CN109476872A - 材料套装 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于三维印刷的材料套装。该材料套装可以包括平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末、包含过渡金属的导电熔合剂组合物、以及非导电熔合剂组合物。该非导电熔合剂组合物可以包含过渡金属氧化物青铜粒子。

Description

材料套装
发明背景
在过去几十年中，三维(3D)数字印刷——一种增材制造方法——在不断发展。已经开发了各种用于3D印刷的方法，包括热辅助挤出、选择性激光烧结、光刻法等等。例如，在选择性激光烧结中，将粉末床暴露于来自激光的点加热以熔融任何要形成该物体处的粉末。这使得能够制造使用传统方法难以制造的复杂部件。但是，用于3D印刷的系统在历史上非常昂贵，尽管这些费用近来已经降低到了更可承受的水平。通常，3D印刷技术通过允许快速创建用于检查和测试的原型模型改善了产品开发周期。不幸的是，该概念在商业生产能力方面受到一定限制，因为3D印刷中所用材料范围同样受到限制。因此，在用于3D印刷的新技术和材料领域中继续进行研究。
附图概述
图1是根据本公开的实例的三维印刷系统的示意图；
图2是根据本公开的实例的热塑性聚合物粉末层的特写侧截面视图，导电熔合剂组合物印刷在该层的一部分上；
图3是根据本公开的实例的在图2的层已经固化后所述层的特写侧截面视图；和
图4是根据本公开的实例的具有两条导电迹线的三维印刷部件的俯视图。
附图描绘了本公开技术的几个实例。但是，应当理解本技术不限于所描绘的实例。
发明详述
本公开涉及三维印刷领域。更具体地，本公开提供了用于印刷具有导电特征的三维部件的材料套装和系统。在一种示例性印刷方法中，将聚合物粉末的薄层铺展在床上以形成粉末床。印刷头(如流体喷射印刷头)随后用于在对应于要形成的三维物体的薄层的粉末床部分上印刷熔合剂组合物。随后将该床暴露于光源，例如通常为整个床。该熔合剂组合物从光中吸收比未印刷粉末更多的能量。吸收的光能量转化为热能，使该粉末的印刷部分熔融并聚结。这形成了固体层。在形成第一层后，在粉末床上铺展新的聚合物粉末薄层并重复该过程以形成附加层，直到印刷完整的三维部件。此类三维印刷过程可以以良好的精确度实现快速输出。
在本公开技术的一些实例中，导电熔合剂组合物可以与非导电熔合剂组合物一起使用以形成具有导电特征的三维印刷部件。该导电熔合剂组合物可以喷射在需要为导电的粉末床的部分上，非导电熔合剂组合物可以喷射在该粉末床的其它部分上以形成最终印刷部件的其它部分。本文中描述的材料、系统和方法可用于印刷具有多种电气配置的部件，如嵌入式电气元件和表面电气元件。本技术还可以形成由三维印刷实现的电气元件，这是使用标准电子制造技术不能实现的，如嵌入式线圈、对角线通孔等等。
尽管多种熔合剂组合物可以有效地吸收能量以加热和熔合该聚合物粉末，但是只有某些熔合剂组合物可以有效地用作本文中所述的导电熔合剂组合物或非导电熔合剂组合物。例如，导电熔合剂组合物可以包含导电材料，其在施加到聚合物粉末上并随后熔合时，与熔合的聚合物形成导电复合材料。相反，非导电熔合剂组合物可以在该三维印刷部件中形成具有极低电导率的区域。换句话说，该非导电熔合剂组合物可以在该三维印刷部件中形成电绝缘部分。这些绝缘部分可以防止电流泄露和三维印刷部件导电部分之间的串扰。许多电子应用可能受益于具有多个彼此通过电绝缘区域隔离的导电元件。
炭黑可以用作熔合剂组合物中的能量吸收剂，因为炭黑可以吸收各种波长的电磁辐射。但是，在当炭黑以高到足以作为有效能量吸收剂的浓度用于熔合剂组合物的许多情况下，所得熔合材料将具有显著的导电性。这可能是由于炭黑是导电的，并在熔合材料中的炭黑粒子之间具有低粒子间电阻。因此，在本技术的一些实例中，具有高粒子间电阻的颗粒状能量吸收剂可以用于该非导电熔合剂组合物。特别地，颗粒形式的过渡金属氧化物青铜可能具有高粒子间电阻。当此类过渡金属氧化物青铜用于熔合剂组合物以形成三维印刷部件时，所得部件可以是绝缘的。
本文中所用的“绝缘”和“非导电”可以是指与使用本文中所述的导电熔合剂组合物形成的三维印刷部件的电导率相比不具有可测量的电导率或具有极低电导率的材料。在一些实例中，三维印刷部件的绝缘部分可以具有1,000,000Ω·m或更高的电阻率。
在本技术的一个实例中，材料套装可以包括平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末；包含过渡金属的导电熔合剂组合物；以及包含过渡金属氧化物青铜粒子的非导电熔合剂组合物。在某些实例中，该过渡金属可以为元素过渡金属粒子的形式。该元素过渡金属粒子可以包括银粒子、铜粒子、金粒子或其组合。在一些情况下，该元素过渡金属粒子可以具有10nm至200nm的平均粒度。在进一步的实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜、钼青铜或其组合。在一个特定实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。在另一实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以在水分散体中。在进一步的实例中，当在两部分印刷有导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末之间印刷该非导电熔合剂组合物并通过施加电磁辐射熔合该热塑性聚合物粉末时，该非导电熔合剂组合物可以基本防止由印刷有该导电熔合剂组合物的部分形成的导电复合材料部分之间的串扰。
在本技术的另一实例中，三维印刷系统可以包括包含平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末的粉末床、流体喷射印刷机和熔合灯。该流体喷射印刷机可以包括与导电熔合剂组合物存储器连通的第一流体喷射印刷槽，以便将该导电熔合剂组合物印刷到粉末床上，其中该导电熔合剂组合物包含过渡金属，以及与非导电熔合剂组合物存储器连通的第二流体喷射印刷槽，以便将该非导电熔合剂组合物印刷到粉末床上，其中该非导电熔合剂组合物包含过渡金属氧化物青铜粒子。该熔合灯可以使粉末床暴露于足以熔合已经印刷有该导电熔合剂组合物或该非导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末的电磁辐射。在进一步的实例中，该过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式。在一些实例中，该元素过渡金属粒子可以具有10nm至200nm的平均粒度。在再进一步的实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜、钼青铜或其组合。在一个特定实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。
