CN108367494A - 三维(3d)打印 - Google Patents
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Abstract
在三维打印方法示例中，施加构造材料。将第一液体功能材料施加在构造材料的至少部分上。第一液体功能材料包括铁磁纳米颗粒，该铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合。将构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，以烧结接触该第一液体功能材料的该构造材料的该部分。
Description
背景技术
除了家庭和办公使用，喷墨技术已经扩展至高速、商业和工业打印。喷墨打印是无压打印方法，其使用电子信号控制和引导油墨的液滴或流沉积在介质上。一些商业和工业喷墨打印机使用固定的打印头和移动的基底纸幅，以便实现高速打印。目前的喷墨打印技术涉及通过热喷射、压电压力或振荡来迫使油墨滴通过小喷嘴达到介质的表面上。出于许多原因，包括，低打印机噪声、高速记录和多色记录的能力，该技术已经成为在各种介质表面(例如，纸)上记录图像的普遍方式。
喷墨打印也用于在三维(3D)打印中打印液体功能材料。3D打印可以是增材打印过程，其用于从数字模型制造三维固体部件。3D打印通常用于快速产品成型、模具产生、原模产生以及小批量制造。一些3D打印技术被视为增材过程是因为它们涉及施加连续的材料的层。这与通常依赖于材料的去除而产生最终部件的传统机械加工过程不同。3D打印通常需要构造材料的固化或融合，该固化或融合对于一些材料可使用热辅助挤出、熔化或烧结来完成，而对于其他材料可使用数字光投射技术来完成。
附图说明
通过参考以下详细描述和附图，本公开示例的特征将变得显而易见，其中相同的附图标记对应虽然可能不相同但类似的组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可结合它们在其中出现的其他附图来描述或不描述。
图1是图解本文公开的3D打印方法的示例的流程图；
图2是图解本文公开的3D打印方法的其他示例的流程图；
图3是本文公开的3D打印系统的示例的简化等距视图；并且
图4是通过本文公开的3D打印方法的示例而形成的3D打印部件的照片图像。
具体实施方式
在本文公开的三维(3D)打印方法和3D打印系统的一些示例中，将构造材料(也称为构造材料颗粒)的整个层暴露于辐射，但是构造材料的选择的区域(在一些情况下小于整个层)被烧结或融合和硬化，而成为3D部件的层。当微波能被用于烧结或融合时，该过程已经被称为微波区域加工。在一些示例中，选择性沉积液体功能材料接触构造材料的选择的区域。该液体功能材料能够渗透到构造材料的层中并且散布到构造材料的外表面上。一些液体功能材料能够吸收辐射并且将吸收的辐射转化成热能，该热能进而熔化或烧结接触液体功能材料的构造材料。这使得构造材料融合、粘合、固化等而形成3D部件的层。液体功能材料的其他示例可以是融合助剂，其降低了发生融合、粘合、固化等的温度。此外，其他液体功能材料可用于改变构造材料特性，例如，电学特性、磁特性、导热性等。
在3D打印的其他示例中，将液体功能材料选择性施加至构造材料的层，并且然后在其上施加构造材料的另一个层。液体功能材料可施加至构造材料的该另一个层上，并且这些过程可被重复，而形成最终待形成的3D部件的坯体(green body)。然后坯体可暴露于加热和/或辐射而使坯体熔化或烧结、致密、融合和硬化，以形成3D部件。当微波能被用于烧结或融合时，该过程已经被称为微波体积加工。
本文公开的3D打印方法和3D打印系统的示例使用液体功能材料，该液体功能材料包含分散在水性或非水性媒介剂中的铁磁纳米颗粒。铁磁纳米颗粒能够充当吸收电磁辐射的接受器。在一些示例中，包含铁磁纳米颗粒的液体功能材料能够吸收频率范围在约5kHz至约300GHz的辐射。吸收的辐射转化成了热能，该热能可将构造材料加热到至少60℃，并且在一些情况下高达2500℃。通过液体功能材料吸收能量允许从需要高温(例如，至少1000℃)来融合的构造材料制造出3D部件。
如本文所使用，术语“3D打印部件”、“3D部件”或“部件”可以是完成的3D打印部件或3D打印部件的层。
3D打印方法100的示例描绘在图1中。应当理解，本文将详细讨论图1中显示的方法100，并且在一些情况下，将结合图1讨论图2。作为示例，方法100可用于产生明确限定的3D部件。
如在附图标记102和202处显示，方法100和200各自包括施加构造材料12。如图1和图2中都显示，在附图标记102和202处，已经施加了构造材料12的一个层14。
构造材料12可以是粉末。构造材料12可以是聚合材料、陶瓷材料或聚合物和陶瓷的复合材料。
聚合物构造材料12的示例包括半结晶的热塑性材料，其具有大于5℃的宽加工窗口(即，熔点和再结晶温度之间的温度范围)。聚合物构造材料12的一些具体示例包括聚酰胺(PA)(例如，PA 11/尼龙11、PA 12/尼龙12、PA 6/尼龙6、PA 8/尼龙8、PA 9/尼龙9、PA 66/尼龙66、PA 612/尼龙612、PA 812/尼龙812、PA 912/尼龙912等)。聚合物构造材料12的其他具体示例包括聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和这些材料的无定形变型。适当的聚合物构造材料12的还有其他示例包括聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、热聚氨酯、氟聚合物、其他工程塑料，以及本文列举的聚合物中的任何两种或更多种的掺混物。也可使用这些材料的核壳聚合物颗粒。
适当的陶瓷构造材料12的示例包括金属氧化物、无机玻璃、碳化物、氮化物和硼化物。一些具体示例包括氧化铝(Al2O3)、Na2O/CaO/SiO2玻璃(钠钙玻璃)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)或它们的组合。作为一种适当组合的示例，30wt％的玻璃可与70wt％的氧化铝混合。
任何先前列举的聚合物构造材料12可结合任何先前列举的陶瓷构造材料12，以形成复合构造材料12。可结合陶瓷构造材料12的聚合物构造材料12的量可取决于使用的聚合物构造材料12、使用的陶瓷颗粒12以及待形成的3D部件46。
构造材料12可具有的熔点范围是约50℃至约2800℃。作为示例，构造材料12可以是熔点为180℃的聚酰胺、熔点范围是约100℃至约165℃的热聚氨酯或熔点范围是约1000℃至约2800℃的金属氧化物。
构造材料12可由类似尺寸的颗粒或不同尺寸的颗粒构成。在本文显示的示例中，构造材料12包括类似尺寸的颗粒。如本文关于构造材料12使用的术语“尺寸”，指基本上球形颗粒(即，球度>0.84的球形或近似球形颗粒)的直径或非球形颗粒的平均直径(即，多个横跨颗粒的直径的平均值)。构造材料12的颗粒的平均颗粒尺寸可大于1μm，并且在一些情况下，大于10μm。例如，对于堆积密度大于或等于3的材料，陶瓷构造材料的颗粒尺寸大于或等于10μm。对于较低密度陶瓷构造材料颗粒，颗粒尺寸可大得多(例如，高达约500μm)。具有本文公开的颗粒尺寸的基本上球形颗粒具有良好的流动性并且可相对容易散布。作为另一示例，构造材料12的颗粒的平均尺寸范围是约10μm至约200μm。作为又另一示例，构造材料12的颗粒的平均尺寸的范围是5μm至约100μm。应当理解，如果使用基于料浆的过程散布构造材料12，则小于1μm的颗粒尺寸是可能的。
