GXL da Arch Chemicals, Inc.), compostos de amônio quaternário (por exemplo, BARDAC® 2250 e 2280, BARQUAT® 50-65B, e CARBOQUAT® 250-T, todos da Lonza Ltd. Corp.) e uma solução aquosa de metilisotiazolona (por exemplo, KORDEK® MLX da Dow Chemical Co.). O biocida ou antimicrobiano pode ser adicionado em qualquer quantidade que varia de cerca de 0,05% em peso a cerca de 0,5% em peso (como indicado pelos níveis de uso regulatórios) em relação à % em peso total do fluido de ligação 36.

[0091] Um agente anti-kogation pode ser incluído no fluido ligante 36. Kogation refere-se ao depósito de fluido ligante seco 36 em um elemento de aquecimento de um cabeçote de impressão a jato de tinta térmico. Os agentes anti- kogation estão incluídos para ajudar a impedir o acúmulo de kogation. Exemplos de agentes anti-kogation adequados incluem oleth-3-fosfato (por exemplo, disponível comercialmente como ácido CRODAFOS™ 03A ou CRODAFOS™ N-3 da Croda) ou uma combinação de oleth-3-fosfato e um polímero de ácido poliacrílico de baixo peso molecular (por exemplo, <5.000) (por exemplo, disponível comercialmente como poliacrilato CARBOSPERSE ™ K-7028 da Lubrizol). Se um único agente anti-kogation é usado ou uma combinação de agentes anti-kogation é usada, a quantidade total de agente anti- kogation no fluido ligante 36 pode variar de maior que 0,20% em peso a cerca de 0,62% em peso na % em peso total do fluido ligante 36. Em um exemplo, o oleth-3-fosfato é incluído em uma quantidade que varia de cerca de 0,20% em peso a cerca de 0,60% em peso, e o polímero de ácido poliacrílico de baixo peso molecular é incluído em uma quantidade que varia de cerca de 0,005% em peso a cerca de 0,03% em peso.

[0092] Agentes sequestradores, como EDTA (ácido etileno diamina tetra-acético), podem ser incluídos para eliminar os efeitos deletérios de impurezas de metais pesados, e soluções tampão podem ser usadas para controlar o pH do fluido ligante 36. De 0,01% em peso a 2% em peso de cada um desses componentes, por exemplo, pode ser usado. Modificadores de viscosidade e tampões também podem estar presentes, bem como outros aditivos para modificar propriedades do fluido ligante 36. Tais aditivos podem estar presentes em quantidades que variam de cerca de 0,01% em peso a cerca de 20% em peso.

[0093] O aplicador 24 pode ser escaneado através da plataforma da área de construção 12 na direção indicada pela seta 26, por exemplo, ao longo do eixo geométrico y. O aplicador 24 pode ser, por exemplo, um aplicador de jato de tinta, como um cabeçote de impressão a jato de tinta térmico ou um cabeçote de impressão piezoelétrico, e pode estender uma largura da plataforma da área de construção 12. Enquanto o aplicador 24 é mostrado na Fig. 1 como um único aplicador, deve ser entendido que o aplicador 24 pode incluir vários aplicadores que abrangem a largura da plataforma da área de construção 12. Além disso, os aplicadores 24 podem ser posicionados em várias barras de impressão. O aplicador 24 também pode ser escaneado ao longo do eixo geométrico x, por exemplo, em configurações nas quais o aplicador 24 não mede a largura da plataforma da área de construção 12 para permitir ao aplicador 24 depositar o fluido de ligação 36 sobre uma grande área de uma camada do material de construção metálico 16. O aplicador 24 pode, portanto, ser fixado a um estágio XY móvel ou a um carro de translação (nenhum dos quais é mostrado) que move o aplicador 24 adjacente à plataforma da área de construção 12, a fim de depositar o fluido de ligação 36 em áreas predeterminadas de uma camada do material de construção metálico 16 que foi formado na plataforma da área de construção 12 de acordo com o(s) método(s) divulgado(s) aqui. O aplicador 24 pode incluir uma pluralidade de bocais (não mostrados) através dos quais o fluido de ligação 36 deve ser ejetado.

[0094] O aplicador 24 pode fornecer gotas do fluido ligante 36 a uma resolução que varia de cerca de 150 pontos por polegada (DPI) a cerca de 1200 DPI. Em outros exemplos, o aplicador 24 pode fornecer gotas do fluido ligante 36 em uma resolução maior ou menor. A velocidade de queda pode variar de cerca de 2 m/s a cerca de 24 m/s e a frequência de disparo pode variar de cerca de 1 kHz a cerca de 100 kHz. Em um exemplo, cada gota pode estar na ordem de cerca de 10 picolitros (pl) por gota, embora esteja contemplado que um tamanho de gota maior ou menor possa ser usado. Por exemplo, o tamanho da gota pode variar de cerca de 1 pl a cerca de 400 pl. Em alguns exemplos, o aplicador 24 é capaz de fornecer gotas de tamanho variável do fluido ligante 36.

[0095] Cada um dos elementos físicos descritos anteriormente pode ser operacionalmente conectado a um controlador 28 do sistema de impressão 10. O controlador 28 pode controlar as operações da plataforma da área de construção 12, o fornecimento de material de construção 14, o distribuidor de material de construção 18 e o aplicador 24. Como um exemplo, o controlador 28 pode controlar atuadores (não mostrados) para controlar várias operações dos componentes do sistema de impressão 3D 10. O controlador 28 pode ser um dispositivo de computação, um microprocessador baseado em semicondutor, uma unidade central de processamento (CPU), um circuito integrado específico de aplicação (ASIC) e/ou outro dispositivo de hardware. Embora não mostrado, o controlador 28 pode ser conectado aos componentes do sistema de impressão 3D 10 através de linhas de comunicação.

[0096] O controlador 28 manipula e transforma dados, que podem ser representados como quantidades físicas (eletrônicas) nos registros e memórias da impressora, a fim de controlar os elementos físicos para criar a peça 3D 50. Como tal, o controlador 28 é representado como estando em comunicação com um armazenamento de dados 30. O armazenamento de dados 30 pode incluir dados pertencentes a uma peça 3D 50 a ser impressa pelo sistema de impressão 3D 10. Os dados para a entrega seletiva das partículas de material de construção metálico 16 e/ou do fluido ligante 36 podem ser derivados de um modelo da peça 3D 50 a ser formada. Por exemplo, os dados podem incluir os locais em cada camada de partículas de material de construção metálico 16 que o aplicador 24 deve depositar no fluido de ligação 36. Em um exemplo, o controlador 28 pode usar os dados para controlar o aplicador 24 para aplicar seletivamente o fluido de ligação 36. O armazenamento de dados 30 também pode incluir instruções legíveis por máquina (armazenadas em um meio legível por computador não transitório) que devem fazer com que o controlador 28 controle a quantidade de partículas metálicas de material de construção 16 que são fornecidas pelo fornecimento de material de construção 14, o movimento da plataforma da área de construção 12, o movimento do distribuidor de material de construção 18 ou o movimento do aplicador 24.

