CN108472863B

CN108472863B - 三维打印加热器

Info

Publication number: CN108472863B
Application number: CN201680078926.XA
Authority: CN
Inventors: S·沙芬斯; C·S·鲁普; K·P·戴坎姆
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: EP3443294B1; CN108496055A; EP3442782A4; EP3442782B1; US20190022929A1; CN108472863A; US11064572B2; EP3443294A4; WO2017180163A1; EP3442782A1; EP3443294A1; US20190037646A1; US10375765B2; CN108496055B; WO2017180169A1

Abstract

根据示例，三维(3D)打印加热器可以包括由熔融的热塑性聚合物颗粒形成的部件主体和由在热塑性聚合物颗粒的基体之间散布的导电颗粒的基体形成的电阻元件。导电颗粒和热塑性聚合物颗粒可以以各自的密度提供，以使电阻元件具有预定的电阻水平。3D打印加热器也可以包括连接到电阻元件的电触点，其中经由电触点施加电流通过电阻元件，以使电阻元件产生预定水平的热量。

Description

三维打印加热器

背景技术

在三维(3D)打印中，通常使用增材打印过程由数字模型制造三维实体部件。3D打印通常用于快速产品原型制作、模具生成、模具母版生成和短期制造。一些3D打印技术被认为是增材过程，因为它们涉及施加连续材料层。这与传统的加工过程不同，传统加工过程常常依赖于去除材料来创建最终部件。3D打印通常需要构造材料的固化或熔融，该构造材料的固化或熔融对于一些材料可以使用热辅助挤压、熔化或烧结来实现，而对于其他材料可以使用数字光投影技术来实现。

附图说明

图1表示根据本公开的示例的3D打印加热器的简化透视图。

图2A表示根据本公开的示例的3D打印加热器的截面侧视图。

图2B表示根据本公开的其他示例的3D打印加热器的简化透视图。

图3表示熔融前的复合材料层，该复合材料层可用于制备根据本公开的示例的三维打印加热器部件。

图4表示熔融后的复合材料层，该复合材料层可用于制备根据本公开的示例的三维打印加热器。

图5描绘了制造根据本公开的示例的3D打印加热器部件的示例方法的流程图。

图6表示根据本公开的示例的加热装置的示例。

这些图描绘了目前公开的技术的若干示例。然而，应理解，本技术不限于所描绘的示例。

具体实施方式

本公开涉及加热装置和三维(3D)打印。更具体地，本公开提供3D打印加热器、制造具有集成电阻元件的3D打印加热器的方法以及包含3D打印加热器和电压源的加热装置。

本文所述的3D打印加热器可具有由熔融的热塑性聚合物颗粒形成的部件主体和电阻元件。电阻元件可以单独地由与熔融的热塑性聚合物颗粒的基体互锁的导电颗粒的基体形成。电触点可以连接到电阻元件，使得可以经由第一电触点和第二电触点施加电流通过电阻元件。此外，电阻元件的颗粒，例如导电颗粒和热塑性聚合物颗粒，可以连续地熔融至部件主体的颗粒。

在一些示例中，电阻元件可以形成在打印部件主体的表面上。在其他示例中，电阻元件可以嵌入部件主体中，并且电阻元件的多个电触点可以形成在和/或延伸到打印部件主体的表面。在一些具体的示例中，电阻元件的电阻可以根据不同应用而变化。通过具体示例的方式，电阻的范围可以为约1欧姆至约50千欧姆之间的任何值。例如，小电阻元件可以具有实际的电阻下限，低于该下限它们的耗散将足够高以致它们将熔化。然而，物理上较大的电阻元件可以使用相同的电阻，并且可以具有散布在较大的区域上的相同的热量耗散。电阻元件的电阻可以取决于系统电压和期望的热功率输出。

在一个具体的示例中，导电颗粒可以包括选自由银颗粒、铜颗粒、金颗粒及其组合组成的组中的元素过渡金属颗粒。在一些示例中，熔融的热塑性聚合物颗粒可以包括选自以下的熔融剂：炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米颗粒、共轭聚合物或它们的组合。在另外的示例中，电阻元件在导电颗粒的基体、熔融的热塑性聚合物颗粒的基体或者两者中可以进一步包括活化剂。在另外的示例中，部件主体由在z轴方向上堆叠的多层熔融的热塑性聚合物颗粒形成，并且电阻元件至少部分地在z轴方向上取向。

本文还描述了制造具有电阻元件的3D打印加热器的方法。该方法可以包括将导电熔融剂分配到热塑性聚合物颗粒层的选定的第一区域上，其中导电熔融剂可以包括导电颗粒。该方法还可以包括将第二熔融剂分配到热塑性聚合物颗粒层的选定的第二区域上，其中第二熔融剂可以包括熔融材料以吸收电磁辐射以产生热量。另外，该方法可以包括用电磁辐射将第一区域和第二区域熔融，以在第一区域中形成电阻元件，且在第二区域中形成部件主体。电阻元件由与熔融的热塑性聚合物颗粒的基体互锁的导电颗粒的基体构成，并且部件主体包括熔融的热塑性聚合物颗粒。此外，当在电阻元件两端施加输入电压时电阻元件产生预定水平的热量。此外，电阻元件的颗粒可以连续地熔融至部件主体的颗粒。

在一些示例中，电阻元件形成为至少部分地在z轴方向上取向，使得电阻元件跨越3D打印加热器的多个层延伸。在一些示例中，多个电阻元件跨越3D打印加热器的多个层形成。在一些示例中，导电熔融剂中的导电颗粒的活化剂可以在施加导电熔融剂之前或之后施加。

本文还描述了加热装置。加热装置可以包括由熔融的热塑性聚合物形成的部件主体和由与导电颗粒的基体互锁的热塑性聚合物颗粒的基体形成的电阻元件，其中电阻元件嵌入部件主体内，并且具有预定的电阻水平。加热装置还可以包括电压源，以在电阻元件两端施加输入电压，其中输入电压使电阻元件产生(或等效地，耗散)预定水平的热量。

考虑到该总体概述，图1图示了示例性3D打印加热器100的简化透视图。3D打印加热器100可以包括部件主体110和电阻元件120。电阻元件120可以包括第一电触点122和第二电触点124。也就是说，第一电触点122可以连接到电阻元件120的第一端，而第二电触点124可以连接到电阻元件120的第二端。电阻元件120可以与部件主体110一体地形成。如图1中所示，电阻元件120可以一体地形成在部件主体110的表面上。尽管未示出，电阻元件120可以在负z方向上延伸到部件主体110的一部分中。

然而，图2A和图2B示出3D打印加热器200、230的替代示例。在图2A中，3D打印加热器200被描绘为包括嵌入在部件主体210内的电阻元件220。3D打印加热器200还被描绘为由堆叠在彼此之上的多个层212形成。也就是说，例如，可以通过从底向上，即在z方向上形成层212来形成部件主体210。