应当理解，由聚合物颗粒形成的构造材料12可包括荷电剂(charging agent)、流动助剂或它们的组合，以及其他颗粒。可添加荷电剂以抑制摩擦生电。适当的荷电剂的示例包括脂肪族胺(其可以是乙氧基化的)、脂肪族酰胺、季铵盐(例如，山萮基三甲基氯化铵或椰油酰胺丙基甜菜碱)、磷酸的酯、聚乙二醇酯或多元醇。一些适当的商业上可得的荷电剂包括FA 38(基于天然的乙氧基化烷基胺)、FE2(脂肪酸酯)和HS 1(烷基磺酸酯)，其各自可获得自Clariant Int.Ltd.)。在示例中，添加的荷电剂的量的范围，基于构造材料12的总重量百分比，为大于0wt％至小于5wt％。
可添加流动助剂以改善由聚合物颗粒形成的构造材料12的涂布流动性。当构造材料12的颗粒的尺寸小于25μm时，流动助剂可尤其有益。流动助剂通过减少摩擦、横向阻力和摩擦电荷积聚(通过增加颗粒导电性)来改善构造材料12的流动性。适当的流动助剂的示例包括磷酸三钙(E341)、粉末状纤维素(E460(ii))、硬脂酸镁(E470b)、碳酸氢钠(E500)、亚铁氰化钠(E535)、亚铁氰化钾(E536)、亚铁氰化钙(E538)、骨磷酸盐(E542)、硅酸钠(E550)、二氧化硅(E551)、硅酸钙(E552)、三硅酸镁(E553a)、滑石粉(E553b)、铝硅酸钠(E554)、铝硅酸钾(E555)、铝硅酸钙(E556)、膨润土(E558)、硅酸铝(E559)、硬脂酸(E570)或聚二甲基硅氧烷(E900)。在示例中，添加的流动助剂的量的范围基于构造材料12的总百分比，为大于0wt％至小于5wt％。
在附图标记102(图1)和202(图2)显示的示例中，施加构造材料12包括使用打印系统10和10’。打印系统10、10’可包括供应床28(包括构造材料12的供应)、递送活塞36、辊30、制造床32(具有接触表面34)和制造活塞38。这些物理元件的每一个可以可操作地连接至打印系统10、10’的中央处理单元(即，控制器，未显示)。中央处理单元(例如，运行储存在非暂时性、有形的计算机可读存储介质上的计算机可读指令)操作和转换打印机的寄存器和内存中表示为物理(电子)量的数据，以便控制物理元件，而产生3D部件46。用于选择性递送构造材料12、液体功能材料22等的数据可源自待形成的3D部件的模型。例如，指令可使得控制器使用构造材料分配器来分配构造材料12，并且使用施加器(例如，喷墨施加器)来选择性分配液体功能材料22。
递送活塞36和制造活塞38可以是相同类型的活塞，但是编程为在相反的方向上移动。在示例中，当要形成3D部件46的层时，递送活塞36可编程为将预定量的构造材料12推出供应床28的开口并且制造活塞38可编程为在递送活塞36的相反方向上移动，以便增加制造床38的深度。递送活塞36将足够地前进，使得当辊30将构造材料12推到制造床32中并到接触表面34上时，制造床32的深度足以使构造材料12的层24可在床32上形成。辊30能够将构造材料12散布到制造床32中，以形成厚度相对均匀的层14。在示例中，层14的厚度的范围是约90μm至约110μm，但是也可使用更薄或更厚的层。例如，层14的厚度的范围可以是约50μm至约1000μm。
应当理解，辊30可被其他工具(比如可用于散布不同类型粉末的刮刀，或辊和刮刀的组合)替换。
显示的供应床28是一个示例，并且可被另一适当的递送系统替换，以将构造材料12供应至制造床32。其他适当的递送系统的示例包括料斗、螺旋输送机等。
显示的制造床32也是一个示例，并且可被另一支撑件(比如压板、打印床、玻璃板或另一构造表面)替换。
如图1中附图标记104处所显示，在3D打印方法的一些示例中，在层14被施加在制造床32之后(和在选择性施加液体功能材料22之前)，构造材料12的层14可暴露于加热条件。进行加热，以预热构造材料12，并且因此加热温度可低于构造材料12的熔点。这样，选择的温度将取决于使用的构造材料12。作为示例，加热温度可以低于构造材料12的熔点约5℃至约50℃。在示例中，加热温度的范围是约50℃至约350℃。在另一示例中，加热温度的范围是约150℃至约170℃。
预热构造材料12的层14可使用任何适当的热源，将制造床32中的所有构造材料12暴露于热量来完成。热源的示例包括热能热源(例如，制造床32的加热器(未显示))或电磁辐射源(例如，红外(IR)、微波等)。
在施加构造材料12之后，如附图标记102和202处显示和/或在构造材料12被预热之后，如附图标记104处显示，将液体功能材料22选择性施加在层14中构造材料12的至少部分40上，如附图标记106(图1)和204(图2)处显示。
液体功能材料22可从任何适当的施加器分配。如图1和图2中附图标记106和204处图示，液体功能材料22可从喷墨打印头16(比如热喷墨打印头或压电喷墨打印头)分配。打印头16可以是按需滴加打印头或连续滴加打印头。
可选择打印头16以范围是约每英寸300点(DPI)至约1200DPI的分辨率递送液体功能材料22的液滴。在其他示例中，可选择打印头16以能够以更高或更低的分辨率递送液体功能材料22的液滴。滴加速度的范围可以是约5m/s至约24m/s并且点火频率的范围可以是约1kHz至约100kHz。打印头16可包括喷嘴的阵列，通过该喷嘴的阵列，打印头16能够选择性喷射流体的液滴。在一个示例中，每个液滴可以近似为约每滴10皮升(pl)，但是考虑可使用更高或更低的液滴尺寸。在一些示例中，打印头16能够递送不同尺寸的液体功能材料22的液滴。
喷墨打印头16可连接至移动XY平台或平移托架(都未显示)，该移动XY平台或平移托架将喷墨打印头16移动靠近制造床32，以便将液体功能材料22沉积在期望的区域40。在其他示例中，打印头16可以是固定的，而支撑件(支撑制造床32)配置为相对于打印头16移动。喷墨打印头16可编程为从中央处理单元接收命令并根据待形成的3D物体的层的截面的图案来沉积液体功能材料22。
在示例中，在页宽阵列配置中打印头16可具有的长度使它们能够跨越支撑制造床32的构件(未显示)的整个宽度。如本文所使用，术语“宽度”一般表示与支撑件的X和Y轴平行的平面中的最短尺寸，并且术语“长度”表示该平面中的最长尺寸。但是，应当理解，在其他示例中，术语“宽度”可与术语“长度”替换使用。在示例中，通过多个打印头16的适当的排列实现页宽阵列配置。在另一示例中，通过单个打印头16实现页宽阵列配置。在该另一示例中，单个打印头16可包括喷嘴的阵列，该喷嘴的阵列具有使它们能够跨越支撑件的宽度的长度。该配置对于单程打印可能是期望的。在还有其他示例中，打印头16可具有更短的长度，该长度使它们不能够跨越支撑件的整个宽度。在这些其他示例中，打印头16可以是横跨支撑件的宽度双向可移动的。该配置使能够使用多次过程横跨支撑件的整个宽度和长度选择性递送液体功能材料22。