[0097] Como mostrado na Fig. 1, o sistema de impressão 10 também pode incluir um emissor de energia fotônica 32, 32'. Em alguns exemplos, o emissor de energia fotônica 32 pode incluir pelo menos uma fonte de energia, como uma lâmpada estroboscópica, capaz de emitir energia fotônica 46 nas partículas de material de construção metálico 16 e no fluido ligante aplicado seletivamente 36. Por exemplo, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma lâmpada estroboscópica Xe que deve aplicar pulsos curtos de luz em cada camada de partículas de material de construção 16 e no fluido ligante aplicado seletivamente 36. Em alguns exemplos, o emissor de energia fotônica 32 pode ser móvel em relação às camadas de partículas de material de construção 16 e ao fluido ligante aplicado seletivamente 36.

[0098] Em qualquer aspecto, o controlador 28 pode controlar o emissor de energia fotônica 32 para aplicar pequenas rajadas de energia 46 nos vários níveis de energia. Por exemplo, o controlador 28 pode controlar a pelo menos uma fonte de energia para piscar uma única vez no certo nível baixo de energia por cerca de 15 ms. Da mesma forma, o controlador 28 pode controlar a pelo menos uma fonte de energia para piscar uma única vez no certo nível de energia adicional por cerca de 15 ms. Da mesma forma, o controlador 28 pode controlar a pelo menos uma fonte de energia para piscar uma única vez no certo nível de energia alto por cerca de 15 ms. Em outros exemplos, o controlador 28 pode variar o número de vezes e/ou as durações nas quais o emissor de energia fotônica 32 é piscado nos vários níveis de energia. Por exemplo, as durações podem variar para tipos de metais, tamanhos de partícula e/ou distribuição do material metálico de construção 16.

[0099] De acordo com exemplos, o emissor de energia fotônica 32 pode ser uma única fonte de energia que pode ser operada em vários níveis de energia, por exemplo, o certo nível baixo de energia, o certo nível adicional de energia ou o certo nível alto de energia. Em outros exemplos, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma pluralidade de fonts de energia. Nestes exemplos, o controlador 28 pode controlar uma primeira fonte de energia para aplicar energia a um certo nível baixo de energia, pode controlar uma segunda fonte de energia para aplicar energia a um certo nível de energia adicional, pode controlar uma terceira fonte de energia para aplicar energia no certo nível alto de energia e assim por diante. Em qualquer um desses exemplos, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma fonte de fusão fotônica, como uma lâmpada estroboscópica de xenônio (Xe), embora outros tipos de lâmpadas estroboscópicas possam ser implementadas.

[00100] Em alguns exemplos, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma lâmpada de descarga de onda contínua incluindo xenônio, argônio, neônio, criptônio, vapor de sódio, halogeneto de metal ou vapor de mercúrio. Em outro exemplo, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma matriz de lasers de pulso, lasers de onda contínua, diodos emissores de luz (LED) ou uma combinação dos mesmos. Neste exemplo, a matriz pode produzir um feixe uniformemente disperso. Ainda em outro exemplo, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma lâmpada de descarga de flash incluindo xenônio ou criptônio. Ainda em outro exemplo, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma lâmpada de onda contínua de tungstênio-halogênio. Em ainda outro exemplo, a pelo menos uma fonte de energia pode ser uma fonte de luz síncrotron que emite luz com comprimento de onda acima de 200 nm.

[00101] O emissor de energia fotônica 32 é capaz de emitir energia suficiente para fundir o material de construção metálico 16 por fusão instantânea das partículas de polímero no fluido de ligação 36. Quando a pelo menos uma fonte de energia é uma fonte de luz de pulso único, a pelo menos uma fonte de energia pode ser capaz de fornecer de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 25 J/cm2. A quantidade de energia que pelo menos uma fonte de energia é capaz de fornecer pode ser menor que cerca de 20 J/cm2 quando a pelo menos uma fonte de energia é uma fonte de luz de pulso múltiplo ou menor que cerca de 10 J/cm2 quando a pelo menos uma a fonte de energia é uma fonte de luz de pulso múltiplo ou inferior a cerca de 5 J/cm2 quando a pelo menos uma fonte de energia é uma fonte de luz de pulso múltiplo ou inferior a cerca de 2 J/cm2 quando a pelo menos uma fonte de energia é um pulso múltiplo fonte de luz ou menor que cerca de 1 J/cm2 quando a pelo menos uma fonte de energia for uma fonte de luz de múltiplos pulsos.

[00102] Este tipo de emissor de energia fotônica 32, compreendendo pelo menos uma fonte de energia pode ser usado para fundir instantaneamente as partículas de polímero no fluido de ligação 36 para ligar o material de construção metálico 16 camada por camada e/ou fundir instantaneamente o bolo inteiro de material de construção 44 (veja a Fig. 2E) após o término da impressão.

[00103] Com referência agora às Figs. 2A a 2F, é mostrado um exemplo do método de impressão 3D. Antes da execução do método 100 ou como parte do método 100, o controlador 28 pode acessar dados armazenados no armazenamento de dados 30 pertencentes a uma peça 3D 50 que deve ser impressa. O controlador 28 pode determinar o número de camadas de partículas metálicas de material de construção 16 que devem ser formadas e os locais nos quais o fluido de ligação 36 do aplicador 24 deve ser depositado em cada uma das respectivas camadas.

[00104] Como mostrado nas Figs. 2A e 2B, o método 100 inclui a aplicação do material de construção metálico 16. Na Fig. 2A, o fornecimento de material de construção 14 pode fornecer as partículas de material de construção metálico 16 em uma posição para que elas estejam prontas para serem espalhadas na plataforma da área de construção 12. Na Fig. 2B, o distribuidor de material de construção 18 pode espalhar as partículas metálicas fornecidas do material de construção 16 sobre a plataforma da área de construção 12. O controlador 28 pode executar instruções de fornecimento de material de construção de controle para controlar o fornecimento de material de construção 14 para posicionar adequadamente as partículas metálicas de material de construção 16, e pode executar instruções de espalhador de controle para controlar o distribuidor de material de construção 18 para espalhar as partículas de material de construção metálicas fornecidas 16 sobre a plataforma da área de construção 12 para formar uma camada 34 de partículas metálicas de material de construção 16 nela. Como mostrado na Fig. 2B, uma camada 34 das partículas de material de construção metálico 16 foi aplicada.

[00105] A camada 34 tem uma espessura substancialmente uniforme através da plataforma da área de construção 12. Em um exemplo, a espessura da camada 34 varia de cerca de 30 μm a cerca de 300 μm, embora também possam ser usadas camadas mais finas ou mais grossas. Por exemplo, a espessura da camada 34 pode variar de cerca de 20 μm a cerca de 500 μm. A espessura da camada pode ser cerca de 2x o diâmetro da partícula (como mostrado na Fig. 2B) no mínimo para a definição mais fina da peça. Em alguns exemplos, a espessura da camada pode ser de cerca de 1,2x (isto é, 1,2 vezes) o diâmetro da partícula.

[00106] Com referência agora à Fig. 2C, o método 100 continua aplicando seletivamente o fluido de ligação 36 em uma porção 38 do material metálico de construção 16. Como ilustrado na Fig. 2C, o fluido ligante 36 pode ser dispensado do aplicador 24. O aplicador 24 pode ser um cabeçote de impressão a jato de tinta térmico ou um cabeçote de impressão piezoelétrico, e a aplicação seletiva do fluido de ligação 36 pode ser realizada pela técnica de impressão a jato de tinta associada. Como tal, a aplicação seletiva do fluido ligante 36 pode ser realizada por impressão a jato de tinta térmica ou impressão por jato de tinta piezoelétrico.