在图2B中，3D打印加热器230被描绘为加热装置240的一部分，加热装置240还可以包括电压源(或等效地，电源)250。如所示，3D打印加热器230可以包括嵌入部件主体210内的多个电阻元件220。提供在电阻元件220上方的部件主体210的部分以轮廓线显示，使得电阻元件220可以更容易地可见。在这方面，应理解，电阻元件220可以嵌入在图2A所示的部件主体210内。为了促进与电阻元件220的电接触，每个电阻元件220可以分别连接到第一电触点222和第二电触点224。如所示，第一电触点222和第二电触点224可以延伸到部件主体210的外表面，例如，侧表面和/或顶表面。在其他示例中，第一电触点222和第二电触点224可以延伸到或形成在部件主体210的底表面上。

虽然图2B图示了每个具有各自电触点222、224的电阻元件220，但在其他示例中，并非所有的电阻元件220都可以包括电触点。相反，一些电阻元件220可以嵌入在部件主体210中以起到散热器的作用，或者以其他方式引导热流如所期望地穿过部件主体210。另外或替代地，嵌入式电阻元件220可以包括连接到另一电阻元件220的电触点222、224。在一些情况下，在电阻元件220之间进行嵌入式连接的地方，可以减少延伸到部件主体210的表面的电连接的数量，例如减少一半。这可以减少3D打印加热器230中对于将电阻元件220互联的外部布线的需要。

在任何方面，电压源250可以电连接到电触点222、224，并且可以经由电触点222、224施加电压通过电阻元件220。根据示例，电阻元件220可以形成为具有预定的电阻水平，使得当电压源250施加预定水平的电压通过电阻元件220时，电阻元件220产生预定的热量。电压源250可以施加设定水平的电压，或者可以改变该水平，例如，以改变由电阻元件220产生的热量。

图1、图2A和图2B中所示的电阻元件120、220的每个可以单独地由在热塑性聚合物颗粒的基体中互锁的导电颗粒形成。在图3-图4中更详细地示出构成电阻元件120、220的每个的导电复合材料的示例。如图3所示，电阻元件120、220的每个可以由热塑性聚合物颗粒330和导电颗粒320形成。在制造3D打印加热器100、200、230的方法的一个示例中，热塑性聚合物颗粒的层300可以铺在三维打印机的粉末床中(未示出)。层300可以等同于图2A中描绘的层212。

可以用含有导电颗粒的导电熔融剂打印层300的单个区域，如第一选定区域310。导电颗粒能够从电磁辐射吸收能量并将能量转换成热。第二选定区域340可以用能够从电磁辐射吸收能量并将能量转换成热的第二熔融剂打印。然后，热塑性聚合物颗粒的层300可以暴露于电磁辐射以提高层300的温度，以使聚合物颗粒和导电颗粒熔融在一起。

图4示出了熔融后的层400的示例。如所示，聚合物颗粒可以熔融在一起以形成熔融热塑性聚合物颗粒430的基体，并且导电颗粒可以熔融或烧结在一起以形成导电颗粒420的基体。熔融的热塑性聚合物颗粒的基体和导电颗粒的基体可以互锁，形成导电复合材料。另外，导电复合材料仅存在于打印导电熔融剂的第一选定区域410中，而不存在于打印第二熔融剂的第二选定区域440中。

应注意，这些图不一定按比例绘制，并且聚合物颗粒和导电颗粒的相对尺寸可以与所示的不同。例如，在许多情况下，导电颗粒可以比聚合物颗粒(聚合物颗粒可以是聚合物粉末颗粒)小得多，如小2-3个数量级。

还应注意，图4仅示出导电复合材料的单层的二维横截面。虽然导电颗粒看起来在图中处于分离的位置，但是熔融或烧结的导电颗粒的基体可以是三维连续连接的基体。因此，导电复合材料410可以通过导电颗粒的基体具有良好的导电性。然而，虽然导电复合材料420/430可以具有比熔融的热塑性聚合物颗粒430更高水平的导电率，但是导电复合材料420/430可以形成为具有预定的电阻水平。根据示例，预定的电阻水平可以是对于预定的输入电压使导电复合材料420/430产生预定水平的热量的电阻水平。

此外，可以形成多层导电复合材料420/430，使得导电复合材料420/430可以跨越多层导电复合材料(即，在z轴方向上)具有良好的导电性。因此，在一些示例中，多个电阻元件220中的一个或多个可以至少部分地在z轴方向上取向，使得一个或多个电阻元件120、220跨越3D打印加热器100、200、230的多个层延伸，例如，如图2A中所示。另外，由于3D打印加热器230可以具有多个电阻元件220，每个单独的电阻元件220可以跨越相同的多个层或跨越不同的多个层形成。例如，多个电阻元件220中的第一组可以仅仅跨越3D打印加热器230的若干上层而形成。

相反，多个电阻元件220中的第二组可以仅仅跨越3D打印加热器230的若干下层而形成，使得两个组之间没有层交叠。在其他示例中，第二组电阻元件220可以跨越其中形成第一组电阻元件220的一些层和其中未形成第一组电阻元件220的一些层而形成。在其他示例中，第二组电阻元件220可以跨越与第一组电阻元件220相同的层而形成，但也可以跨越其中未形成第一组电阻元件220的另外的层。因此，只要第一组和第二组电阻元件220不是仅仅跨越3D打印加热器230的相同的层而形成，第一组电阻元件220就与第二组电阻元件220跨越不同的层而形成。应注意，一组电阻元件220可以包括1个、2个或更多个电阻元件220。

用于形成电阻元件120、220的导电颗粒可以包括任何合适的3D可打印导电颗粒。例如，导电颗粒可以包括导电聚合物、金属、碳同素异形体等，以及它们的组合。碳同素异形体可以包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、巴基球、石墨、炭黑等，以及它们的组合。

在一些具体示例中，导电熔融剂可以包括过渡金属。在一些示例中，过渡金属可以是元素过渡金属颗粒的形式。元素过渡金属颗粒可以包括例如银颗粒、铜颗粒、金颗粒、铂颗粒、钯颗粒、铬颗粒、镍颗粒、锌颗粒或它们的组合。所述颗粒还可以包括多于一种过渡金属的合金，比如Au-Ag、Ag-Cu、Ag-Ni、Au-Cu、Au-Ni、Au-Ag-Cu或Au-Ag-Pd。

在某些示例中，除了过渡金属之外，还可以包括其他非过渡金属。非过渡金属可以包括铅、锡、铋、铟、镓等。在一些示例中，可以包括焊接合金。焊接合金可以包括以各种组合的铅、锡、铋、铟、锌、镓、银和铜的合金。在某些示例中，这样的焊接合金可以打印在用作打印电气组件的焊接连接的位置处。焊接合金可以配制成具有适用于焊接的低熔点温度，比如低于230℃。