在本技术的另一实例中，三维印刷部件可以包括导电复合材料部分，其包含与烧结元素过渡金属粒子基质互锁的熔合热塑性聚合物粒子基质；以及绝缘部分，其包含与导电复合材料部分中的熔合热塑性聚合物粒子基质连续的熔合热塑性聚合物粒子基质。该绝缘部分可以基本不含烧结的元素过渡金属粒子，并且该绝缘部分包含过渡金属氧化物青铜粒子。在一个具体实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。
根据这些实例，该材料套装(如用于三维印刷)可以包括热塑性聚合物粉末、导电熔合剂组合物和非导电熔合剂组合物。该热塑性聚合物粉末可以包括平均粒度为20μm至200μm的粉末粒子。除非另行规定，本文中所用的“平均”相对于粒子性质是指数均。因此，“平均粒度”是指数均粒度。此外，“粒度”是指球形粒子的直径，或非球形粒子的最长尺寸。
在某些实例中，该聚合物粒子可以具有多种形状，如基本球形粒子或不规则形状粒子。在一些实例中，该聚合物粉末能够成型为具有20μm至200μm的分辨率的3D印刷部件。本文中所用的“分辨率”是指可以在3D印刷部件上形成的最小特征的尺寸。该聚合物粉末可以形成大约20μm至大约200μm厚的层，使得印刷部件的熔合层具有大致相同的厚度。这可以在z轴方向上提供大约20μm至大约200μm的分辨率。该聚合物粉末还可以具有足够小的粒度和足够规则的粒子形状以便沿x轴和y轴提供大约20μm至大约200μm的分辨率。
在一些实例中，该热塑性聚合物粉末可以是无色的。例如，该聚合物粉末可以具有白色、半透明或透明的外观。当与无色熔合剂组合物一起使用时，此类聚合物粉末可以提供白色、半透明或透明的印刷部件。在其它实例中，该聚合物粉末可以着色以便制造有色部件。在再其它实例中，当该聚合物粉末为白色、半透明或透明时，可以通过该熔合剂组合物或另一有色墨水赋予该部件颜色。
该热塑性聚合物粉末可以具有大约70℃至大约350℃的熔点或软化点。在进一步的实例中，该聚合物可以具有大约150℃至大约200℃的熔点或软化点。可以使用多种熔点或软化点在这些范围内的热塑性聚合物。例如，该聚合物粉末可以选自尼龙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。在一个具体实例中，该聚合物粉末可以是尼龙12，其具有大约175℃至大约200℃的熔点。在另一具体实例中，该聚合物粉末可以是热塑性聚氨酯。
该热塑性聚合物粒子在一些情况下还可以与填料共混。该填料可以包括无机粒子如氧化铝、二氧化硅或其组合。当该热塑性聚合物粒子熔合在一起时，该填料粒子可以嵌在该聚合物中，形成复合材料。在一些实例中，该填料可以包括自由流动剂、抗结块剂等等。此类试剂可以防止粉末粒子堆积、涂布该粉末粒子和平滑化边缘以减少粒子间摩擦，和/或吸收水分。在一些实例中，热塑性聚合物粒子对填料粒子的重量比可以为10∶1至1∶2，或5∶1至1∶1。
该材料套装还可以包括导电熔合剂组合物。该导电熔合剂组合物可以包含过渡金属。当该导电熔合剂组合物印刷到热塑性聚合物粉末层上时，该导电熔合剂组合物可以渗透到粉末粒子之间的空间中。该层随后可以通过将该层暴露于电磁辐射来固化。该导电熔合剂组合物可以通过吸收来自该电磁辐射的能量并将该能量转化为热来促进粉末粒子的熔合。这将该粉末的温度升高至高于该热塑性聚合物的熔点或软化点。此外，在印刷和/或固化过程中，该导电熔合剂组合物中的过渡金属可以构成导电过渡金属基质，其与熔合的热塑性聚合物粒子互锁。
在一些实例中，该导电熔合剂组合物中的过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式。该元素过渡金属粒子可以包括例如银粒子、铜粒子、金粒子、铂粒子、钯粒子、铬粒子、镍粒子、锌粒子、或其组合。该粒子还可以包括超过一种过渡金属的合金，如Au-Ag、Ag-Cu、Ag-Ni、Au-Cu、Au-Ni、Au-Ag-Cu或Au-Ag-Pd。
在某些实例中，除过渡金属之外可以包含其它非过渡金属。非过渡金属可以包括铅、锡、铋、铟、镓等等。在一些实例中，可以包含钎焊合金。该钎焊合金可以包括各种组合的铅、锡、铋、铟、锌、镓、银、铜的合金。在某些实例中，此类钎焊合金可以在要用作印刷的电气组件的焊接接头的位置处印刷。该钎焊合金可以配制成具有可用于钎焊的低熔融温度，如低于230℃。
在某些实例中，该元素过渡金属粒子可以是具有10nm至200nm的平均粒度的纳米粒子。在更具体的实例中，该元素过渡金属粒子可以具有30nm至70nm的平均粒度。
当金属粒子的尺寸减小时，能烧结该粒子的温度也降低。因此，在该导电熔合剂组合物中使用元素过渡金属纳米粒子可以在相对低的温度下将该粒子烧结并形成烧结的纳米粒子的导电基质。例如，该导电熔合剂组合物中的元素过渡金属粒子能够在该三维印刷工艺中的固化过程中达到的温度或低于该温度下被烧结。在进一步的实例中，该热塑性聚合物粉末床可以在该印刷过程中被加热至预热温度，该元素过渡金属粒子能够在该预热温度下或低于该预热温度下被烧结。在更进一步的实例中，该元素过渡金属粒子能够在20℃至350℃的温度下被烧结。如本文中所用，该元素过渡金属粒子能够被烧结的温度是指该粒子烧结在一起，形成烧结粒子的导电基质的最低温度。要理解的是，高于该最低温度的温度也将会导致该粒子烧结。
在该导电熔合剂组合物的附加实例中，该过渡金属可以为元素过渡金属粒子形式，其通过粒子表面处的分散剂稳定化。该分散剂可以包括钝化该该粒子的表面的配体。合适的配体可以包括结合该过渡金属的部分。此类部分的实例可以包括磺酸、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、胺等等。在一些情况下，该分散剂可以含有3-20个碳原子的烷基基团，上述部分之一在该烷基链的末端。在某些实例中，该分散剂可以是烷基胺、烷基硫醇或其组合。在进一步的实例中，该分散剂可以是聚合分散剂，如聚乙烯基吡咯烷酮(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、聚合螯合剂等等。该分散剂可以通过化学和/或物理连接结合到该元素过渡金属粒子的表面上。化学键合可以包括共价键、氢键、配位络合键、离子键或其组合。物理连接可以包括通过范德华力、偶极-偶极相互作用或其组合的连接。
