CN109890568B - 包括取向磨料颗粒的粘结磨料制品及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向。如使用放大下的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。本公开还提供了一种制备粘结磨料制品的方法，所述方法包括顺序步骤。所述步骤包括(a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件。步骤c)包括将剩余散粉颗粒从所述粘结磨料制品预成形件分离。步骤d)包括加热所述粘结磨料制品预成形件以提供所述粘结磨料制品。本发明还提供了方法，所述方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，所述数字对象包括指定粘结磨料制品的数据；以及利用所述制造设备通过增材制造工艺基于所述数字对象生成粘结磨料制品预成形件。本发明还提供了一种系统，所述系统包括显示器，所述显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和一个或多个处理器，其响应于用户选择的所述3D模型，使得3D打印机创建粘结磨料制品预成形件的物理对象。

Description

包括取向磨料颗粒的粘结磨料制品及其制备方法
技术领域
本公开广义地涉及粘结磨料制品及制备在金属粘结基质、玻璃状粘结基质或树脂粘结基质中具有磨料颗粒的磨料制品的方法。
背景技术
传统上，通过压缩磨料颗粒(例如，金刚石、立方氮化硼、氧化铝或SiC)、玻璃状粘结前体(例如，玻璃料和陶瓷前体)、任选的孔隙诱导剂(例如，玻璃泡、萘、压碎的椰子或核桃壳、或丙烯酸玻璃或PMMA)和液体载体(例如，酚醛树脂、聚乙烯醇、脲醛树脂或糊精的水溶液)中的临时树脂粘结剂的混合物来制备玻璃状粘结磨料制品(例如，砂轮、砂瓦和磨石)。该磨料颗粒、玻璃状粘结前体和常见的孔隙诱导剂通常干混在一起。然后添加临时树脂粘结溶液，以润湿磨粒混合物。然后将共混的混合物置于用脱模剂处理的硬化钢模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中脱出，随后加热直至临时树脂粘结剂被烧尽并且玻璃状粘结前体被转化为玻璃状粘结基质(在本领域中也称为“玻璃状粘结”和“玻璃状粘结剂”)。
传统上，金属粘结磨料制品通过混合磨料诸如金刚石、立方氮化硼(cBN)或其它磨粒与非熔融金属粉末(例如，钨、不锈钢或其它)、熔融金属粉末(例如，青铜或铜)或它们的组合而制成。可添加孔隙诱导剂、临时粘结剂和其它添加剂。然后将混合物引入已涂覆有脱模剂的模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中顶出，随后在加热炉中于高温下加热以熔化金属组合物的一部分，或者向生坯中注入熔融金属。加热通常在惰性或还原气体(例如，氮气、氩气、氢气)或在真空下的合适受控气氛下完成。
这些制造方法存在许多缺点：每个磨料制品形状都需要特殊的模具；模具通常是昂贵的并且生产周期长；任何设计变化都需要制造新模具；磨粒在磨料制品中是无规取向的；对于可模制的形状存在限制，具有底切或诸如冷却通道的内部结构的复杂形状通常是不可能的；模具磨损，并且每个模具具有可制造有限数量的单元；当模具填充有磨料混合物时，可能发生组分的分离，从而导致不均匀的磨料组分和密度变化，这易于看见并且可能使性能变化。此外，该工艺通常为手动且劳动密集型的。
发明内容
在第一方面，本公开提供了一种粘结磨料制品。该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。
在第二方面，本公开提供了另一种粘结磨料制品。该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
在第三方面，本公开提供了一种制备粘结磨料制品的方法，该方法包括顺序步骤。步骤a)包括子工艺，该子工艺顺序地包括：i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；ii)用撒布棒或撒布辊撒布散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中撒布棒或撒布辊和该限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于磨料颗粒的平均长度；以及iii)选择性地处理散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次，以生成包括所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件。在每个步骤a)中，独立地选择散粉颗粒。步骤c)包括将基本上所有的剩余散粉颗粒从磨料制品预成形件分离。步骤d)包括加热粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的粘结磨料制品。
在第四方面，本公开提供了一种非暂态机器可读介质。该非暂态机器可读介质具有表示粘结磨料制品的三维模型的数据，当由与3D打印机相接的一个或多个处理器访问时，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒a)相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内；或b)多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定角度取向，其中第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在a)或b)中，角度如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的。
在第五方面，本公开提供了一种方法。该方法包括从非暂态机器可读介质检索表示粘结磨料制品的3D模型的数据；通过一个或多个处理器来执行使用数据与制造设备相接的3D打印应用程序；以及由制造设备生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒a)相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内；或b)多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定角度取向，其中第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在a)或b)中，角度如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的。
在第六方面，本公开提供了另一种方法。该方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，该数字对象包括指定粘结磨料制品的多个层的数据。以及利用该制造设备通过增材制造工艺基于该数字对象生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒a)相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内；或b)多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定角度取向，其中第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在a)或b)中，角度如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的。
在第七方面，本公开提供了一种系统。该系统包括显示器，该显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和一个或多个处理器，其响应于用户选择的3D模型，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒a)相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内；或b)多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定角度取向，其中第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在a)或b)中，角度如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1为根据现有技术模塑粘结磨料制品的方法的示意图。
图2A为制备根据本公开的粘结磨料制品的方法的示意性工艺流程图。
图2B为具有热敏打印头热源的图2A的工艺的第三步骤的示意性横截面侧视图。
图2C为具有加热的尖端热源的图2A的工艺的第三步骤的示意性横截面侧视图。
图2D为具有激光热源的图2A的工艺的第三步骤的示意性横截面侧视图。
图3为将磨料颗粒推入基本水平取向的撒布辊的示意性横截面侧视图。
图4A为可根据本公开制备的粘结磨料制品的一部分的示意性横截面侧视图，该粘结磨料制品包括两层磨料颗粒。
图4B为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像。
图4C为粉末限定区域的示意性横截面侧视图，该区域具有改进的可移动活塞和用于使粉末床倾斜的铰接板。
图5A为可根据本公开制备的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。
图5B为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像，该图像为如图5A的箭头所示的该制品的上(轴向)表面的一部分的图像。
图5C为图5A的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。
图5D为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像，该图像为图5C的箭头所示的该制品的侧(径向)表面的一部分的图像。
图6A为可根据本公开制备的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。
图6B为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像，该图像为该制品的侧(径向)表面的一部分的图像。
图6C为图6B的粘结磨料制品在低放大率的光学显微镜图像。
图7A为可根据本公开制备的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。
图7B为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像，该图像为如图7A的箭头所示的该制品的上(轴向)表面的一部分的图像。
图7C为图7A的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。
图7D为根据本公开制备的粘结磨料制品的光学显微镜图像，该图像为图7C的箭头所示的该制品的侧(径向)表面的一部分的图像。
图8为实施例1的粘结磨料制品在磨蚀期间移动的材料总重量与时间关系的曲线图。
图9为可根据本公开制备的示例性玻璃状粘结或金属粘结砂轮900的示意性横截面顶视图。
图10为可根据本公开制备的示例性玻璃状粘结或金属粘结砂轮1000的示意性横截面顶视图。
图11为可根据本公开制备的示例性玻璃状粘结或金属粘结砂瓦1100的示意性透视图。
图12为可根据本公开制备的玻璃状粘结砂轮1200的示意性透视图。
图13为可根据本公开制备的旋转研磨工具1300的示意性透视图。
图14为可根据本公开制备的示例性牙钻1400的示意性透视图。
图15为用于制品的增材制造的通用系统1500的框图。
图16为用于制品预成形件的通用制造工艺的框图。
图17为示例性制品制造工艺的高级流程图。
图18为示例性制品增材制造工艺的高级流程图。
图19为示例性计算设备1900的示意性前视图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