在另外的示例中，元素过渡金属颗粒可以是平均粒径为10nm到200nm的纳米颗粒。在更具体的示例中，元素过渡金属颗粒可以具有30nm到70nm的平均粒径。

随着金属颗粒尺寸的减小，颗粒能够被烧结的温度也可以降低。因此，在导电熔融剂中使用元素过渡金属纳米颗粒可以使颗粒在相对较低的温度下烧结并形成导电的烧结纳米颗粒的基体。例如，导电熔融剂中的元素过渡金属颗粒能够在三维打印过程中在固化期间达到的温度下或低于该温度下烧结。在另外的示例中，热塑性聚合物粉末床可以在打印过程中被加热到预热温度，并且元素过渡金属颗粒能够在该预热温度下或低于该预热温度下烧结。在又另外的示例中，元素过渡金属颗粒能够在20℃至350℃的温度下烧结。如本文所使用的，元素过渡金属颗粒能够烧结的温度是指颗粒将烧结在一起形成导电的烧结颗粒的基体的最低温度。理解的是，高于该最低温度的温度也会使颗粒烧结。

在导电熔融剂的其他示例中，过渡金属可以是元素过渡金属颗粒的形式，该元素过渡金属颗粒通过颗粒表面处的分散剂来被稳定。分散剂可以包括钝化颗粒表面的配体。合适的配体可以包括与过渡金属结合的部分。这样的部分的示例可以包括磺酸、膦酸、羧酸、二硫代羧酸、膦酸盐、磺酸盐、硫醇、羧酸盐、二硫代羧酸盐、胺等。在一些情况下，分散剂可以包含具有3-20个碳原子的烷基，在烷基链的末端具有上述部分中的一种。在某些示例中，分散剂可以是烷基胺、烷基硫醇或它们的组合。在另外的示例中，分散剂可以是聚合物分散剂，如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基乙烯基醚、聚(丙烯酸)(PAA)、非离子表面活性剂、聚合物螯合剂等。分散剂可以通过化学和/或物理连接与元素过渡金属颗粒的表面结合。化学键合可以包括共价键、氢键、配位络合键、离子键或它们的组合。物理连接可以包括通过范德华力、偶极-偶极相互作用或它们的组合的连接。

在另外的示例中，导电熔融剂可以包括金属盐或金属氧化物形式的过渡金属。在某些条件下，导电熔融剂中的过渡金属盐或金属氧化物可在被打印到热塑性聚合物粉末床上后原位形成元素过渡金属颗粒。然后，由此形成的元素过渡金属颗粒可以烧结在一起以形成导电基体。在一些示例中，还原剂可以与金属盐或金属氧化物反应以产生元素金属颗粒。在一个示例中，还原剂可以在导电熔融剂之前先印(underprint)到粉末床上。在另一个示例中，还原剂可以套印(overprint)在导电熔融剂上。在任一种情况下，还原剂可以与金属盐或金属氧化物反应以在热塑性聚合物颗粒层固化之前形成元素金属颗粒。合适的还原剂可以包括，例如葡萄糖、果糖、麦芽糖、麦芽糊精、柠檬酸三钠、抗坏血酸、硼氢化钠、乙二醇、1,5-戊二醇、1,2-丙二醇等。

在其他示例中，导电熔融剂可以包括导电聚合物。导电聚合物的非限制性示例可以包括聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩、30聚吡咯等，或它们的组合。导电聚合物的导电性水平可以取决于导电聚合物的掺杂或氧化水平。因此，虽然许多导电聚合物被用作半导体，但是它们可以掺杂导电材料以增加它们的导电性。进一步，具有低水溶解度的导电聚合物可以进一步用亲水性部分被官能化以增加它们的水溶解度。因此，可以采用各种各样的导电聚合物或它们的组合作为导电颗粒。

导电熔融剂中导电颗粒的浓度可以变化。然而，较高的导电颗粒浓度由于沉积在粉末床上的导电材料的量较大而可以趋向于提供更好的导电性。在一些示例中，相对于导电熔融剂的总重量，导电熔融剂可以包含约5wt％至约50wt％的导电颗粒。在另外的示例中，相对于导电熔融剂的总重量，导电熔融剂可以包含约10wt％至约30wt％的导电颗粒。

在一些示例中，活化剂可与导电熔融剂一起使用。各种活化剂可与导电熔融剂一起使用。例如，活化剂可以包括卤素盐、酸、碱、各种溶剂和它们的组合。在其中导电熔融剂包括过渡金属的一个具体的示例中，活化剂可以包括卤素盐，比如，例如氯化钠、氯化钾、溴化钾或碘化钾。卤素盐可以与过渡金属颗粒的表面处的分散剂反应，以从颗粒中除去分散剂。这可以增加金属颗粒之间的烧结，并改善由烧结颗粒形成的基体的导电性。活化剂可以在导电熔融剂之前被分配到粉末床上。当导电熔融剂被打印在活化剂上时，过渡金属颗粒可以与活化剂中的卤素盐接触。在可替换的示例中，聚合物粉末可以用卤素盐进行预处理，然后在三维打印系统中使用。当导电熔融剂被打印到粉末床上时，导电熔融剂中的过渡金属颗粒可以与已经存在于粉末上的卤素盐接触。

作为活化剂的一个具体可替换示例，导电聚合物PEDOT可以用聚苯乙烯磺酸盐(PSS)或其它合适的活化剂进行活化。其它导电聚合物可以用各种掺杂剂活化，比如碳同素异形体、酸、碱等。所有这样的活化剂都被认为是在本公开的范围内。

导电颗粒可与热塑性聚合物颗粒的基体互锁。热塑性聚合物颗粒还形成3D打印加热器的主体。热塑性聚合物粉末可以包括平均粒径为20μm到100μm的粉末颗粒，如本文所用，除非另有说明，对于颗粒的性质而言，“平均”指的是数均。因此，“平均粒径”指的是数均粒径。另外，“粒径”指的是球形颗粒的直径，或是非球形颗粒的最长尺寸。

在某些示例中，聚合物颗粒可以具有各种形状，如基本上球形的颗粒或不规则形状的颗粒。在一些示例中，聚合物粉末能够被形成为分辨率为20至100微米的3D打印部件。如本文所使用的，“分辨率”指的是可以形成在3D打印部件上的最小特征的尺寸。聚合物粉末可以形成约20至约100微米厚的层，这允许打印部件的熔融层具有大致相同的厚度。这可以在z轴方向上提供约20至约100微米的分辨率。聚合物粉末还可以具有足够小的颗粒尺寸和足够规则的颗粒形状，以沿x轴和y轴提供约20至约100微米的分辨率。