在进一步的实例中，该导电熔合剂组合物可以包含金属盐或金属氧化物形式的过渡金属。在某些条件下，该导电熔合剂组合物中的过渡金属盐或金属氧化物可以在印刷到该热塑性聚合物粉末床上之后原位形成元素过渡金属粒子。由此形成的元素过渡金属粒子可以随后烧结在一起以形成导电基质。在一些实例中，还原剂可以与该金属盐或金属氧化物反应以产生元素金属粒子。在一个实例中，还原剂可以在该导电熔合剂组合物之前底印到该粉末床上。在另一实例中，还原剂可以叠印在该导电熔合剂组合物上。在任一情况下，该还原剂可以与该金属盐或金属氧化物反应以便在热塑性聚合物粒子层固化之前形成元素金属粒子。合适的还原剂可以包括例如葡萄糖、果糖、麦芽糖、麦芽糖糊精、柠檬酸三钠、抗坏血酸、硼氢化钠、乙二醇、1，5-戊二醇、1，2-丙二醇等等。
该导电熔合剂组合物中过渡金属的浓度可以改变。但是，更高的过渡金属浓度倾向于提供更好的导电性，因为在粉末床上沉积了更大量的导电材料。在一些实例中，相对于该导电熔合剂组合物的总重量，该导电熔合剂组合物可以含有大约5重量％至大约50重量％的过渡金属。在进一步的实例中，相对于该导电熔合剂组合物的总重量，该导电熔合剂组合物可以含有大约10重量％至大约30重量％的过渡金属。
在本技术的材料套装的一些实例中，预处理剂组合物可以与该导电熔合剂组合物一起使用。该预处理剂组合物可以包含金属氯化物盐，如锂、钾或钠与例如氯根、溴根或碘根的盐。该金属卤化物盐可以与过渡金属粒子表面处的分散剂反应以便从该粒子中除去该分散剂。这可以提高金属粒子之间的烧结，并改善由烧结粒子形成的基质的导电性。该预处理剂组合物可以在该导电熔合剂组合物之前分配到粉末床上。当该导电熔合剂组合物在该预处理剂组合物上印刷时，该过渡金属粒子可以与预处理剂组合物中的金属卤化物盐接触。在替代实例中，该聚合物粉末可以在三维印刷系统中使用前用金属卤化物盐预处理。当该导电熔合剂组合物印刷到该粉末床上时，该导电熔合剂组合物中的过渡金属粒子可以与已经存在于该粉末上的金属卤化物盐接触。
根据本技术的材料套装还可以包括非导电熔合剂组合物。在一些实例中，该非导电熔合剂组合物可以不含或基本不含该导电熔合剂组合物中所含的过渡金属。该非导电熔合剂组合物可以含有过渡金属氧化物青铜粒子。这些粒子能够吸收电磁辐射以产生热量。在一些实例中，过渡金属氧化物青铜粒子可以充当宽带吸收剂，吸收各种波长的电磁辐射。该过渡金属氧化物青铜粒子尤其可以吸收近红外光谱中的宽范围的波长。
在一些实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以具有包括绝缘氧化物层的粒子表面。该层可以在过渡金属氧化物青铜粒子之间提供高的粒子间接触电阻。在再其它实例中，该粒子当印刷到聚合物粉末上并熔合时可以提供具有1,000,000Ω·m或更高的电阻率的熔合材料。
在一些情况下，过渡金属氧化物青铜作为块状材料可以是导电的。但是，当处于微细粒子形式时，这些材料可以是不导电的。该粒子可以具有高粒子间电阻，尤其是当该粒子分散在水性或其它水解分散体中时。不受特定机理的限制，该粒子可以在与水接触时水解，并形成具有介电性质的绝缘氧化物层。
在进一步的实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜或钼青铜。钨青铜和钼青铜可以分别具有组成MexWO3或MexMoO3，其中Me是Na、K、Rb或Cs，且0＜x＜1。这些材料可以具有高粒子间电阻，尤其是当该粒子分散在水性分散体中时。由此，即使钨青铜或钼青铜材料作为块状材料可以是导电的，这些材料的微细粒子可以具有高粒子间电阻。在某些实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括具有组成CsxWO3的铯钨青铜，其中0＜x＜1。
在一个附加实例中，该非导电熔合剂组合物可以包含颗粒状六硼化镧(LaB6)。在进一步的实例中，该非导电熔合剂组合物还可以包含能够吸收电磁辐射以产生热量并还提供绝缘的三维印刷的最终部件的其它能量吸收剂。
在一些实例中，该非导电熔合剂组合物可以包含炭黑以及上述过渡金属氧化物青铜粒子。炭黑与过渡金属氧化物青铜粒子各自的浓度可以足以使当非导电熔合剂组合物印刷到聚合物粉末上并熔合该聚合物粉末时，所得材料是不导电的。
该非导电熔合剂组合物中过渡金属氧化物青铜粒子的量可以根据过渡金属氧化物青铜粒子的类型而变。在一些实例中，非导电熔合剂组合物中过渡金属氧化物青铜粒子的浓度可以为0.1重量％至20重量％。在一个实例中，非导电熔合剂组合物中过渡金属氧化物青铜粒子的浓度可以为0.1重量％至15重量％。在另一实例中，该浓度可以为0.1重量％至8重量％。在又一实例中，该浓度可以为0.5重量％至2重量％。在一个特定实例中，该浓度可以为0.5重量％至1.2重量％。
如上所述，该过渡金属氧化物青铜粒子可以在该非导电熔合剂组合物中充当能量吸收剂。类似的，该过渡金属可以在该导电熔合剂组合物中充当能量吸收剂。能量吸收剂可以具有足以将聚合物粉末温度提高至高于该聚合物粉末的熔点或软化点的升温能力。本文中所用的“升温能力”是指能量吸收剂将近红外光能量转化为热能以提高印刷的聚合物粉末温度超过或高于该聚合物粉末的未印刷部分的温度的能力。通常，当温度提高至该聚合物的熔点或软化点时，该聚合物粉末粒子可以熔合在一起。本文中所用的“熔点”是指聚合物由结晶相转变为柔软的无定形相时的温度。一些聚合物不具有熔点，而是具有聚合物软化的温度范围。该范围可以分成较低软化范围、中间软化范围和较高软化范围。在较低和中间软化范围中，该粒子聚结以形成部件，而剩余聚合物粉末保持松散。如果采用较高软化范围，整个粉末床可能成为块状物。本文中所用的“软化点”是指该聚合物粒子聚结而剩余粉末保持分离和松散时的温度。当熔合剂组合物在一部分聚合物粉末上印刷时，该能量吸收剂可以将印刷部分加热至处于或高于该熔点或软化点的温度，同时该聚合物粉末的未印刷部分保持低于该熔点或软化点。这使得能够形成固体3D印刷部件，而松散的粉末可以容易地与成品印刷部件分离。