[00107] O controlador 28 pode executar instruções para controlar o aplicador 24 (por exemplo, nas direções indicadas pela seta 26) para depositar o fluido de ligação 36 nas partes predeterminadas 38 do material metálico de construção 16 que devem se tornar parte de um objeto tridimensional padronizado 42 e deve finalmente ser sinterizado para formar a peça 3D 50. O aplicador 24 pode ser programado para receber comandos do controlador 28 e para depositar o fluido ligante 36 de acordo com um padrão de uma seção transversal para a camada da peça 3D 50 que deve ser formada. Como aqui utilizado, a seção transversal da camada da peça 3D 50 a ser formada refere-se à seção transversal que é paralela à superfície da plataforma da área de construção 12. No exemplo mostrado na Fig. 2C, o aplicador 24 aplica seletivamente o fluido de ligação 36 nas partes 38 da camada 34 que devem ser fundidas para se tornar a primeira camada da peça 3D 50. Por exemplo, se a peça 3D a ser formada tiver a forma de um cubo ou cilindro, o fluido de ligação 36 será depositado em um padrão quadrado ou circular (a partir de uma vista superior), respectivamente, em pelo menos uma porção da camada 34 das partículas de material de construção metálico 16. No exemplo mostrado na Fig. 2C, o fluido ligante 36 é depositado em um padrão quadrado na porção 38 da camada 34 e não nas porções 40.

[00108] Como mencionado acima, o fluido ligante 36 inclui as partículas de polímero e o veículo líquido. Como também mencionado acima, em alguns exemplos o fluido ligante 36 também inclui o solvente coalescente (como ou em adição ao veículo líquido). Deve ser entendido que um único fluido ligante 36 pode ser aplicado seletivamente para padronizar a camada 34, ou múltiplos fluidos ligantes 36 podem ser seletivamente aplicados para padronizar a camada 34.

[00109] Embora não mostrado, o método 100 pode incluir a preparação do fluido ligante 36 antes da aplicação seletiva do fluido ligante 36. A preparação do fluido ligante 36 pode incluir a preparação das partículas de polímero e, em seguida, a adição das partículas de polímero ao veículo líquido.

[00110] Quando cada uma das partículas de polímero contém um componente hidrofóbico de baixa Tg e um componente hidrofílico de alta Tg, as partículas poliméricas podem ser preparadas por qualquer método adequado. Como exemplos, as partículas de polímero podem ser preparadas por um dos seguintes métodos.

[00111] Em um exemplo, cada polímero pode ser preparado independentemente polimerizando os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg para formar o componente hidrofóbico de baixa Tg; polimerizando então os monômeros hidrofílicos de alta Tg para formar o componente hidrofílico de alta Tg. Na polimerização em emulsão, o primeiro componente (baixa Tg) atua como um polímero de semente no qual é polimerizado o segundo componente (alta Tg).

[00112] Em outro exemplo, cada uma das partículas de polímero pode ser preparada polimerizando primeiro os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg e depois os monômeros hidrofílicos de alta Tg na proporção dos monômeros hidrofóbicos de baixa Tg para os monômeros hidrofílicos de alta Tg que variam de 5:95 a 30:70. Neste exemplo, os polímeros hidrofóbicos macios de baixa Tg podem se dissolver nos polímeros hidrofílicos duros de alta Tg.

[00113] Em ainda outro exemplo, cada uma das partículas de polímero pode ser preparada iniciando o processo de polimerização com os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg, adicionando os monômeros hidrofílicos de alta Tg e depois finalizando o processo de polimerização. Neste exemplo, o processo de polimerização pode fazer com que uma concentração mais alta dos monômeros hidrofílicos de alta Tg polimerize no ou próximo à superfície do componente hidrofóbico de baixa Tg. Esse processo é uma implementação de uma técnica frequentemente referida como alimentação de energia.

[00114] Em ainda outro exemplo, cada uma das partículas de polímero pode ser preparada iniciando um processo de copolimerização com os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg e os monômeros hidrofílicos de alta Tg, adicionando monômeros hidrofílicos de alta Tg adicionais e finalizando o processo de copolimerização. Neste exemplo, o processo de copolimerização pode fazer com que uma concentração mais alta dos monômeros hidrofílicos de alta Tg copolimerize na ou perto da superfície do componente hidrofóbico de baixa Tg. Este processo é uma outra interpretação de uma alimentação de energia.

[00115] Os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg e/ou os monômeros hidrofílicos de alta Tg usados em qualquer um desses exemplos podem ser qualquer um dos monômeros hidrofóbicos de baixa Tg e/ou os monômeros hidrofílicos de alta Tg (respectivamente) listados acima. Em um exemplo, os monômeros hidrofóbicos de baixa Tg são selecionados do grupo que consiste em monômeros de acrilato de alquila C4 a C8, monômeros de metacrilato de alquila C4 a C8, monômeros de estireno, monômeros de metil estireno substituídos, monômeros de vinila, monômeros de vinil éster e combinações dos mesmos; e os monômeros hidrofílicos de alta Tg são selecionados do grupo que consiste em monômeros ácidos, monômeros de amida não substituídos, monômeros de acrilato alcoólico, monômeros de metacrilato alcoólico, monômeros de acrilato de alquil C1 a C2, monômeros de metacrilato de alquil C1 a C2 e combinações dos mesmos.

[00116] As partículas de polímero resultantes podem exibir uma estrutura de núcleo-casca, uma estrutura parcialmente ocluída ou estrutura polimérica misturada, ou alguma outra morfologia.

[00117] Quando o fluido ligante 36 é seletivamente aplicado na(s) porção(ões) direcionada(s) 38, as partículas de polímero (presentes no fluido ligante 36) se infiltram nos espaços entre partículas entre as partículas de material de construção metálico 16. O volume do fluido de ligação 36 que é aplicado por unidade de material de construção metálico 16 na porção padronizada 38 pode ser suficiente para preencher uma fração principal ou a maior parte da porosidade existente dentro da espessura da porção 38 da camada 34.

[00118] Deve ser entendido que as porções 40 do material metálico de construção 16 que não têm o fluido de ligação 36 aplicado a ele também não têm as partículas de Polímero introduzidas nas mesmas. Como tal, essas porções não se tornam parte do objeto tridimensional padronizado 42 que é finalmente formado.

[00119] Os processos mostrados nas Figs. 2A a 2C podem ser repetidos para construir iterativamente várias camadas padronizadas e para formar o objeto tridimensional padronizado 42 (ver Fig. 2E).

[00120] A Fig. 2D ilustra a formação inicial de uma segunda camada de material de construção metálico 16 na camada 34 padronizada com o fluido de ligação 36. Na Fig. 2D, após a deposição do fluido ligante 36 nas partes predeterminadas 38 da camada 34 do material metálico de construção 16, o controlador 28 pode executar instruções para fazer com que a plataforma da área de construção 12 seja movida uma distância relativamente pequena na direção indicada pela seta 20. Em outras palavras, a plataforma da área de construção 12 pode ser abaixada para permitir que a próxima camada do material de construção metálico 16 seja formada. Por exemplo, a plataforma de material de construção 12 pode ser abaixada a uma distância equivalente à altura da camada 34. Além disso, após o abaixamento da plataforma da área de construção 12, o controlador 28 pode controlar o fornecimento de material de construção 14 para fornecer material de construção metálico adicional 16 (por exemplo, através da operação de um elevador, uma broca ou similar) e o material de construção distribuidor 18 para formar outra camada de partículas de material de construção metálico 16 no topo da camada previamente formada 34 com o material de construção metálico adicional 16. A camada recém-formada pode ser padronizada com fluido de ligação 36.

