CN110573273B - 部件的增材制造方法和增材制造的部件 - Google Patents

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Abstract

在一种金属和/或玻璃和/或陶瓷部件的增材制造方法中，首先由基材颗粒和至少两相的粘合剂制备混合物。优选地，该混合物以模制化合物颗粒(2)的方式制备，使得基材颗粒借助于该至少两相的粘合剂相互粘附。该混合物分层熔化并且借助于电磁辐射(R)选择性地熔化，从而增材制造出模制件(9)。从未熔化的混合物中去除模制件(9)，然后优选地，相继去除该至少两相的粘合剂。使用该方法生成了微孔模制件(9)，该模制件在烧结之后产生具有所需密度和所需机械稳定性和/或热稳定性的部件。

Description

部件的增材制造方法和增材制造的部件
相关申请的交叉引用
本专利申请要求德国专利申请DE 10 2017 207 210.5的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种部件的增材制造方法。此外，本发明涉及一种增材制造的部件。
背景技术
由WO 97/13601 A1(对应于DE 696 07 975 T2)已知一种用于金属部件的增材制造方法。首先，通过对复合粉末进行选择性激光烧结来生成成型体。该复合粉末例如是聚合物涂层的金属粉末，在其中，热塑性聚合物完全覆盖金属基材颗粒。随后，用水性乳剂浸润成型体，该水性乳剂包含热固化聚合物和用于该热固化聚合物的交联剂。结果，该成型体形成刚性框架。随后，加热该成型体，以分解聚合物并烧结金属基材颗粒。通过烧结产生的金属部件可以额外用低熔点金属(例如，铜)浸渍，从而提高金属部件的密度。缺点在于该方法比较耗时，而且由于所需的工厂技术方面的原因，成本较高。另外，这些成型件的孔隙率较高，使得烧结会导致高度收缩和收缩不均匀。尽管随后使用低熔点金属进行的浸润提高了金属部件的密度和稳定性，但与传统金属部件相比，该金属部件的热性能和机械性能相当差。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、灵活且经济的方法，用于增材制造具有可调节的密度和可调节的热稳定性和/或机械稳定性的金属和/或玻璃和/或陶瓷部件。特别地，该部件应当具有高密度和高热稳定性和/或机械稳定性。
该目的是通过一种部件的增材制造方法来实现，包括以下步骤：提供基材颗粒和粘合剂，其中，所述基材颗粒选自由以下各项构成的组：金属基材颗粒、玻璃基材颗粒和陶瓷基材颗粒，并且其中，所述粘合剂包括：热塑性聚合物，和至少一种添加剂，生成成型件，其中生成基材颗粒和粘合剂的层，并且借助于电磁辐射选择性地熔化所述粘合剂来生成成型件层，并且生成至少一个基材颗粒和粘合剂的附加层，并且借助于所述电磁辐射选择性地熔化所述粘合剂来生成至少一个附加成型件层，从生成的层中取出所述成型件，从所述成型件中去除所述粘合剂，以及烧结所述成型件以获得所述部件。金属基材颗粒和/或玻璃基材颗粒和/或陶瓷基材颗粒与至少两相的粘合剂一起被分层布置。特别地，粘合剂是粉状的。为了生成成型件，借助于电磁辐射，选择性地将布置在基材颗粒之间的粘合剂分层熔化。熔化的粘合剂分布在基材颗粒之间，并且在固化后将其保持在一起，使得形成了具有较低孔隙率的相对坚固的成型件。孔隙率取决于粘合剂的比例、组成和熔体粘度。该至少一种添加剂用于影响热塑性聚合物或粘合剂的流变特性。制成后，从产生的未熔化的层中取出固态的成型件。在这种状态下，成型件被称为生坯。随后，从成型件中去除粘合剂。由于粘合剂至少由两相构成并且包含热塑性聚合物和至少一种添加剂，因此能够简单且灵活地调节粘合剂的去除，以及因此得到的去除粘合剂的成型件的孔隙率。在随后的烧结步骤中，将基材颗粒结合在一起并形成部件。特别地，烧结为固态烧结。
由于使用的是基材颗粒并且使用的是至少两相的粘合剂，因此能够以可以根据需要设置的密度和可以根据需要设置的机械稳定性和/或热稳定性，生成部件。该至少两相的粘合剂使得能够生成具有基本上无孔且均质的微观结构的成型件。由于将基材颗粒和所提供的粘合剂混合，使得该成型件具有相当高的密度，并且具有的强度足以在不被损坏的情况下，从层中的未熔化部分中取出并进行清洁。在去除粘合剂时，特别地相继去除该至少两相的粘合剂，从而获得微孔结构的成型件。基材颗粒通过微孔成型件中的热塑性聚合物保持在一起。本发明的方法能够简单、灵活且经济地应用。将基材颗粒和所提供的至少两相的粘合剂混合，以及特别地依次从成型件中去除粘合剂，特别让调节所生成的部件的密度和机械稳定性和/或热稳定性变得可能。
所述基材颗粒和所述粘合剂形成复合颗粒，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于基材颗粒和粘合剂形成了粉状复合颗粒，提供了基材颗粒和粘合剂的均质混合物。在每种情况下，所提供的复合颗粒包括金属基材颗粒和/或玻璃基材颗粒和/或陶瓷基材颗粒，它们通过粘附粘合剂保持在一起。