尽管熔点和软化点在本文中常常描述为聚结该聚合物粉末的温度，在一些情况下该聚合物粒子可以在略低于该熔点或软化点的温度下聚结在一起。因此，本文中所用的“熔点”和“软化点”可以包括比实际熔点或软化点略低，如低至多大约20℃的温度。
在一个实例中，对具有大约100℃至大约350℃的熔点或软化点的聚合物而言，该能量吸收剂可以具有大约10℃至大约70℃的升温能力。如果该粉末床处于该熔点或软化点的大约10℃至大约70℃之内的温度下，那么此类能量吸收剂可以将印刷粉末的温度升高至该熔点或软化点，而未印刷粉末保持在较低温度下。在一些实例中，可以将该粉末床预热至低于该聚合物的熔点或软化点大约10℃至大约70℃的温度。该熔合剂组合物随后可以印刷到该粉末上，并用近红外光照射该粉末床以聚结该粉末的印刷部分。
在本技术的材料套装的一些实例中，该导电熔合剂组合物与该非导电熔合剂组合物可以平衡，以使印刷有该导电熔合剂组合物与该非导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末在固化过程中暴露于光时达到几乎相同的温度。可以选择该非导电熔合剂组合物中能量吸收剂的类型和量以匹配该导电熔合剂组合物中过渡金属的升温能力。还可以调节该导电熔合剂组合物中过渡金属的类型和量以匹配该非导电熔合剂组合物中能量吸收剂的升温能力。此外，在一些实例中，该导电熔合剂组合物可以含有过渡金属之外的另一能量吸收剂。在某些实例中，该导电熔合剂组合物与该非导电熔合剂组合物在固化过程中可以将该热塑性聚合物粉末的温度升高至彼此的30℃之内、20℃之内或10℃之内的温度。
在进一步的实例中，该材料套装还可以包括有色墨水以便向该热塑性聚合物粉末添加颜色。这可以允许印刷全彩色三维部件。在一个实例中，除了该导电熔合剂组合物、非导电熔合剂组合物和预处理剂组合物(如果存在的话)之外，该材料套装可以包括青色、品红色、黄色和黑色墨水。
该导电熔合剂组合物、预处理剂组合物、非导电熔合剂组合物和附加的有色墨水各自可以配制用于流体喷射印刷机，如喷墨印刷机。该过渡金属与过渡金属氧化物青铜粒子在喷射液体载体中是稳定的，并且该熔合剂组合物可以提供良好的喷射性能。在一些实例中，该过渡金属和过渡金属氧化物青铜粒子可以是水溶性的、水分散性的、有机可溶性的或有机可分散性的。该过渡金属和过渡金属氧化物青铜粒子还可以与该热塑性聚合物粉末相容，使得将该熔合剂组合物喷射到聚合物粉末上提供了足够的覆盖率，并使过渡金属和过渡金属氧化物青铜粒子渗透到该粉末中。
任何上述流体还可以包含赋予该流体可见颜色的颜料或染料着色剂。在一些实例中，该着色剂可以以0.5重量％至10重量％的量存在于该墨水中。在一个实例中，该着色剂可以以1重量％至5重量％的量存在。在另一实例中，该着色剂可以以5重量％至10重量％的量存在。但是，该着色剂是任选的，并且在一些实例中该流体可以不包含附加着色剂。这些流体用于印刷保持该聚合物粉末的天然颜色的3D部件。此外，该流体可以包含白色颜料如二氧化钛，其还可以赋予最终印刷部件白色颜色。其它无机颜料如氧化铝或氧化锌也可以使用。
在一些实例中，该着色剂可以是染料。该染料可以是非离子型、阳离子型、阴离子型的，或非离子型、阳离子型和/或阴离子型染料的混合物。可用的染料的具体实例包括但不限于磺基罗丹明B、酸性蓝113、酸性蓝29、酸性红4、Rose Bengal、酸性黄17、酸性黄29、酸性黄42、吖啶黄G、酸性黄23、酸性蓝9、Nitro Blue Tetrazolium Chloride Monohydrate或Nitro BT、罗丹明6G、罗丹明123、罗丹明B、罗丹明B异氰酸盐、番红O、天青B和天青B曙红，可获自Sigma-Aldrich Chemical Company(St.Louis，Mo.)。阴离子型水溶性染料的实例包括但不限于独自或与酸性红52一起的直接黄132、直接蓝199、品红377(可获自Ilford AG，Switzerland)。水不溶性染料的实例包括偶氮染料、呫吨染料、甲川染料、多甲川染料和蒽醌染料。水不溶性染料的具体实例包括可获自Ciba-Geigy Corp.的Blue GN、Pink和Yellow染料。黑色染料可包括但不限于直接黑154、直接黑168、Fast Black 2、直接黑171、直接黑19、酸性黑1、酸性黑191、Mobay Black SP和酸性黑2。
在其它实例中，该着色剂可以是颜料。该颜料可以用聚合物、低聚物或小分子自分散；或可以用单独的分散剂分散。合适的颜料包括但不限于可获自BASF的下列颜料：Orange、Blue L 6901F、Blue NBD 7010、Blue K 7090、Blue L 7101F、Blue L 6470、Green K 8683和Green L 9140。下列黑色颜料可获自Cabot：1400、1300、1100、1000、900、880、800和700。下列颜料可获自CIBA：Yellow 3G、Yellow GR、Yellow 8G、Yellow 5GT、Rubine 4BL、Magenta、Scarlet、Violet R、Red B和Violet Maroon B。下列颜料可获自Degussa：U、V、140U、140V、Color Black FW 200、Color Black FW 2、Color Black FW 2V、Color Black FW 1、ColorBlack FW 18、Color Black S 160、Color Black S 170、Special Black 6、Special Black5、Special Black 4A和Special Black 4。下列颜料可获自DuPont：R-101。下列颜料可获自Heubach：Yellow YT-858-D和Heucophthal Blue G XBT-583D。下列颜料可获自Clariant：永固黄GR、永固黄G、永固黄DHG、永固黄NCG-71、永固黄GG、HansaYellow RA、Hansa Brilliant Yellow 5GX-02、Hansa Yellow-X、YellowHR、Yellow FGL、Hansa Brilliant Yellow 10GX、永固黄G3R-01、Yellow H4G、Yellow H3G、Orange GR、Scarlet GO和永固玫红F6B。下列颜料可获自Mobay：Magenta、Brilliant Scarlet、Red R6700、Red R6713和Violet。下列颜料可获自Sun Chemical：L74-1357 Yellow、L75-1331 Yellow和L75-2577Yellow。下列颜料可获自Columbian：7000、5750、5250、5000和3500。下列颜料可获自Sun Chemical：LHD9303 Black。可以使用可用于改变上述流体和/或最终该印刷部件的颜色的任何其它颜料和/或染料。