在一个示例中，液体功能材料22包括液体媒介剂、吸收微波或射频(RF)辐射的铁磁纳米颗粒和分散剂。在一些示例中，液体功能材料22由这些组分组成，而没有其他组分。
如本文所使用，“液体媒介剂”和“媒介剂”可指其中放置吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒以形成液体功能材料22的液体流体。各种各样的液体媒介剂可用于本公开的液体功能材料22和方法。液体媒介剂可仅包括水或水与各种另外组分的混合物的组合。这些另外组分的示例可包括有机共溶剂、表面活性剂、抗微生物剂、抗结垢剂和/或螯合剂。
液体媒介剂可包括有机共溶剂，至少部分取决于喷射架构，该有机共溶剂总共以范围约1wt％至约50wt％(基于液体功能材料22的总重量百分比)的量存在于液体功能材料22中。在示例中，基于液体功能材料22的总重量百分比，共溶剂以约10wt％的量存在于液体功能材料22中。应当理解，也可使用在该示例和范围之外的其他量。可使用的有机共溶剂的类别包括脂肪族醇、芳族醇、二醇、乙二醇醚、聚乙二醇醚、2-吡咯烷酮、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺、乙二醇和长链醇。这些共溶剂的示例包括伯脂肪族醇、仲脂肪族醇、1,2-醇、1,3-醇、1,5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基醚的较高级同系物(C6-C12)、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代的和未取代的甲酰胺两者、取代的和未取代的乙酰胺两者等。在一些示例中，液体媒介剂可包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、二(2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲(可作为DHE从Lonza商业获得)、2-甲基-1,3-丙二醇、新戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇、3-甲基-1,3-丁二醇等。
如上所述，液体媒介剂也可包括表面活性剂。作为示例，液体功能材料22可包括非离子表面活性剂和/或阴离子表面活性剂，其可以基于液体功能材料22的总重量百分比的约0.01wt％至约5wt％的范围的量存在。在至少一些示例中，液体媒介剂可包括不含硅酮的烷氧基化醇表面活性剂，比如，例如，Wet 510(EvonikTegoChemieGmbH)和/或基于炔属二醇化学的自乳化的润湿剂，比如，例如，SE-F(Air Products andChemicals，Inc.)。其他适当的商业上可得的表面活性剂包括465(乙氧基化乙炔二醇)、CT-211(现GA-211、非离子、烷基苯基乙氧基化物并且不含溶剂)和104(基于炔属二醇化学的非离子润湿剂)，(其所有都来自Air Products and Chemicals，Inc.)；FSO(也称为其是来自Dupont的水溶性的乙氧基化非离子氟表面活性剂)；TMN-3和TMN-6(两者均为支链仲醇乙氧基化物、非离子表面活性剂)以及15-S-3、15-S-5和15-S-7(其各自是仲醇乙氧基化物、非离子表面活性剂)(所有的表面活性剂均可获得自Dow Chemical Co.)。
液体媒介剂也可包括抗微生物剂。适当的抗微生物剂包括杀生物剂和杀菌剂。示例性抗微生物剂可包括(Ashland Inc.)、UCARCIDETM或KORDEKTM(DowChemical Co.)和(Arch Chemicals)系列，以及它们的组合。在示例中，液体功能材料22可包括的抗微生物剂的总量的范围是约0.1wt％至约0.25wt％。
抗结垢剂也可包括在液体媒介剂中。结垢指干燥油墨沉积在热喷墨打印头的加热元件上。包括抗结垢剂以有助于防止结垢的积聚。适当的抗结垢剂的示例包括油醇聚醚-3-磷酸酯(作为CRODAFOSTMO3A或CRODAFOSTMN-3酸是商业上可得的)或葡聚糖500k。抗结垢剂的其他适当的示例包括CRODAFOSTMHCE(来自Croda Int.的磷酸酯)、N10(来自Croda Int.的油醇聚醚-10-磷酸酯)或LFH(来自Clariant的聚合物分散剂，具有芳族锚定基团、酸形式、阴离子)等。抗结垢剂可以液体功能材料22的总重量百分比的约0.1wt％至约1wt％的范围的量存在于液体功能材料22中。
液体媒介剂也可包括螯合剂。适当的螯合剂的示例包括乙二胺四乙酸二钠(EDTA-Na)和甲基甘氨酸二乙酸(例如，来自BASF Corp.的M)。无论使用单个螯合剂或使用螯合剂的组合，液体功能材料22中螯合剂的总量的范围基于液体功能材料22的总重量百分比可以是0wt％至约1wt％。
媒介剂的余量是水或非水性溶剂。水可适于热喷墨制剂，并且非水性溶剂可适于压电喷墨制剂。任何先前列举的共溶剂可构成非水性油墨媒介剂的余量。
液体功能材料22(图1和图2中显示)也包括吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒。该吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒可以以颗粒本身的形式或以前体分散体的形式并入液体功能材料22。前体分散体可包括水、分散剂和铁磁纳米颗粒。这样，前体分散体可为液体功能材料22提供媒介剂的组分。下面将更详细讨论前体分散体的制备。
吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒具有高的微波或RF辐射(即，约5kHz至约300GHz的频率范围)吸收性。高吸收性的，意思是对于温度范围约18℃至约200℃的(打印方法期间递送的)电磁辐射的频率，铁磁纳米颗粒具有>0.01的损耗正切。在一个示例中，对于给定温度范围下，约5kHz至约300GHz的频率范围，铁磁纳米颗粒具有>0.01的损耗正切。在另一示例中，对于给定温度范围下，约800MHz至约15GHz的频率范围，铁磁纳米颗粒具有>0.01的损耗正切。在又另一示例中，对于在给定温度范围下，约300MHz至约300GHz的频率范围，铁磁纳米颗粒具有>0.01的损耗正切。
吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒可被加热，以便纳米颗粒实现本文公开的吸收水平和/或实现期望的初始加热速率。在一些示例中，在辐射暴露之前预热至范围约100℃至约250℃的温度可有助于具有较低损耗正切的铁磁纳米颗粒更好吸收。