在一些示例中，热塑性聚合物粉末可以是无色的。例如，聚合物粉末可以具有白色、半透明或透明的外观。当与无色熔融剂一起使用时，这种聚合物粉末可以提供白色、半透明或透明的打印部件。在其他示例中，可以将聚合物粉末着色以生产有色部件。在还有其他示例中，当聚合物粉末为白色、半透明或透明时，可以通过熔融剂或其他有色熔融剂赋予该部件颜色。

热塑性聚合物粉末可具有约70℃至约350℃的熔点或软化点。在另外的示例中，聚合物可具有约150℃至约200℃的熔点或软化点。可以使用熔点或软化点在这些范围内的各种热塑性聚合物。例如，聚合物粉末可选自由以下组成的组：尼龙6粉末、尼龙9粉末、尼龙11粉末、尼龙12粉末、尼龙66粉末、尼龙612粉末、聚乙烯粉末、热塑性聚氨酯粉末、聚丙烯粉末、聚酯粉末、聚碳酸酯粉末、聚醚酮粉末、聚丙烯酸酯粉末、聚苯乙烯粉末及其混合物。在具体的示例中，聚合物粉末可以是尼龙12，其可以具有约175℃至约200℃的熔点。在另一个具体示例中，聚合物粉末可以是热塑性聚氨酯。

热塑性聚合物颗粒也可在一些情况下与填料共混。填料可以包括无机颗粒，比如氧化铝、二氧化硅或它们的组合。当热塑性聚合物颗粒熔融在一起时，填料颗粒可以嵌入聚合物中，形成复合材料。在一些示例中，填料可以包括自由流动剂、防结块剂等。这样的试剂可以防止粉末颗粒的堆积、包覆粉末颗粒且使边缘光滑以减少颗粒间摩擦和/或吸收水分。在一些示例中，热塑性聚合物颗粒与填料颗粒的重量比可以是10:1至1:2或5:1至1:1。

可向热塑性聚合物颗粒添加第二熔融剂，以在暴露于指定的波长和/或足够的电磁辐射强度时形成熔融的热塑性聚合物颗粒的基体。在一些示例中，第二熔融剂可以没有或基本上不含导电熔融剂中所含的导电颗粒。因此，当在热塑性聚合物粉末上打印时，第二熔融剂可以提供比导电熔融剂更低的导电率。然而，在一些示例中，第二熔融剂可以包括金属颗粒，该金属颗粒提供比导电熔融剂中的导电颗粒更低的导电率。例如，第二熔融剂可以包括不烧结在一起以形成导电基体的具有钝化表面的金属颗粒。

第二熔融剂可含有能够吸收电磁辐射以产生热量的熔融材料。熔融材料可以是有色的或无色的。在各种示例中，熔融材料可以是炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米颗粒或它们的组合。近红外吸收染料的示例包括胺染料、四芳基二胺染料、菁染料、酞菁染料、二硫烯染料等。在另外的示例中，熔融材料可以是近红外吸收共轭聚合物，如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)、聚噻吩、聚(对苯硫醚)、聚苯胺、聚(吡咯)、聚(乙炔)、聚(对苯乙烯)、聚对苯撑或它们的组合。如本文使用的，“共轭”是指分子中原子间的交替双键和单键。因此，“共轭聚合物”指的是具有交替的双键和单键的骨架的聚合物。在许多情况下，熔融材料可以在800nm至1400nm的范围内具有峰值吸收波长。

第二熔融剂中的熔融材料的量可根据熔融材料的类型而变化。在一些示例中，第二熔融剂中的熔融材料的浓度可以为0.1wt％至20wt％。在一个示例中，第二熔融剂中的熔融材料的浓度可以为0.1wt％至15wt％。在另一个示例中，浓度可以为0.1wt％至8wt％。在又另一个示例中，浓度可以为0.5wt％至2wt％。在具体的示例中，浓度可以为0.5wt％至1.2wt％。

在一些示例中，由于使用炭黑作为熔融材料，熔融材料可以具有黑色或灰色。然而，在其他示例中，熔融材料可以为无色的或几乎无色的。可调节熔融材料的浓度以提供其中第二熔融剂的可见颜色基本上不被熔融材料改变的熔融材料。虽然一些上述熔融材料在可见光范围内具有低吸光度，但吸光度通常大于零。因此，熔融材料通常可以吸收一些可见光，但是它们在可见光谱中的颜色可以足够小，以至于当添加着色剂时，它不会显著影响第二熔融剂呈现另一种颜色的能力(不同于以灰色或黑色色调主导第二溶剂的颜色的炭黑)。浓缩形式的熔融材料可以具有可见的颜色，但是可以调节第二熔融剂中的熔融材料的浓度，使得熔融材料不以如此高的量存在，以致它们改变第二熔融剂的可见颜色。例如，具有非常低的可见光波长吸光度的熔融材料可以以相比于具有相对较高的可见光吸光度的熔融材料更大的浓度被包括。可根据具体应用利用一些实验来调整这些浓度。

在另外的示例中，熔融材料的浓度可以足够高，以至于熔融材料影响熔融材料的颜色，但足够低，以至于当第二熔融剂被打印在热塑性聚合物粉末上时，熔融材料不会影响粉末的颜色。熔融材料的浓度可以与将在聚合物粉末上打印的第二熔融剂的量平衡，使得打印在聚合物粉末上的熔融材料的总量足够低，以至于不影响聚合物粉末的可见颜色。在一个示例中，熔融材料可以在第二熔融剂中具有这样的浓度，使得在第二熔融剂被打印到聚合物粉末上之后，聚合物粉末中的熔融材料的量为相对于聚合物粉末的重量的0.0003wt％至5wt％。

熔融材料可具有足以使聚合物粉末的温度提高到高于聚合物粉末的熔点或软化点的升温能力。如本文所使用的，“升温能力”指的是熔融材料将近红外光能量转换成热能以提高打印的聚合物粉末的温度超过和高于聚合物粉末的未打印部分的温度的能力。通常，当温度提高到聚合物的熔化温度或软化温度时，聚合物粉末颗粒可以熔融在一起。如本文所用的，“熔点”是指聚合物从结晶相转变为柔韧的非晶相的温度。一些聚合物没有熔点，而是具有聚合物软化的温度范围。该范围可分为较低的软化范围、中间软化范围和较高的软化范围。在较低的和中间软化范围内，颗粒可以聚结以形成部件，而剩余的聚合物粉末保持松散。如果使用较高的软化范围，整个粉末床可以变成块状物。如本文所用的，“软化点”指的是聚合物颗粒聚结而剩余的粉末保持分离和松散的温度。当第二熔融剂被打印在聚合物粉末的一部分上时，熔融材料可以将打印的部分加热到熔点或软化点的温度或高于熔点或软化点的温度，而聚合物粉末的未打印的部分保持低于熔点或软化点。这允许形成固体3D打印部件，而松散粉末可以容易地与成品打印部件分离。