最近的工作已经确定，片状成形粉碎磨料颗粒(例如，授予Kruschke的US 4,848,041)或精密成形磨料颗粒(例如，授予Adefris等人的US 8,142,531)可在涂覆的盘或带制品中提供高研磨性能。然而，在各种测试中，在粘结磨料中的性能似乎是混合的，因为在制备这些制品时的取向是无规的。在包括片状成形磨料颗粒的粘结制品中，可发现在平坦侧面上取向的若干磨粒，从而形成可防止磨蚀发生的耐磨件。例如，当制备具有此类片状成形磨料颗粒的粘结磨料制品时，它们通常与粘结基质混合并在腔体中模制。通常，挤压后，如图1所示，如果颗粒是片状成形的，则它们倾向于以无规方式堆积，导致接触表面的平坦侧面上具有一些颗粒。
现已发现，可制备的粘结磨料制品包括磨料颗粒和粘结材料，其中磨料颗粒优先取向，使得粘结磨料制品在选定的取向上具有有效性能。这样的结构可使用增材制造方法形成。
在第一方面，本公开提供了一种粘结磨料制品。该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。
在第二方面，本公开提供了一种粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在某些实施方案中，该粘结磨料制品进一步包括多个磨料颗粒的第三部分，该第三部分以不同于第一角度和第二角度的预定第三角度取向。第三部分的50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于第三角度15度以内。
磨料颗粒的预定取向角度选自相对于粘结磨料制品的纵向轴线从1度至89度的范围。在一些实施方案中，该角度为2度以上、5度以上、10度以上、15度以上、20度以上、25度以上、30度以上、40度以上，或45度；以及89度以下、85度以下、80度以下、75度以下、70度以下、65度以下、60度以下、55度以下、或50度以下。例如，在根据第二方面的一个实施方案中，第一角度可为45度，并且第二角度可为60度。在其它实施方案中，第一角度和第二角度之间的差值可小于5度。用于确定这些角度的合适的成像方法包括光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)。
制备根据本公开的玻璃状粘结磨料制品、金属粘结磨料制品和树脂粘结磨料制品的方法包括通用的增材子工艺。该子工艺包括顺序地优选地连续(尽管不是必需的)执行至少三个步骤。有利的是，该方法涉及选择性地处理散粉颗粒的区域以将粉末颗粒粘结在一起。更具体地，在第三方面，本公开提供了制备粘结磨料制品的方法，该方法包括顺序步骤。步骤a)包括子工艺，该子工艺顺序地包括：i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；ii)用撒布棒或撒布辊撒布散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中撒布棒或撒布辊和该限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于磨料颗粒的平均长度；以及iii)选择性地处理散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次，以生成包括所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件。在每个步骤a)中，独立地选择散粉颗粒。步骤c)包括将基本上所有的剩余散粉颗粒从磨料制品预成形件分离。步骤d)包括加热粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的粘结磨料制品。
图2A示意性地示出了用于制造粘结磨料制品的示例性粉末床工艺100。在第一步骤中，来自具有可移动活塞122a的粉末室120a的散粉颗粒110的层138沉积在具有可移动活塞122b的粉末室120b中的约束区域140中。在某些实施方案中，松散颗粒层可从料斗、螺旋输送机、槽、筛或另一合适的粉末处理机构提供至限定区域。
如上所述，使用撒布棒或撒布辊撒布散粉颗粒层以提供基本上均匀的厚度。重要的是，其中撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于磨料颗粒的平均长度。“基准面”是所述限定区域的平坦表面，该表面上放置了第一散粉颗粒层，或是当第二或后续散粉颗粒层被置于就在该第二或后续松散粉末颗粒层之前添加的层上时前一层的上表面。参见图3，其提供了撒布辊130的示意性横截面侧视图，该撒布辊将磨料颗粒112(与基质颗粒114混合)推入基本上水平的取向。限定区域140的基准面134和撒布棒或撒布辊130(的下表面)之间的间隙132为约磨料颗粒112的平均长度，该间隙的使用可使撒布辊130将磨料颗粒112推入或以其它方式使其进入基本上水平的取向(相对于限定区域140的基准面134)。
如图3所示，在层138的已被撒布辊130接触的部分中的磨料颗粒112以大致水平的取向设置。在实施过程中，和与限定区域140的基准面134完全平行形成对照的是，每个磨料颗粒112的精确取向可能会有差别。因此，50％以上、60％以上、70％以上、75％以上、80％以上、85％以上、或90％以上的磨料颗粒的取向角度会有正负15度、正负10度或正负5度的差别。相比之下，在层138的尚未被撒布辊130接触的部分中的磨料颗粒112在层138内的基质颗粒114内无规取向，其中撒布辊沿图3所示的箭头的方向移动。在某些实施方案中，包括图3所示的实施方案，层138的散粉可被撒布辊130压缩；散粉厚度小于层138的尚未被撒布的部分的厚度。
参照图2A和图3，层138应具有基本上均匀的厚度。例如，层厚变化可小于50微米，优选地小于30微米，并且更优选地小于10微米。只要处理可粘结所有的选择性施加的散粉，层的厚度会保持在略大于最小颗粒的长度至最多5毫米的范围内。优选地，层的厚度为约10微米至约500微米，更优选地为约10微米至约250微米，更优选地为约50微米至约250微米，并且更优选地为约100微米至约200微米。
在某些实施方案中，撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙的长度大致等于磨料颗粒的长度尺寸。换言之，撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙的长度与磨料颗粒的平均长度之比在0.5:1到2:1的范围内(包括端值)及更小，但仍要使间隙的长度大于磨料颗粒的最小尺寸(即厚度)。在一些实施方案中，撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙的长度与基质颗粒的平均长度之比为0.1:1以上、5:1以上、或10:1以上。在磨料颗粒的不同形状、基质颗粒的不同形状以及撒布散粉颗粒层期间散粉颗粒之间的相互作用中，可以调整这些比率以实现磨料颗粒取向(或基本上取向)的目标。
现在参见图4A，其提供了可根据本公开制备的粘结磨料制品的一部分的示意性横截面侧视图，该粘结磨料制品包括两层磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分112a相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分112b以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。在某些实施方案中，该粘结磨料制品进一步包括多个磨料颗粒的第三部分，该第三部分以不同于第一角度和第二角度的预定第三角度取向。第三部分的50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于第三角度15度以内。提供第二角度的方法是在后续的顺序撒布步骤之前的顺序撒布步骤之后改变撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙长度。另一方法是在后续顺续处理步骤之前的顺序选择性处理步骤之后使限定区域倾斜。参见图4B，其提供了根据本公开制备的粘结磨料制品在1.6倍放大率的光学显微镜图像。直尺标记提供对比以强调该粘结磨料制品的多个层的角度范围。图4B的粘结磨料制品的制备在下文的实施例3中有所描述。
现在参见图4C，其示意性地示出了示例性改性粉末床，其中该粉末床可在用于制备粘结磨料制品的工艺中倾斜。一个或多个柱162固定到活塞122b上，使得柱162与活塞122b一起垂直移动。在柱162上方，存在可操作地连接到铰链166的板164，该铰链附接到粉末室120b的侧面124。在操作中，类似于图2A所示，来自具有可移动活塞的粉末室中的散粉颗粒层沉积在具有可移动活塞122b的粉末室120b中的限定区域140中。松散颗粒层也可从料斗、螺旋输送机、槽、筛或其它合适的粉末处理机提供给限定区域。撒布辊130将磨料颗粒(与基质颗粒混合的)推入基本上水平的取向。然后选择性地施加处理以处理该层的(即预定)区域。在下一步骤中，降低活塞122b和柱162，并且板164相对于水平轴线倾斜。将下一粉末层撒布在降低的和倾斜的板164上，其中磨料颗粒处于基本上水平的取向。在下一步骤中，选择性地施加处理以处理另一预定区域。在接下来的步骤中，继续降低和倾斜板164，并且提供相对于板162和先前粉末层的变化的磨料颗粒取向。本领域的技术人员可提供附加的机构、粉末处理以及运动以在本公开内改变颗粒的取向。图4C中的双向箭头各自示出了层中的磨料颗粒的基本上水平的取向，因此可以看出，当根据该实施方案形成多个层时，可实现4B图像中所示的扇形。
根据本公开的磨料颗粒通常包括成形磨料颗粒、精确成形磨料颗粒、磨料片、磨料棒、磨料颗粒的成形团聚物、或它们的组合。在某些实施方案中，磨料颗粒包括粉碎磨料颗粒、磨料颗粒的团聚物、或它们的组合。根据所采用的具体磨料颗粒，磨料颗粒可包括两个基本上平行的平面。基质颗粒包括玻璃状粘结前体颗粒、金属粘结前体颗粒、树脂粘结前体颗粒、有机化合物颗粒、或它们的组合。
另外，粘结磨料制品进一步任选地包括保留在粘结剂中并且相对于粘结磨料制品的纵向轴线无规取向的多个磨料颗粒。此外，在一些实施方案中，磨料颗粒包括两层或更多相邻的磨料颗粒，其中第一层包括与第二层不同类型的磨料颗粒。
合适的磨料颗粒可包括在研磨工业中使用的任何磨料颗粒。优选地，该磨料颗粒具有至少4，优选地至少5，更优选地至少6，更优选地至少7，更优选地至少8，更优选地至少8.5，并且更优选地至少9的莫氏硬度。在某些实施方案中，该磨料颗粒包括超硬磨料颗粒。如本文所用，术语“超硬磨料”是指硬度大于或等于碳化硅(例如，碳化硅、碳化硼、立方氮化硼和金刚石)的硬度的任何磨料颗粒。
在一些实施方案中，磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为1.5以上。如本文所用，与颗粒相关的术语“长度”是指颗粒的最长尺寸。与颗粒相关的术语“厚度”是指颗粒的最短尺寸。在某些实施方案中，磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为2.0以上、2.5以上、3.0以上、4.0以上、5.0以上、7.5以上、10.0以上、12.5以上，或15.0以上；并且20.0以下、18.0以下、或16以下、或15以下、或以下14以下，或12。例如，合适的磨料颗粒可包括形状诸如杆、棱柱、椭圆体、片、不规则(即破碎的)形状，只要它们具有这些纵横比。
在某些实施方案中，磨料颗粒的长度(即最大尺寸)为2500微米以下、2000微米以下1500微米以下、1000微米以下、800微米以下、600微米以下、500微米以下、400微米以下、300微米以下、250微米以下、或200微米以下；并且10微米以上、15微米或以上、25微米以上、50微米以上、75微米以上、100微米以上、125微米以上、150微米以上、或175微米以上。在某些实施方案中，磨料颗粒的厚度(即最小尺寸)为700微米以下、600微米以下、500微米以下、400微米以下、300微米以下、200微米以下、100微米以下、55微米以下、或50微米以下；并且4微米以上、5微米以上、6微米以上、8微米以上、10微米以上、15微米以上、20微米以上或25微米以上。
