CN111344091A - 在借助于增材制造方法制造三维物体时使用的粉末混合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且其中该增强材料包含纳米颗粒。

Description

在借助于增材制造方法制造三维物体时使用的粉末混合物
技术领域
本发明涉及在借助于增材制造方法制造三维物体时使用的粉末混合物，用于生产该粉末混合物的方法，通过该粉末混合物的选择性逐层固化(solidification)而由该粉末混合物制造三维物体的方法，通过选择性逐层固化由该粉末混合物制造的三维物体，以及用于通过施加并选择性固化该粉末组合物来逐层制造三维物体的设备的控制单元。
背景技术
还包括快速原型(rapid prototyping)方法和快速制模(rapid tooling)方法的增材制造方法的实例以名称“选择性激光烧结”和“选择性激光熔化”而为人知。在这些方法中，粉末形式的成形材料(building material)的薄层被重复施加，并且每层中的成形材料通过使用激光束的选择性辐照而在与三维物体的横截面相对应的位置处选择性地固化，即该成形材料在这些位置处熔融或部分熔融，然后固化。
例如，在EP 1 762 122 A1中描述了通过选择性激光烧结或选择性激光熔化来生产三维物体的方法以及用于实施这种方法的设备。
在Dongdong Gu等人在Applied Surface Science中(Vol.255，第1880-1887页(2008年出版))的文章中，公开了使用不锈钢进行激光烧结。然而，由不锈钢制成的三维物体的性能(尤其是机械性能)通常不能令人满意。
为了改善三维物体的性能，在本领域中已知通过传统烧结方法和铸造方法由钢和增强颗粒(例如碳化物颗粒)生产三维物体。但是增强效果有限，这例如归因于在处理时间期间增强颗粒在熔融铁中的溶解。如果增强颗粒具有小尺寸的话，则尤其可能如此。小颗粒尺寸可能导致颗粒快速溶解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉末混合物，对其的使用使得能够获得改善的增材制造方法；用于生产这种粉末混合物的方法；用于利用该粉末混合物来制造三维物体的改善的方法；由该粉末混合物制造的改善的三维物体，例如具有改善的机械性能的三维物体；以及用于利用该粉末混合物制造三维物体的设备的控制单元。
该目的通过根据权利要求1的粉末混合物、根据权利要求12的用于生产该粉末混合物的方法、根据权利要求13和20的用于制造三维物体的方法、根据权利要求15的三维物体以及根据权利要求19的控制单元来实现。在从属权利要求中具体说明了本发明的细化。在从属权利要求中阐述的任何特征以及在下面的本发明的示例性实施方案的描述中阐述的任何特征可被理解为是适合于细化该粉末混合物、该用于生产该粉末混合物的方法、该用于制造三维物体的方法、该三维物体和该控制单元的特征。
粉末混合物被理解为是指两种或更多种组分的粒状混合物。根据本发明的粉末混合物包含第一和第二材料。该第二材料包含增强材料。该粉末混合物用于增材制造方法中。如此制造的三维物体包含复合材料。复合材料是具有在其中嵌入了增强材料的基质材料的材料。与基质材料和/或增强材料相比，复合材料通常具有改善的(机械)性能。
根据本发明的粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且其中该增强材料包含纳米颗粒。
纳米颗粒可优选地被理解为是指尺寸小于500nm、特别是最高达499nm的任何形状的颗粒。仅有两维小于500nm并且一维超过500nm的管和纤维也被认为是纳米颗粒。另外，优选地应理解，纳米颗粒的尺寸大于约1nm。
优选地，纳米颗粒是平均粒子尺寸在1×10-9m至1×10-7m之间且最大粒子尺寸不大于5×10-7m的颗粒。更优选使用平均粒子尺寸为至少10nm和/或小于100nm的纳米颗粒；并且特别优选使用平均粒子尺寸为至少20nm和/或小于40nm的纳米颗粒。
颗粒的尺寸、特别是纳米颗粒的平均粒子尺寸和最大粒子尺寸可使用激光散射或激光衍射或可替代地使用扫描电镜(SEM)或透射电镜(TEM)图像分析来确定。通过使用SEM或TEM图像分析，例如可以基于显微图像测量平均粒子尺寸并计算体积或颗粒平均粒子尺寸。
术语“中值粒子尺寸(median grain size)”也被表示为“d50-值”，被理解为是指与颗粒体积分布的中值相对应的粒径，也即是指分离下一半体积和上一半体积的粒径值的值。该中值粒子尺寸可使用激光散射或激光衍射或可替代地使用扫描电镜(SEM)或透射电镜(TEM)图像分析来确定。