所述复合颗粒均包括多个基材颗粒，这种方法确保了简单、灵活且便宜地制造出部件。粘合剂在形成各个复合颗粒的基材颗粒之间充当粘合剂。每个复合颗粒具有多个基材颗粒，使得复合颗粒的形状能够独立于基材颗粒的形状。因此，例如，能够生成基本上为球形的复合颗粒，而基材颗粒本身不必是球形的。因为无需以具有特定的、特别是球形的粉末颗粒几何形状的昂贵粉末的形式提供基材颗粒，所以降低了生成成本。特别地，每个复合颗粒的基材颗粒的平均数量至少为2，特别是至少为5，特别是至少为10，特别是至少为50，特别是至少为100，特别是至少为500，特别是至少为1000，特别是至少为5000，特别是至少为10,000，特别是至少为50,000，特别是至少为100,000。特别地，每个复合颗粒的基材颗粒的平均数量不超过20,000,000，特别是不超过10,000,000，特别是不超过5,000,000，特别是不超过1,000,000，特别是不超过500,000，特别是不超过100,000，特别是不超过50,000，特别是不超过10,000，特别是不超过5,000。
基材颗粒和至少两相的粘合剂的混合物能够经由复合颗粒的配置来调节，使得特别是能够借助于所提供的复合颗粒来调节所生成的部件的密度和机械稳定性和/或热稳定性。复合颗粒能够以简单且经济的方式布置为层。为了生成成型件，借助于电磁辐射选择性地分层熔化复合颗粒的粘合剂。例如，首先将第一层复合颗粒敷设到构造基体上，然后借助于电磁辐射选择性地熔化粘合剂。为此，相对于电磁辐射，将构造基体定位在水平的x方向和水平的y方向上。为了敷设第二层，相对于敷设方向并且相对于电磁辐射，将构造基体定位在垂直z方向上。在将第二层敷设在第一层的顶部上之后，借助于电磁辐射再次选择性地熔化粘合剂。为此，相对于电磁辐射，将构造基体定位在x方向和y方向上。以与第二层的敷设和选择性熔化相对应的方式，进行另外的层的敷设和选择性熔化，直到生成所需的成型件。
所述复合颗粒具有由根据VDI准则VDI 3405第1页的Hausner数HR定义的流动性，其中，所述Hausner数HR如下：1≤HR≤1.5，特别是1≤HR≤1.4，特别是1≤HR≤1.3，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。粉末状复合颗粒的流动性或怜性允许生成均匀且均质的层。特别地，流动性或怜性定义为复合颗粒的浇注体积与回火体积的比。
所述复合颗粒在每种情况下均具有最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒如下：0.005mm≤Amax≤0.3mm，特别是0.008mm≤Amax≤0.2mm，特别是0.01mm≤Amax≤0.1mm，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。复合颗粒首先确保了在去除粘合剂之前，成型件具有可调节的孔隙率和可调节的密度。其次，复合颗粒确保了充足的流动性或怜性，使得其能够均匀且均质地分层布置。优选地，最大尺寸Amax的范围适用于至少90％、特别是至少95％的复合颗粒。特别地，所示范围适用于复合颗粒的基于体积的累积分布。
所述复合颗粒在每种情况下均具有最小尺寸Amin和最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒如下：0.6≤Amin/Amax≤1，特别是0.7≤Amin/Amax≤1，特别是0.8≤Amin/Amax≤1，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于Amin/Amax的比率，复合颗粒基本上是球形的。结果，复合颗粒能够均匀、均质并且以可调节的密度分层布置。优选地，Amin/Amax的所示范围适用于至少90％、特别是至少95％的复合颗粒。特别地，所示范围适用于复合颗粒的基于体积的累积分布。
所述基材颗粒在所述复合颗粒中的存在比例为40％体积至70％体积，特别是45％体积至65％体积，特别是50％体积至60％体积，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。部件的密度和稳定性能够经由基材颗粒的比例进行设置。
在比温度TS高出至少10℃的温度下，所述粘合剂的熔体粘度为100Pa·s至106Pa·s，特别是100Pa·s至105Pa·s，特别是100Pa·s至104Pa·s，其中，所述温度TS是所述粘合剂的玻璃化转变温度或微晶熔化温度，并且剪切速率特别选自由以下各项构成的组：1.00s-1、2.50s-1、5.00s-1、10.0s-1、25.0s-1、50.0s-1和100s-1，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于粘合剂的熔体粘度，粘合剂会在熔化状态下变得均匀且均质地分布在基材颗粒之间，并结合单个基材颗粒或单个复合颗粒以形成封闭的成型件层，从而生成成型件。粘合剂的均匀且均质的分布导致在去除至少一种添加剂之后，形成微孔结构的成型件或棕坯。由于具有微孔结构，因此在随后的烧结步骤中生成了具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。由于熔体粘度，粘合剂因此具有所需的流动性。优选地，根据DIN EN ISO 3219(版本：1994年10月)测定熔体粘度。特别地，熔体粘度的所示值适用于1.00s-1的剪切速率。在粘合剂为非晶结构的情况下，温度TS是玻璃化转变温度，而在粘合剂部分结晶的情况下，温度TS是微晶熔化温度，特别是最大微晶熔化温度。