合适的磨料的具体示例包括氧化铝(例如，α氧化铝)材料(例如，熔融、热处理、陶瓷和/或烧结氧化铝材料)、碳化硅、二硼化钛、氮化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、氮化铝、金刚石、立方氮化硼(CBN)、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、溶胶-凝胶法制备的磨料颗粒、金属氧化物诸如氧化铈、氧化锆、氧化钛、以及它们的组合。在某些实施方案中，该磨料颗粒包括金属氧化物陶瓷颗粒。溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒的示例可见于美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、美国专利4,623,364(Cottringer等人)；美国专利4,744,802(Schwabel)、美国专利4,770,671(Monroe等人)；以及美国专利4,881,951(Monroe等人)。也可使用包含玻璃状粘结基质中的更细的磨料颗粒的附聚磨料颗粒(例如，如美国专利6,551,366(D'Souza等人)所描述的)。
当形成玻璃状粘结磨料制品时，散粉颗粒包含玻璃状粘结前体颗粒和磨料颗粒。当形成金属粘结磨料制品时，散粉颗粒包含金属颗粒和磨料颗粒。在形成金属粘结磨料制品的某些实施方案中，金属颗粒包括较高熔融金属颗粒。当形成树脂粘结磨料制品时，散粉颗粒包含树脂粘结前体颗粒和磨料颗粒。任选地，有机化合物颗粒被包含在上述任何制品中。
该玻璃状粘结前体颗粒可包括能够热转化成玻璃状材料的任何材料的颗粒。示例包括玻璃料颗粒、陶瓷颗粒、陶瓷前体颗粒、以及它们的组合。
根据本公开来将磨粒粘结在一起的玻璃状粘结剂可为在磨料领域中已知的任何合适的组合物。玻璃状粘结相在本领域中也被称为“陶瓷粘结剂”、“玻璃相”、“玻璃状基质”或“玻璃粘结剂”(例如，取决于组合物)等，其可由一种或多种氧化物(如，金属氧化物和/或氧化硼)和/或作为玻璃料(即，小颗粒)的至少一种硅酸盐制得，其在被加热至高温时反应以形成一体玻璃状粘结相。示例包括玻璃颗粒(例如，再循环玻璃料、水玻璃料)、二氧化硅玻璃料(例如，溶胶-凝胶二氧化硅玻璃料)、氧化铝三水合物颗粒、氧化铝颗粒、氧化锆颗粒、以及它们的组合。合适的玻璃料、其来源和组合物为本领域熟知的。
玻璃状粘结磨料制品通常通过形成由磨料颗粒、玻璃状粘结前体、任选的孔隙形成剂和临时粘结剂构成的生坯结构制备。然后焙烧生坯结构。该玻璃状粘结相通常在用于制备本公开的磨料制品的方法的焙烧步骤中产生。典型焙烧温度在540℃至1700℃(1000℉至3100℉)的范围内。应当理解，为焙烧步骤选择的温度以及玻璃状粘结相的组合物必须被选择为不对被包含在玻璃状粘结磨料制品中的磨料颗粒的物理性质和/或组成产生不利影响。
可用玻璃料颗粒可包括已知用于玻璃状粘结磨料制品的任何玻璃料材料。示例包括选自以下的玻璃料：二氧化硅玻璃料、硅酸盐玻璃料、硼硅酸盐玻璃料、以及它们的组合。在一个实施方案中，典型的玻璃状粘结材料包含约70％-90％的SiO2+B2O3、1％-20％的碱金属氧化物、1％-20％的碱土金属氧化物、和1％-20％的过渡金属氧化物。在另一个实施方案中，该玻璃状粘结材料具有约82重量％的SiO2+B2O3、5％的碱金属氧化物、5％的过渡系列金属氧化物、4％的Al2O3、和4％的碱土金属氧化物的组合物。在另一个实施方案中，可使用具有约20％的B2O3、60％的二氧化硅、2％的苏打、和4％的氧化镁的玻璃料作为玻璃状粘结材料。本领域的技术人员将理解，可部分地选择特定组分以及这些组分的量，以提供由组合物形成的最终磨料制品的特定性质。
玻璃料的尺寸可改变。例如，其可能与磨料颗粒的尺寸相同或不同。通常，该玻璃料的平均粒度在约0.01微米至约100微米、优选地在约0.05微米至约50微米、并且更优选地在约0.1微米至约25微米的范围内。相对于磨料颗粒的平均粒度的该玻璃料的平均粒度具有可改变的至少约4的莫氏硬度。通常，该玻璃料的平均粒度为磨料的平均粒度的约1％至约200％，优选地为约10％至约100％，并且最优选地为约15％至约50％。
通常，该玻璃状粘结前体颗粒与散粉颗粒中的磨料颗粒的重量比在约10:90至约90:10的范围内。该玻璃状粘结前体颗粒的形状也可改变。通常，它们呈不规则形状(例如，压碎的和任选的分等级的)，尽管这不是必需的。例如，它们可为球状体、立方体、或一些其它预先确定的形状。
优选地，该玻璃状粘结前体颗粒的热膨胀系数与磨料颗粒的热膨胀系数相同或基本上相同。
一种优选的玻璃状粘结具有基于氧化物的摩尔百分比(％)的组合物，SiO263.28TiO2 0.32；Al2O3 10.99；B2O3 5.11；Fe2O3 0.13；K2O 3.81；Na2O 4.20；Li2O 4.98；CaO3.88；MgO 3.04和BaO 0.26。对这些成分的焙烧通常通过在长时间段(如约25小时-26小时)内将温度从室温升至所需烧结温度(例如1149℃(2100℉))，保持在最高温度下(如数小时)，并且然后在较长时间段(如25小时至30小时)内将焙烧制品冷却至室温来实现。
制备玻璃状粘结磨料制品过程中使用各种添加剂以帮助制备磨料制品和/或改善此类制品的性能为本领域已知的。也可用于实施本公开的此类常规添加剂包括但不限于润滑剂、填料、孔隙诱导剂、和加工助剂。润滑剂的示例包括石墨、硫、聚四氟乙烯、和二硫化钼。孔隙诱导剂的示例包括玻璃泡和有机颗粒。例如，可针对添加剂的预期目的来使用本领域已知的添加剂浓度。优选地，该添加剂对于在本公开的实施中采用的磨料颗粒具有很少或没有不利影响。
该玻璃状粘结前体颗粒可包含陶瓷颗粒。在此类情况下，对该陶瓷颗粒的烧结和/或熔合形成玻璃状基质。可使用任何可烧结和/或易熔的陶瓷材料。优选的陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆、以及它们的组合。无机玻璃状粘结前体任选地包括α氧化铝的前体。在某些实施方案中，磨料颗粒和玻璃状粘结材料具有相同的化学组成。
如果需要，α氧化铝陶瓷颗粒可利用金属氧化物诸如镁、镍、锌的氧化物、氧化钇、稀土氧化物、氧化锆、铪、铬等而被改性。该氧化铝和氧化锆磨料颗粒可通过例如美国专利No.4,314,827(Leitheiser等人)、4,518,397(Leitheiser等人)、4,574,003(Gerk)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、和5,551,963(Larmie)中所公开的溶胶-凝胶工艺来制备。
该玻璃状粘结前体颗粒可以玻璃状粘结前体颗粒和磨料颗粒的组合体积的10体积％至40体积％，优选地磨料组合物的15体积％至35体积％的量存在。
在金属粘结前体颗粒的情况下，任选的较高熔融金属颗粒可包括来自例如元素周期表第2族至第15族的任何金属。也可使用这些金属的合金，以及任选地与周期表的第1族和第15族中的一种或多种元素(例如，金属和/或非金属诸如碳、硅、硼)一起使用。合适金属颗粒的示例包括含有镁、铝、铁、钛、铌、钨、铬、钽、钴、镍、钒、锆、钼、钯、铂、铜、银、金、镉、锡、铟、钽、锌、前述任一项的合金，以及它们的组合的粉末。
较高熔融金属颗粒优选地具有至少约1100℃，并且更优选地至少1200℃的熔点，尽管也可使用较低熔融金属。示例包括不锈钢(约1360℃至1450℃)、镍(1452℃)、钢(1371℃)、钨(3400℃)、铬(1615℃)、铬镍铁合金(Ni+Cr+Fe，1390℃至1425℃)、铁(1530℃)、锰(1245℃至1260℃)、钴(1132℃)、钼(2625℃)、蒙乃尔合金(Ni+Cu，1300℃至1350℃)、铌(2470℃)、钛(1670℃)、钒(1900℃)、锑(1167℃)、尼克洛姆镍铬(Ni+Cr，1400℃)、前述的合金(任选地也包括碳、硅和硼中的一种或多种)，以及它们的组合。也可以使用两种或更多种不同的较高熔融金属颗粒的组合。
散粉颗粒进一步任选地可包含较低熔融金属颗粒(例如硬钎焊颗粒)。较低熔融金属颗粒的最大熔点优选地比较高熔融金属颗粒的最低熔点低至少50℃(优选地低至少75℃、低至少100℃，或甚至低至少150℃)。如本文所用，术语“熔点”包括在材料的熔融温度范围内的所有温度。合适较低熔融金属颗粒的示例包括诸如金属铝(660℃)、铟(157℃)、黄铜(905-1083℃)、青铜(798-1083℃)、银(961℃)、铜(1083℃)、金(1064℃)、铅(327℃)、镁(671℃)、镍(1452℃，如果与较高熔点金属一起使用)、锌(419℃)、锡(232℃)、活泼金属硬钎焊(例如，InCuAg、TiCuAg、CuAg)、上述的合金的颗粒，以及它们的组合。
通常，高熔融金属颗粒和/或任选的较低熔融金属颗粒与磨料颗粒的重量比的范围为约10:90至约90:10，尽管并非必须如此。
关于树脂粘结磨料制品，用于树脂粘结前体材料的粘结剂材料前体通常包括一种或多种有机热固性化合物，其通常包含一种或多种添加剂，诸如填充剂、固化剂(例如，催化剂、硬化剂、自由基引发剂(光引发或热引发))、助磨剂(例如，冰晶石)、颜料、增塑剂、防填塞化合物、润滑剂、偶联剂、抗氧化剂、光稳定剂和/或抗静电剂。合适的有机热固性化合物的示例包括酚醛树脂(例如，线型和/或甲阶酚醛树脂)、丙烯酸单体(例如，聚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸，(甲基)丙烯酰胺)、环氧树脂、氰酸酯树脂，异氰酸酯树脂(包括聚脲和聚氨酯树脂)、醇酸树脂、脲醛树脂、氨基塑料树脂、以及它们的组合。在固化期间，这些热固性化合物形成共价交联的粘结网络，该粘结网络硬化和增强得到的树脂粘结材料。
可用的酚醛树脂包括线型酚醛树脂和甲阶酚醛树脂。线型酚醛树脂的特征在于被酸催化，并且甲醛与酚的比率小于1，通常介于0.5:1和0.8:1之间。可溶酚醛树脂的特征在于被碱催化并且甲醛与酚的比率大于或等于1，通常为1:1至3:1。线型酚醛树脂和甲阶酚醛树脂可被化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或者它们可不被改性。适用于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对甲苯磺酸。适用于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺和/或碳酸钠。
可商购获得的酚醛树脂的示例包括：得自密歇根州诺维的杜雷兹公司(DurezCorporation,Novi,Michigan)的商品名为“DUREZ”和“VARCUM”的酚醛树脂；得自密苏里州圣路易斯的孟山都公司(Monsanto Corp.,Saint Louis,Missouri)的商品名为“RESINOX”的酚醛树脂；得自俄亥俄州哥伦比亚的阿施兰德化学公司(Ashland Chemical Co.,Columbus,Ohio)的商品名为“AEROFENE”和“AROTAP”的酚醛树脂；和得自俄亥俄州哥伦比亚的迈图特公司(Momentive)的商品名为“RUTAPHEN”的酚醛树脂；和得自韩国首尔的江南化学有限公司(Kangnam Chemical Company Ltd.,Seoul,South Korea)的商品名为“PHENOLITE”的酚醛树脂。可商购获得的酚醛环氧树脂的示例包括由杜雷兹公司销售的商品名为Durez 1364和VARCUM 29302的产品。可商购获得的甲阶酚醛树脂的示例包括29217、29306、29318、29338和29353级的VARCUM甲阶酚醛；AEROFENE 295；和PHENOLITE TD-2207。
可用的氨基塑料的示例包括得自康涅狄格州斯坦福德的氰特公司(Cytec Inc.,Stamford,Connecticut)的CYMEL 373和CYMEL 323。
可用的脲醛树脂的示例包括俄亥俄州哥伦比亚的波顿化学公司(BordenChemical,Columbus,Ohio)销售的AL3029R和佐治亚州亚特兰大的佐治亚太平洋公司(Georgia Pacific Corp.,Atlanta,Georgia)销售的AMRES LOPR、AMRES PR247HV和AMRESPR335CU。
可用的多异氰酸酯的示例包括单体、低聚和聚合多异氰酸酯(例如,二异氰酸酯和三异氰酸酯)以及它们的混合物和封端型式。多异氰酸酯可为脂族的、芳族的和/或它们的混合物。
可用的聚环氧化合物的示例包括单体聚环氧化合物、低聚聚环氧化合物、聚合聚环氧化合物以及它们的混合物。聚环氧化合物可为脂族的、芳族的或它们的混合物。