[00121] Voltando à Fig. 2C, em outro exemplo, a camada 34 pode ser exposta a fusão instantânea usando o emissor de energia fotônica 32' depois que o fluido de ligação 36 é aplicado à camada 34 e antes de outra camada ser formada. O emissor de energia fotônica 32' compreendendo pelo menos uma fonte de energia pode ser usado para ativar o fluido ligante 36 durante a impressão camada por camada e para produzir uma camada de objeto tridimensional estabilizada. A fusão instantânea para formar a camada de objeto tridimensional pode ocorrer a uma temperatura capaz de ativar (ou curar) o fluido ligante 36, mas que não é capaz de derreter ou sinterizar o material metálico de construção 16. Neste exemplo, os processos mostrados nas Figs. 2A a 2C (incluindo a fusão instantânea da camada 34) pode ser repetida para construir iterativamente várias camadas fundidas instantaneamente e produzir o objeto tridimensional 42'. O objeto tridimensional 42' pode então ser exposto aos processos descritos em referência à Fig. 2F.

[00122] Em alguns exemplos, formar e padronizar repetidamente novas camadas (sem a fusão instantânea de cada camada) resulta na formação de um bolo de material de construção 44, como mostrado na Fig. 2E, que inclui o objeto tridimensional padronizado 42 que reside dentro do porções não padronizadas 40 de cada uma das camadas 34 de material de construção metálico 16. O objeto tridimensional padronizado 42 é um volume do bolo de material de construção 44 que é preenchido com o material de construção metálico 16 e o fluido de ligação 36 dentro dos espaços entre partículas. O restante do bolo de material de construção 44 é constituído pelo material de construção metálico não padronizado 16.

[00123] Também como mostrado na Fig. 2E, o bolo de material de construção 44 pode ser exposto ao emissor de energia fotônica 32 compreendendo a pelo menos uma fonte de energia para fusão instantânea através de um fluxo de energia 46. A energia aplicada pode ser suficiente para derreter as partículas de polímero no fluido de ligação 36 no objeto tridimensional padronizado 42 e produzir o objeto tridimensional 42'. Em um exemplo, o emissor de energia fotônica 32 pode ser usado para aplicar a energia ao bolo de material de construção 44. No exemplo mostrado na Fig. 2E, o bolo de material de construção 44 pode permanecer na plataforma da área de construção 12 enquanto é fundido instantaneamente pelo emissor de energia fotônica 32. Em outro exemplo, a plataforma da área de construção 12, com o bolo de material de construção 44 nela, pode ser destacada do aplicador 24 e colocada no emissor de energia fotônica 32.

[00124] A temperatura de ativação/cura pode depender, em parte, de pelo menos um dentre: a Tg das partículas de polímero, a viscosidade de fusão das partículas de polímero e/ou se e qual solvente coalescente é usado. Em um exemplo, a fusão instantânea para formar o objeto tridimensional 42' pode ocorrer a uma temperatura que é capaz de ativar (ou curar) o fluido ligante 36, mas que não é capaz de sinterizar o material de construção metálico 16 ou de termicamente degradar as partículas de polímero do fluido ligante 36. Em um exemplo, a temperatura de ativação é sobre o ponto de fusão do material bruto das partículas de polímero do fluido ligante 36 e abaixo da temperatura de decomposição térmica das partículas de polímero (isto é, abaixo de um limite de temperatura no qual ocorre a decomposição térmica). Para a maioria das partículas de polímero à base de látex adequadas, o limite superior da temperatura de ativação/cura varia de cerca de 250°C a cerca de 270°C. Acima desse limite de temperatura, as partículas de polímero se degradariam quimicamente em espécies voláteis e deixariam o objeto tridimensional padronizado 42, e, assim, parariam de desempenhar sua função. Em outros exemplos, a temperatura de ativação do fluido ligante 36 pode ser maior que o ponto de fusão das partículas de polímero. Como um exemplo, a temperatura de ativação do fluido ligante pode variar de cerca de 40°C a cerca de 200°C. Como outro exemplo, a temperatura de ativação do fluido ligante pode variar de cerca de 100°C a cerca de 200°C. Como ainda outro exemplo, a temperatura de ativação do fluido ligante pode variar de cerca de 80°C a cerca de 200°C. Como ainda outro exemplo, a temperatura de ativação do fluido ligante pode variar de cerca de 50°C a cerca de 150°C. Como ainda outro exemplo, a temperatura de ativação do fluido ligante pode ser de cerca de 90°C.

[00125] O período de tempo em que o fluxo de energia 46 é aplicado e a taxa na qual o objeto tridimensional padronizado 42 é fundido instantaneamente pode depender, por exemplo, de pelo menos uma das seguintes características: da fonte emissora de energia fotônica 32, 32', características das partículas de polímero, características do material metálico de construção 16 (por exemplo, tipo de metal e/ou tamanho de partícula) e/ou as características da peça 3D 50 (por exemplo, espessura da parede). O objeto tridimensional padronizado 42 pode ser fundido instantaneamente na temperatura de ativação do fluido do ligante por um período de tempo de ativação/cura que varia de menos de cerca de 1 segundo.

[00126] Em alguns exemplos, o objeto tridimensional padronizado 42 pode estar sujeito a fusão instantânea camada por camada, ou a cada duas camadas, ou a cada três camadas, e assim por diante. Em alguns exemplos, o objeto tridimensional padronizado 42 pode estar sujeito a fusão instantânea no final do padrão.

[00127] A fusão instantânea para cerca do ponto de fusão das partículas de polímero faz com que as partículas de polímero se fundam em uma fase contínua de polímero entre as partículas de material de construção metálico 16 do objeto tridimensional padronizado 42. Como mencionado acima, o solvente coalescente (quando incluído no fluido ligante 36) plastifica as partículas de polímero e melhora a coalescência das partículas de polímero. A fase polimérica contínua pode atuar como um adesivo entre as partículas de material de construção metálico 16 para formar o objeto tridimensional estabilizado 42'.

[00128] A fusão instantânea para formar o objeto tridimensional 42' também pode resultar na evaporação de uma fração significativa do fluido do objeto tridimensional padronizado 42. O fluido evaporado pode incluir qualquer um dos componentes do fluido ligante. A evaporação do fluido pode resultar em alguma densificação, por ação capilar, do objeto tridimensional 42'.

[00129] O objeto tridimensional estabilizado 42' exibe durabilidade mecânica manejável.

[00130] O objeto tridimensional 42' pode então ser extraído do bolo de material de construção 44. O objeto tridimensional 42' pode ser extraído por qualquer meio adequado. Em um exemplo, o objeto tridimensional 42' pode ser extraído levantando o objeto tridimensional 42' das partículas de material de construção metálico não padronizadas 16. Uma ferramenta de extração incluindo um pistão e uma mola pode ser usada.