所述热塑性聚合物在所述粘合剂中的存在比例为10％至70％，特别是15％至50％，特别是20％至40％，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。在去除该至少一种添加剂后，通过借助于热塑性聚合物将基材颗粒保持在一起来生成微孔结构的成型件或棕坯。随后去除热塑性聚合物。部件的密度和稳定性能够经由热塑性聚合物的比例进行设置。所示的百分比值为重量百分比或体积百分比。
所述至少一种添加剂在所述粘合剂中的存在比例为30％至90％，特别是50％至85％，特别是60％至80％，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。热塑性粘合剂或粘合剂的流变特性以及部件的密度和稳定性能够经由至少一种添加剂的比例来调节。所指示的百分比值为重量百分比或体积百分比。
所述基材颗粒在每种情况下均具有最大尺寸Bmax，并且至少80％的所述基材颗粒如下：1μm≤Bmax≤50μm，特别是5μm≤Bmax≤40μm，特别是10μm≤Bmax≤30μm，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。优选地，所示范围适用于至少90％并且特别是至少95％的基材颗粒。特别地，所示范围适用于基于体积的累积分布的基材颗粒。
所述热塑性聚合物选自由以下各项构成的组：缩聚物、聚合物、加成聚合物和热塑性弹性体，这种方法确保了简单、灵活且经济地制造出部件。能够以简单且经济的方式使热塑性聚合物与基材颗粒和/或至少一种添加剂相匹配。热塑性聚合物从缩聚物、聚合物、加成聚合物和热塑性弹性体之中选择。例如，缩聚物是聚酰胺和/或聚酯。例如，聚合物是聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚乙烯吡咯烷酮和/或聚甲醛。例如，加成聚合物是聚氨酯。
所述至少一种添加剂包括增塑剂，特别是芳族羟基苯甲酸的酯，这种方法确保了简单且经济地制造出部件。由于至少一种添加剂是增塑剂，因此能够以所需的方式调节热塑性聚合物或粘合剂的流动性。特别地，增塑剂是芳族羟基苯甲酸的酯，并且优选是对羟基苯甲酸的脂肪醇酯，碳链长度优选处于C12-C26的范围内，特别优选处于C18-C22的范围内。特别地，借助于增塑剂来调节或降低热塑性聚合物的粘度。特别地，增塑剂包括至少一种增塑物质。例如，增塑剂是多种增塑物质的混合物。
所述层以厚度D敷设，所述厚度D如下：.05mm≤D≤0.3mm，特别是0.07mm≤D≤0.25mm，特别是0.09mm≤D≤0.2mm，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。通过厚度D确保了粘合剂的可靠熔化，使得熔化的粘合剂变得均匀且均质地分布在基材颗粒之间，并且在粘合剂固化后形成成型件。借助于敷设设备，将各层敷设到构造基体或先前敷设的层上。例如，敷设设备配置为刮片和/或滚筒。
所述基材颗粒和所述粘合剂分布在构造区域中以形成层，其中，所述构造区域中的温度TB如下：20℃≤TB≤TS，特别是20℃≤TB≤120℃，特别是25℃≤TB≤100℃，特别是30℃≤TB≤80℃，其中，TS是所述粘合剂的玻璃化转变温度或微晶熔化温度，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。构造区域位于构造基体上方。优选地，借助于至少一个加热元件来加热构造区域。温度TB首先确保了粉状复合颗粒具有充足的流动性或怜性，其次确保了在随后的成型件的烧结中的低收缩。在粘合剂为非晶结构的情况下，温度TS为玻璃化转变温度。在粘合剂部分结晶的情况下，温度TS是粘合剂的最高微晶熔化温度。对于玻璃化转变温度和微晶熔化温度的定义，可以参考DIN EN ISO11357第2部分(版本：2013年5月1日第二版)和第3部分(版本：2011年5月1日第二版)。