脂环族聚环氧化物单体的示例包括环氧环己烷-羧酸脂(例如，3,4-环氧环己基甲基3,4-环氧环己烷羧酸脂)(例如，以商品名“ERL 4221”得自密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Co.,Midland,Mich.))；3,4-环氧-2-甲基环己基甲基3,4-环氧-2-甲基环己烷-羧酸脂、双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯、3,4-环氧-6-甲基环己基甲基3,4-环氧-6-甲基环己烷羧酸脂(以商品名“ERL-4201”得自陶氏化学公司)；二氧化乙烯基环己烯(以商品名“ERL-4206”得自陶氏化学公司)；双(2,3-环氧环戊基)醚(可以商品名“ERL-0400”从陶氏化学公司商购获得)、双(3,4-环氧-6-甲基环己基甲基)己二酸酯(以商品名“ERL-4289”得自陶氏化学公司)、二萜二氧化物(以商品名“ERL-4269”得自陶氏化学公司)、2-(3,4-环氧环己基-5,l'-螺-3',4'-环氧环己烷-l,3-二氧杂环己烷，和2,2-双(3,4-环氧环己基)丙烷，和衍生自表氯醇的聚环氧化物树脂。
芳族聚环氧化合物的示例包括多羟基酚的聚缩水甘油醚，诸如：双酚A型树脂及其衍生物，包括购自德克萨斯州休斯顿得锐意卓越公司(Resolution PerformanceProducts)的商品名为“EPON”的此类环氧树脂；环氧甲酚-酚醛树脂；双酚-F树脂以及它们的衍生物；环氧酚-酚醛树脂；和芳族羧酸的缩水甘油酯(例如，邻苯二甲酸二缩水甘油酯、间苯二甲酸二缩水甘油酯、偏苯三甲酸三缩水甘油酯、和均苯四甲酸四缩水甘油酯)以及它们的混合物。可商购获得的芳族聚环氧化合物包括购自纽约塔里敦的汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,New York)的商品名为“ARALDITE”的产品；购自汽巴特殊化学品公司的商品名为“EPON”的芳族聚环氧化合物；和购自陶氏化学公司的商品名为“DER”、“DEN”和“QUATREX”的芳族聚环氧化物。
虽然可能不需要固化，但聚环氧化合物通常与固化剂诸如多胺(例如，双(咪唑))、聚酰胺(例如，双氰胺)、多硫醇或酸性催化剂混合。
可用的丙烯酸类树脂可包括至少一种平均丙烯酸酯官能度为至少2(例如，至少3、4，甚至为5)的(甲基)丙烯酸酯(术语“(甲基)丙烯酸酯”是指丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯)单体或低聚物，也可以是不同的(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和/或(甲基)丙烯酸酯化聚合物的共混物。各种各样的(甲基)丙烯酸酯单体、(甲基)丙烯酸酯低聚物和(甲基)丙烯酸酯聚合物易于从例如Sartomer Company(Exton，Pennsylvania)和UCBRadcure(Smyrna，Georgia)这些供应商处商购获得。示例性的丙烯酸酯单体包括乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇三(甲基)丙烯酸酯、山梨糖醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯、以及它们的混合物。另外的可用多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物包括聚醚低聚物，诸如沙多玛公司(Sartomer Company)销售的商品名为“SR 259”的聚乙二醇200二丙烯酸酯；和沙多玛公司销售的商品名为“SR 344”的聚乙二醇400二丙烯酸酯。
诸如上述的可聚合丙烯酸单体和低聚物通常借助于至少一种自由基热引发剂(例如，有机过氧化物)或光引发剂(例如，噻吨酮、酰基膦、酰基膦氧化物、苯偶姻缩酮、α-羟基酮和α-二烷基氨基酮)进行固化。基于树脂粘结材料前体的重量，典型的量的范围为在0.1重量％至10重量％，更优选1重量％至3重量％。
基于所得粘结磨料制品的总重量，有机热固性化合物和任选的热塑性聚合物(如果存在的话)通常以足以得到约5重量％至约30重量％，更典型约10重量％至约25重量％，并且更典型约15重量％至24重量％的总树脂粘结材料总含量的量使用，但也可使用其它量。
在优选的实施方案中，粘结剂材料前体包括与糠醇和填料组合的线型酚醛树脂。线型酚醛树脂在室温下通常为固体，但是通过加入糠醇和填料(以及任何附加组分)，它们优选被配制成可延展的和或/油灰样组合物，该组合物可模塑，但除非其被加热和/或受到机械力(例如，拉伸或挤压)，否则将保持其形状。可商购获得的线型酚醛树脂的示例包括佐治亚州亚特兰大的佐治亚太平洋公司的商品名为GP 2074、GP 5300、GP 5833、RESI-FLAKEGP-2049、RESI-FLAKE GP-2050和RESI-FLAKE GP-221 1的产品；德国弗里伦多夫的Bakelite AG公司(Bakelite AG,Frielendorf,Germany)的商品名为RUTAPHEN 8656F的产品；和俄亥俄州哥伦比亚的波顿化学公司的商品名为DURITE 423 A和DURITE SD 1731的产品。
如上所述，散粉颗粒任选地包括有机化合物颗粒，其已被发现能够在选择的热应用上将磨料颗粒(以及存在于散粉颗粒中的其它类型的颗粒)保持在一起。在许多实施方案中，有机化合物颗粒具有介于50℃和250℃之间(包括端值)，诸如100℃至180℃之间(包括端值)的熔点。换句话讲，在某些实施方案中，有机化合物颗粒具有至少50℃、或至少60℃、或至少70℃、或至少80℃、或至少90℃、或至少100℃、或至少110℃、或至少120℃、或至少130℃的熔点；以及至多250℃、或至多240℃、或至多230℃、或至多220℃、或至多210℃、或至多200℃、或至多190℃、或至多180℃、或至多170℃、或至多160℃的熔点。
有机化合物颗粒不受具体限制，并且任选地选自蜡、糖、糊精、具有不大于250℃的熔点的热塑性塑料、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、以及它们的组合。
合适的蜡包括例如但不限于植物、动物、石油和/或矿物来源的材料。代表性蜡包括巴西棕榈蜡、小烛树蜡、氧化费托蜡、微晶蜡、羊毛脂、杨梅蜡、棕榈仁蜡、羊脂蜡、聚乙烯蜡、聚乙烯共聚物蜡、石油衍生蜡、褐煤蜡衍生物、聚丙烯蜡、氧化的聚乙烯蜡、以及它们的组合。
合适的糖包括例如但不限于乳糖、海藻糖、葡萄糖、蔗糖、左旋糖、右旋糖、以及它们的组合。
合适的糊精包括例如但不限于γ-环糊精、α-环糊精、β-环糊精、葡糖基-α-环糊精、麦芽糖基-α-环糊精、葡糖基-β-环糊精、麦芽糖基-β-环糊精、2-羟基-β-环糊精、2-羟丙基-β-环糊精、2-羟丙基-γ-环糊精、羟乙基-β-环糊精、甲基-β-环糊精、磺基丁基醚-α-环糊精、磺基丁基醚-β-环糊精、磺基丁基醚-γ-环糊精、以及它们的组合。
合适的热塑性塑料包括例如但不限于具有不大于250℃的熔点的热塑性塑料，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯(PP)、双酚-A聚碳酸酯(BPA-PC)、聚砜(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、以及它们的组合。
合适的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯包括例如但不限于聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸酯化(甲基)丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚烯烃、以及它们的组合、或它们的甲基丙烯酸酯类似物。
有机化合物颗粒通常以2.5重量％至30重量％的散粉颗粒(包括端值)，诸如5重量％至20重量％的散粉颗粒(包括端值)的量存在。换句话讲，在某些实施方案中，有机化合物颗粒以至少2.5重量％、或至少3重量％、或至少4重量％、或至少5重量％、或至少7重量％、或至少8重量％、或至少10重量％、或至少12重量％的散粉颗粒的量存在；且至多30重量％、或至多28重量％、或至多25重量％、或至多23重量％、或至多20重量％、或至多18重量％的散粉颗粒。通常，该有机化合物颗粒的平均粒度在约1微米至约100微米、优选地约5微米至约50微米、并且最优选地约10微米至约30微米的范围内。
散粉颗粒进一步任选地可包含其它组分，诸如例如孔隙诱导剂、填料和/或助熔剂颗粒。孔隙诱导剂的示例包括玻璃泡和有机颗粒。在一些实施方案中，较低熔融金属颗粒也可用作助熔剂；例如，如美国专利6,858,050(Palmgren)中所述。
该散粉颗粒可任选地被改性，以改善其流动性和层散布的均匀性。改善粉末的方法包括附聚、喷雾干燥、气雾化或水雾化、火焰成形、制粒、研磨和筛分。此外，可任选地添加流平剂，诸如例如热解法二氧化硅、纳米二氧化硅、硬脂酸盐和淀粉。
为了实现高分辨率，该散粉颗粒的尺寸优选地被设定成(例如通过筛分)具有小于或等于2500微米、优选小于或等于750微米、更优选小于或等于200微米、更优选小于或等于150微米、小于或等于100微米、或者甚至小于或等于80微米的最大尺寸，尽管也可使用更大的尺寸。在某些实施方案中，散粉颗粒具有小于或等于一微米的平均粒径(例如“亚微米”)例如小于或等于500纳米(nm)，或甚至小于或等于150nm。散粉颗粒的各种组分可具有相同或不同的最大粒度，D90、D50和/或D10粒度分布参数。
再次参照2A，选择性地施加处理170以处理层138的(例如，预定)区域180。通常，处理170包括粘结剂喷射、经由传导或照射加热、或它们的组合。对于粘结剂喷射，液体粘结剂前体材料由打印机150喷射到预定区域180。这种处理方法将在下文中详细描述。对于加热，处理源150不受具体限制，并且包括例如但不限于单一源或多点源。合适的单点源包括例如加热尖端156和激光158。加热的尖端通常包括加热的金属尖端或加热的陶瓷尖端，诸如在公共焊接工具上找到的金属尖端。技术人员可选择合适的低功率激光器，例如，来自加利福尼亚州圣克拉拉市的Coherent公司(Coherent Inc.(Santa Clara,CA))的CUBE 405-100C二极管系统。可用的多点源包括热印刷头，诸如常用于直接热印刷或热传递印刷，以及两个或更多个激光器。例如，一种合适的热印刷头为型号KEE-57-24GAG4-STA，购自京瓷株式会社(日本东京)(KYOCERA Corporation(Kyoto,Japan))。因此，参照图2B，图2A的工艺的第三步骤示出为具有热印刷头152热源。在层138上设置有膜154，以在热印刷头152热源和层138的区域180之间提供屏障。合适的膜包括例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺、聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(PFA)、以及已知在高温下稳定的其它膜。
参照图2C，图2A的工艺的第三步骤示出为具有单个尖端156热源。在层138上设置有膜154，以在单个尖端156热源和层138的区域180之间提供屏障。现在参照图2D，图2A的工艺的第三步骤示出为具有激光158热源。图2D进一步包括指向层138的区域180的激光束170。在该示出的示例性实施方案中没有提供膜。
热量软化和/或熔化层138的选定区域180内的基质颗粒和/或有机化合物颗粒，以根据预定图案(和多次重复时的最终3D形状)将散粉颗粒粘合在一起。在使用单个加热尖端施加热量的某些实施方案中，尖端任选地进一步向散粉颗粒层的(例如，预定的)区域施加压力。施加压力的优点是压力可有效地使粉末颗粒致密化，特别是当散粉颗粒包含大量有机化合物颗粒时。再次参照图2A，基质材料和/或有机化合物材料将散粉颗粒粘结在散粉颗粒的至少一个预定区域(或区域)中，以形成粘结粉末颗粒层；
然后根据由三维(3D)磨料制品预成形件中的层层重复生成的预定的设计来重复进行上述步骤(步骤185)并改变进行施加热量的区域。在每次重复中，可独立地选择散粉颗粒；即，散粉颗粒中的一些或全部可与相邻沉积层中的那些相同或不同。
粉末床粘结剂喷射为一种增材制造或“3D打印”技术，其中通过喷射的液体粘结剂混合物将粉末薄层临时粘结在期望的位置。通常，该粘结剂混合物通过喷射打印头来进行分配，并且由溶解在合适的溶剂或载体溶液中的聚合物组成。在一种方法中，该粘结剂为与其它粉末混合或涂覆到其它粉末上并被干燥的粉末，并且然后将活化液体诸如水或溶剂混合物喷射到粉末上，从而激活选择区域中的粘结剂。该打印粉末层随后被至少部分地干燥并降低，使得可散布下一个粉末层。可重复粉末散布、粘结和干燥过程，直到形成完整的对象。对象和周围的粉末从打印机中去除并且通常被干燥或固化以赋予附加强度，使得可从周围的粉末提取出现在硬化的对象。