在该导电熔合剂组合物和/或该非导电熔合剂组合物中可以包含着色剂以便当熔合剂组合物喷射到粉末床上时可以赋予印刷物体颜色。任选地，一组颜色不同的熔合剂组合物可用于印刷多种颜色。例如，包括青色、品红色、黄色(和/或任何其它颜色)、无色、白色和/或黑色熔合剂组合物的任意组合的一组熔合剂组合物可用于以全彩色印刷物体。或者或此外，无色熔合剂组合物可以结合一组有色的非熔合剂组合物使用以提供颜色。在一些实例中，无色熔合剂组合物可用于聚结聚合物粉末，单独的一组不含有能量吸收剂的彩色或黑色或白色墨水可用于赋予颜色。
可以选择上述流体的组分以赋予该流体良好的喷射性能，以及以良好的光学密度着色该聚合物粉末的能力。除了上述过渡金属、过渡金属氧化物青铜粒子、着色剂和其它成分之外，该流体还可以包含液体载体。在一些实例中，该液体载体配制品可以包含水和一种或多种总计以1重量％至50重量％存在的助溶剂，取决于喷射架构。此外，任选可以存在一种或多种非离子型、阳离子型和/或阴离子型表面活性剂，其量为0.01重量％至20重量％。在一个实例中，该表面活性剂可以以5重量％至20重量％的量存在。该液体载体还可以以5重量％至20重量％的量包含分散剂。该配制品的余量可以是纯净水，或其它载体组分如杀生物剂、粘度调节剂、用于pH调节的材料、多价螯合剂、防腐剂等等。在一个实例中，该液体载体可以主要是水。在一些实例中，水分散性能量吸收剂可以与水性载体一起使用。因为该能量吸收剂可以分散在水中，不需要有机助溶剂来分散该能量吸收剂。因此，在一些实例中，该熔合剂组合物可以基本上不含有机溶剂。但是，在其它实例中，助溶剂可用于帮助分散其它染料或颜料，改善该熔合剂组合物的喷射性质，或改善该流体向粉末床中的渗透。在再进一步的实例中，非水性载体可以与有机可分散性能量吸收剂一起使用。
在某些实例中，在该流体中可以包含高沸点助溶剂。该高沸点助溶剂可以是在印刷过程中在高于粉末床温度的温度下沸腾的有机助溶剂。在一些实例中，该高沸点助溶剂可以具有高于250℃的沸点。在更进一步的实例中，该高沸点助溶剂可以以大约1重量％至大约4重量％的浓度存在于该流体中。
可用的助溶剂的种类可包括有机助溶剂，包括脂族醇、芳族醇、二醇、二醇醚、聚二醇醚、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺和长链醇。此类化合物的实例包括伯脂族醇、仲脂族醇、1，2-醇、1，3-醇、1，5-醇、乙二醇烷基醚、丙二醇烷基醚、聚乙二醇烷基醚的高级同系物(C6-C12)、N-烷基己内酰胺、未取代的己内酰胺、取代和未取代的甲酰胺、取代和未取代的乙酰胺等。可用的溶剂的具体实例包括但不限于2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、2-羟乙基-2-吡咯烷酮、2-甲基-1，3-丙二醇、四乙二醇、1，6-己二醇、1，5-己二醇和1，5-戊二醇。
还可以使用一种或多种表面活性剂，如烷基聚环氧乙烷、烷基苯基聚环氧乙烷、聚环氧乙烷嵌段共聚物、炔属聚环氧乙烷、聚环氧乙烷(二)酯、聚环氧乙烷胺、质子化聚环氧乙烷胺、质子化聚环氧乙烷酰胺、聚二甲基硅氧烷共聚醇、取代胺氧化物等。添加到本公开的配制品中的表面活性剂的量可以为0.01重量％至20重量％。合适的表面活性剂可包括但不限于liponic酯，如可获自Dow Chemical Company的TergitolTM 15-S-12、TergitolTM15-S-7，LEG-1和LEG-7；TritonTM X-100；可获自Dow Chemical Company的TritonTM X-405；和十二烷基硫酸钠。
与本公开的配制品相符，可以使用各种其它添加剂以优化用于特定应用的流体的性质。这些添加剂的实例是为抑制有害微生物的生长而添加的那些。这些添加剂可以是杀生物剂、杀真菌剂和其它抗微生物剂。合适的抗微生物剂的实例包括但不限于(Nudex，Inc.)、UcarcideTM(Union carbide Corp.)、(R.T.Vanderbilt Co.)、(ICI America)及其组合。
可以包含多价螯合剂如EDTA(乙二胺四乙酸)以消除重金属杂质的有害影响，并可以使用缓冲液控制该流体的pH。例如可以使用0.01重量％至2重量％。还可以存在粘度调节剂和缓冲剂，以及按需要改变该流体的性质的其它添加剂。此类添加剂可以以0.01重量％至20重量％存在。
除了上述材料套装之外，本技术还涵盖了包括该材料套装的三维印刷系统。三维印刷系统100的一个实例显示在图1中。该系统包括粉末床110，其包含平均粒度为20μm至100μm的热塑性聚合物粉末115。在所示实例中，该粉末床具有可移动的底板120，其能够在印刷三维部件的各层之后降低该粉末床。该三维部件可以包括导电部分125和绝缘部分127。该系统还包括流体喷射印刷机130，其包括与导电熔合剂组合物的存储器140连通的第一印刷槽135。该第一印刷槽可以配置成将该导电熔合剂组合物印刷到该粉末床上。第二印刷槽145与非导电熔合剂组合物的存储器150连通。该第二印刷槽可以配置成将该非导电熔合剂组合物印刷到该粉末床上。在熔合剂组合物已经印刷到该粉末床上之后，可以使用熔合灯160将该粉末床暴露于足以熔合已经印刷有该熔合剂组合物的粉末的电磁辐射。
用于该三维印刷系统的材料套装可以包括任何上述组分和成分。在一个特定实例中，该导电熔合剂组合物可以包含元素过渡金属粒子，其为银粒子、铜粒子、金粒子或其组合。在进一步的实例中，该元素过渡金属粒子可以具有10nm至200nm的平均粒度。在另一实例中，该非导电熔合剂组合物中的过渡金属氧化物青铜粒子可以包括钨青铜、钼青铜或其组合。在某些实例中，该过渡金属氧化物青铜粒子可以包括具有组成CsxWO3的铯钨青铜，其中0＜x＜1。
在一些实例中，该三维印刷系统还可以包括与预处理剂组合物的存储器连通的第三印刷槽以便将预处理剂组合物印刷到该粉末床上。该预处理剂组合物可以包括如上所述的金属卤化物盐的水溶液。在进一步的实例中，该三维印刷系统可以包括用于上述有色墨水的附加喷印刷槽。