从所述成型件中相继去除所述粘合剂，特别是在所述热塑性聚合物之前，从所述成型件中至少部分地去除所述至少一种添加剂，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。相继去除至少两相的粘合剂形成了微孔结构的成型件。在微孔成型件中，基材颗粒通过热塑性聚合物保持在一起。因此，在进一步去除粘合剂并随后烧结微孔成型件时，发生低收缩，使得所得到的部件具有均质性，并且具有所需的密度，特别是高密度。优选地，在热塑性聚合物之前，至少部分地从成型件中去除至少一种添加剂，例如增塑剂。特别地，该至少一种添加剂(例如增塑剂)能够借助于溶剂溶解，而热塑性聚合物不溶于该溶剂。在相继去除粘合剂的过程中，例如借助于溶剂从成型件中大量去除该至少一种添加剂。为此，优选将成型件浸入溶剂中。在借助于溶剂去除化学粘合剂后，成型件被称为棕坯。随后对成型件或棕坯进行例如粘合剂热去除。在热去除粘合剂时，保留在成型件中的该至少一种添加剂(例如，增塑剂)以及不溶于溶剂的热塑性聚合物均从成型件中去除。
所述至少一种添加剂能够借助于溶剂溶解，并且所述热塑性聚合物不溶于所述溶剂，并且所述至少一种添加剂借助于所述溶剂至少部分地从所述成型件中去除，这种方法确保了简单、灵活且经济地构造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。该至少一种添加剂(例如，增塑剂)能够借助于溶剂溶解，而热塑性聚合物不溶于该溶剂，这一事实使得以一种简单且经济的方式去除该至少一种添加剂的粘合剂化学去除成为可能。在从所生成的未熔化层中取出成型件之后，借助于溶剂从成型件中非常大量地去除该至少一种添加剂。为此，优选将成型件浸入溶剂中。借助于溶剂进行粘合剂化学去除后的成型件被称为棕坯。粘合剂化学去除后形成微孔结构的成型件。在微孔成型件中，基材颗粒通过热塑性聚合物保持在一起。不能借助于溶剂溶解热塑性聚合物的事实，使得能够以简单的方式从成型件中相继去除粘合剂并形成微孔结构。优选地，该至少一种添加剂(特别是增塑剂)能够溶于丙酮，从而借助于溶剂简单且经济地去除该至少一种添加剂。
将所述成型件浸入溶剂中，以去除所述至少一种添加剂，其中，所述溶剂的温度TL如下：20℃≤TL≤100℃，特别是25℃≤TL≤80℃，特别是30℃≤TL≤60℃，这种方法确保了简单且经济地制造出部件。温度TL首先使得能够从成型件中快速去除该至少一种添加剂(例如，增塑剂)，其次确保了成型件或生坯的尺寸稳定性。温度TL越高，去除该至少一种添加剂发生地越快。
借助于溶剂从所述成型件中去除所述至少一种添加剂的30％至100％，特别是50％至90％，特别是60％至80％，这种方法确保了简单且经济地制造出部件。优选地，借助于溶剂非常完全地去除该至少一种添加剂(例如，增塑剂)。这简化了随后的粘合剂去除或粘合剂热去除。所示值涉及该至少一种添加剂的按重量百分比或体积百分比计的比例。
在第一温度T1下至少部分地从所述成型件中热去除所述粘合剂，其中，所述第一温度T1如下：300℃≤T1≤900℃，特别是400℃≤T1≤800℃，特别是550℃≤T1≤750℃，这种方法确保了简单且经济地制造出部件。在去除该至少一种添加剂(例如，增塑剂)之后，通过加热微孔成型件或棕坯，将热塑性聚合物和存在的任何残留添加剂或该至少一种添加剂的残留物从成型件中烧尽。特别地，根据热塑性聚合物选择第一温度T1。在温度T1下去除热塑性聚合物的时间为Δt1，该时间取决于部件的几何形状，并且特别地，与要生成的部件的壁厚的平方成比例。优选地，选择的时间Δt1使得至少95％、特别是至少99％、特别是至少99.9％的粘合剂被去除。
所述粘合剂的热去除在惰性气体气氛下或在还原性气氛下或在高度真空下进行，这种方法确保了简单地制造出部件。借助于惰性气体气氛或还原性气氛或高度真空，避免了在粘合剂热去除过程中发生不希望的化学反应。特别地，惰性气体气氛包括至少一种稀有气体，例如氦气或氩气。
在烧结之后，至少95％、特别是至少99％、特别是至少99.9％的所述粘合剂已经从所述成型件中去除，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。基材颗粒借助于烧结步骤结合在一起，从而产生部件。烧结后，部件优选被完全清除掉粘合剂。结果，部件形成了具有所需密度的均质微孔结构。所示值涉及粘合剂的按重量百分比或体积百分比计的比例。
在第二温度T2下进行烧结，其中，所述第二温度T2如下：600℃≤T2≤2400℃，特别是800℃≤T2≤2200℃，特别是1100℃≤T2≤2000℃，这种方法确保了简单且灵活地制造出具有可调节的密度和可调节的稳定性的部件。机械稳定性和热稳定性能够根据所使用的基材颗粒进行针对性地设置。根据所使用的基材颗粒，能够生成由至少一种材料(金属、玻璃和陶瓷)组成的部件。在生成金属部件时，第二温度T2优选如下：600℃≤T2≤2000℃，特别是800℃≤T2≤1800℃，特别是1100℃≤T2≤1500℃。在生成陶瓷和/或玻璃部件时，第二温度T2优选如下：600℃≤T2≤2400℃，特别是800℃≤T2≤2200℃，特别是1100℃≤T2≤2000℃。在第二温度T2下进行烧结的时间为Δt2，该时间Δt2取决于部件的几何形状，并且特别地，与要生成的部件的壁厚的平方成比例。优选地，时间Δt2的长度使得部件的孔隙率不会通过随后的进一步烧结而发生相关变化。优选地，烧结一直进行到孔隙率P满足以下条件：0.01≤P≤0.15，特别是0.03≤P≤0.12，特别是0.05≤P≤0.09。