再次参照图2A，在某些实施方案中，液体粘结剂前体材料170由打印机150喷射到层138的一个或多个预定区域180上。液体粘结剂前体材料因此涂覆区域180中的散粉颗粒，并且随后被转化成将区域180中的散粉颗粒彼此粘结的粘结剂材料。液体粘结剂前体材料可为能够被转化(例如，通过蒸发或热、化学和/或辐射固化(如，使用UV或可见光))成根据喷射图案(和多次重复时的最终3D形状)将散粉颗粒粘结在一起的粘结剂材料的任何组合物。
在一些实施方案中，液体粘结剂前体材料包含在其中溶解有聚合物的液体载体。该液体可包括一种或多种有机溶剂和水。示例性有机溶剂包括优选地具有高于100℃闪点的醇(例如，丁醇、乙二醇一甲醚)、酮和醚。对合适的一种或多种溶剂的选择通常将取决于具体应用的要求，例如所需的表面张力和粘度、所选择的颗粒固体。液体载体可完全是水，或可包含与一种或多种有机溶剂结合的水。优选地，基于总重量计，水性载体包含至少20％的水，至少30％的水，至少40％的水，至少50％的水，或甚至至少75％的水。
在一些实施方案中，一种或多种有机溶剂可被包括在液体载体中，例如，以控制液体载体的干燥速度，控制液体载体的表面张力，允许(例如，表面活性剂的)成分溶解，或作为任意成分的次要组分；例如，有机共溶剂可作为一种成分而被添加至液体载体中从而存在于表面活性剂中。示例性有机溶剂包括：醇，诸如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇和异丁醇；酮或酮醇，诸如丙酮、环己酮、甲基乙基酮和双丙酮醇；酯，诸如乙酸乙酯和乳酸乙酯；多元醇，诸如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、丁二醇、1,4-丁二醇、1,2,4-丁三醇、1,5-戊二醇、1,2,6-己三醇、己二醇、甘油、甘油乙氧基化物和三羟甲基丙烷乙氧基化物；低级烷基醚，诸如乙二醇甲基醚或乙基醚、二乙二醇乙基醚、三甘醇甲基醚或乙基醚、乙二醇正丁醚，二乙二醇正丁醚、二乙二醇甲基醚、乙二醇苯醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、三丙二醇甲基醚、丙二醇甲醚乙酸酯、二丙二醇甲醚乙酸酯，丙二醇正丙醚、二丙二醇正丙醚、三丙二醇正丙醚，丙二醇正丁醚、二丙二醇正丁醚、三丙二醇正丁醚、丙二醇苯醚和二丙二醇二甲基醚；含氮化合物，诸如2-吡咯烷酮和N-甲基-2-吡咯烷酮；含硫化合物，诸如二甲基亚砜、四亚甲基砜和硫甘醇；以及任何前述物质的组合。
液体载体中的有机溶剂和/或水的量可取决于许多因素，诸如液体粘结剂前体材料的特别期望特性，如粘度、表面张力和/或干燥速率，这些特性继而可取决于诸如旨在用于液体载体油墨的喷墨打印技术类型，例如压电型或热型打印头。
液体粘结剂前体材料可包括在液体载体中可溶或可分散的聚合物。合适的聚合物的示例可包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯己内酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚(2-乙基-2-恶唑啉)(PEOX)、聚丁酸乙烯酯、甲基乙烯基醚和马来酸酐的共聚物、丙烯酸和/或丙烯酸羟乙酯的特定共聚物、甲基纤维素、天然聚合物(例如，糊精、瓜尔胶、黄原胶)。其中，聚乙烯吡咯烷酮优选用于主要为水的液体载体。相反或此外，如果需要，可使用除上述所列之外的其它有机聚合物。
液体粘结剂前体材料可包括一种或多种自由基可聚合的或辐射可固化的材料；例如，丙烯酸类单体和/或低聚物和/或环氧树脂。也可包括用于固化可自由基聚合或换句话讲辐射固化型材料的有效量的光引发剂和/或光催化剂。合适的(甲基)丙烯酸酯单体和低聚物以及另外的辐射固化型材料(例如，环氧树脂)的示例可见于例如美国专利5,766,277(DeVoe等人)中。
在一些优选的实施方案中，液体粘结剂前体材料基本上不含(例如，包含小于1％、小于0.1％、小于0.01％，或甚至不含)金属纳米粒子和/或金属氧化物纳米粒子。如本文所用，术语“纳米粒子”是指平均粒径小于或等于1微米的颗粒。例如小于或等于500纳米(nm)，或甚至小于或等于150nm。
另选地或除此之外，液体粘结剂前体可为包含用于氧化铝和/或氧化锆的陶瓷前体的水溶胶。示例包括水性勃姆石溶胶和氧化锆溶胶。在此类情况下，在焙烧之后，液体粘结剂前体可具有与磨料颗粒相同或不同的组合物。关于氧化锆溶胶的细节可见于例如美国专利6,376,590(Kolb等人)中。关于勃姆石溶胶的细节可见于例如美国专利4,314,827(Leitheiser等人)、5,178,849(Bauer)、4,518,397(Leitheiser等人)、4,623,364(Cottringer等人)、4,744,802(Schwabel)、4,770,671(Monroe等人)、4,881,951(Wood等人)、4,960,441(Pellow等人)、5,011,508(Wald等人)、5,090,968(Pellow)、5,139,978(Wood)、5,201,916(Berg等人)、5,227,104(Bauer)、5,366,523(Rowenhorst等人)、5,429,647(Larmie)、5,547,479(Conwell等人)、5,498,269(Larmie)、5,551,963(Larmie)、5,725,162(Garg等人)和5,776,214(Wood)中。
例如通过蒸发液体粘结剂前体材料中的液体载体来将喷射液体粘结剂前体材料转化成粘结剂材料，该粘结剂材料将散粉颗粒的预定区域中的散粉颗粒粘结在一起以形成粘结粉末颗粒层。在这些实施方案中，将粘结剂材料加热到足够高的温度，使其在后续焙烧步骤期间挥发和/或分解(例如，“烧尽”)。可通过本领域已知的任何方式(例如，冷淬火或空气冷却至室温)来实现冷却。
再次参见图2A，例如通过蒸发液体粘结剂前体材料中的液体载体来将喷射液体粘结剂前体材料170转化(步骤190)成粘结剂材料，该粘结剂材料将散粉颗粒的至少一个预定区域中的散粉颗粒粘结在一起以形成粘结粉末颗粒层。在这些实施方案中，将粘结剂材料加热到足够高的温度，使其在后续烧结或注入步骤期间挥发和/或分解(例如，“烧尽”)。
然后根据由三维(3D)磨料制品预成形件中的层层重复生成的预定的设计来重复进行上述步骤(步骤185)并改变进行喷射的区域。在每次重复中，可独立地选择散粉颗粒和液体粘结剂前体材料；即散粉颗粒和液体粘结剂前体材料中的任一者或两者可与相邻沉积层中的那些相同或不同。
磨料制品预成形件包括粘结粉末颗粒和剩余散粉颗粒。一旦充分地重复以形成磨料制品预成形件，优选将其与基本上全部(例如，至少85％，至少90％，优选地至少95％，更优选地至少99％)剩余散粉颗粒分开，但并非必须如此。在某些实施方案中，在分离粘结粉末颗粒之后并在注入金属之前或同时，喷焰掉(例如，挥发和/或分解)任何树脂粘结前体材料和/或有机化合物材料。
如果需要，可使用各自包含不同粉末的多个颗粒贮存器。这导致不同的粉末/粘结剂被分布在磨料制品的不同离散区域中。例如，相对廉价但性能较差的磨料颗粒和/或玻璃状粘结前体颗粒可被转移到玻璃状粘结磨料制品的区域，在这些区域中(例如，在远离磨料表面的内部中)具有高性能特性不是特别重要。相同的方法可适用于金属粘结磨料制品或树脂粘结磨料制品。
通常，以根据本公开的方式制备的玻璃状粘结磨料制品在其全部体积中具有相当大的孔隙率。因此，磨料制品预成形件可随后被注入附加玻璃状粘结前体材料或晶粒生长改性剂的溶液或分散体。
在其中散粉颗粒包含较高熔融金属颗粒和较低熔融金属颗粒的实施方案中，可充分加热磨料制品预成形件以使较低熔融金属颗粒软化/熔化并粘结至散粉颗粒的至少一部分，然后冷却以提供金属粘结磨料制品。在其中散粉颗粒包含较高熔融金属颗粒并且不含较低熔融金属颗粒的实施方案中，可充分加热磨料制品预成形件以使较高熔融金属颗粒至少烧结并粘结至散粉颗粒的至少一部分，然后冷却以提供金属粘结磨料制品。冷却可通过本领域已知的任何方法来完成；例如，冷淬火或空气冷却至室温。
根据本公开制造的金属粘结磨料制品和/或磨料制品预成形件可包括在其整个体积中具有相当大的孔隙率的多孔含金属基质(例如，其可包含金属颗粒和磨料颗粒，并且其可为烧结的)，尽管并非必须如此。例如，多孔含金属基质可以具有1至60体积％，优选地5至50体积％，并且更优选地15至50体积％，更优选40至50体积％的空隙率，尽管并非必须如此。因此，磨料制品预成形件然后可注入具有低于任何其它金属组分的熔点的温度的熔融金属，然后冷却。可制成熔融状并注入磨料制品预成形件中的合适金属的示例包括铝、铟、黄铜、青铜、银、铜、金、铅、钴、镁、镍、锌、锡、铁、铬、硅合金、前述的合金、以及它们的组合。
关于烧结然后注入熔融金属的更多详细细节可见于例如美国专利2,367,404(Kott)和美国专利申请公布2002/095875(D’Evelyn等人)中。
有利地，根据本公开的至少某些实施方案的方法适用于制备不能轻易通过其它方法制成的各种粘结磨料制品。例如，只要朝磨料预成形件的外部存在用于去除无粘结散粉的开口，即可包含内部空隙。因此，可使用本公开的方法轻松制备具有曲折和/或弧形路径的冷却通道。冷却通道朝粘结磨料制品的外部敞开。在一些实施方案中，它们具有单个开口，但更典型地，它们具有两个或更多个开口。冷却介质(例如，空气、水、乳液或油)通过冷却通道循环，以去除研磨工艺期间产生的热量。因此，本公开提供了一种粘结磨料制品，其包括以下中的至少一者：至少部分地延伸通过金属粘结磨料制品的至少一个曲折冷却通道；至少部分地延伸通过粘结磨料制品的至少一个弧形冷却通道。
然后加热磨料制品预成形件190(图2A中的步骤195)，以使研磨颗粒与金属或玻璃状粘结前体颗粒烧结或将磨料颗粒与树脂粘结前体颗粒粘结(以及去除可能存在的任何有机化合物材料，例如，通过烧除有机化合物材料)，从而提供粘结磨料制品。
在某些实施方案中，粘结磨料制品选自：磨具研磨钻头、砂瓦、磨轮、研磨垫和砂轮，以及许多迄今未知的粘结磨料制品。在一些优选的实施方案中，金属粘结磨料制品包括旋转牙科工具(例如，牙科钻头、牙钻或牙科抛光工具)的至少一部分。
参见图5A，其提供了粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。该粘结磨料制品的磨料颗粒相对于限定区域(每层在该区域上沉积)的基准面基本上是水平的。图5B是粘结磨料制品的100倍放大率的光学显微镜图像，该图像是图5A的箭头所示的该制品的上(轴向)表面的一部分。该图像示出了多个三棱柱形磨料颗粒的平坦表面，该粘结磨料制品的表面上至少50％的磨料颗粒在0度角的正负15％内取向。
现在参见图5C，其提供了图5A的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。图5D是粘结磨料制品在100倍放大率的光学显微镜图像，该图像是图5C的箭头所示的该制品的侧(径向)表面的一部分。该图像示出了多个三棱柱形磨料颗粒的边缘表面，该粘结磨料制品的表面上至少50％的磨料颗粒在0度角的正负15％内取向。
从设置在基质颗粒内的基本上水平的磨料颗粒层开始，可以通过选择性地粘结每一层的预定区域来形成具有取向颗粒的粘结磨料制品。图6A为可根据本公开制备的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图。通过选择每层的预定区域以将散粉颗粒粘结成相对于纵向轴线倾斜的(分层)制品的形状，无需将各个颗粒取向到基本上水平以外的角就可以形成具有取向的磨料颗粒的制品。
现在参见图6B，提供了根据本公开制备的粘结磨料制品在100倍放大率的光学显微镜图像。例如，粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于零度且小于90度的预定角度取向，其中如使用10,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。该图像示出了粘结磨料制品的一部分的多个棱柱形磨料颗粒的边缘表面。图6C为图6B的粘结磨料制品在30倍放大率的光学显微镜图像，可以看到各个粘结层的边缘。