该第一材料和/或该第二材料可包含其他材料。
通过使用根据本发明的粉末混合物，例如提供了改善的增材制造方法，尤其是提供了导致获得包含复合材料的三维物体的增材制造方法，该复合材料与纯基质材料相比具有改善的性能。
优选地，该纳米颗粒至少部分地以化学未改性的形式嵌入复合物体的基质中。这意味着由该第二材料所包含的增强材料的至少一部分在被嵌入基质中之前未经历其化学组成的变化。
优选地，选择该第一材料和该纳米颗粒，使得在制造三维物体期间该纳米颗粒被液态第一材料合适地润湿，而该纳米颗粒在液态第一材料中的溶解以及该纳米颗粒与该第一材料的化学反应得以避免。所得三维物体的结构然后可以是几乎全致密(无孔)的，并且该纳米颗粒与该第一材料具有良好的粘合性。
优选地，该纳米颗粒的平均粒子尺寸为1nm或更大，优选为10nm或更大，更优选为20nm或更大。
优选地，该纳米颗粒的平均粒子尺寸小于500nm，优选100nm或更小，更优选75nm或更小，最优选40nm或更小。
优选地，该纳米颗粒具有基本上球形或基本上有角的或基本上不规则的形状，其中更优选地，该纳米颗粒具有基本上球形的形状，即它们具有高程度的圆度。有可能该增强材料包含不同形状的纳米颗粒，例如包含基本上球形的纳米颗粒和基本上有角的的纳米颗粒的粉末。
作为颗粒圆度的量度，优选可以使用它们的平均球形度(sphericity)Ψ。在纳米颗粒的情况下，优选使用扫描电镜(SEM)或透射电镜(TEM)图像分析来确定平均球形度Ψ。通常，产生个体纳米颗粒的足够放大率和分辨率的图像的任何SEM或TEM成像设置可被用于颗粒成像。然后可以使用例如OLYMPUS Stream Image Analysis Software(v1.9)分析这些图像，以确定平均球形度值。
该钢优选包含Fe和最大0.10％重量的C、2.00-3.00％重量的Mo、10.00-15.00％重量的Ni和16.00-19.00％重量的Cr；更优选地，其进一步包含最大0.030％重量的S、最大0.045％重量的P、最大0.16％重量的N、最大0.50％重量的Cu、最大1.00％重量的Si和最大2.00％重量的Mn。
优选地，该第一材料的中值粒子尺寸为1μm或更大，更优选为5μm或更大，还更优选为10μm或更大，和/或150μm或更小，更优选为75μm或更小。
优选地，该第一材料包含基本上球形的钢颗粒。
优选地，该纳米颗粒包含至少一种非金属材料，其中更优选地，该非金属材料是硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、硅化物和碳中的一种。
优选地，该纳米颗粒包含碳化钛，其中更优选地，该纳米颗粒是碳化钛纳米颗粒。
在另一种优选的实施方案中，该纳米颗粒包含碳化钨，其中更优选地，该纳米颗粒是碳化钨。
优选地，该粉末混合物中该纳米颗粒的含量为0.05％重量或更大，优选0.1％重量或更大，更优选0.3％重量或更大，还更优选0.5％重量或更大。
优选地，该粉末混合物中该纳米颗粒的含量为40％重量或更小，优选10％重量或更小，更优选5％重量或更小，还更优选4％重量或更小。例如，如果该纳米颗粒包含碳化钛，则该纳米颗粒的含量特别优选为40％重量或更小，甚至更优选10％重量或更小。
根据本发明的粉末混合物的生产方法是用于生产粉末混合物的方法，该粉末混合物用于通过增材制造方法制造三维物体，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，其中该增强材料包含纳米颗粒，并且其中该粉末混合物通过以预定的混合比混合该第一材料和该第二材料来生产。通过使用这种方法，可生产根据本发明的粉末混合物。
优选地，该混合是干混合。
根据本发明的三维物体的制造方法是一种用于通过粉末混合物的选择性逐层固化而由该粉末混合物制造三维物体的方法，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁辐射和/或粒子辐射来实现，其中该粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，并且其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且其中该增强材料包含纳米颗粒。通过使用这种方法，例如可制造具有改善的材料性能的三维物体。