本发明的又一个目的是提供一种增材制造的金属和/或玻璃和/或陶瓷部件，该部件具有可调节的密度和可调节的机械稳定性和/或热稳定性。特别地，该部件应当具有较高的密度和较高的机械稳定性和/或热稳定性。
该目的是通过一种由金属、玻璃和陶瓷材料中的至少一种构成的部件实现的，在所述部件的内部中和部件表面处存在孔，至少80％、特别是至少85％、特别是至少90％的所述孔的最大尺寸的范围是1μm至100μm，特别是10μm至80μm，特别是20μm至60μm。由于具有本申请特征的增材制造方法，部件在烧结后具有微孔结构。微孔结构包括部件内部的闭孔，和部件表面的开孔。微孔结构确保了根据所使用的材料或所使用的材料具有可调节的密度以及可调节的机械稳定性和/或热稳定性。
孔隙率P如下：0.01≤P≤0.15，特别是0.03≤P≤0.12，特别是0.05≤P≤0.09，这种部件确保了密度的可调节性和稳定性的可调节性。孔隙率P是通过孔体积与部件体积之比定义的。
所述部件表面具有表面粗糙度rZ，其中，所述表面粗糙度rZ如下：5μm≤rZ≤200μm，特别是10μm≤rZ≤120μm，特别是15μm≤rZ≤100μm，这种部件使得能够进行有利的应用。由于部件表面上的开孔，孔的大小导致形成表面粗糙度。由于增材制造而产生的表面粗糙度对于特定应用是(例如植入领域的应用)有利的。表面粗糙度rZ是根据DIN EN ISO 4287(版本：1998年10月)定义的，并且根据DIN EN ISO 4288(版本：1998年4月)的轮廓法进行测量。
根据本申请的部件使得能够进行有利的应用。由于部件的增材制造，部件表面上的开孔至少部分形成底切部。这些底切部能够例如在将部件用作用于组织生长的植入物时使用。
该目的也是通过根据本申请的增材制造方法的特征生成的部件实现的。
附图说明
从以下对实施例的描述中，可以得出本发明的其他特征、优点和特定方面。附图示出了以下内容：
图1是部件的增材制造方法的流程图，
图2是用于从复合颗粒中增材制造出成型件的装置的示意图，
图3是图2的装置的构造空间的放大图，
图4是包括基材颗粒和两相粘合剂的复合颗粒的示意图，
图5是复合颗粒的基于体积的累积分布，
图6是装有溶剂的容器的示意图，该溶剂用于从成型件中化学去除粘合剂，
图7是用于热去除粘合剂和烧结成型件的温度曲线示意图，以及
图8是烧结后的增材制造部件的放大剖视图。
具体实施方式
在方法步骤S1中，提供复合颗粒2，以便进行部件1的增材制造。复合颗粒2各自包括金属和/或玻璃和/或陶瓷基材颗粒3，这些颗粒借助于两相粘合剂4相互粘附。两相粘合剂4又包括能够借助于溶剂6溶解的增塑剂形式的添加剂5，以及不溶于溶剂6的热塑性聚合物7。
复合颗粒2的流动性或怜性由根据VDI准则VDI 3405第1页(版本：2013年10月)的Hausner数HR定义，其中，Hausner数HR如下：1≤HR≤1.5，特别是1≤HR≤1.4，特别是1≤HR≤1.3。
此外，在每种情况下，复合颗粒2都具有最小尺寸Amin和最大尺寸Amax。基于体积的累积分布Q3的复合颗粒2中至少有80％、特别是至少有90％、特别是至少有95％满足以下条件：0.005mm≤Amax≤0.3mm，特别是0.008mm≤Amax≤0.2mm，特别是0.01mm≤Amax≤0.1mm。在图5中，通过示例的方式示出了作为尺寸A的函数的复合颗粒2的基于体积的累积分布Q3。此外，复合颗粒2基本上是球形的，使得基于体积的累积分布的复合颗粒2中至少有80％、特别是至少有90％、特别是至少有95％满足以下条件：0.6≤Amin/Amax≤1，特别是0.7≤Amin/Amax≤1，特别是0.8≤Amin/Amax≤1。
在每种情况下，基材颗粒3在复合颗粒2中的存在比例为40％体积至70％体积，特别是45％体积至65％体积，特别是50％体积至60％体积。在每种情况下，基材颗粒3都具有最大尺寸Bmax，其中，基于体积的累积分布的基材颗粒3中至少有80％、特别是至少有90％、特别是至少有95％满足以下条件：1μm≤Bmax≤50μm，特别是5μm≤Bmax≤40μm，特别是10μm≤Bmax≤30μm。
基材颗粒3通过两相粘合剂4保持在一起，从而形成粉状复合颗粒2。在比温度TS高出至少10℃的温度下，粘合剂4的熔体粘度为100Pa·s至106Pa·s，特别是100Pa·s至105Pa·s，特别是100Pa·s至104Pa·s，其中，在粘合剂4具有非晶结构的情况下，温度TS为玻璃化转变温度，而在粘合剂4部分结晶的情况下，温度TS为粘合剂4的微晶熔化温度。熔体粘度是根据DIN EN ISO 3219(版本：1994年10月)测定的，并且特别地，剪切速率选自由以下各项构成的组：1.00s-1、2.50s-1、5.00s-1、10.0s-1、25.0s-1、50.0s-1和100s-1。特别地，熔体粘度的所示值适用于1.00s-1的剪切速率。在两相粘合剂4中，热塑性聚合物7的存在比例为10％重量至70％重量，特别是15％重量至50％重量，特别是20％重量至70％重量，并且增塑剂5的存在比例为30％重量至90％重量，特别是50％重量至85％重量，特别是60％重量至80％重量。可选地，粘合剂4能够包含另外的添加剂。