[00131] Quando o objeto tridimensional 42' é extraído do bolo de material de construção 44, o objeto tridimensional 42' pode ser removido da plataforma da área de construção 12 e colocado em um mecanismo de aquecimento. O mecanismo de aquecimento pode ser um aquecedor 48.

[00132] Em alguns exemplos, o objeto tridimensional 42' pode ser limpo para remover partículas de material de construção metálico não padronizadas 16 de sua superfície. Em um exemplo, o objeto tridimensional 42' pode ser limpo com uma escova e/ou um jato de ar.

[00133] Após a extração e/ou limpeza do objeto tridimensional 42', o objeto tridimensional 42' pode em alguns exemplos ser aquecido para remover as partículas de polímero ativadas (que coalesceram na fase contínua de polímero) para produzir uma peça pelo menos substancialmente livre de polímero.

[00134] Em alguns exemplos, após a extração e/ou limpeza do objeto tridimensional 42', o objeto tridimensional 42' pode ser aquecido a uma temperatura de sinterização (isto é, sinterizada) usando o aquecedor 48 para formar a peça 3D final 50, também como mostrado na Fig. 2F.

[00135] Em alguns exemplos, o aquecimento para desassociar e o aquecimento para sinterizar ocorrem a duas temperaturas diferentes, onde a temperatura para desassociar é mais baixa que a temperatura para sinterizar. Ambos os estágios de aquecimento de desassociação e aquecimento por sinterização são geralmente representados na Fig. 2F, em que o calor ou a radiação para gerar calor podem ser aplicados como indicado pelas setas 46 da fonte de calor 48.

[00136] Em alguns exemplos, o aquecimento para desassociar pode ser realizado a uma temperatura de decomposição térmica que é suficiente para decompor termicamente a fase contínua do polímero. Como tal, a temperatura para desassociar depende do material das partículas de polímero do fluido ligante 36. Em um exemplo, a temperatura de decomposição térmica varia de cerca de 250°C a cerca de 600°C. Em outro exemplo, a temperatura de decomposição térmica varia de cerca de 280°C a cerca de 600°C ou a cerca de 500°C. A fase contínua de polímero pode ter um mecanismo de decomposição térmica limpo (por exemplo, deixa <5% em peso de resíduo sólido do ligante inicial e, em alguns casos, <1% em peso de resíduo sólido do ligante inicial). A menor porcentagem de resíduo (por exemplo, perto de 0%) é mais adequada. Durante o estágio de desassociação, as cadeias longas da fase polimérica contínua decompõem os primeiros fragmentos moleculares intra mais curtos, que se transformam em uma fase líquida de menor viscosidade. A pressão capilar em desenvolvimento durante a evaporação deste líquido puxa as partículas de material de construção metálico 16 juntas, levando a mais densificação e formação da peça pelo menos substancialmente livre de polímero.

[00137] Embora não esteja vinculado a nenhuma teoria, acredita-se que a peça pelo menos substancialmente isenta de polímero possa manter sua forma devido, por exemplo, a pelo menos um dos seguintes itens: i) a baixa quantidade de estresse sofrida pela peça pelo menos substancialmente livre de polímero devido ao fato de não ser fisicamente manipulada, ii) estilhaçamento de baixo nível entre as partículas de material de construção metálico 16 à temperatura de decomposição térmica das partículas de polímero e/ou iii) forças capilares que empurram as partículas de material de construção metálico 16 gerados em conjunto pela remoção da fase contínua do polímero. A peça pelo menos substancialmente livre de polímero pode manter sua forma, embora a fase contínua de polímero seja pelo menos substancialmente removida e as partículas de material de construção metálico 16 ainda não estejam sinterizadas. O aquecimento para formar a peça substancialmente livre de polímero pode iniciar os estágios iniciais da sinterização, o que pode resultar na formação de ligações fracas que são reforçadas durante a sinterização final.

[00138] O aquecimento para sinterizar é realizado a uma temperatura de sinterização que é suficiente para sinterizar as restantes partículas de material de construção metálico 16. A temperatura de sinterização é altamente dependente da composição das partículas de material de construção metálico 16. Durante o aquecimento/sinterização, o objeto tridimensional 42' ou a peça pelo menos substancialmente livre de polímero pode ser aquecido usando o aquecedor 48 a uma temperatura variando de cerca de 80% a cerca de 99,9% do ponto de fusão ou de sólido, eutético ou temperatura peritética do material metálico de construção 16. Em outro exemplo, o objeto tridimensional 42' pode ser aquecido a uma temperatura que varia de cerca de 90% a cerca de 95% do ponto de fusão ou da temperatura de sólido, eutética ou peritética do material de construção metálico 16. Em ainda outro exemplo, o objeto tridimensional 42' pode ser aquecido a uma temperatura variando de cerca de 60% a cerca de 85% do ponto de fusão ou da temperatura de sólido, eutética ou peritética do material de construção metálico 16. A temperatura de aquecimento por sinterização também pode depender do tamanho das partículas e do tempo para sinterização (ou seja, tempo de exposição a alta temperatura).

[00139] Como exemplo, a temperatura de sinterização pode variar de cerca de 850°C a cerca de 2500°C. Em outro exemplo, a temperatura de sinterização é de pelo menos 900°C. Um exemplo de temperatura de sinterização para bronze é de cerca de 850°C e um exemplo de temperatura de sinterização para aço inoxidável é de cerca de 1300°C. Embora essas temperaturas sejam oferecidas como exemplos de temperatura de sinterização, deve-se entender que a temperatura de aquecimento de sinterização depende do material metálico de construção 16 que é utilizado e pode ser maior ou menor que os exemplos aqui apresentados. O aquecimento a uma temperatura adequada sinteriza e funde as partículas de material de construção metálico 16 para formar uma peça 3D completa 50, que pode ser ainda mais densificada em relação ao objeto tridimensional 42'. Por exemplo, como resultado da sinterização, a densidade pode ir de 50% a mais de 90% e, em alguns casos, muito próximo a 100% da densidade teórica.

[00140] O período de tempo em que o calor 52 (por sinterização) é aplicado e a taxa na qual o objeto tridimensional 42' é aquecido pode depender, por exemplo, de pelo menos uma das seguintes: características da fonte de calor ou fonte de radiação 48, características das partículas de polímero, características do material metálico de construção 16 (por exemplo, tipo de metal e/ou tamanho de partícula) e/ou as características da peça 3D 50 (por exemplo, espessura da parede).

[00141] Em alguns exemplos, o objeto tridimensional 42' pode ser aquecido à temperatura de decomposição térmica por um período de tempo de decomposição térmica que varia de cerca de 10 minutos a cerca de 72 horas. Em um exemplo, o período de decomposição térmica é de 60 minutos. Em outro exemplo, o período de decomposição térmica é de 180 minutos. O objeto tridimensional 42' pode ser aquecido até a temperatura de decomposição térmica a uma taxa que varia de cerca de 0,5°C/minuto a cerca de 20°C/minuto. A taxa de aquecimento pode depender, em parte, de pelo menos um dentre: a quantidade da fase polimérica contínua no objeto tridimensional 42', a porosidade do objeto tridimensional 42' e/ou as características da peça 50 de objeto tridimensional 42'/3D (por exemplo, tamanho ou espessura da parede).