液体功能材料22的吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的示例包括铁(II)、铁(III)或铁(II、III)的氧化物(即，磁铁矿)。吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的其他示例包括铁(即，铁(II)铁(III)或铁(II、III))氧化物和铁磁金属氧化物的组合。可与铁氧化物组合而形成液体功能材料22的吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的适当铁磁金属氧化物的示例包括钴(II)氧化物、钴(II、III)氧化物、锰(III)氧化物、其他适当的铁磁金属氧化物，以及它们的组合。吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的还有其他示例包括铁酸盐或复合铁酸盐。作为具体的示例，铁酸盐可包括铁酸钡(BaFe12O19)、铁酸钴(CoFe2O4)、铁酸钴锌(Co0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸镍(NiFe2O4)、铁酸镍锌(Ni0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸锌(ZnFe2O4)等。复合铁酸盐的示例包括钴和锰x(Fe2O3)*y(CoO)*z(Mn2O3)纳米颗粒。尽管已经提供了数个示例，但是应当理解可使用具有铁磁特性的任何其他铁酸盐。
吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒可以基于液体功能材料22的总重量百分比的约0.1wt％至约50wt％的范围的量存在于液体功能材料22中。在示例中，吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的量的范围基于液体功能材料22的总重量百分比是约14wt％至约40wt％。在另一示例中，吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的量的范围基于液体功能材料22的总重量百分比是大于30wt％至约40wt％。该重量百分比考虑液体功能材料22中存在的活性吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的重量百分比，而不考虑液体功能材料22中前体分散体的总重量百分比。这样，针对铁磁纳米颗粒给出的重量百分比不考虑当铁磁纳米颗粒是前体分散体的部分时可能存在的任何其他组分(例如，水，分散剂)。认为铁磁纳米颗粒装料提供了液体功能材料22具有喷射可靠性和微波辐射吸收效率之间的平衡。
在示例中，吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒具有范围是约2nm至约300nm的粒径(即，颗粒尺寸或平均颗粒尺寸)。在另一示例中，吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的粒径的范围是约2nm至约150nm。在又另一示例中，吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的粒径的范围是约3nm至约60nm。
在一些情况下，液体媒介剂中吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒可用分散剂分散。分散剂有助于遍及液体功能材料22均匀分布吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒。分散剂的一些示例包括a)小分子阴离子分散剂；或b)短链聚合物分散剂；或c)小分子非离子分散剂；或d)a)或b)与c)的组合。小分子阴离子分散剂可以是每个分子包含两个或更多个羧基的单体羧酸(例如，柠檬酸)，而短链聚合物分散剂可以是分子量小于10,000Da的短链聚羧酸(例如，可获得自Lubrizol Corporation的K7028(M～2,300Da)，其是部分中和的低分子量水溶性的丙烯酸聚合物)。当使用时，小分子阴离子分散剂或短链聚合物分散剂可以吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的总重量百分比的约0.1wt％至约20wt％的范围的量存在。阴离子分散剂短链聚合物分散剂可在吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的表面上赋予负电荷，这可有助于液体功能材料22中颗粒的稳定性。小分子非离子分散剂可以是聚醚烷氧基硅烷偶联剂(例如，A-1230，可获得自MomentivePerformance Materials)。当使用时，小分子阴离子分散剂可以吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的总重量百分比的约0.5wt％至约100wt％的范围的量存在。在示例中，液体功能材料22中小分子阴离子分散剂的总量的范围是基于吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的总重量百分比的约1wt％至约30wt％。
如先前提到的，铁磁纳米颗粒可以以前体分散体存在，然后并入液体功能材料22。在一个示例中，可通过将铁磁纳米颗粒或纳米粉末(例如，Fe3O4)添加至研磨料(millbase)形成混合物而制备前体分散体。研磨料可包括水和分散剂(例如，小分子阴离子分散剂、小分子非离子分散剂或它们的组合)。可研磨混合物，以将铁磁颗粒的平均粒径降低小于220nm，并且以形成前体分散体。可使用任何适当的研磨技术。在示例中，可使用具有50μm氧化锆珠的Ultra-Apex珠磨机(Kotobuki)。Ultra-Apex珠磨机的转子速度的范围可以是约8m/s至约10m/s。在另一示例中，可使用具有650μm或更小的锆珠的实验室摇床。在又另一示例中，可使用具有200μm或更小的氧化锆珠的Fritsch研磨机。Fritsch研磨机的转子速度可以是每分钟400转。在任何这些示例中，混合物可被研磨约1小时至约10小时。可选地，在任何以上示例中，混合物可在研磨约1分钟至约3分钟和静置约3分钟至约10分钟之间交替，重复约100次至重复约140次。可从珠收集前体分散体。在示例中，前体分散体包括约15wt％至约20wt％的吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒。
然后该前体分散体可并入液体媒介剂的其他组分中以形成液体功能材料22的示例。在该示例中，来自前体分散体的水形成媒介剂的部分，并且因此液体功能材料22的该示例是水性的。
在本文公开的3D打印方法的示例中，应当理解，可使用一种液体功能材料22形成3D部件46，或可使用各自包含吸收微波或RF辐射的铁磁纳米颗粒的多种液体功能材料22形成3D部件46。