热塑性聚合物7选自由以下各项构成的组：缩聚物、聚合物、加成聚合物和热塑性弹性体。增塑剂5是芳族羟基苯甲酸的酯，优选对羟基苯甲酸的脂肪醇酯，碳链长度优选处于C12-C26的范围内，特别是处于C18-C22的范围内。增塑剂5用于调节粘合剂4的熔体粘度和流变特性。
复合颗粒2例如通过使悬浮液进行喷雾干燥而生成，该悬浮液由基材颗粒3和其中溶解有粘合剂4的醇类介质构成。
复合颗粒2借助于用于增材制造成型件9的装置8而提供。为此，装置8具有基体10，该基体具有在水平x方向和水平y方向上延伸的平面11。在基体10中形成储集凹部12，该储集凹部与能够在垂直z方向上移动的板13一起为复合颗粒2提供储集空间14。储集空间14在表面11的方向上敞开。复合颗粒2设置在储集空间14中。粉末状复合颗粒2又称为原料粉末。x、y和z方向形成笛卡尔坐标系。
在x方向上紧靠储集凹部12处，在基体10中设置有构造凹部15。该构造凹部15在x方向和y方向上延伸，并且限定出构造域。在构造凹部15中布置有能够在z方向上移动的构造基体16。优选地，构造基体16配置成构造平台。构造凹部15和构造基体16界定了在表面11的方向上敞开的构造空间17。
在方法步骤S2中，借助于敷设设备18将复合颗粒2的第一层L1敷设到构造基体16。敷设设备18在z方向上布置在表面11上方，并且将提供的复合颗粒2输送到构造空间17中。为此，敷设设备18具有例如刮片19，该刮片在y方向上延伸，并且能够沿着表面11在x方向上移动。为了敷设第一层L1，首先在z方向上移动板13，使得在表面11上方存在所需量的复合颗粒2。随后在x方向上移动刮片19，使得刮片19携带位于表面11上方的复合颗粒2，并将其输送到构造空间17中并在构造空间17中将其均匀分布。板13、刮片19和构造基体16的移动是借助于控制装置20进行控制的。第一层L1以厚度D敷设，该厚度D由构造基体16到表面11的距离确定。
在方法步骤S3中，选择性地熔化第一层L1中的复合颗粒2的粘合剂4，从而形成第一成型件层F1。在该方法步骤中，第一层L1最靠近表面11并形成构造区域。借助于加热元件23，将构造区域加热到温度TB。在构造区域中，温度TB如下：20℃≤TB≤TS，特别是20℃≤TB≤120℃，特别是25℃≤TB≤100℃，特别是30℃≤TB≤80℃。在粘合剂4具有非晶结构的情况下，Ts为玻璃化转变温度，或者在粘合剂4具有部分结晶或晶体结构的情况下，Ts为粘合剂4的最高微晶熔化温度。借助于电磁辐射R，特别是借助于激光辐射，进行选择性熔化。电磁辐射R是借助于电磁辐射源21产生的，并且借助于发射镜设备22导向至构造域。反射镜装置22允许照射到构造域上的电磁辐射R在x方向和y方向上移动。为了生成第一成型件层F1，电磁辐射R根据要生成的成型件9在x方向和/或y方向上移动。电磁辐射R使粘合剂4熔化，从而使粘合剂4在基材颗粒3之间散布，并在固化时形成固态的第一成型件层F1。
在方法步骤S4中，以上述方式将复合颗粒2的附加层L2敷设到先前敷设的层L1。为此，在z方向上移动板13，从而使所需量的复合颗粒2存在于表面11上方，并且能够借助于敷设设备18将其运送到构造空间17。为了敷设层L2，在z方向上降低构造基体16地厚度D，从而使复合颗粒2能够均匀且均质地分布在先前敷设的层L1的顶部。
在方法步骤S5中，借助于电磁辐射R以上述方式选择性地熔化层L2中的复合颗粒2的粘合剂4，从而产生附加成型件层F2。熔化的粘合剂4在基材颗粒3之间散布，并且在粘合剂4固化之后将基材颗粒3保持在一起。所敷设的层L1、L2的厚度D如下：0.05mm≤D≤0.3mm，特别是0.07mm≤D≤0.25mm，特别是0.09mm≤D≤0.2mm。重复方法步骤S4和S5，直到已经以所需的方式完成成型件9的增材制造。在图3中，通过示例的方式描绘了三个层L1、L2和Ln以及三个成型件层F1、F2和Fn，其中n＝3。替代地，在借助于电磁辐射R熔化粘合剂4并且形成固态的第一成型件层F1之前，能够首先敷设一层或多层复合颗粒2。在这种情况下，成型件9布置在至少一层尚未熔化的层上。
在方法步骤S6中，从尚未熔化的复合颗粒2中取出成型件9，并从构造空间17中取出并进行清洁。成型件9又称为生坯。