为了实现粉末床的熔合和未熔合部分之间良好的选择性，该熔合剂组合物可以吸收足够的能量以提高该热塑性聚合物粉末的温度高于该聚合物的熔点或软化点，同时该粉末床的未印刷部分保持低于该熔点或软化点。在一些实例中，该三维印刷系统可以包括预热器，以便将该热塑性聚合物粉末预热至接近该熔点或软化点的温度。在一个实例中，该系统可以包括印刷床加热器以便在印刷过程中加热该印刷床。所用预热温度取决于所用热塑性聚合物的类型。在一些实例中，该印刷床加热器可以将该印刷床加热到130℃至160℃的温度。该系统还可以包括供应床，在以层形式铺展到印刷床上之前聚合物粒子储存在其中。该供应床可以具有供应床加热器。在一些实例中，该供应床加热器可以将该供应床加热到90℃至140℃的温度。
适用于该三维印刷系统的熔合灯可以包括市售的红外灯和卤素灯。该熔合灯可以是固定灯或移动灯。例如，该灯可以安装在轨道上以便水平移动穿过该粉末床。根据聚结各印刷层所需的曝光量，此类熔合灯可以在该床上实施多个道次。该熔合灯可以配置成以基本均匀量的能量照射整个粉末床。这可以选择性聚结含有熔合剂组合物的印刷部分，保持该聚合物粉末的未印刷部分低于该熔点或软化点。
在一个实例中，该熔合灯可以与该熔合剂组合物中的能量吸收剂匹配，以使该熔合灯发射波长匹配该能量吸收剂的峰值吸收波长的光。在特定近红外波长处具有狭窄峰的能量吸收剂可以与在该能量吸收剂的峰值波长附近发射窄范围波长的熔合灯一起使用。类似地，吸收宽范围的近红外波长的能量吸收剂可以与发射宽范围波长的熔合灯一起使用。以这种方式匹配该能量吸收剂与该熔合灯可以提高用印刷在其上的能量吸收剂聚结该聚合物粒子的效率，而未印刷的聚合物粒子不吸收这么多的光，并保持在较低温度下。
取决于该聚合物粉末中存在的能量吸收剂的量、该能量吸收剂的吸光度、该预热温度以及该聚合物的熔点或软化点，可以由熔合灯提供适当的照射量。在一些实例中，该熔合灯每道次可以照射各层大约0.5至大约10秒。
熔合聚合物粉末层的其它方法可以包括使用微波辐射源、氙脉冲灯、IR激光器和其它电磁辐射源。
本技术还延伸至由本文中所述材料形成的三维印刷部件。在一个实例中，三维印刷部件可以包括包含与烧结元素过渡金属粒子基质互锁的熔合热塑性聚合物粒子基质的导电复合材料部分，和包含与导电复合材料部分中的熔合热塑性聚合物粒子基质连续的熔合热塑性聚合物粒子基质的绝缘部分。该绝缘部分可以基本不含烧结的元素过渡金属粒子，并可以包含过渡金属氧化物青铜粒子。
在图2-3中例示了上述导电复合材料的形成。图2-3是已经印刷有导电熔合剂组合物和非导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末床的层的特写截面视图。图2显示了印刷后但在固化前的粉末层200，图3显示了固化后的聚结粉末层300。在图2中，该粉末层200的第一部分210已经印刷有含有过渡金属粒子220的导电熔合剂组合物。该过渡金属粒子渗透到粉末粒子230之间的空间中。该粉末层的第二部分240已经印刷有包含过渡金属氧化物青铜粒子250的非导电熔合剂组合物。应当注意，这些附图不一定按比例绘制，粉末粒子和过渡金属粒子的相对尺寸可以不同于所示那些。例如，在许多情况下，该过渡金属粒子可能远小于该粉末粒子，如小2-3个数量级。
当粉末层200通过暴露于电磁辐射而固化时，第一部分310中的过渡金属粒子烧结在一起形成如图3中所示的烧结金属粒子的基质320。热塑性聚合物粒子230在第二部分340中熔合在一起，形成熔合的热塑性聚合物粒子的基质330。该过渡金属氧化物青铜粒子250嵌在第二部分中的熔合聚合物中。烧结金属粒子的基质和熔合热塑性聚合物粒子的基质互锁，构成导电复合材料。应当注意，图3仅显示了导电复合材料的二维截面。尽管烧结的金属粒子在该图中看上去处于分离的位置，但是烧结金属粒子的基质在三维中可以是连续连接的基质。由此，该导电复合材料通过烧结过渡金属粒子的基质可以具有良好的电导率。
在一些实例中，该导电复合材料可以具有足以用于形成电气组件的电导率。该导电复合材料的电阻可以以多种方式调节。例如，可以通过导电熔合剂组合物中过渡金属的类型、导电熔合剂组合物中过渡金属的浓度、分配到粉末床上的导电熔合剂组合物的量、三维印刷部件的导电部分的截面与长度等等来影响该电阻。当该导电熔合剂组合物通过流体喷射来分配时，分配的导电熔合剂组合物的量可以通过改变印刷速度、液滴重量、流体喷射印刷机中发射该熔合剂组合物的槽的数量、以及每粉末层印刷的道次数量来调节。在某些实例中，导电复合元件可以具有1欧姆至5兆欧的电阻。在一个实例中，可以在1毫米至1厘米的距离内在该导电复合材料元件中测量该电阻。
通过将足够量的过渡金属分配到该粉末床上，可以获得足够的电导率。在一些实例中，每体积导电复合材料的足够质量的过渡金属可用于实现电导率。例如，每体积导电复合材料的过渡金属质量可以为大于1mg/cm3、大于10mg/cm3、大于50mg/cm3、或大于100mg/cm3。在一个特定实例中，每体积导电复合材料的过渡金属质量可以大于140mg/cm3。在进一步的实例中，每体积导电复合材料的过渡金属质量可以为1mg/cm3至1000mg/cm3、10mg/cm3至1000mg/cm3、50mg/cm3至500mg/cm3、或100mg/cm3至500mg/cm3。
在某些实例中，可以分配较少量的过渡金属以实现表面电导率，并可以施加较大量的过渡金属以便在该导电复合材料中获得体电导率。由此，可以用较少量的过渡金属印刷电迹线，并用较大量的过渡金属印刷电通孔。本文中所用的“迹线”是指在该三维印刷部件中沿x-y平面导电的导电元件。x-y平面是指在印刷各层时包含粉末床的各个层的平面。由此，迹线可以沿着构成最终三维印刷部件的一个层取向。在各种实例中，迹线可以在最终三维印刷部件的表面上或嵌在该部件中。在一些实例中，迹线可以以大于1mg/cm3或大于10mg/cm3的每体积导电复合材料的过渡金属质量来形成。在进一步的实例中，迹线可以以1mg/cm3至1000mg/cm3、10mg/cm3至500mg/cm3、或30mg/cm3至200mg/cm3的每体积导电复合材料的过渡金属质量来形成。
本文中所用的“通孔”是指在z轴方向上导电的电气元件。z轴是指与x-y平面正交的轴。例如，在具有粉末床底板(其在印刷每个层之后降低)的三维印刷系统中，该z轴是该底板降低的方向。可以垂直形成通孔，以使它们仅在z轴方向上导电。或者，通孔可以在包括z轴方向与x轴和/或y轴方向的分量的对角线方向上形成。在一些实例中，通孔可以以大于50mg/cm3或大于100mg/cm3的每体积导电复合材料的过渡金属质量来形成。在进一步的实例中，通孔可以以50mg/cm3至1000mg/cm3、100mg/cm3至1000mg/cm3、或140mg/cm3至500mg/cm3的每体积导电复合材料的过渡金属质量来形成。