[00142] O objeto tridimensional 42' pode ser aquecido à temperatura de sinterização por um período de tempo de sinterização que varia de cerca de 20 minutos a cerca de 15 horas. Em um exemplo, o período de sinterização é de 240 minutos. Em outro exemplo, o período de sinterização é de 360 minutos. O objeto tridimensional 42' pode ser aquecido até a temperatura de sinterização a uma taxa que varia de cerca de 1°C/minuto a cerca de 20°C/minuto. Em um exemplo, o objeto tridimensional 42' é aquecido até a temperatura de sinterização a uma taxa que varia de cerca de 10°C/minuto a cerca de 20°C/minuto. Uma alta taxa de rampa até a temperatura de sinterização pode ser eficaz para produzir uma estrutura ou microestrutura de grão mais favorável. No entanto, em alguns casos, taxas mais baixas de rampa podem ser mais eficazes. Como tal, em outro exemplo, o objeto tridimensional 42' é aquecido até a temperatura de sinterização a uma taxa que varia de cerca de 1°C/minuto a cerca de 3°C/minuto. Em ainda outro exemplo, o objeto tridimensional 42' é aquecido até a temperatura de sinterização a uma taxa de cerca de 1,2°C/minuto. Ainda em outro exemplo, o objeto tridimensional 42' é aquecido até a temperatura de sinterização a uma taxa de cerca de 2,5°C/minuto.

[00143] Em alguns exemplos, o calor 52 (para cada um de desassociação e sinterização) é aplicado em um ambiente contendo um gás inerte, um gás de baixa reatividade, um gás redutor ou uma combinação dos mesmos. Em outras palavras, o aquecimento do objeto tridimensional 42' para a temperatura de sinterização é realizado em um ambiente contendo um gás inerte, um gás de baixa reatividade, um gás redutor ou uma combinação dos mesmos. A sinterização pode ser realizada em um ambiente contendo um gás inerte, um gás de baixa reatividade e/ou um gás redutor, de modo que o material de construção metálico 16 sinterize em vez de sofrer uma reação alternativa (por exemplo, uma reação de oxidação) que falharia em produz a peça 3D metálica 50. Exemplos de gás inerte incluem gás argônio e gás hélio. Um exemplo de um gás de baixa reatividade inclui gás nitrogênio e exemplos de gases redutores incluem gás hidrogênio e gás monóxido de carbono.

[00144] Em alguns exemplos, a sinterização a baixa pressão de gás ou sob vácuo pode permitir um colapso de poros mais completo ou mais rápido e, portanto, partes de maior densidade. No entanto, o vácuo não pode ser utilizado durante a sinterização quando o material metálico de construção 16 (por exemplo, Cr) é capaz de evaporar em tais condições. Em um exemplo, o ambiente de baixa pressão está a uma pressão que varia de cerca de 1 E-5 torr (1 * 10-5 torr) a cerca de 10 torr.

[00145] Embora não mostradas, as operações representadas nas Figs. 2E e 2F podem ser automatizados e o controlador 28 pode controlar as operações.

[00146] Como mostrado na Fig. 3, um gráfico mostra o efeito da temperatura na degradação térmica de um ligante de látex acrílico-estireno. Como mostra o gráfico, taxas mais altas de perda de peso correspondem a uma degradação térmica mais rápida. Sem querer ser limitado pela teoria, isso sugere que o aquecimento a temperaturas de degradação térmica das partículas de polímero pode levar a um objeto tridimensional que não possui alta resistência mecânica. É, portanto, mais eficaz fundir as partículas de polímero por fusão, como resultado de altas densidades de energia por breves períodos de tempo, porque as partículas de polímero não são submetidas a energia fotônica por um período de tempo suficiente para causar degradação polimérica.

[00147] As Figs. 4A-4C mostram que o fluido ligante 410 é aplicado a um leito de material de construção 430 estratificando o fluido ligante 410 com a camada metálica do material de construção 420 (Fig. 4A). Em seguida, um emissor de energia fotônica 440 é usado para descarregar um fluxo de energia 450 no leito do material de construção 430 após a conclusão da padronização ou após cada camada de fluido de ligação 410 ser aplicada à camada metálica do material de construção 420 fundindo instantaneamente para ligar partículas de polímero no fluido de ligação 410 com o material de construção metálico 420, formando assim um objeto tridimensional (Fig. 4B). Em seguida, o objeto tridimensional 460 é removido do leito do material de construção 430 (Fig. 4C).

[00148] Nas Figs. 5A-5C, mostra uma vista esquemática de um emissor de energia fotônica 530 formando uma camada superior irradiada 520 de um leito metálico de material de construção 510 (Fig. 5A). A Fig. 5B mostra o emissor de energia fotônica 530 se movendo na direção da seta 540 para irradiar a camada superior do leito de material de construção 510 (Fig. 5B) de modo que substancialmente a maior parte da camada superior do leito de material de construção 510 é irradiada 520 (Fig. 5C).

[00149] Na Fig. 9, um diagrama de fluxo mostra um método para imprimir um objeto tridimensional 900 compreendendo: (i) aplicar um material de construção metálico 910; (ii) aplicar seletivamente um fluido ligante em pelo menos uma porção do material metálico de construção, em que o fluido ligante compreende um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido 920; (iii) fusão instantânea do fluido ligante aplicado seletivamente para ligar o material metálico de construção e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de cerca de 0,5 J/cm2 a cerca de 20 J/cm2 por menos de cerca de 1 segundo 930; e (iv) repetir (i), (ii) e (iii) pelo menos uma vez para formar o objeto tridimensional 940.

[00150] Salvo indicação em contrário, qualquer recurso descrito acima pode ser combinado com qualquer exemplo ou qualquer outro recurso aqui descrito.

[00151] Ao descrever e reivindicar os exemplos aqui divulgados, as formas singulares "uma", "uma" e "a/o" incluem referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário.

[00152] Deve ser entendido que concentrações, quantidades e outros dados numéricos podem ser expressos ou apresentados aqui em formatos de intervalo. Deve-se entender que esses formatos de intervalo são usados apenas por conveniência e brevidade e, portanto, devem ser interpretados de maneira flexível para incluir não apenas os valores numéricos explicitamente recitados como pontos finais do intervalo, mas também para incluir todos os valores numéricos individuais ou sub-faixas abrangidas dentro desse intervalo como se cada valor numérico e sub-faixa fossem explicitamente recitados. Como ilustração, uma faixa numérica de "cerca de 1% em peso a cerca de 5% em peso" deve ser interpretada para incluir não apenas os valores explicitamente recitados de cerca de 1% em peso a cerca de 5% em peso, mas também incluir valores e sub-faixas individuais dentro da faixa indicada. Assim, estão incluídos nessa faixa numérico valores individuais como 2, 3,5 e 4 e sub-faixas como 1-3, 2-4 e 35, e assim por diante. O mesmo se aplica às faixas que recitam um único valor numérico.

[00153] A referência em todo o Relatório Descritivo a "um exemplo", "alguns exemplos", "outro exemplo", "um exemplo" e assim por diante significa que um elemento específico (por exemplo, recurso, estrutura e/ou característica) descrito em conexão com o exemplo está incluído em pelo menos um exemplo aqui descrito e pode ou não estar presente em outros exemplos. Além disso, deve ser entendido que os elementos descritos para qualquer exemplo podem ser combinados de qualquer maneira adequada nos vários exemplos, a menos que o contexto indique claramente o contrário.