在方法步骤S7中，对成型件9进行粘合剂化学去除。为此，将成型件9浸入装有溶剂6的容器24中。这在图6中示出。例如，丙酮用作溶剂6。溶剂6将增塑剂5从成型件9中溶解出来，而热塑性聚合物7是不溶的并且保留在成型件9中。由于去除了增塑剂5，成型件9获得了微孔结构。溶剂6的温度为TL。温度TL如下：20℃≤TL≤100℃，特别是25℃≤TL≤80℃，特别是30℃≤TL≤60℃。借助于溶剂6，从成型件9中去除了30％至100％，特别是50％至90％，特别是60％至80％的增塑剂5。在化学去除粘合剂后，成型件9又称为棕坯。在时间Δt0之后，停止化学去除粘合剂，并且从溶剂6中取出成型件9。时间Δt0取决于部件的几何形状，并且特别地，与成型件9的壁厚的平方成比例。
在方法步骤S8中，在化学去除粘合剂后，对成型件9进行粘合剂热去除，并且随后在方法步骤S9中进行烧结。借助于加热设备，在惰性气体气氛下或在还原气氛下或在高度真空下，进行粘合剂热去除和烧结。为了实现粘合剂热去除，使成型件9达到第一温度T1。第一温度T1如下：300℃≤T1≤900℃，特别是400℃≤T1≤800℃，特别是550℃≤T1≤750℃。在粘合剂的热去除中，粘合剂4(即，热塑性聚合物7和可选的残留增塑剂5)在第一温度T1下从成型件9中烧尽，从而完成粘合剂4的热去除。在此，基材颗粒3部分地形成烧结颈，使得尽管去除了热塑性聚合物7，成型件9仍保持在一起。由于成型件9具有微孔结构，粘合剂的热去除发生得迅速且均匀。粘合剂4的热去除在时间Δt1内进行。时间Δt1取决于部件的几何形状，并且特别地，与要生成的部件1的壁厚的平方成比例。优选地，选择的时间Δt1使得至少95％、特别是至少99％、特别是至少99.9％的粘合剂4被去除。
在处理步骤S9中，随后使成型件9达到高于第一温度T1的第二温度T2。烧结成型件9是在温度T2下进行的。第二温度T2如下：600℃≤T2≤2400℃，特别是800℃≤T2≤2200℃，特别是1100℃≤T2≤2000℃。烧结时间为Δt2。时间Δt2取决于部件的几何形状，并且特别地，与要生成的部件1的壁厚的平方成比例。优选地，时间Δt2的长度使得部件1的孔隙率不会通过随后的进一步烧结而发生相关变化。优选地，烧结一直进行到孔隙率P满足以下条件：0.01≤P≤0.15，特别是0.03≤P≤0.12，特别是0.05≤P≤0.09。
在烧结之后，至少90％、特别是至少95％、特别是至少99.9％的粘合剂4已经从成型件9中去除。烧结后存在增材制造的部件1。
根据所使用的金属和/或玻璃和/或陶瓷的基材颗粒3，部件1由金属和/或玻璃和/或陶瓷构成。在部件的内部25中，部件1具有闭孔26。在部件表面27处，部件1具有开孔28。部件1具有微孔性结构，这使得至少80％、特别是至少85％、特别是至少90％的孔26、28的最大尺寸(d最大)的范围是1μm至100μm，特别是10μm至80μm，特别是20μm至60μm。部件1具有孔隙率P，其定义为孔体积与部件体积之比。部件体积包括材料体积和闭孔26的体积。隙率P如下：0.01≤P≤0.15，特别是0.03≤P≤0.12，特别是0.05≤P≤0.09。
由于其形状，部件表面27处的开孔28至少部分地形成底切部29。例如，开孔28具有从部件表面27延伸的液滴状形状，从而使这些孔在部件的内部25的方向上变宽并形成底切部29。由于开孔28，部件表面27具有表面粗糙度rZ。表面粗糙度rZ如下：5μm≤rZ≤200μm，特别是10μm≤rZ≤120μm，特别是15μm≤rZ≤100μm。表面粗糙度rZ是根据DIN EN ISO 4287(版本：1998年10月)定义的，并且根据DIN EN ISO 4288(版本：1998年4月)的轮廓法进行测量。

Claims (23)

1.一种部件的增材制造方法，包括以下步骤：
-提供基材颗粒(3)和粘合剂(4)，
--其中，所述基材颗粒(3)选自由以下各项构成的组：金属基材颗粒(3)、玻璃基材颗粒(3)和陶瓷基材颗粒(3)，
--其中，所述粘合剂(4)包括：
---热塑性聚合物(7)，和
---至少一种添加剂(5)，以及
--其中所述基材颗粒(3)和所述粘合剂(4)形成复合颗粒(2)，
其中所述复合颗粒(2)均包括多个基材颗粒(3)，
-生成成型件(9)，其中
--生成基材颗粒(3)和粘合剂(4)的层L1至Ln，并且借助于电磁辐射R选择性地熔化所述粘合剂(4)来生成成型件层F1至Fn，并且
--生成至少一个基材颗粒(3)和粘合剂(4)的附加层L1至Ln，并且借助于所述电磁辐射R选择性地熔化所述粘合剂(4)来生成至少一个附加成型件层F1至Fn，
-从生成的层L1至Ln中取出所述成型件(9)，
-从所述成型件(9)中去除所述粘合剂(4)，以及