在一些实例中，可以通过以多个道次印刷该导电熔合剂组合物来调节分配到该粉末床上的过渡金属的量。在一个实例中，流体喷射印刷头的单一道次足以分配足够的过渡金属以获得表面电导率。但是，在一些情况下，单一道次不足以在z轴方向上实现导电性。可以施加附加道次以提高过渡金属复合材料中过渡金属的量。可以使用足够数量的道次来实现z轴方向上的导电性。在一个实例中，可以使用三个或更多个道次来形成在z轴方向上具有导电性的导电复合材料。在进一步的实例中，可以通过经由电阻器设计或通过改变发射参数调节流体喷射印刷头的液滴重量来调节分配的过渡金属的量。由此，采用更大的液滴重量，以每个发射的液滴，可以印刷更大量的导电熔合剂组合物。但是，在一些情况下在单一道次中喷射过大量的熔合剂组合物可能因铺展而导致印刷质量下降。因此，在一些实例中，可以采用多个道次以便以更好的印刷质量印刷更多的导电熔合剂组合物。
在一个特定实例中，可以如下形成三维印刷部件。流体喷射印刷机可用于印刷第一道次，包括将导电熔合剂组合物印刷到该粉末床的第一部分上，并将非导电熔合剂组合物印刷到该粉末床的第二部分上。随后可以通过使熔合灯在粉末床上穿过以熔合该聚合物粒子并烧结导电熔合剂组合物中的过渡金属粒子来进行固化道次。随后，可以进行一个或多个将导电熔合剂组合物印刷到该粉末床的第一部分上的附加道次以提高过渡金属量。印刷导电熔合剂组合物的每个道次可以后接采用熔合灯的固化道次。或者，可以进行多个将导电熔合剂组合物印刷到该粉末床上的道次，而在道次之间不熔合该床。这可以在熔合聚合物粉末之前使该导电熔合剂组合物更充分地渗透到粉末床中。例如，可以用该导电熔合剂组合物进行多个道次，随后可以使用熔合灯来熔合该层。所用道次数量取决于所需电导率、印刷道次的连续色调水平(指的是每道次沉积的每个区域的熔合剂组合物密度)、导电熔合剂组合物中过渡金属的类型、导电熔合剂组合物中过渡金属的浓度、印刷的聚合物粉末层的厚度等等。
图4显示了包括两条导电迹线410的三维印刷部件400的一个实例。构成该迹线的印刷部件的部分是通过熔合聚合物粉末与导电熔合剂组合物来制得的导电复合材料。该印刷部件的剩余部分是绝缘部分420。该绝缘部分通过熔合聚合物粉末与过渡金属氧化物青铜粒子来制得。
要指出，除非文中清楚地另行规定，本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数对象。
本文所用的“液体载体”或“墨水载体”是指将添加剂置于其中以形成可喷墨流体(如墨水)的液体流体。多种多样的液体载体可根据本公开的技术使用。此类液体或墨水载体可以包括多种不同试剂的混合物，包括表面活性剂、溶剂、助溶剂、抗结垢剂、缓冲剂、杀生物剂、多价螯合剂、粘度调节剂、表面活化剂、水等等。虽然并非该液体载体本身的一部分，除了着色剂和能量吸收剂之外，该液体载体可以带有固体添加剂，如聚合物、胶乳、UV可固化材料、增塑剂、盐等等。
本文所用的“着色剂”可包括染料和/或颜料。
本文所用的“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波长，该染料可赋予墨水可见颜色。
本文所用的“颜料”通常包括颜料着色剂、磁性粒子、氧化铝、二氧化硅和/或其它陶瓷、有机金属或其它不透明粒子，无论此类微粒是否提供颜色。因此，尽管本说明书主要例举颜料着色剂的使用，但术语“颜料”可以更笼统地不仅用于描述颜料着色剂，还用于描述其它颜料，如有机金属、铁氧体、陶瓷等。但是，在一个特定方面，该颜料是颜料着色剂。
本文所用的“可溶”是指溶解度百分比超过5重量％。
本文所用的“流体喷射”、“喷墨”或“喷射”是指从喷射架构，如喷墨架构喷出的组合物。喷墨架构可以包括热或压电架构。另外，此类架构可以配置为印刷不同的液滴尺寸，如小于10皮升、小于20皮升、小于30皮升、小于40皮升、小于50皮升等。
本文所用的术语“基本”或“基本上”在用于表示材料的量或其特定特征时，是指足以提供该材料或特征意图提供的效果的量。容许的确切偏离程度在一些情况下取决于特定环境。
本文所用的术语“大约”用于为数值范围端点提供灵活性，其中给定值可以“略高于”或“略低于”该端点。这一术语的灵活性程度取决于特定变量并基于本文中的相关描述确定。
如本文所用，为方便起见，可能在通用名单中陈述多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。但是，这些名单应该像该名单的各成员作为单独和独特的成员逐一规定的那样解释。因此，如果没有作出相反的指示，此类名单的任一成员不应仅基于它们出现在同一组中而被解释为同一名单中的任何其它成员的事实等同物。
浓度、量和其它数值数据在本文中可能以范围格式表示或呈现。要理解的是，这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的独立数值或子范围，就像明确列举各数值和子范围那样。例如，“大约1重量％至大约5重量％”的数值范围应被解释为不仅包括大约1重量％至大约5重量％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2、3.5和4，和子范围，如1-3、2-4和3-5等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的幅度或描述的特征如何，都适用这样的解释。
实施例
下面例示本公开的实施例。但是，要理解的是，下面仅例示本公开的原理的应用。可以设计许多修改和替代组合物、方法和系统而不背离本公开的精神和范围。所附权利要求书意在涵盖这样的修改和布置。
实施例1
三维印刷系统用于印刷包括多个被绝缘部分分离的导电迹线的部件。导电熔合剂组合物、预处理剂组合物和非导电熔合剂组合物由三个单独的印刷槽来印刷。该导电熔合剂组合物是含有银纳米粒子的银墨水(Mitsubishi NBSIJ-MU01)。银纳米粒子的平均粒度为大约20nm。该预处理剂组合物是3重量％的氯化钠在水中的溶液。该非导电熔合剂组合物包含在水性载体中的铯钨青铜粒子。该铯钨青铜是非化学计量物质，具有近似式Cs0.33WO3。为了比较，还测试了包含炭黑的另外的熔合剂组合物。