另外，在3D打印方法的一些示例中(如图1的附图标记106和图2的附图标记204处显示)，第二液体功能材料24也被选择性地施加至构造材料12。第二液体功能材料24可被施加在构造材料12接触第一液体功能材料22的相同部分40上。施加第二液体功能材料24可通过增加部分40的初始加热速率而缩短总体融合时间。但是，第二液体功能材料24中的活性材料可能在用于融合/烧结某些构造材料12的较高温度(例如，大于500℃)下烧尽，并且因此可能不能将这些构造材料12加热至足够的融合/烧结温度。因此，第二液体功能材料24可将构造材料12加热至初始温度，并且然后第一液体功能材料22可将构造材料12(通过热能传递)加热至足以融合或烧结构造材料12的温度。第二液体功能材料24和第一液体功能材料22一起可促进热能更快传递(相比如果单独使用第一液体功能材料22)并且可使能够达到构造材料12的融合/烧结温度。
第二液体功能材料24可以是水基分散体，其包括辐射吸收粘合剂(即，活性材料)。在一些情况下，液体功能材料24由水和活性材料组成。在其他情况下，第二液体功能材料24可以是融合助剂，其起到降低构造材料12融合的温度的作用。第二液体功能材料24的融合助剂类型的示例是融合助剂颗粒(比如二氧化硅(SiO2)颗粒)的水性分散体。在还有其他情况下，液体功能材料24可进一步包括分散剂、抗微生物剂、抗结垢剂和它们的组合。
在一些示例中，第二液体功能材料24中的活性材料可以是吸收频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射的任何适当的材料。活性材料的示例包括吸收微波或RF辐射的接受器，比如炭黑或石墨。
活性材料可以可替换地或还可以吸收其他频率和波长的辐射。作为示例，活性材料可以能够吸收IR辐射(即，约700nm至约1mm的波长，其包括近IR辐射(即，700nm至1.4μm的波长))、紫外辐射(即，约10nm至约390nm的波长)、可见辐射(即，约390nm至约700nm的波长)或它们的组合，除了微波辐射(即，约1mm至约1m的波长)和/或无线电波辐射(即，约1m至约1000m的波长)。
作为一个示例，第二液体功能材料24可以是包括炭黑的油墨类型制剂，比如，例如，商业上称为CM997A可获得自HP Inc.的油墨制剂。在液体功能材料24中，炭黑可以是聚合地分散的。在液体功能材料24中炭黑颜料也可以是自分散的(例如，通过化学修饰炭黑的表面)。包括可见光增强剂的油墨的示例是染料基彩色油墨和颜料基彩色油墨，比如商业上可得的油墨CE039A和CE042A，其可获得自Hewlett-Packard Company。
可包括在液体功能材料24中的适当的炭黑颜料的示例包括Mitsubishi ChemicalCorporation，Japan制造的那些(比如，例如，炭黑No.2300、No.900、MCF88、No.33、No.40、No.45、No.52、MA7、MA8、MA100和No.2200B)；Columbian Chemicals Company，Marietta，Georgia制造的系列的各种炭黑颜料(比如，例如，5750、5250、5000、3500、1255和700)；CabotCorporation，Boston，Massachusetts制造的系列、系列或系列的各种炭黑颜料，(比如，例如，400R、330R和660R)；和Evonik Degussa Corporation，Parsippany，New Jersey制造的各种黑色颜料(比如，例如，Color Black FW1、Color Black FW2、Color Black FW2V、Color BlackFW18、Color Black FW200、Color Black S150、Color Black S160、Color Black S170、35、U、V、140U、Special Black 5、SpecialBlack 4A和Special Black 4)。
如上所述，炭黑颜料可以通过重均分子量范围是约12,000至约20,000的聚合物分散剂被聚合地分散在第二液体功能材料24中。在该示例中，液体功能材料24包括炭黑颜料(其未表面处理)、聚合物分散剂和水(有或没有共溶剂)。当包括共溶剂时，共溶剂的示例可以是2-吡咯烷酮。聚合物分散剂可以是重均分子量范围是约12,000至约20,000的任何苯乙烯丙烯酸酯或任何聚氨酯。苯乙烯丙烯酸酯聚合物分散剂的一些商业上可得的示例是671和683(都可获得自BASF Corp.)。液体功能材料24中，炭黑颜料与聚合物分散剂的比例的范围是约3.0至约4.0。在示例中，炭黑颜料与聚合物分散剂的比例是约3.6。认为聚合物分散剂有助于炭黑颜料展示增强的电磁辐射吸收。
存在于第二液体功能材料24中的活性材料或融合助剂颗粒的量的范围基于液体功能材料24的总重量百分比是大于0wt％至约40wt％。在其他示例中，液体功能材料24中活性材料或融合助剂颗粒的量的范围是约0.3wt％至30wt％或约1wt％至约20wt％。认为这些活性材料装料提供了液体功能材料24具有喷射可靠性和热和/或电磁辐射吸收效率之间的平衡。
如图1和图2的附图标记106和204处图示，液体功能材料24可从喷墨施加器(比如喷墨打印头16’)分配。打印头16’可以是以上关于打印头16(其用于施加第一液体功能材料22)描述的任何打印头。打印头16’也可运作(例如，移动、从中央处理单元接收命令)并且具有与上述打印头16相同的尺寸(例如，长度和宽度)。第一液体功能材料22和第二液体功能材料24可以在单次过程中施加或顺序施加。
在图1和图2的附图标记106和204处显示的示例中，打印头16和16’将第一液体功能材料22和第二液体功能材料24(分别)选择性施加在层14的待融合或烧结以成为3D部件46的第一层的那些部分40。作为示例，如果待形成的3D部件要形成类似立方体或圆柱体的形状，则在构造材料12的层14的至少部分上，液体功能材料22、24将分别沉积为正方形图案或圆形图案(俯视角度)。在图1和图2的附图标记106和204处显示的示例中，液体功能材料22和24在层14的部分40上而不是在部分42上沉积为正方形图案。
液体功能材料22、24能够至少部分渗入构造材料12的层14。构造材料12可以是疏水的，并且液体功能材料22、24中共溶剂和/或分散剂(dispersant)(例如，分散剂(dispersing agent))的存在可有助于获得特定的润湿性能。
在施加液体功能材料22、24之后，将其上具有液体功能材料22、24的构造材料12暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射44，以形成融合的3D部件46。这显示在附图标记108(图1)和208(图2)处。在一些示例中，将其上具有液体功能材料22、24的构造材料12在辐射暴露之前预热至约100℃至约250℃的范围的温度，可有助于具有较低损耗正切的铁磁纳米颗粒更好吸收。
如图1在附图标记108处显示，构造材料12的整个层14可暴露于电磁辐射44。
如附图标记108图示，频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射44可从辐射源20发射。可使用发射频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射44的任何辐射源20。在一些示例中，辐射源20可发射频率范围是约800MHz至约15GHz的电磁辐射44。一些具体辐射源20包括915MHz微波能源和2.45GHz微波能源。适当的辐射源的示例包括发射具有期望的电磁频率的微波和激光的磁控管。