-烧结所述成型件(9)以获得所述部件(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)具有由根据VDI准则2013年10月的版本VDI 3405第1页的Hausner数HR定义的流动性，其中，所述Hausner数HR为1≤HR≤1.5。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)各自具有最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒(2)为0.005mm≤Amax≤0.3mm。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述复合颗粒(2)各自具有最小尺寸Amin和最大尺寸Amax，并且至少80％的所述复合颗粒(2)为0.6≤Amin/Amax≤1。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)在所述复合颗粒(2)中的存在比例为40％体积至70％体积。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
在比温度TS高出至少10℃的温度下，所述粘合剂(4)的熔体粘度为100Pa·s至106Pa·s，其中，所述温度TS是所述粘合剂(4)的玻璃化转变温度或微晶熔化温度。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述热塑性聚合物(7)在所述粘合剂(4)中的存在比例为10％至70％。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述至少一种添加剂(5)在所述粘合剂(4)中的存在比例为30％至90％。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)各自具有最大尺寸Bmax，并且至少80％的所述基材颗粒(3)为1μm≤Bmax≤50μm。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述热塑性聚合物(7)选自由以下各项构成的组：缩聚物、加成聚合物和热塑性弹性体。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述至少一种添加剂(5)包括增塑剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一种添加剂(5)包括芳族羟基苯甲酸的酯。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述层以厚度D敷设，所述厚度D为0.05mm≤D≤0.3mm。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述基材颗粒(3)和所述粘合剂(4)分布在构造区域中以形成层，其中，所述构造区域中的温度TB如下：20℃≤TB≤TS，其中，TS是所述粘合剂(4)的玻璃化转变温度或微晶熔化温度。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
从所述成型件(9)中相继去除所述粘合剂(4)。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，
如此从所述成型件(9)中相继去除所述粘合剂(4)，以使得在所述热塑性聚合物(7)之前，从所述成型件(9)中至少部分地去除所述至少一种添加剂(5)。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述至少一种添加剂(5)能够借助于溶剂(6)溶解，并且所述热塑性聚合物(7)不溶于所述溶剂(6)，并且所述至少一种添加剂(5)借助于所述溶剂(6)至少部分地从所述成型件(9)中去除。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
将所述成型件(9)浸入溶剂(6)中，以去除所述至少一种添加剂(5)，其中，所述溶剂(6)的温度TL为20℃≤TL≤100℃。
19.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
借助于溶剂(6)从所述成型件(9)中去除所述至少一种添加剂(5)的30％至100％。
20.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
在第一温度T1下至少部分地从所述成型件(9)中热去除所述粘合剂(4)，其中，所述第一温度T1为300℃≤T1≤900℃。
21.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述粘合剂(4)的热去除在惰性气体气氛、或还原性气氛、或高度真空下进行。
22.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
在烧结之后，至少95％的所述粘合剂(4)已经从所述成型件(9)中去除。
23.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
在第二温度T2下进行烧结，其中，所述第二温度T2为600℃≤T2≤2400℃。
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