[00154] Salvo indicação em contrário, as referências aqui mencionadas a "% em peso" de um componente referem-se ao peso desse componente como uma porcentagem de toda a composição que compreende esse componente. Por exemplo, aqui as referências a "% em peso" de, por exemplo, um material sólido, como poliuretano(s) ou corante(s) disperso(s) em uma composição líquida, referem-se à porcentagem em peso desses sólidos na composição, e não à quantidade desse sólido como uma porcentagem do total de sólidos não voláteis da composição.

[00155] Se um teste padrão for mencionado aqui, a menos que indicado de outra forma, a versão do teste a ser referida é a mais recente no momento da apresentação deste pedido de patente.

[00156] Todas as quantidades aqui divulgadas e nos exemplos abaixo estão em % em peso, a menos que indicado de outra forma.

[00157] Para ilustrar ainda mais a presente divulgação, exemplos são dados aqui. Deve ser entendido que esses exemplos são apresentados por razões ilustrativas e não devem ser interpretados como limitativos do escopo da presente divulgação.

EXEMPLOS Exemplo de composição 1

[00158] Um exemplo de peça metálica 3D (referido como "peça de exemplo 1") foi impresso. O fluido ligante usado para imprimir a peça de exemplo 1 continha uma dispersão acrílica do látex ligante como partículas de polímero, 2-metil-1,3- propanodiol e 2-pirrolidinona como solventes coalescentes. A formulação geral do fluido ligante usado para imprimir a peça de exemplo 1 é mostrada na Tabela 1, com a % em peso de cada componente que foi usado. A porcentagem em peso da dispersão do látex ligante acrílico representa a % de ativos, ou seja, o total de sólidos do látex ligante acrílico presentes na formulação final.Tabela 1

[00159] O material de construção metálico usado para imprimir peças de exemplo era um pó esférico de aço inoxidável (316L) com um D50 (isto é, a mediana da distribuição do tamanho de partícula, em que ^ da população está acima desse valor e ^ está abaixo desse valor) de 42 μm. O fluido ligante descrito na Tabela 1 acima foi usado para imprimir peças de exemplo nos exemplos abaixo.

[00160] As peças de exemplo foram impressas aplicando camadas do pó de aço inoxidável e do fluido ligante para formar objetos tridimensionais padronizados. A espessura de cada camada foi de cerca de 50 μm a cerca de 200 μm. O fluido ligante foi depositado seletivamente na forma de uma tira na camada de pó de aço inoxidável com uma impressora jato de tinta térmica gerando gotas de fluido ligante de 10 picolitros. Para caracterizar a quantidade de fluido ligante usada para obter uma ligação eficaz das partículas de metal, 2 ou 6 passagens (doravante denominadas 2X e 6X, respectivamente) da impressora foram usadas para depositar a quantidade alvo de fluido ligante. Em cada passagem, cerca de 10 microlitros de fluido ligante foram depositados na forma da tira.

[00161] Após a secagem ao ar do fluido ligante depositado no pó de aço inoxidável, o fluido ligante depositado seletivamente no pó do aço inoxidável foi exposto a uma irradiação de pulso, isto é, fusão instantânea, usando uma lâmpada estroboscópica comercial Xe. Em cada caso, um único pulso de 15 milissegundos foi usado. A energia fornecida à superfície do pó foi ajustada alterando a tensão de descarga da lâmpada.

[00162] Após a fusão instantânea, como uma demonstração das partículas de polímero no fluido de ligante derretendo, partículas de metal dentro da região onde estavam presentes as partículas de polímero de látex de ligante acrílico foram levantadas como uma peça tridimensional "sólida" de uma tira. Por outro lado, fora desta região (onde não estavam presentes partículas de polímero porque nenhum fluido ligante foi depositado), o pó de aço inoxidável permaneceu solto, como mostrado nas Figs. 6, 7 e 8 discutidos abaixo.

Objeto impresso tridimensional - Exemplo 1

[00163] As Figs. 6A a 6C são representações esquemáticas de um objeto tridimensional formado pelo método usando a composição descrita no Exemplo de Composição 1 acima.

[00164] A Fig. 6A mostra o pó de aço inoxidável 610 antes da fusão instantânea. Uma camada de 200 μm de espessura de pó de aço inoxidável 610 foi espalhada sobre um substrato de quartzo 600. Em seguida, uma tira 620 do fluido ligante foi depositada sobre o pó de aço inoxidável 610. Foram depositadas 6 passagens de fluido ligante. Em cada passagem, cerca de 10 microlitros de fluido ligante foram depositados na forma da tira 620.

[00165] A Fig. 6B mostra o que aconteceu com os materiais depositados na Fig. 6A após 9,74 J/cm2 de um fluxo de energia ter sido aplicado a todo o pó 610 e região da tira 620. O fluxo de energia fundiu instantaneamente cerca de 60% da região de pó de aço inoxidável onde o fluido ligante foi depositado 620. Após a fusão instantânea, os cerca de 60% dessa região de tira 620 solidificaram e essa tira solidificada foi levantada como uma peça sólida 640 deixando para trás pó de aço inoxidável 630 solto que não se ligou devido à falta de fluido ligante suficiente no fundo região do pó de aço inoxidável 610.

[00166] A Fig. 6C mostra todos os mesmos elementos e o mesmo objeto tridimensional da Fig. 6B e mostra ainda que o pó de aço inoxidável 610 que não recebeu nenhum fluido ligante 620 depositado em forma de tira foi facilmente arranhado 650 porque nenhum fluido ligante estava presente nessa região, mesmo que todo o pó 610 e a região da tira 620 tenham sido expostos ao fluxo de energia.

Objeto impresso tridimensional - Exemplo 2

[00167] As Figs. 7A e 7B são representações esquemáticas de objetos tridimensionais formados pelo método usando a composição descrita no Exemplo de Composição 1 acima.

[00168] A Fig. 7A mostra o pó de aço inoxidável 710 depositado em uma camada de 200 μm de espessura em um substrato de quartzo 700. Em seguida, uma tira 720 de fluido ligante foi depositada sobre o pó de aço inoxidável 710 em 6 passagens, isto é, 6X. Em cada passagem, cerca de 10 microlitros de fluido ligante foram depositados na forma da tira 720. Todo o pó de aço inoxidável 710 e a tira de fluido ligante 720 foram irradiados com 7,47 J/cm2, causando a formação de uma tira tridimensional sólida. Esta tira solidificada 740 foi retirada deixando para trás algum pó solto de aço inoxidável 730.

[00169] A Fig. 7B mostra todos os mesmos elementos e o mesmo objeto tridimensional da Fig. 7A e mostra ainda o pó de aço inoxidável 710 depositado em uma camada de 200 μm de espessura em um substrato de quartzo 700. Em seguida, uma tira 720 de fluido ligante foi depositada sobre o pó de aço inoxidável 710 em 2 passagens, isto é, 2X. Em cada passagem, cerca de 10 microlitros de fluido ligante foram depositados na forma da tira 720. Todo o pó de aço inoxidável 710 e a tira de fluido de ligação 720 foram irradiados com um fluxo de energia mais alto de 12,98 J/cm2. A tira 720 não solidificou para permitir levantar um pedaço de uma tira. Em vez disso, a tira 720 foi facilmente arranhada 750.