现在参考图7A-7D，图7A为粘结磨料制品的示意性横截面侧视图，并且图7B为根据本公开制备的粘结磨料制品在50倍放大率的光学显微镜图像，该图像为如图7A的箭头所示的该制品的上(轴向)表面的一部分的图像。该图像示出了多个棱柱形磨料颗粒的平坦表面，该粘结磨料制品的表面上至少50％的磨料颗粒在0度角的正负15％内取向。图7C是图7A的粘结磨料制品的示意性横截面侧视图，并且图7D为根据本公开制备的粘结磨料制品在50倍放大率的光学显微镜图像，该图像为如图7的箭头所示的该制品的侧(径向)表面的一部分的图像。该图像示出了多个棱柱形磨料颗粒的边缘表面，该粘结磨料制品的表面上至少50％的磨料颗粒在0度角的正负15％内取向。
除图5A-7D所示的单片形状之外，具有各种不同形状的粘结磨料制品是可能的，这是由于能够选择每个散粉层的待粘结的区域。
现在参见图9，示例性粘结砂轮900分别具有弧形和曲折冷却通道920。
图10示出了具有曲折冷却通道1020的另一个示例性粘结砂轮1000。
图11示出了示例性粘结砂瓦1100。在典型应用中，多个粘结砂瓦1100沿金属盘的圆周均匀地间隔安装，以形成砂轮。
图12示出了玻璃状粘结或金属粘结磨盘1200，其具有两个区域1210和1220。每个区域分别具有保留在树脂粘结、玻璃状粘结或金属粘结基质材料1250和1260中的磨料颗粒1230和1240。
图13示出了旋转研磨工具1300(一种用于手持式马达驱动轴的钻头，诸如例如Dremel工具)。
示例性牙钻1400如图14所示。现在参照图14，牙钻1400包括固定到柄部1420的头部1430。牙钻1400包括固定在多孔金属粘结剂、树脂粘结剂或玻璃状粘结剂1410中的磨料颗粒1405。
如图9和图10所示的前述磨轮可通过焙烧对应的生坯主体(即，具有相同一般形状特征但包含通过临时粘结剂保持在一起的玻璃状粘结或金属粘结前体颗粒)进行制备。
在一些实施方案中，根据本公开的至少某些方面，在粘结磨料制品的增材制造中采用(例如，非暂态)机器可读介质。数据通常存储在机器可读介质上。数据表示粘结磨料制品的三维模型，其可由至少一个与增材制造设备(例如3D打印机、制造设备等)相接的计算机处理器进行访问。该数据用于使增材制造设备创建例如粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。在某些实施方案中，粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。在其它实施方案中，粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
可使用计算机建模诸如计算机辅助设计(CAD)数据来生成表示粘结磨料制品的数据。表示粘结磨料制品图像数据可以STL格式或任何其它合适的计算机可加工形式导出到增材制造设备中。还可采用扫描方法来扫描三维对象以创建代表粘结磨料制品的数据。获取数据的一个示例性技术是数字扫描。可使用任何其它合适的扫描技术来扫描制品，包括X射线照相、激光扫描、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和超声波成像。其它可能的扫描方法在美国专利申请公布2007/0031791(Cinader,Jr.等人)中有所描述。初始数字数据集可包括来自扫描操作的原始数据和代表从原始数据得出的制品的数据，处理初始数据集以将制品设计从任何周围结构(例如，粘结磨料制品的支撑件)分段。
通常，机器可读介质被提供作为计算设备的一部分。计算设备可具有一个或多个处理器、易失性存储器(RAM)、用于读取机器可读介质的设备、以及输入/输出设备，诸如显示器、键盘和指向设备。此外，计算设备可进一步包括其它软件、固件或它们的组合，诸如操作系统和其它应用软件。计算设备可以是例如工作站、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、服务器、大型机或任何其它通用或应用程序特定计算设备。计算设备可从计算机可读介质(诸如硬盘、CD-ROM或计算机存储器)读取可执行软件指令，或者可从逻辑连接到计算机的另一源(诸如另一台联网计算机)接收指令。参照图19，计算设备1900通常包括内部处理器1980、显示器1910(例如监视器)和一个或多个输入设备诸如键盘1940和鼠标1920。在图19中，旋转磨具1930在显示器1910上示出。
参照图15，在某些实施方案中，本公开提供系统1500。系统1500包括显示器1520，该显示器显示粘结磨料制品的3D模型1510(例如，如图19的显示器1910上所示的旋转磨具1930)；和一个或更多处理器1530，其响应于用户选择的3D模型1510，使得3D打印机/增材制造设备1550创建粘结磨料制品的制品预成形件1560的物理对象。通常，输入设备1540(例如，键盘和/或鼠标)与显示器1520和至少一个处理器1530一起使用，尤其供用户选择3D模型1510。制品预成形件1560包括粘结磨料制品预成形件。在某些实施方案中，粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。在其它实施方案中，粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
参照图16，处理器1620(或多于一个处理器)与机器可读介质1610(例如，非暂态介质)、3D打印机/增材制造设备1640以及任选地显示器1630中的每一个进行通信以供用户查看。3D打印机/增材制造设备1640被配置成基于来自处理器1620的指令制备制品的一个或多个制品预成形件1650(例如，粘结磨料制品预成形件)，其中处理器从机器可读介质1610提供表示制品预成形件1650的3D模型的数据(例如，图19中的显示器1910所示的旋转磨料工具1930)。
参照图17，例如并且不限于，增材制造方法包括从(例如，非暂态)机器可读介质检索1710表示根据本公开的至少一个实施方案的粘结磨料制品的3D模型的数据。该方法进一步包括由一个或多个处理器执行1720与使用该数据的制造设备相接的增材制造应用程序；以及由制造设备生成1730粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。增材制造设备可执行以下顺序步骤以形成粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，该子工艺顺序地包括：
i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中撒布棒或撒布辊和该限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于磨料颗粒的平均长度；和
iii)选择性地处理散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；和
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒；
在某些实施方案中，粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。在其它实施方案中，粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中多个磨料颗粒的第一部分相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。可以进行一个或多个任选的后加工步骤1740以由预成形件形成粘结磨料制品，诸如c)将基本上所有的剩余散粉颗粒从粘结磨料制品预成形件分离；以及d)加热粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的粘结磨料制品。
另外，参见图18，制备粘结磨料制品预成形件的方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收1810数字对象，该数字对象包括指定粘结磨料制品的多个层的数据。以及利用该制造设备通过增材制造工艺基于该数字对象生成1820粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。同样，粘结磨料制品预成形件可经历后加工1830的一个或多个步骤，例如，以提供粘结磨料制品。
本公开的选择实施方案
实施方案1为一种粘结磨料制品。该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施方案2为根据实施方案1所述的粘结磨料制品，进一步包括玻璃状粘结材料。
实施方案3为根据实施方案1所述的粘结磨料制品，进一步包括金属粘结材料。
实施方案4为根据实施方案1所述的粘结磨料制品，进一步包括树脂粘结材料。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的粘结磨料制品，其中所述角度为45度。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为1.5以上。
实施方案7为根据实施方案1至6中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为4.0以上。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括成形磨料颗粒、精确成形磨料颗粒、磨料片、磨料棒、磨料颗粒的成形团聚物、或它们的组合。
实施方案9为根据实施方案1至7中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括粉碎磨料颗粒、磨料颗粒的团聚物、或它们的组合。
实施方案10为根据实施方案1至9中任一项所述的粘结磨料制品，进一步包括保留在粘结剂中并且相对于粘结磨料制品的纵向轴线无规取向的多个磨料颗粒。
实施方案11为根据实施方案1至10中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括两个或更多个相邻的磨料颗粒层，其中第一层包括与第二层不同类型的磨料颗粒。
实施方案12为根据实施方案1至11中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括两个基本上平行的平面。
实施方案13为根据实施方案1至12中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料制品选自磨料研磨钻头、砂瓦、磨轮、磨料垫和砂轮。
实施方案14为根据实施方案1至13中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料制品包括弧形冷却通道或曲折冷却通道中的至少一种。
实施方案15为根据实施方案1至14中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中的至少一种。
实施方案16为根据实施方案1至15中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、金属氧化物颗粒或金属氧化物陶瓷颗粒中的至少一种。
实施方案17为一种粘结磨料制品。该磨料制品包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
实施方案18为根据实施方案17的粘结磨料制品，进一步包括多个磨料颗粒的第三部分，该第三部分以不同于第一角度和第二角度的预定第三角度取向。第三部分的50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于第三角度15度以内。
实施方案19为根据实施方案17或实施方案18的粘结磨料颗粒，进一步包括玻璃状粘结材料。
实施方案20为根据实施方案17或实施方案18的粘结磨料颗粒，进一步包括金属粘结材料。
实施方案21为根据实施方案17或实施方案18的粘结磨料颗粒，进一步包括树脂粘结材料。
实施方案22为根据实施方案17至21中任一项所述的粘结磨料制品，其中第一角度为45度。
实施方案23为根据实施方案17至21中任一项的结磨料制品，其中第二角度为60度。
实施方案24为根据实施方案17至23中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为1.5以上。
实施方案25为根据实施方案17至24中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为4.0以上。
实施方案26为根据实施方案17至25中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括成形磨料颗粒、精确成形磨料颗粒、磨料片、磨料棒、磨料颗粒的成形团聚物、或它们的组合。