虽然熔点和软化点在本文中常被描述为用于聚结聚合物粉末的温度，但在一些情况下，聚合物颗粒可在略低于熔点或软化点的温度下聚结在一起。因此，如本文所用的，“熔点”和“软化点”可包括比实际熔点或软化点略低的温度，比如比实际熔点或软化点低至多约20℃的温度。

在一个示例中，对于具有约100℃至约350℃的熔点或软化点的聚合物，熔融材料可以具有约10℃至约70℃的升温能力。如果粉末床处于熔点或软化点的约10℃至约70℃的温度内，那么这样的熔融材料可以将打印的粉末的温度升高至熔点或软化点，而未打印的粉末保持在较低的温度下。在一些示例中，可以将粉末床预热至比聚合物的熔点或软化点低约10℃至约70℃的温度。然后，第二熔融剂可以被打印到粉末上，并且粉末床可以用近红外光照射，以聚结粉末的打印的部分。

在本技术的一些示例中，可以平衡导电熔融剂和第二熔融剂，使得当在固化期间暴露于光时，用导电熔融剂和第二熔融剂打印的热塑性聚合物粉末达到几乎相同的温度。可以选择第二熔融剂中的熔融材料的类型和数量以匹配导电熔融剂中导电颗粒的升温能力。也可以调节导电熔融剂中导电颗粒的类型和数量以匹配第二熔融剂中的熔融材料的升温能力。另外，在一些示例中，导电熔融剂还可以包含除导电颗粒之外的熔融材料，其可以是与第二熔融剂中使用的熔融材料相同的熔融材料或不同的熔融材料。在某些示例中，导电熔融剂和第二熔融剂可使热塑性聚合物粉末的温度在固化期间提高到彼此之间30℃、20℃以内或10℃以内的温度。

在另外的示例中，有色流体剂也可用于给热塑性聚合物粉末添加颜色。这可以允许打印全色三维部件。在一个示例中，除了导电熔融剂、第二熔融剂和活化剂(如果存在的话)之外，还可以使用青色、品红色、黄色和黑色油墨。可替换地，任何上述试剂也可以包括赋予该试剂可见颜色的颜料或染料着色剂。

可配制导电熔融剂、活化剂、第二熔融剂和另外的着色剂的每一种，用于喷墨打印机。导电颗粒和熔融材料在喷墨油墨载液中可以是稳定的，并且试剂可以提供良好的喷墨性能。在一些示例中，导电颗粒和熔融材料可以是水溶性的、水分散性的、可溶于有机物的或可分散于有机物的。导电颗粒和熔融材料也可以与热塑性聚合物粉末相容，使得将试剂喷射到聚合物粉末上提供了导电颗粒和熔融材料充分地覆盖并渗入(interfiltration)到粉末中。

除上述导电颗粒、熔融材料、着色剂和其它成分外，试剂还可包括液体载液。在一些示例中，液体载液配方可以包括水；一种或多种助溶剂；一种或多种非离子型、阳离子型和/或阴离子型表面活性剂；分散剂；杀生物剂；粘度调节剂；pH调节材料；螯合剂；防腐剂等，或它们的组合。

制作3D打印加热器的各种方法可以使用以任何合适的组合的上述任何材料。图5描绘了制造具有电阻元件的3D打印加热器的方法500的示例的流程图。方法500可包括将含有导电颗粒的导电熔融剂分配到热塑性聚合物颗粒层的选定的第一区域上510。方法500还可以包括将第二熔融剂分配到热塑性聚合物颗粒层的选定的第二区域上，其中第二熔融剂包括熔融材料用以吸收电磁辐射以产生热量520。方法500可以进一步包括利用电磁辐射将第一区域和第二区域熔融以在第一区域中形成电阻元件并在第二区域中形成部件主体，其中电阻元件由与熔融的热塑性聚合物颗粒的基体互锁的导电颗粒的基体构成，并且部件主体包括熔融的热塑性聚合物颗粒，并且其中当在电阻元件两端施加输入电压时电阻元件产生预定水平的热量530。

在另外的示例中，制造具有电阻元件的3D打印加热器的方法可以包括将另外的试剂分配到热塑性聚合物颗粒上。在一些示例中，熔融剂和本文描述的其它试剂可以通过喷墨来分配。这可以通过热喷墨打印系统或压电喷墨打印系统来执行。也可以使用任何其它的将试剂分配到聚合物颗粒上的合适的方法。

在其他示例中，本文所述的方法可以使用粉末床三维打印系统来执行。在一个示例中，热塑性聚合物颗粒的床可以通过从聚合物粉末供给中引入聚合物粉末并使用辊将粉末轧制为薄层来形成。可以使用喷墨打印头喷射导电熔融剂和第二熔融剂。可基于导电熔融剂中导电颗粒的浓度、导电颗粒的升温能力、待打印的所得导电复合材料的期望导电率等因素来调整打印的导电熔融剂的量。类似地，可以基于熔融材料的浓度、熔融材料的升温能力和其他因素来调整打印的第二熔融剂的量。在一些示例中，打印的第二熔融剂的量能够足以使熔融材料与整个聚合物粉末层接触。例如，如果每层聚合物粉末为100微米厚，那么熔融材料可以渗透至少100微米到聚合物粉末中。因此，熔融材料可以加热在整个层中的聚合物粉末，使得该层可以聚结并粘结到下面的层。在形成固体层之后，可以通过降低粉末床或通过提高辊的高度并轧制新的粉末层来形成新的松散粉末层。

整个粉末床可预热到低于聚合物粉末的熔点或软化点的温度。在一个示例中，预热温度可以低于熔点或软化点约10℃至约30℃。在另一个示例中，预热温度可以在软化点或熔点的50℃以内。在具体的示例中，预热温度可以为约160℃至约170℃，并且聚合物粉末可以是尼龙12粉末。在另一个示例中，预热温度可以是约90℃至约100℃，并且聚合物粉末可以是热塑性聚氨酯。预热可以用一个或多个灯、烘箱、加热支撑床或其他类型的加热器来完成。在一些示例中，整个粉末床可以被加热到基本上均匀的温度。

可用熔融灯照射粉末床。适用于本文所描述的方法的合适的熔融灯可以包括市售的红外线灯和卤素灯。熔融灯可以是固定灯或移动灯。例如，灯可以安装在轨道上，横跨粉末床水平移动。这样的熔融灯可以根据聚结每个打印层所需的曝光量而在床上多次经过。熔融灯可被配置为以基本上均匀的能量的量照射整个粉末床。这可以选择性地用熔融油墨将打印的部分聚结，使聚合物粉末的未打印部分低于熔点或软化点。