优选地，该用于制造三维物体的方法包括以下步骤：
在底板(base plate)上或在成形平台(building platform)上或在先前施加的层上施加该粉末混合物的层，
在与该层中的三维物体的横截面相对应的位置处选择性地固化该粉末混合物，并且
重复该施加和固化的步骤，直至完成三维物体为止。
根据本发明的三维物体是通过粉末混合物的选择性逐层固化而由该粉末混合物制造的三维物体，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射来实现，其中该粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，并且其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且其中该增强材料包含纳米颗粒。与由该第一材料制造的三维物体相比，该三维物体具有例如改善的机械性能和/或改善的腐蚀性能和/或改善的这些性能之间的平衡。
优选地，该增强材料至少以化学未改性的形式嵌入该复合物体的基质中。
优选地，该三维物体的材料所具有的拉伸强度为490MPa(符合标准ASTM F138)或更高，更优选为750MPa或更高，还更优选为800MPa或更高，最优选为1000MPa或更高。
优选地，该三维物体的材料所具有的屈服强度为170MPa或更高，优选为400MPa或更高，最优选为800MPa或更高。
优选地，与由该第一材料制造的三维物体的磨损测试中的销(pin)质量损失相比，该三维物体的磨损测试中的销质量损失的减少为25％或更大，优选为50％或更大，更优选为75％或更大，其中由该第一材料制造三维物体通过在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射的该第一材料的选择性逐层固化来实现。
优选地，与由该第一材料制造的三维物体的磨损测试中的盘质量损失相比，该三维物体的磨损测试中的盘质量损失的增加为15％或更大，优选为50％或更大，更优选为70％或更大，其中由该第一材料制造三维物体通过在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射的该第一材料的选择性逐层固化来实现。
根据本发明的控制单元是用于通过施加并选择性固化粉末组合物来逐层制造三维物体的设备的控制单元，其中该粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的钢，其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，其中该增强材料包含纳米颗粒，并且其中该控制单元适于控制通过电磁和/或粒子辐射将预定量的能量引入到该粉末混合物的限定体积中。这例如提供了一种用于制造具有改善的材料性能的三维物体的设备的控制单元。
优选地，选择该预定量的能量的上限，以使得在将该预定量的能量施加到该粉末混合物的限定体积中的时间期间，该纳米颗粒未完全溶解。
优选地，限定该预定量的能量的上限，以使得在将该预定量的能量施加到该粉末混合物的限定体积中的时间期间，该纳米颗粒溶解达90％重量或更少，更优选70％重量或更少，再更优选50％重量或更少，甚至更优选30％重量或更少，最优选5％重量或更少。
根据本发明的一种实施方案的制造三维物体的方法是一种用于通过粉末混合物的选择性逐层固化而由该粉末混合物制造三维物体的方法，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射来实现，其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，其中该第一材料包含粉末形式的金属，其中该第二材料包含增强材料，其中该粉末混合物在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射进行选择性固化，形成复合材料，其中该增强材料包含纳米颗粒，并且其中90％重量或更少、优选70％重量或更少、更优选50％重量或更少、再更优选30％重量或更少、甚至更优选5％重量或更少的该纳米颗粒溶解在该金属中。通过使用这种方法，例如可制造具有改善的材料性能的三维物体。
附图说明
在借助附图的示例性实施方案的描述中可看到本发明的其他特征和权益。
图1是根据本发明的一种实施方案的逐层制造三维物体的设备的局部剖视的示意图。
图2示出了根据本发明的一种实施方案的用于生产粉末混合物的第一材料的FE-SEM图像。