该钨青铜熔合剂组合物具有以下配方：10.4重量％的1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(HE-2P)；44.44重量％的水性分散体，在该分散体中具有18重量％的5nm钨青铜粒子；0.62重量％的TergitolTM 15-S-7表面活性剂(可获自DOW Chemical Company)；和44.53重量％的水。
将该熔合剂组合物和预处理剂组合物喷射到尼龙(PA12)粒子(x1556)的床上。该尼龙粒子的平均粒度为大约50μm。层厚度为大约100μm。各个层用预处理剂组合物印刷，接着在导电部分中用银墨水印刷，并且在绝缘部分中用钨青铜熔合剂组合物或炭黑熔合剂组合物印刷。对于银墨水，该流体以255的连续色调水平印刷，对于预处理剂组合物为255，对于钨青铜熔合剂组合物和炭黑熔合剂组合物为80。每层印刷单一道次的银墨水。采用这些设置，分配到粉末上的固体银的量为47mg/cm3粉末层，分配的氯化物盐的量为7.7mg/cm3粉末层。
印刷机粉末供应床和粉末床填充有尼龙粒子。供应温度设定在110℃，印刷床温度设定在130℃。印刷床下的加热器设定在150℃。印刷速度设定为每秒10英寸(ips)，固化速度设定为7ips。使用距离粉末床表面大约1厘米的两个300瓦灯泡进行固化。
通过将数字万用表的触点放置在绝缘部分表面上相距大约1厘米的位置处来测量各印刷部件的绝缘部分的电阻率。采用钨青铜熔合剂组合物形成的绝缘部分表现为开路，例如在万用表触点之间未发现可测量的电连接。使用炭黑熔合剂组合物形成的部件测得19.06MΩ的电阻。尽管这是相当高的电阻，但是炭黑的电导率可能潜在地导致导电迹线之间的串扰。
实施例2
由以下成分制备非导电熔合剂组合物：14重量％的1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮(HE-2P)；4重量％的A-1230分散剂(可获自Momentive PerformanceMaterials)；44.44重量％的水性分散体，在该分散体中具有18重量％的5nm钨青铜粒子；0.62重量％的TergitolTM15-S-7表面活性剂(可获自DOW Chemical Company)；和36.93重量％的水。该非导电熔合剂组合物用于实施例1中所述的三维印刷系统。
实施例3
由以下成分制备非导电熔合剂组合物：12重量％的2-吡咯烷酮；0.80重量％的465表面活性剂(可获自Air Products)；8重量％的甜菜碱一水合物；44.44重量％的水性分散体，在该分散体中具有18重量％的5nm钨青铜粒子；和34.76重量％的水。该非导电熔合剂组合物用于实施例1中所述的三维印刷系统。
实施例4
由以下成分制备非导电熔合剂组合物：12重量％的2-吡咯烷酮；0.80重量％的465表面活性剂(可获自Air Products)；8重量％的β-丙氨酸；44.44重量％的水性分散体，在该分散体中具有18重量％的5nm钨青铜粒子；和34.76重量％的水。该非导电熔合剂组合物用于实施例1中所述的三维印刷系统。

Claims (15)

1.材料套装，包括：
平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末；
包含过渡金属的导电熔合剂组合物；和
包含过渡金属氧化物青铜粒子的非导电熔合剂组合物。
2.权利要求1的材料套装，其中所述过渡金属为元素过渡金属粒子的形式。
3.权利要求2的材料套装，其中所述元素过渡金属粒子包括银粒子、铜粒子、金粒子、或其组合。
4.权利要求2的材料套装，其中所述元素过渡金属粒子具有10nm至200nm的平均粒度。
5.权利要求1的材料套装，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括钨青铜、钼青铜、或其组合。
6.权利要求1的材料套装，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。
7.权利要求1的材料套装，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子在水性分散体中。
8.权利要求1的材料套装，其中当在印刷有所述导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末的两个部分之间印刷所述非导电熔合剂组合物，并通过施加电磁辐射来熔合所述热塑性聚合物粉末时，所述非导电熔合剂组合物基本防止了由印刷有所述导电熔合剂组合物的部分形成的导电复合材料部分之间的串扰。
9.三维印刷系统，包括：
包含平均粒度为20μm至200μm的热塑性聚合物粉末的粉末床；
流体喷射印刷机，包括：
与导电熔合剂组合物存储器连通的第一流体喷射印刷槽，以便将所述导电熔合剂组合物印刷到粉末床上，其中所述导电熔合剂组合物包含过渡金属，以及
与非导电熔合剂组合物存储器连通的第二流体喷射印刷槽，以便将所述非导电熔合剂组合物印刷到粉末床上，其中所述非导电熔合剂组合物包含过渡金属氧化物青铜粒子；和
熔合灯，以便使粉末床暴露于足以熔合已经印刷有所述导电熔合剂组合物或所述非导电熔合剂组合物的热塑性聚合物粉末的电磁辐射。
10.权利要求9的系统，其中所述过渡金属为元素过渡金属粒子的形式。
11.权利要求10的系统，其中所述元素过渡金属粒子具有10nm至200nm的平均粒度。
12.权利要求9的系统，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括钨青铜、钼青铜、或其组合。
13.权利要求9的系统，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。
14.三维印刷部件，包括：
导电复合材料部分，其包含与烧结元素过渡金属粒子基质互锁的熔合热塑性聚合物粒子基质；以及
绝缘部分，其包含与导电复合材料部分中的熔合热塑性聚合物粒子基质连续的熔合热塑性聚合物粒子基质，其中所述绝缘部分基本不含烧结的元素过渡金属粒子，并且其中所述绝缘部分包含过渡金属氧化物青铜粒子。
15.权利要求14的三维印刷部件，其中所述过渡金属氧化物青铜粒子包括平均粒度为2nm至200nm的具有组成CsxWO3(0＜x＜1)的铯钨青铜。
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