在一个示例中，熔融灯可以与第二熔融剂中的熔融材料相匹配，使得熔融灯发出的光的波长匹配熔融剂的峰值吸收波长。在具体的近红外光波长下具有窄峰的熔融剂可以与在熔融剂的峰值波长附近发射窄范围的波长的熔融灯一起使用。类似地，吸收宽范围的近红外波长的熔融剂可与发射宽范围的波长的熔融灯一起使用。以这种方式匹配熔融剂和熔融灯可以提高利用打印在聚合物颗粒上的熔融材料使聚合物颗粒聚结的效率，而未打印的聚合物颗粒不会吸收同样多的光并且保持在较低的温度下。

取决于聚合物粉末中存在的熔融材料的量、熔融材料的吸光度、预热温度以及聚合物的熔点或软化点，可以从熔融灯供应适当的辐射量。在一些示例中，每次经过，熔融灯可以照射每个层约0.5至约10秒。

在另外的示例中，制造具有电阻元件的3D打印加热器的方法可以包括将电阻元件的电阻调谐到期望的范围。如上所解释的，电阻元件可以具有导电复合材料的形式，该导电复合材料具有与导电颗粒的基体互锁的熔融的热塑性聚合物颗粒的基体。导电复合材料的电阻可以以各种方式调谐。例如，导电熔融剂中导电颗粒的类型、导电熔融剂中导电颗粒的浓度、分配到粉末床上的导电熔融剂的量、电阻器的截面和长度等等可以影响电阻。当导电熔融剂通过喷墨分配时，可以通过改变打印速度、滴重、喷墨打印机中试剂被发射(fire)的槽数和每个粉末层的打印次数来调节分配的导电熔融剂的量。在某些示例中，导电复合元件可以具有1欧姆、5欧姆或10欧姆至50千欧姆或更大的电阻。通过具体的示例的方式，导电复合元件可以具有预定电阻，当在电阻元件两端施加预定水平的输入电压时该预定电阻使电阻元件能够产生预定水平的热量。

通过将足够量的导电颗粒分配到粉末床上，可以获得足够的导电性。例如，每体积导电复合材料的导电颗粒的质量可以大于1mg/cm³、大于10mg/cm³、大于50mg/cm³或大于100mg/cm³。在具体的示例中，每体积导电复合材料的导电颗粒的质量可以大于140mg/cm³。在另外的示例中，每体积导电复合材料的导电颗粒的质量可以为1mg/cm³至1000mg/cm³、10mg/cm³至1000mg/cm³、50mg/cm³至500mg/cm³或100mg/cm³至500mg/cm³。

在某些示例中，可以分配较少量的导电颗粒以实现表面导电性，并且可以施加较大量的导电颗粒以实现导电复合材料中的体积导电性。因此，在一些示例中，在单层聚合物颗粒上可以打印较少量的导电熔融剂以形成在该层的表面上(即，在x-y平面中)具有导电性的电阻元件。在一些示例中，在x-y平面中具有导电性的电阻元件可以形成为每体积导电复合材料的导电颗粒的质量大于1mg/cm³或大于10mg/cm³。在另外的示例中，这样的电阻元件可以形成为每体积导电复合材料的导电颗粒的质量为1mg/cm³至1000mg/cm³、10mg/cm³至500mg/cm³或30mg/cm³至200mg/cm³。然而，这样的电阻元件在z轴方向上可能没有足够的导电性，或者换句话说，可能没有穿过该层的体积的足够的导电性。如本文所使用的，“z轴”是指与x-y平面正交的轴。例如，在使用打印每层后降低的粉末床的三维打印方法中，粉末床在z轴方向上降低。

在一些示例中，仅在x-y平面中导电的电阻元件可以是足够的。这是当电阻元件平行于三维打印加热器的层形成时的情况。然而，根据本技术的方法也可用于打印在z轴方向上导电的电阻元件。通过将较大量的导电熔融剂分配到聚合物颗粒层上，导电熔融剂可以穿透该层，并且可以在z轴方向上实现层之间的导电性。在一些示例中，在z轴方向上导电的电阻元件可以形成为每体积导电复合材料的导电颗粒的质量大于50mg/cm³或大于100mg/cm³。在另外的示例中，这样的电阻元件可以形成为每体积导电复合材料的导电颗粒的质量为50mg/cm³至1000mg/cm³、100mg/cm³至1000mg/cm³或140mg/cm³至500mg/cm³。

在一些示例中，可通过多遍打印导电熔融剂来调节分配到粉末床上的导电颗粒的量。在一个示例中，喷墨打印头进行单遍过程可以足以分配足够的导电颗粒以实现表面导电性。然而，在一些情况下，单遍过程不足以实现z轴方向上的导电性。可以施加另外的过程来增加导电复合材料中的导电颗粒的量。可以使用足够遍数的过程来实现z轴方向上的导电性。在一个示例中，可以使用三遍或更多遍过程来形成在z轴方向上具有导电性的导电复合材料。在另外的示例中，可以通过电阻器设计或通过改变发射参数来调整喷墨打印头的滴重，来调节所分配的导电颗粒的量。因此，在更大的滴重下，对于每个发射的墨滴可打印更大量的导电熔融剂。然而，在一些情况下，在单遍过程中喷射过多量的导电熔融剂会因为扩散而导致打印质量降低。因此，在一些示例中，可以使用多遍过程来以更好的打印质量打印更多的导电熔融剂。

在具体示例中，可以如下形成三维打印加热器。喷墨打印机可用于打印第一遍，包括将导电熔融剂打印到粉末床的选定的第一区域上，并将第二熔融剂打印到粉末床的选定的第二区域上。然后可以通过使熔融灯在粉末床上经过来将聚合物颗粒和导电熔融剂中的导电颗粒熔融来进行固化过程。然后，可以进行将导电熔融剂打印到粉末床的多个传感器区域上的一个或多个附加过程，以增加导电颗粒的量。每遍打印导电熔融剂之后，可以使用熔融灯进行固化过程。使用的过程遍数可以取决于所需的电导率、打印过程的连续色调水平(参照每遍过程每个区域沉积的导电熔融剂的密度)、导电熔融剂中的导电颗粒的类型、导电熔融剂中的导电颗粒的浓度、打印的聚合物粉末层的厚度等。