使用的辐射源20部分依赖于液体功能材料22中铁磁纳米颗粒的类型。例如，RF辐射源可能不适于介电铁磁纳米颗粒。
辐射源20可例如连接至还支持喷墨打印头16、16’的托架。托架可将辐射源20移动至临近制造床32的位置。辐射源20可被编程为从中央处理单元接收命令并且将包括液体功能材料22、24和构造材料12的层14暴露于电磁辐射44。
可替换地，层14可从制造床32去除并且置于微波炉26或射频(RF)熔炉中，以暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射44。微波熔炉26的使用显示在图2的附图标记208处。
液体功能材料22(单独或与液体功能材料24组合)增强了辐射44的吸收，将吸收的辐射转化成热能，并且促进热量传递至与其接触的构造材料12(即，部分40中)。在示例中，液体功能材料22或22和24足够地升高构造材料12的温度高于熔点，允许发生接触液体功能材料22或22和24的构造材料颗粒12的固化(例如，烧结、结合、融合等)。在示例中，温度升高高于构造材料12的熔化温度约50℃。液体功能材料22或22和24也可导致例如构造材料12的加热低于其熔点但是加热至适于导致软化和结合的温度。应当理解，第一液体功能材料22能够吸收足够的热能并传递至与其接触的构造材料12，以加热构造材料12到至少60℃。作为示例，接触第一液体功能材料22的构造材料12可被加热至范围是约60℃至约2,500℃的温度。也应理解，其上没有施加液体功能材料22或22和24的构造材料12的部分42不能吸收足够的能量而融合。如图1的附图标记108和图2的附图标记208处显示，暴露于辐射44形成3D层或部件46。
在图1显示的3D打印方法的示例中，可通过重复附图标记102-108来形成3D部件46的附加层。例如，为了形成3D部件46的附加层，构造材料12的附加层可被施加至附图标记108显示的3D部件46并且该附加层可被预热，可具有对其选择性施加的液体功能材料22或22和24，并且可暴露于辐射44，以形成那个附加层。可形成任何数量的附加层。当3D物体46完成时，它可从制造床32去除，并且可冲洗任何未固化的构造材料12然后重新使用。
在图2显示的3D打印方法的示例中，3D部件46的附加层可形成为坯体的部分。如图2附图标记204处显示，在暴露于电磁辐射44之前，其上施加液体功能材料22或22和24的构造材料12可形成坯体48。构成坯体48的构造材料22通过毛细管力保持在一起。应当理解，在其上未施加液体功能材料22或22和24的构造材料12的部分42中未形成坯体48(即，部分42不是坯体48的部分)。
在室温下或制造床32(其可被加热)的温度下，来自液体功能材料22或22和24的一些流体可在分配之后蒸发。流体蒸发可导致构造材料12的致密化。致密的构造材料12可有助于在制造床32中形成坯体48(或坯体48的层)。
尽管坯体48(附图标记204)显示为单层，但是应当理解，坯体48(和因此附图标记208处显示的所得部件46)可被积累以包括数个层。坯体48的每个附加层可通过重复附图标记202-204而形成。例如，为了形成坯体48的附加层，构造材料12的附加层可被施加至附图标记204显示的坯体48，并且该附加层可具有向其选择性施加的液体功能材料22或22和24。可形成任何数量的附加层。
当完成坯体48时，其可暴露于数个加热阶段(例如，初始较低温度加热以进一步使坯体48致密，随后较高温度烧结)，或其可暴露于烧结坯体48的单个加热阶段。在涉及多阶段加热的方法200的示例中，方法200从附图标记204移至206至208。在涉及单个阶段加热的方法200的示例中，方法200从附图标记204移至208。
在一些示例中(图2中未显示)，坯体48可留在制造床32中用于加热。在其他示例中，在任何加热之前，坯体48可从制造床32(或其他支撑件)去除并且可置入适当的热源18中或靠近适当的辐射源20’(二者都显示在附图标记206处)。
热源18的示例包括微波熔炉26(其也可视为是辐射源20)或RF熔炉，或能够混合加热(即，常规加热和微波加热)的设备。辐射源20’(用于初始加热)的示例包括UV、IR或近IR固化灯、IR或近IR发光二极管(LED)、在可见光和近IR范围内发光的卤素灯或具有期望电磁波长的激光器。当使用辐射源20’和第二液体功能材料24时，辐射源20’的类型将至少部分取决于第二液体功能材料24中使用的活性材料的类型。当使用第二液体功能材料24时，用辐射源20’进行初始加热可能是期望的。液体功能材料24中的活性材料可增强辐射的吸收，将吸收的辐射转化成热能，并且因此促进坯体48的初始加热。
当使用多阶段加热时，坯体48可首先使用热源18或辐射源20’加热至约200℃至约600℃的范围的温度。坯体48的初始加热将至少更多一些流体从构造材料12去除，以进一步使坯体48压实和致密而形成坯体48’。因为坯体48的初始加热可从坯体48去除至少一些流体，(部分干燥的)坯体48’比初始坯体48更加致密并且更加压实。该初始加热促进坯体48’中构造材料颗粒12额外的内聚。
如上所述，可进行附图标记206处的初始加热，并且坯体48’可然后暴露于附图标记208处的烧结，或可绕过附图标记206处的初始加热，而坯体48可暴露于烧结(附图标记208)。
无论是否进行初始加热，坯体48或48’可然后暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，其将连同(上述的)液体功能材料22、24烧结坯体48或48’。该电磁辐射可从微波炉26或其他适当的辐射源20(发射频率范围是约5kHz至约300GHz的辐射)发射。
烧结期间，坯体48或48’可在构造材料12的熔化温度或高于熔化温度的温度下加热。在另一示例中，坯体48、48’的加热使温度升高至低于坯体48、48’的熔点，但是达到适于导致烧结和结合的点。作为示例，温度的范围可以是构造材料12的熔化温度的约40％至约90％。在示例中，坯体48或48’可被加热至构造材料12的熔化温度的约50％至约80％的范围的温度。因此，加热温度至少部分取决于使用的构造材料颗粒12。加热温度也可取决于颗粒尺寸和用于烧结的时间(即，高温暴露时间)。在一些示例中，坯体48或48’的加热温度的范围是约60℃至约2500℃或约1400℃至约1700℃。在附图标记208处暴露于电磁辐射使构造材料12烧结和融合，以形成层或部件46，使该层或部件46可相对于坯体48或48’更进一步致密。
使用方法100还是方法200可部分取决于使用的构造材料12。例如，方法200可用于较高熔点陶瓷构造材料或复合构造材料。与如方法100中显示的逐层融合相关的热应力对于具有高熔点的陶瓷可能过高。方法100可用于具有较低熔点的一些陶瓷(例如，钠钙玻璃、玻璃熔块等)。陶瓷构造材料12是否可以在逐层方法中使用可取决于陶瓷的熔点、打印区域的环境温度和陶瓷承受热冲击的能力。作为示例，方法100可适于熔点是700℃或更低的陶瓷。当构造材料12是聚合物时，可使用方法100或方法200中的任一种。