实施方案27为根据实施方案17至25中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括粉碎磨料颗粒、磨料颗粒的团聚物、或它们的组合。
实施方案28为根据实施方案17至27中任一项所述的粘结磨料制品，进一步包括保留在粘结剂中并且相对于粘结磨料制品的纵向轴线无规取向的多个磨料颗粒。
实施方案29为根据实施方案17至28中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括两个或更多个相邻的磨料颗粒层，其中第一层包括与第二层不同类型的磨料颗粒。
实施方案30为根据实施方案17至29中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括两个基本上平行的平面。
实施方案31为根据实施方案17至30中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料制品选自磨料研磨钻头、砂瓦、磨轮、磨料垫和砂轮。
实施方案32为根据实施方案17至31中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料制品包括弧形冷却通道或曲折冷却通道中的至少一种。
实施方案33为根据实施方案17至32中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中的至少一种。
实施方案34为根据实施方案17至33中任一项所述的粘结磨料制品，其中磨料颗粒包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、金属氧化物颗粒或金属氧化物陶瓷颗粒中的至少一种。
实施方案35为一种制备粘结磨料制品的方法。该方法包括顺序步骤：
a)子工艺，该子工艺顺序地包括：
i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中撒布棒或撒布辊和该限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒；
c)将基本上所有的剩余散粉颗粒从粘结磨料制品预成形件分离；以及
d)加热粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的粘结磨料制品。
实施方案36为根据实施方案35的方法，其中撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙的长度与磨料颗粒的平均长度之比在2:1至0.5:1(包括端值)的范围内。
实施方案37为根据实施方案35或实施方案36所述的方法，其中撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙的长度与基质颗粒的平均长度之比为5:1以上。
实施方案38为根据实施方案35至37中任一项所述的方法，其中基质颗粒包括玻璃状粘结前体颗粒、金属粘结前体颗粒、树脂粘结前体颗粒、有机化合物颗粒、或它们的组合。
实施方案39为根据实施方案35至38中任一项所述的方法，其中选择性地处理散粉颗粒层的区域以将粉末颗粒粘结在一起包括粘结剂喷射、有机化合物粘结、经由传导或照射加热、或它们的组合。
实施方案40为根据实施方案38或实施方案39所述的方法，其中有机化合物颗粒具有介于50℃和250℃之间(包括端值)的熔点。
实施方案41为根据实施方案38至40中任一项所述的方法，其中有机化合物颗粒选自蜡、糖、糊精、具有不大于250℃的熔点的热塑性塑料、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、以及它们的组合。
实施方案42为根据实施方案38至41中任一项所述的方法，其中有机化合物颗粒选自蜡、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乳酸(PLA)、以及它们的组合。
实施方案43为根据实施方案35至42中任一项所述的方法，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施方案44为根据实施方案35至43中任一项所述的方法，进一步包括从顺序撒布步骤到后续的顺序撒布步骤改变撒布棒或撒布辊与限定区域的基准面之间的间隙长度。
实施方案45为根据实施方案35至44中任一项所述的方法，其中所述角度为45度。
实施方案46为根据实施方案35至45中任一项所述的方法，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为1.5以上。
实施方案47为根据实施方案35至46中任一项所述的方法，其中磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为10.0以上。
实施方案48为根据实施方案35至47中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括成形磨料颗粒、精确成形磨料颗粒、磨料片、磨料棒、磨料颗粒的成形团聚物、或它们的组合。
实施方案49为根据实施方案35至48中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括粉碎磨料颗粒、磨料颗粒的团聚物、或它们的组合。
实施方案50为根据实施方案35至49中任一项所述的方法，其中粘结磨料制品进一步包括保留在粘结剂中并且相对于粘结磨料制品的纵向轴线随机取向的多个磨料颗粒。
实施方案51为根据实施方案35至50中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括两个或更多个相邻的磨料颗粒层，其中第一层包括与第二层不同类型的磨料颗粒。
实施方案52为根据实施方案35至51中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括两个基本上平行的平面。
实施方案53为根据实施方案35至52中任一项所述的方法，其中磨料制品选自磨料研磨钻头、砂瓦、磨轮、磨料垫和砂轮。
实施方案54为根据实施方案35至53中任一项所述的方法，其中磨料制品包括弧形冷却通道或曲折冷却通道中的至少一种。
实施方案55为根据实施方案35至54中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括金刚石颗粒或立方氮化硼颗粒中的至少一种。
实施方案56为根据实施方案35至55中任一项所述的方法，其中磨料颗粒包括碳化硅、碳化硼、氮化硅、金属氧化物颗粒或金属氧化物陶瓷颗粒中的至少一种。
实施方案57为一种非暂态机器可读介质。该非暂态机器可读介质具有表示粘结磨料制品的三维模型的数据，当由与3D打印机相接的一个或多个处理器访问时，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施例58为一种非暂态机器可读介质。该非暂态机器可读介质具有表示粘结磨料制品的三维模型的数据，当由与3D打印机相接的一个或多个处理器访问时，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
实施方案59为一种方法。该方法包括从非暂态机器可读介质检索表示粘结磨料制品的3D模型的数据；通过一个或多个处理器来执行使用数据与制造设备相接的3D打印应用程序；以及由制造设备生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施方案60为一种方法。该方法包括从非暂态机器可读介质检索表示粘结磨料制品的3D模型的数据；通过一个或多个处理器来执行使用数据与制造设备相接的3D打印应用程序；以及由制造设备生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
实施方案61为使用实施方案59或实施方案60所述的方法生成的制品。
实施方案62为一种方法。该方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，该数字对象包括指定粘结磨料制品的多个层的数据。以及利用该制造设备通过增材制造工艺基于该数字对象生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施方案63为一种方法。该方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，该数字对象包括指定粘结磨料制品的多个层的数据。以及利用该制造设备通过增材制造工艺基于该数字对象生成粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件。该磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
实施方案64为根据实施方案62或实施方案63所述的方法，其中增材制造设备执行以下顺序步骤以形成粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，该子工艺顺序地包括：
i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；以及
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒；
实施方案65为根据实施方案64所述的方法，进一步包括将c)将基本上所有的剩余散粉颗粒从粘结磨料制品预成形件分离；以及d)加热粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的粘结磨料制品。
实施方案66为一种系统。该系统包括显示器，该显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和一个或多个处理器，该一个或多个处理器响应于用户选择的3D模型，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该粘结磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。磨料颗粒相对于粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
实施方案67为一种系统。该系统包括显示器，该显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和一个或多个处理器，该一个或多个处理器响应于用户选择的3D模型，使得3D打印机创建粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象。该磨料制品预成形件包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒。多个磨料颗粒的第一部分相对于该粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向。多个磨料颗粒的第二部分以不同于第一角度的预定第二角度取向。如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，第一部分和第二部分中每一者的50％或更多的磨料颗粒分别取向在高于或低于第一角度和第二角度15度以内。
实施例
除非另有说明，否则实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均以重量计。
表1
Figure BDA0002038268580000471
实施例1
按以下重量百分比制备散粉混合物：在塑料容器中的将75％的标称尺寸为200-250微米、厚度为70微米的三棱柱形磨粒与25％的玻璃颗粒混合，并且翻滚至少一小时。在ExOne M-lab增材制造打印机中打印该混合物。每层的高度为200微米，撒布机速度为5毫米每秒，使用打印机软件将粘结剂喷射的打印饱和度设定为标称100％水平，并将干燥时间设定为120秒。粘结剂为ExOne PM-B-SR1-04。将所得生坯放入环境气氛为195℃的烤箱中烘烤2小时，然后去除多余散粉。随后，将生胚在400℃下加热2小时以烧掉有机粘结剂材料，然后在720℃下烧结2小时。使用该方法，选择三个取向来制备玻璃状粘结磨盘。所得表面示于图5B、图5D和图6B中。
实施例2