在另一具体示例中，可以如下形成的三维打印加热器。喷墨打印机可用于打印第一遍，包括将活化剂打印到粉末床的选定的第一区域上，将导电熔融剂打印到被打印在选定的第一区域上的活化剂上，并将第二熔融剂打印到粉末床的选定的第二区域上。然后可以通过使熔融灯在粉末床上经过来将聚合物颗粒和导电熔融剂中的导电颗粒熔融来进行固化过程。然后，可以进行将活化剂和导电熔融剂打印到粉末床的多个传感器区域上的一个或多个附加过程，以增加导电颗粒的量。每遍打印活化剂和导电熔融剂之后，可以使用熔融灯进行固化过程。使用的过程遍数可以取决于所需的电导率、打印过程的连续色调水平(参照每遍过程每个区域沉积的导电熔融剂的密度)、导电熔融剂中的导电颗粒的类型、导电熔融剂中的导电颗粒的浓度、打印的聚合物粉末层的厚度等。

在另外的具体示例中，可以在与打印导电熔融剂的过程相独立的过程中打印活化剂。在又另外的具体示例中，可以在打印导电熔融剂之后打印活化剂。在这些示例的任何一个中，可以打印活化剂以与导电熔融剂相互作用，例如，从导电熔融剂中的导电颗粒中除去分散剂。

因此，本技术的方法可用于制造具有沿任意方向取向的多个集成电阻元件的三维打印加热器。如上所解释的，可以使用相对较小量的导电熔融剂在相对于三维打印加热器的层的x-y平面中形成电阻元件，而可以通过在每层上使用相对较大量的导电熔融剂形成在z轴方向上取向的电阻元件。如前所述，在一些示例中，一个或多个电阻元件可以相对于三维打印加热器的层至少部分地在z轴方向上取向。如本文所使用的，“至少部分地在z轴方向上”指的是在z轴上至少具有非零分量的任何方向。因此，使用本文所描述的方法，可以将电阻元件形成为平行于z轴或与z轴成斜线。

本文描述的三维打印方法可用于制造各种各样的复杂的电阻元件形状，以用于加热装置。图6示出了加热装置600的一个示例。加热装置600可以包括第一3D打印加热器610和第二3D打印加热器612。第一3D打印加热器610可以包括第一电阻元件620，且第二3D打印加热器612可以包括第二电阻元件622和第三电阻元件624。加热装置600还可以包括电压源630，该电压源可以等效地视为电源，以向3D打印加热器610和612供应电流。电压源630可以向3D打印加热器610、612施加相同或不同水平的电流。电压源630可以向3D打印加热器610、612施加不同水平的电流以例如改变3D打印加热器610、612中的每个在操作期间产生的热量。

如所示，第二电阻元件622可以包括与第一电阻元件620相比具有相对更宽的宽度的部分。例如，在一个方面，与第一电阻元件620相比，第二电阻元件622可以产生更多的热量。此外，可以放置第三电阻元件624来将由第二电阻元件622产生的一些热量引导到第二3D打印加热器612的其他的另一个位置。也就是说，与第二3D打印加热器612的其他部分相比，由于热量可以更容易地通过第三电阻元件624传导，第三电阻元件624周围的区域可以比第二3D打印加热器612的其他区域相对更热。

注意，为了简单起见，图6示出了两个独立的3D打印加热器610、612，其中第一3D打印加热器610具有一个电阻元件620，且第二3D打印加热器612具有两个电阻元件622、624。然而，3D打印加热器的其他配置也可以被并入加热装置中。例如，电阻元件620、622和624可以打印在单片3D打印加热器610上。在图2B中示出了在单个3D打印加热器230上打印多个电阻元件220的示例。

注意，如本说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式的“一(a)”、“一(an)”和“所述”包括复数指代，除非上下文清楚地另有规定。

如本文所使用的，“液体载液”或“试剂载液”是指液体流体，其中放置着色剂以形成试剂。各种各样的试剂载液可与本公开的系统和方法一起使用。这样的试剂载液可包括各种不同试剂的混合物，包括表面活性剂、溶剂、共溶剂、抗结垢剂、缓冲剂、杀生物剂、螯合剂、粘度调节剂、表面活化剂、水等。虽然不是液体载液本身的一部分，但除了着色剂和熔融剂之外，液体载液还可携带固体添加剂，比如聚合物、胶乳、UV可固化材料、增塑剂、盐等。

如本文所用的，“着色剂”可包括染料和/或颜料。

如本文所使用的，“染料”是指吸收电磁辐射或其某些波长的化合物或分子。如果染料吸收可见光谱中的波长，则染料可赋予试剂可见的颜色。

如本文所使用的，“颜料”一般包括颜料着色剂、磁性颗粒、氧化铝、二氧化硅和/或其他陶瓷、有机金属或其他不透明颗粒，无论这样的颗粒是否赋予颜色。因此，尽管本说明书主要举例说明了颜料着色剂的使用，但术语“颜料”可更一般地用于描述不仅颜料着色剂，还有其它颜料，比如有机金属、铁氧体、陶瓷等。然而，在一个具体的方面，颜料是颜料着色剂。

如本文所使用的，“可溶的”是指溶解度百分比大于5wt％。

如本文所使用的，“喷墨”或“喷射”是指从喷射结构(比如喷墨结构)喷出的组合物。喷墨结构可包括热结构或压电结构。另外，这样的结构可配置成打印不同的液滴尺寸，比如小于30皮升、小于20皮升、小于30皮升、小于40皮升、小于50皮升等。

如本文所使用的，术语“基本上(substantial)”或“基本上(substantially)”当用于指材料的数量或量或其具体特性时，是指足以提供材料或特性意图提供的效果的量。在一些情况下，允许的确切偏差程度取决于具体环境。当以否定方式使用术语“基本上(substantial)”或“基本上(substantially)”(例如，基本上没有材料)时，指的是没有任何那种材料存在，或者至多，只有痕量可以存在，其浓度不会影响组合物整体的功能或性质。

如本文所使用的，术语“约”用于通过提供给定值可“略高于”或“略低于”端点来为数值范围端点提供灵活性。该术语的灵活性程度可由特定变量决定，并基于本文的相关描述来确定。

如本文所使用的，为方便起见，多个项目、结构元件、组成元素和/或材料可在公共列表中呈现。然而，这些列表应该被解释为好像列表中的每个成员都被单独识别为独立且独特的成员一样。因此，在没有相反指示的情况下，此列表中的个体成员不应仅仅基于它们在共同组中的出现而被解释为是同一列表中任何其他成员的事实上的等同物。

浓度、量和其他数值数据在本文中可以以范围形式表示或呈现。应理解，使用这样的范围形式仅仅为了方便和简洁，因而应当灵活地解释为不仅包括作为范围界限明确列举的数值，而且还包括包含在该范围内的单个数值或子范围，如同将每个数值和子范围明确地列举一样。作为示例，“约1wt％至约5wt％”的数值范围应当解释为不仅包括明确地列举的约1wt％至约5wt％的值，而且还包括所述范围内的单个值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是比如2、3.5和4的单个值以及比如1-3、2-4和3-5等的子范围。该同样的原理适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论范围的广度或所描述的特征如何，都应该适用这样的解释。