现参考图3，描绘打印系统10”的另一示例。系统10”包括控制增材打印系统10”的一般操作的中央处理单元54。作为示例，中央处理单元54可以是基于微处理器的控制器，其例如经由通信总线(未显示)与内存50连接。内存50存储计算机可读指令52。中央处理单元54可执行指令52，并且因此可根据指令52控制系统10”的操作。例如，指令可使得控制器使用构造材料分配器58分配构造材料12，并且使用液体功能材料分配器16(例如，喷墨施加器16)选择性分配液体功能材料22而形成三维部件。
在该示例中，打印系统10”包括第一液体功能材料分配器16，以选择性递送第一液体功能材料22至提供在支撑件60上的构造材料12的层(该图中未显示)的部分40。在该示例中，打印系统10”还包括第二液体功能材料分配器16’，以选择性递送第二液体功能材料24至提供在支撑件60上的构造材料12的层(该图中未显示)的部分40。
中央处理单元54根据递送控制数据56控制选择性递送液体功能材料22、24至构造材料12的层。
在图3显示的示例中，应当理解，分配器16、16’是打印头，比如热打印头或压电喷墨打印头。打印头16、16’可以是按需滴加打印头或连续滴加打印头。
当第一液体功能材料22和第二液体功能材料24为适当流体的形式时，打印头16、16’可分别用于选择性递送第一液体功能材料22和第二液体功能材料24。如上所述，液体功能材料22和24各自包括水性或非水性媒介剂，以使其能够经由打印头16、16’递送。
在一个示例中，打印头16、16’可被选择以范围约每英寸300点(DPI)至约1200DPI的分辨率递送液体功能材料22、24的液滴。在其他示例中，打印头16、16’可被选择能够以更高或更低的分辨率递送液体功能材料22、24的液滴。滴加速度的范围可以是约5m/s至约24m/s并且点火频率的范围可以是约1kHz至约100kHz。
每个打印头16、16’可包括喷嘴的阵列，通过该喷嘴的阵列，打印头16、16’能够选择性喷射流体的液滴。在一个示例中，每个液滴可以近似为约每滴10皮升(pl)，但是考虑可使用更高或更低的液滴尺寸。在一些示例中，打印头16、16’能够递送不同尺寸的液滴。
打印头16、16’可以是打印系统10”的集成部件，或它们可以是使用者可更换的。当打印头16、16’是使用者可更换的时候，它们可以可拆除地插入适当的分配器接收器或界面模块(未显示)。
在打印系统10”的另一示例中，单个喷墨打印头可用于选择性递送第一液体功能材料22和第二液体功能材料24两者。例如，打印头的第一组打印头喷嘴可配置为递送第一液体功能材料22，并且打印头的第二组打印头喷嘴可配置为递送第二液体功能材料24。
如图3中显示，在页宽阵列配置中分配器16、16’各自具有使其能够跨越支撑件60的整个宽度的长度。在示例中，通过多个打印头的适当的排列实现页宽阵列配置。在另一示例中，通过带有喷嘴的阵列(具有使它们能够跨越支撑件60的宽度的长度)的单个打印头实现页宽阵列配置。在打印系统10”的其他示例中，分配器16、16’可具有使它们不能跨越支撑件60的整个宽度的较短长度。
尽管图3中未显示，但是应当理解，分配器16、16’可安装在可移动的托架上，以使它们能够横跨支撑件60的长度沿着图示的y轴双向移动。这使能够横跨支撑件60的整个宽度和长度在单次过程中选择性递送液体功能材料22、24。在其他示例中，分配器16、16’可以是固定的，而支撑件60配置为相对于分配器16、16’移动。
如本文所使用，术语“宽度”一般表示与图3中显示的X轴和Y轴平行的平面中的最短尺寸，并且术语“长度”表示该平面中的最长尺寸。但是，应当理解，在其他示例中，术语“宽度”可与术语“长度”相互替换。作为示例，分配器16、16’可具有使其跨越支撑件60的整个长度的长度，同时可移动托架可横跨支撑件60的宽度而双向移动。
在其中分配器16、16’具有使它们不能跨越支撑件60的整个宽度的较短长度的示例中，分配器16、16’也可横跨支撑件60的宽度在图示的X轴上双向可移动。该配置使能够使用多次过程横跨支撑件60的整个宽度和长度选择性递送液体功能材料22、24。
分配器16、16’可分别在其中包括第一液体功能材料22和第二液体功能材料24的供应，或可分别可操作地连接至第一液体功能材料22和第二液体功能材料24的单独的供应。
如图3中显示，打印系统10”还包括构造材料分配器58。该分配器58用于在支撑件60上提供构造材料12的层(例如，层14)。适当的构造材料分配器58可包括，例如，擦拭刮刀(wiper blade)、辊或它们的组合。
构造材料12可从料斗或其他适当的递送系统提供至构造材料分配器58。在显示的示例中，构造材料分配器58横跨支撑件60的长度(Y轴)移动来沉积构造材料12的层。如先前描述，构造材料12的第一层将沉积在支撑件60上，而构造材料12的随后的层将沉积在先前沉积的层上。
应进一步理解，支撑件60也可沿着Z轴移动。在示例中，支撑件60在Z方向上移动，使得随着构造材料12的新的层被沉积，在最新形成的层的表面和分配器16、16’的下表面之间保持预定的缝隙。但是，在其他示例中，支撑件60沿着Z轴可以是固定的，并且分配器16、16’可沿着Z轴移动。
与系统10和10’类似，系统10”也包括辐射源20或微波或RF炉(未显示)，来向沉积的构造材料12的层和液体功能材料22或22和24施加能量，以导致构造材料12的部分40固化。可使用任何先前描述的辐射源20。在示例中，辐射源20是能够均匀施加能量至沉积材料的单个能源，并且在另一示例中，辐射源20包括均匀施加能量至沉积材料的能源的阵列。
在本文公开的示例中，辐射源20可配置为以基本上均匀的方式向沉积的构造材料12的整个表面施加能量。该类型的辐射源20可称为非聚焦的能源。将整个层同时暴露于能量可有助于增加可产生三维对象的速度。
尽管未显示，但是应当理解，辐射源20可安装在可移动的托架上或可在固定的位置处。
中央处理单元54可控制辐射源20。施加的能量的量可依据递送控制数据56。
系统10”还可包括预热器62，其用于预热沉积的构造材料12(如参考图1中的附图标记104显示和描述的)。预热器62的使用可有助于减少必须由辐射源20施加的能量的量。
为了进一步阐释本公开，本文给出了实施例。应当理解，提供该实施例是为了阐释的目的并且不解释为限制本公开的范围。
实施例
实施例1
使用本文公开的液体功能材料的示例打印实施例3D部件。液体功能材料包括铁氧化物、钴氧化物和锰氧化物的复合铁酸盐颗粒，并且液体功能材料的组成显示在表1中。
表1
液体功能材料与12wt％的SiO2融合/烧结助剂(其组成显示在表2中)组合使用。
表2
用于打印实施例部件的构造材料是AA-18和AKP-53氧化铝粉末(可获得自Sumitomo)的1:1wt％混合物。
对于实施例部件，使用热喷墨打印头以1200x 600dpi分辨率，将液体功能材料和融合/烧结助剂打印在构造材料上。构造层为约100微米厚。X和Y坐标系中打印分辨率的组合结合构造材料厚度限定了打印分辨率体素。在该实施例中，以每种打印分辨率体素沉积约9滴12ng质量的每个LFM。