通过将实施例1的每个盘附接到得自明尼苏达州梅普尔伍德的3M公司(3MCompany(Maplewood,MN))的微型轨道砂磨机来进行研磨测试。磨砂机旋转速度为8000rpm。在得自钢磨机(例如，可从任何钢铁厂商购获得)的1018碳钢上测试了磨蚀性能。由于磨料颗粒的取向，如图8所示，根据堆积物的取向，存在显著的性能差异。在该图中，V3128 45指处于45度的堆积物，而V3128 0和V3128 90分别指轴向堆积物和径向堆积物。而且，这些样品之间存在一定的孔隙度差异。
存在有关取向的意料不到的结果。更具体地，预计V3128 90的性能与V3128 45相同，但令人惊讶的是，具有以45度角(相对于盘的纵向轴线)取向的颗粒的盘的性能优于具有以90度角(相对于盘的纵向轴线)取向的颗粒的盘。这是意料不到的，这至少是因为三棱柱形磨料颗粒被构造成当以90度角使用时断裂以提供新的研磨表面，而不是在使用期间简单地磨损。
实施例3
如实施例1中所述的那样制备散粉混合物。粘结剂溶液为ExOne PM-B-SR1-04。在ExOne M-lab增材制造打印机中打印该混合物。每层的高度为约200微米，撒布机速度为5毫米每秒，使用打印机软件将粘结剂喷射的打印饱和度设定为标称100％水平，并将干燥时间设定为120秒。在撒布每个散粉层之前，将支撑粉末床的板相对于辊的行进方向逐渐倾斜，使得实现了从部件的第一层到最后的第42层的约24度的总倾斜角。将所得生坯放入环境气氛为195℃的烤箱中烘烤4小时，然后去除多余散粉。所得磨料制品预成形件的光学显微镜图像在图4B中示出。

Claims (21)

1.一种制备粘结磨料制品的方法，所述方法包括顺序步骤：
a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：
i)在粉末室的限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙的长度与所述磨料颗粒的平均长度之比在2:1至0.5:1的范围内，包括端值；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒；
c)将基本上所有的剩余散粉颗粒从所述粘结磨料制品预成形件分离；以及
d)加热所述粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的所述粘结磨料制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的所述间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的所述间隙的长度与所述基质颗粒的平均长度之比为5:1以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中使所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，使50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
5.一种通过权利要求1-4中任一项所述的方法制备的粘结磨料制品，包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。
6.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，进一步包括玻璃状粘结材料。
7.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，进一步包括金属粘结材料。
8.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，进一步包括树脂粘结材料。
9.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述角度为45度。
10.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述磨料颗粒的平均长度与平均厚度的纵横比为1.5以上。
11.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述磨料颗粒包括三棱柱形磨料颗粒。
12.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述磨料颗粒包括成形磨料颗粒、精确成形磨料颗粒、磨料片、磨料棒、磨料颗粒的成形团聚物、或它们的组合。
13.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述磨料颗粒包括粉碎磨料颗粒、磨料颗粒的团聚物、或它们的组合。
14.根据权利要求5至13中任一项所述的粘结磨料制品，进一步包括保留在所述粘结剂中并且相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线无规取向的多个磨料颗粒。
15.根据权利要求5所述的粘结磨料制品，其中所述磨料制品选自磨料研磨钻头、砂瓦、磨轮、磨料垫和砂轮。
16.一种通过权利要求1-4中任一项所述的方法制备的粘结磨料制品，包括保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中所述多个磨料颗粒的第一部分相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且所述多个磨料颗粒的第二部分以不同于所述第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，所述第一部分和所述第二部分中每一者的50％或更多的所述磨料颗粒分别取向在高于或低于所述第一角度和所述第二角度15度以内。
17.一种非暂态机器可读介质，其具有表示粘结磨料制品的三维模型的数据，当由与3D打印机相接的一个或多个处理器访问时，使得所述3D打印机创建所述粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件，所述粘结磨料制品预成形件包括：
a)保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内；或
b)保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中所述多个磨料颗粒的第一部分相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且所述多个磨料颗粒的第二部分以不同于所述第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，所述第一部分和所述第二部分中每一者的50％或更多的所述磨料颗粒分别取向在高于或低于所述第一角度和所述第二角度15度以内，
其中所述3D打印机执行以下顺序步骤以形成所述粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：
i)在粉末室的限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；以及
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒。
18.一种方法，包括：
从非暂态机器可读介质检索表示粘结磨料制品的3D模型的数据；
使用所述数据，由一个或多个处理器来执行与制造设备相接的3D打印应用程序；以及
由所述制造设备生成所述粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象，所述粘结磨料制品预成形件包括：
a)保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内；或
b)保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中所述多个磨料颗粒的第一部分相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且所述多个磨料颗粒的第二部分以不同于所述第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，所述第一部分和所述第二部分中每一者的50％或更多的所述磨料颗粒分别取向在高于或低于所述第一角度和所述第二角度15度以内，
其中所述制造设备执行以下顺序步骤以形成所述粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：
i)在粉末室的限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；以及
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒。
19.一种方法，包括：
由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，所述数字对象包括指定粘结磨料制品的多个层的数据；以及
利用所述制造设备通过增材制造工艺基于所述数字对象生成所述粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件，所述粘结磨料制品预成形件包括：
a)保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内；或
b)保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中所述多个磨料颗粒的第一部分相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且所述多个磨料颗粒的第二部分以不同于所述第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，所述第一部分和所述第二部分中每一者的50％或更多的所述磨料颗粒分别取向在高于或低于所述第一角度和所述第二角度15度以内，
其中所述增材制造设备执行以下顺序步骤以形成所述粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：
i)在粉末室的限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；以及
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：
c)将基本上所有的剩余散粉颗粒从所述粘结磨料制品预成形件分离；以及
d)加热所述粘结磨料制品预成形件，以提供包括保留在基质材料中的磨料颗粒的所述粘结磨料制品。
21.一种系统，包括：
显示器，所述显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器响应于用户选择的所述3D模型，使得3D打印机创建所述粘结磨料制品的粘结磨料制品预成形件的物理对象，所述粘结磨料制品预成形件包括：
a)保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内；或
b)保留在粘结剂中的多个磨料颗粒，其中所述多个磨料颗粒的第一部分相对于所述粘结磨料制品预成形件的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定第一角度取向，并且所述多个磨料颗粒的第二部分以不同于所述第一角度的预定第二角度取向，其中如使用在10到1,000倍放大率的显微镜图像分析所测量的，所述第一部分和所述第二部分中每一者的50％或更多的所述磨料颗粒分别取向在高于或低于所述第一角度和所述第二角度15度以内，
其中所述3D打印机执行以下顺序步骤以形成所述粘结磨料制品预成形件：
a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：
i)在粉末室的限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；
ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及
iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起；以及
b)独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件，其中在每个步骤a)中，独立地选择所述散粉颗粒。
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