[00170] A Fig. 10 é um gráfico que mostra uma correlação entre a carga do ligante e a densidade de energia usada para fundir partículas de polímero e partículas de metal para formar um objeto tridimensional comparando as Fig. 7A e 7B. Este gráfico mostra que quando 2 passagens de fluido ligante foram depositadas, um fluxo de energia mais alto foi usado para obter a fusão para ligar as partículas de metal e as partículas de polímero. Quando 6 passagens do fluido ligante foram depositadas, um fluxo de energia mais baixo foi usado para obter a fusão para ligar as partículas de metal e as partículas de polímero.

[00171] Verificou-se que energia fotônica de cerca de 3,12 J/cm2 foi usada para iniciar a fusão das partículas de polímero de látex e que energia fotônica acima de cerca de 21,1 J/cm2 causou rápida ebulição e decomposição do ligante. Objeto impresso tridimensional - Exemplo 3

[00172] A Fig. 8 é uma representação esquemática de um objeto tridimensional formado pelo método usando a composição descrita no Exemplo de Composição 1 acima.

[00173] A Fig. 8 mostra três camadas de pó de aço inoxidável 810, cada uma com uma espessura de cerca de 50 μm espalhadas sobre um substrato de quartzo 800. Em seguida, uma tira 820 do fluido ligante foi depositada sobre o pó de aço inoxidável 810 em 6 passagens, 6X, depositando assim duas camadas de fluido ligante em cima de cada camada de pó de aço inoxidável 810. Em cada passagem, cerca de 10 microlitros de fluido ligante foram depositados na forma da tira 820.

[00174] Um fluxo de energia de 9,74 J/cm2 foi aplicado a todo o pó 810 e à região da tira 820. O fluxo de energia fundiu instantaneamente substancialmente toda a região de pó de aço inoxidável onde o fluido de ligação foi depositado 820. Após a fusão instantânea, esta região de tira 820 tornou-se solidificada e toda a tira solidificada foi retirada como uma peça sólida 840 deixando para trás algum pó solto de aço inoxidável 830.

[00175] Os exemplos acima mostram que quando partículas de polímero suficientes estão presentes no fluido de ligação depositado sobre pó metálico de material de construção e fluxo de energia suficiente é aplicado usando um emissor de energia fotônica, um forte objeto tridimensional pode ser preparado.

[00176] Os exemplos acima também mostram que a fusão rápida das partículas de polímero pela aplicação do fluxo de energia durante a fusão instantânea promove a fusão de partículas de polímero no fluido de ligação a altas temperaturas (isto é, até várias centenas de graus Celsius) em menos de cerca de 1 segundo sem causar decomposição térmica do polímero.

[00177] Os exemplos acima também mostram que a fusão instantânea pode promover a fusão camada por camada das partículas de polímero para ligar as partículas de polímero derretido ao pó metálico. Isso pode reduzir a quantidade de tempo usada para produzir o objeto tridimensional sem a necessidade de um processo de cura separado até o final da formação do objeto tridimensional padronizado.

[00178] Como objetos tridimensionais fortes podem ser preparados por fusão instantânea camada por camada, esse método de formação do objeto tridimensional é mais econômico, pois não apenas a energia térmica é usada durante a formação do elemento tridimensional. Como objeto, o uso de energia elétrica pode ser calculado para mostrar cerca de três ordens de magnitude de diferença reduzida entre a lâmpada de aquecimento habitual de quartzo-tungstênio-halogênio versus o emissor de energia fotônica para a fusão instantânea (por exemplo, fusão instantânea da lâmpada Xe). Essa redução de energia para formar o objeto tridimensional pode resultar de pelo menos um de uma geração de fluxo de energia de eficiência aumentada, correspondência aprimorada entre os espectros de absorção de pó metálico e emissão de lâmpadas e eliminação da necessidade de aquecer todo o leito do material de construção.

[00179] Embora vários exemplos tenham sido descritos em detalhes, deve-se entender que os exemplos divulgados podem ser modificados. Portanto, a descrição anterior deve ser considerada não limitativa.

Claims

1. Método para imprimir um objeto tridimensional (900), compreendendo: (i) aplicar um material de construção metálico (16); (ii) aplicar seletivamente um fluido ligante em pelo menos uma porção do material metálico de construção, em que o fluido ligante compreende um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido, e em que a quantidade de fluido ligante depositada em cada passagem é de 0,1 microlitros a 1000 microlitros; caracterizado pelo fato que compreende ainda: (iii) fusão instantânea do fluido ligante aplicado seletivamente para ligar o material metálico de construção e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de 0,5 J/cm a 20 J/cm2 por menos de 1 segundo; e (iv) repetir (i), (ii) e (iii) pelo menos uma vez para formar o objeto tridimensional (42, 42’).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (ii-a) secagem do fluido ligante aplicado seletivamente removendo a maioria dos líquidos do fluido ligante.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: (v) aquecer o objeto tridimensional (42, 42’) a uma temperatura de sinterização.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: as partículas de polímero têm uma temperatura de transição vítrea de 25°C a 125°C; e as partículas de polímero têm uma temperatura de decomposição térmica de 250°C a 600°C.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura de fusão instantânea é de 125°C a 400°C.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de polímero estão presentes no fluido ligante em uma quantidade que varia de 2% em peso a 30% em peso, com base no peso total do fluido ligante.

7. Sistema de impressão para imprimir objetos tridimensionais, o sistema de impressão compreendendo: um fornecimento de material de construção metálico (16); um distribuidor de material de construção (18); um fornecimento de um fluido ligante, o fluido ligante incluindo um veículo líquido e partículas de polímero dispersas no veículo líquido; um aplicador de jato de tinta (24) para dispensar seletivamente o fluido ligante, em que quantidade de fluido ligante depositado em cada passagem é de 0,1 microlitros a 1000 microlitros; e caracterizado pelo fato que compreende ainda um emissor de energia fotônica (32, 32’) para fusão instantânea do fluido ligante aplicado seletivamente para ligar o material metálico de construção e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de 0,5 J/cm2 a 20 J/cm2 por menos de 1 segundo.

8. Sistema de impressão, de acordo com a reivindicação 7, compreendendo: um controlador (38); e um meio legível por computador não transitório que armazena instruções executáveis por computador para fazer com que o controlador (38) imprima um objeto tridimensional (42, 42’) ao: utilizar o distribuidor de material de construção (18) e o aplicador de jato de tinta (24) para formar iterativamente pelo menos uma camada de material de construção metálico (16) com aplicação seletiva do fluido ligante, e caracterizado pelo fato de que utilizar o emissor de energia fotônica (32, 32’) para fundir instantaneamente o fluido ligante aplicado seletivamente que liga o material de construção metálico (16) e o fluido ligante aplicado seletivamente aplicando um fluxo de energia com uma densidade de energia de 0,5 J/cm2 a 20 J/cm2 por menos de 1 segundo.

9. Sistema de impressão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o aquecimento do objeto tridimensional (42, 42’) até a temperatura de sinterização é realizado por um período de tempo de sinterização que varia de 10 minutos a 48 horas.