使用2.45GHz微波源，将实施例部件暴露于微波辐射。
形成的3D部件显示在图4中。如图示的，在3D打印过程中，液体功能材料有效起到微波接受器的作用。
在整个说明书中，对“一个示例”、“另一示例”、“示例”等的提及意思是结合该示例描述的特定要素(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文所述的至少一个示例中，并且可出现或不出现在其他示例中。另外，应当理解，除非上下文另有明确指出，对任何示例描述的要素可在各种示例中以任何合适的方式组合。
应当理解，本文提供的范围包括叙述的范围和落在叙述的范围内的任何值或子范围。例如，约5kHz至约300GHz的范围应解释为包括约5kHz至约300GHz的明确叙述的界限，以及个体值，比如5kHz、225.5kHz、500MHz、200GHz等，和子范围，比如约350kHz至约100GHz，约60kHz至约525MHz等。此外，当“约”用于描述值时，意为包含相对于所叙述的值的较小变化(至多+/-10％)。
在描述和请求保护本文公开的示例时，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括复数指代。
尽管已经详细描述了数个示例，但是，应当理解公开的示例可被修改。所以，前面的描述视为是非限制性的。
Claims (15)
1.一种三维(3D)打印方法，其包括：
施加构造材料；
将包括铁磁纳米颗粒的第一液体功能材料选择性施加在所述构造材料的至少部分上，其中所述铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合；和
将所述构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，从而烧结接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分。
2.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中选择性施加所述第一液体功能材料是通过热喷墨印刷或压电喷墨印刷完成的。
3.根据权利要求1所述的3D打印方法，进一步包括将第二液体功能材料选择性施加在接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述至少部分上。
4.根据权利要求3所述的3D打印方法，其中所述第二液体功能材料包括具有高微波辐射吸收性的颗粒的分散体。
5.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述铁磁纳米颗粒以基于所述第一液体功能材料的总重量百分比的约0.1wt％至约50wt％的范围的量存在于所述第一液体功能材料中。
6.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述第一液体功能材料进一步包括水、共溶剂、表面活性剂和选自由下述组成的组中的分散剂：a)小分子阴离子分散剂；b)短链聚合物分散剂；或c)小分子非离子分散剂；或d)a)或b)与c)的组合。
7.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中下述的任何一种或多种：
所述铁氧化物是铁(II)氧化物、铁(III)氧化物或铁(II、III)氧化物；
所述铁磁金属氧化物是钴(II)氧化物、钴(II、III)氧化物、锰(III)氧化物或它们的组合；或
所述铁酸盐选自由下述组成的组：铁酸钡(BaFe12O19)、铁酸钴(CoFe2O4)、铁酸钴锌(Co0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸镍(NiFe2O4)、铁酸镍锌(Ni0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸锌(ZnFe2O4)和复合铁酸盐。
8.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中将所述构造材料暴露于所述电磁辐射将接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分的温度升高到至少60℃。
9.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述构造材料是陶瓷构造材料。
10.根据权利要求9所述的3D打印方法，其中所述陶瓷构造材料包括金属氧化物陶瓷、无机玻璃、碳化物、氮化物、硼化物或它们的组合。
11.根据权利要求1所述的3D打印方法，其中所述构造材料是聚合物构造材料。
12.根据权利要求11所述的3D打印方法，其中所述聚合物构造材料包括聚酰胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、热聚氨酯、氟聚合物，以及它们的组合。
13.一种三维(3D)打印系统，其包括：
构造材料的供应；
构造材料分配器；
包括铁磁纳米颗粒的第一液体功能材料的供应，其中所述铁磁纳米颗粒选自由下述组成的组：铁氧化物、铁酸盐、所述铁氧化物和铁磁金属氧化物的组合，以及它们的组合；
用于选择性分配所述第一液体功能材料的喷墨施加器；
电磁辐射源；
控制器；和
非暂时性计算机可读介质，该非暂时性计算机可读介质上储存有计算机可执行指令，以使得所述控制器：
使用所述构造材料分配器分配所述构造材料；
使用所述喷墨施加器将所述第一液体功能材料选择性分配在所述构造材料的至少部分上；和
使用所述电磁辐射源将所述构造材料暴露于频率范围是约5kHz至约300GHz的电磁辐射，以烧结接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述部分。
14.根据权利要求13所述的系统，其中：
所述铁磁纳米颗粒以基于所述第一液体功能材料的总重量百分比的约0.1wt％至约50wt％的范围的量存在于所述第一液体功能材料中；并且
其中下述的任何一种或多种：
所述铁氧化物是铁(II)氧化物、铁(III)氧化物或铁(II、III)氧化物；
所述铁磁金属氧化物是钴(II)氧化物、钴(II、III)氧化物、锰(III)氧化物或它们的组合；或
所述铁酸盐选自由下述组成的组：铁酸钡(BaFe12O19)、铁酸钴(CoFe2O4)、铁酸钴锌(Co0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸镍(NiFe2O4)、铁酸镍锌(Ni0.5Zn0.5Fe2O4)、铁酸锌(ZnFe2O4)和复合铁酸盐。
15.根据权利要求13所述的系统，进一步包括：
所述第二液体功能材料的供应；和
用于选择性分配所述第二液体功能材料的另一喷墨施加器；
其中所述计算机可执行指令进一步使得所述控制器使用所述另一喷墨施加器将所述第二液体功能材料选择性分配在接触所述第一液体功能材料的所述构造材料的所述至少部分上。
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