作为进一步的说明，在本公开中，注意当讨论3D打印加热器、制造3D打印加热器的方法或包含3D打印加热器的加热装置时，这些讨论中的每一个都可以被认为适用于这些示例中的每一个，无论其在那个示例的上下文中是否被明确地讨论。因此，例如，在讨论关于3D打印加热器本身的细节时，这种讨论也涉及方法和加热装置，反之亦然。

实施例

以下示出了本公开的实施例。然而，应理解，以下仅是对本公开的原理的应用的说明。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可设计出许多修改和可替换的装置、方法和系统。所附权利要求书旨在涵盖这样的修改和布置。

实施例1

3D打印加热器可包括打印在部件主体的表面上的电阻元件。导电熔融剂、活化剂和第二熔融剂可以从三个单独的喷墨笔打印出来。导电熔融剂可以是含有银纳米颗粒的银墨(Mitsubishi NBSIJ-MU01)。银纳米颗粒可以具有大约20nm的平均粒径。活化剂可以是3wt％的氯化钠水溶液。第二熔融剂可以包括炭黑作为熔融材料以及水性试剂载液。

试剂可喷射在尼龙(PA12)颗粒

的床上。尼龙颗粒的平均粒径可为约50μm。层厚度为约100μm。每个层都可以用活化剂打印，接着是构成电阻元件的部分中的银油墨、绝缘部分中的炭黑熔融材料。该试剂可针对银油墨在255的连续色调水平下打印，针对活化剂是255，并且针对炭黑熔融材料是15。每个层可以实施三遍试剂。在用试剂进行每遍过程后，可以进行固化过程。在该示例中，分配到粉末上的固体银的量可以是约141mg/cm³；分配的氯化物盐的量可以是23mg/cm³的粉末层；且分配的炭黑的量可以是2.3mg/cm³的粉末层。

打印机粉末供给和粉末床可填充以尼龙颗粒。供给温度可设定在110℃左右，并且打印床温度可设定在130℃。打印床下的加热器可设定在150℃。打印速度可设定为每秒10英寸(ips)，且固化速度可设定为7ips。可以使用放置在距粉末床表面大约1cm处的两个300W灯泡进行固化。

电阻元件的第一电触点和第二电触点可以电连接到电源(电压源)。电源可以被激活以施加电流通过电阻元件，这可以使电阻元件产生热量。

实施例2

本实施例中的3D打印加热器可以使用与实施例1中相同的3D打印材料和3D打印过程来制备。然而，在该实施例中，可以这样打印电阻元件，使得电阻元件可以嵌入在部件主体中。此外，可使用延伸到部件主体外部的电触点将电阻元件连接到电源。

虽然遍及本公开的整体进行了具体描述，但本公开的代表性示例在广泛的应用范围内具有实用性，并且以上讨论不意图且不应被解释为是限制性的，而是提供作为本公开的方面的示例性讨论。

本文所描述和说明的是本公开的示例以及它的一些变化。本文使用的术语、描述和图仅以说明的方式提出，并不意味着是限制性的。在本公开的精神和范围内，许多变化是可能的，本公开意图由所附权利要求及其等价物限定，其中所有术语以其最广泛合理的含义理解，除非另有说明。

Claims

1.一种三维(3D)打印加热器，包括：

部件主体，所述部件主体由熔融的热塑性聚合物颗粒形成；

与所述部件主体一体形成的电阻元件，所述电阻元件由在热塑性聚合物颗粒的基体之间散布的导电颗粒的基体形成，其中所述导电颗粒和所述热塑性聚合物颗粒以各自的密度提供，以使所述电阻元件具有预定的电阻水平；和

连接到所述电阻元件的电触点，其中经由所述电触点施加电流通过所述电阻元件，以使所述电阻元件产生预定水平的热量。

2.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述电阻元件具有的电阻水平使得当在所述电阻元件两端施加输入电压时所述电阻元件产生所述预定水平的热量。

3.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述电阻元件形成在所述部件主体的表面上。

4.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述电阻元件嵌入所述部件主体中，并且所述电触点暴露于所述部件主体的外侧。

5.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述导电颗粒包括导电聚合物、金属、碳同素异形体或它们的组合。

6.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述熔融的热塑性聚合物颗粒包括选自以下的熔融剂：炭黑、近红外吸收染料、近红外吸收颜料、钨青铜、钼青铜、金属纳米颗粒、共轭聚合物或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述电阻元件在所述导电颗粒的基体中、熔融的热塑性聚合物颗粒的基体中或两者中进一步包括活化剂。

8.根据权利要求1所述的3D打印加热器，其中所述部件主体由堆叠在z轴方向上的多层熔融的热塑性聚合物颗粒形成，并且其中所述电阻元件至少部分地在所述z轴方向上取向。

9.一种制造三维(3D)打印加热器的方法，所述方法包括：

将含有导电颗粒的导电熔融剂分配到热塑性聚合物颗粒层的选定的第一区域上；

将第二熔融剂分配到所述热塑性聚合物颗粒层的选定的第二区域上，其中所述第二熔融剂包括熔融材料，所述熔融材料吸收电磁辐射以产生热量；和

将所述第一区域和所述第二区域用电磁辐射熔融，以在所述第一区域中形成电阻元件并在所述第二区域中形成部件主体，其中所述电阻元件由与熔融的热塑性聚合物颗粒的基体互锁的导电颗粒的基体构成，且所述部件主体包括熔融的热塑性聚合物颗粒，并且其中当在所述电阻元件两端施加输入电压时所述电阻元件产生预定水平的热量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述电阻元件形成为至少部分地在z轴方向上取向，使得所述电阻元件跨越所述3D打印加热器的多个层延伸。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括将另外的导电熔融剂输送到所述选定的第一区域上以形成所述电阻元件。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括将所述电阻元件嵌入所述部件主体中。

13.根据权利要求9所述的方法，其中所述导电颗粒在分散剂中，所述方法进一步包括：

将活化剂施加到所述选定的第一区域上以从所述导电颗粒中除去所述分散剂。

14.一种加热装置，包括：

3D打印加热器，所述3D打印加热器包括：

部件主体，所述部件主体由熔融的热塑性聚合物颗粒形成；和

与所述部件主体一体形成的电阻元件，所述电阻元件由与导电颗粒的基体互锁的热塑性聚合物颗粒的基体形成，其中所述电阻元件嵌入所述部件主体内并具有预定的电阻水平；和

电压源，所述电压源用于在所述电阻元件两端施加输入电压，其中所述输入电压使所述电阻元件产生预定水平的热量。

15.根据权利要求14所述的加热装置，其中所述部件主体由堆叠在z轴方向上的多层熔融的热塑性聚合物颗粒形成，并且其中所述电阻元件至少部分地在z轴方向上取向。