图3示出了根据这种实施方案的用于生产粉末混合物的碳化钛纳米颗粒的FE-SEM图像。
图4示出了根据本发明的这种实施方案的三个实施例的测量的密度和计算的理论密度。示出了利用316L钢粉获得的结果以用于进行比较。
图5示出了根据本发明的这种实施方案的实施例的由粉末混合物制造的三维物体的结构的SEM图像。
图6示出了由不具有增强材料的钢粉制造的三维物体的结构的SEM图像，以用于进行比较。
图7示出了对于来自图2的实施方案的三个实施例的测量的拉伸强度和屈服强度以及测量的断裂之后的伸长率。示出了利用316L钢粉获得的结果以用于进行比较。
图8示出了这些实施例的测量的拉伸强度和屈服强度以及测量的冲击能量。示出了利用316L钢粉获得的结果以用于进行比较。
图9示出了针对这些实施例测量的销质量损失和盘质量损失。示出了利用316L钢粉获得的结果以用于进行比较。
图10示出了这三个实施例的测量的硬度。示出了利用316L钢粉获得的结果以用于进行比较。
图11示出了这些实施例之一的循环动电位极化测试曲线。
图12示出了由不具有增强材料的钢粉制造的三维物体的循环动电位极化测试曲线，以用于进行比较。
具体实施方式
图1所示的设备是用于制造三维物体2的激光烧结或激光熔化设备1。
设备1包含具有室壁4的处理室3。在处理室3中布置有在顶部开口并具有容器壁6的容器5。在容器5的顶部的开口限定了工作平面7。工作平面7的位于容器5的开口内的部分(可用来构建物体2)被称为成形(building)区域8。在容器5中布置有支撑件10，其可在垂直方向V上移动，并且在其上连接有底板11，该底板11朝着底部封闭容器5并因此形成容器5的底部。底板11可以是与支撑件10分开形成并固定在支撑件10上的板，或者可以形成为与支撑件10成一体。在其上构建物体2的成形平台12也可被连接到底板11。但是，物体2也可以被构建在底板11上，然后底板11本身用作成形平台。
在图1中，以中间状态示出了要制造的物体2。它由多个固化的层组成，并被保持未固化的成形材料13包围。
设备1还包含用于粉末形式的成形材料15的存储容器14，其可以通过电磁辐射(例如激光)和/或粒子辐射(例如电子束)固化。设备1还包含可在水平方向H上移动的再涂器16，用于在成形区域8内施加成形材料15的层。任选地，用于加热所施加的成形材料15的辐射加热器17(例如红外加热器)可被布置在该处理室中。
设备1还包含具有激光器21的辐照装置20，其产生激光束22，该激光束22通过偏转装置23偏转并且通过聚焦装置24经由入射窗25聚焦到工作平面7上，入射窗25被布置在室壁4中的处理室3的顶侧。
设备1还包含控制单元29，通过控制单元29以协调的方式控制设备1的各个组成部分，以实施用于制造三维物体的方法。控制单元29可包含CPU，CPU的操作由计算机程序(软件)控制。
在设备1的操作期间，重复执行以下步骤：对于每一层，将支撑件10降低一个高度，该高度优选对应于成形材料15的层的期望厚度。再涂器16移动到储存容器14，再涂器16从储存容器14接收足以施加至少一个层的量的成形材料15。然后将再涂器16在成形区域8上移动，并将粉末形式的成形材料15的薄层施加在底板11上或成形平台12上或先前施加的层上。该层至少跨越物体2的横截面而施加，优选跨越整个成形区域8而施加。任选地，借助于至少一个辐射加热器17将成形材料15加热到操作温度。然后通过激光束22扫描待制造的物体2的横截面，以便选择性地固化所施加层的这个区域。执行这些步骤，直到完成物体2。然后可以将物体2从容器5中移出。
根据本发明，粉末混合物被用作成形材料15。该粉末混合物包含第一材料和第二材料。根据以下描述的实施方案，该第一材料包含粉末形式的钢。该第二材料包含具有纳米颗粒的增强材料。
根据以下描述的实施方案，通过直接金属激光烧结(DMLS)方法处理该粉末混合物。
在选择性激光烧结或选择性激光熔化方法中，制造物体所需的全部体积的粉末的小部分被同时加热到允许这些部分烧结和/或熔化的温度。这种制造物体的方式典型地可被表征为连续的和/或(在微观水平上)频繁的渐进过程，由此可以通过大量的小粉末体积的加热循环来获得物体。这些小粉末部分的固化是有选择地进行的，即在粉末储器的选定位置处，该位置对应于要制造的物体的部分。正如在选择性激光烧结或选择性激光熔化中一样，固化过程通常是逐层进行的，每一层中固化的粉末与要构建的物体的横截面相同。由于在给定的时间范围内固化的粉末的小体积或质量(例如每秒1mm3或更少)，并且由于这种增材制造机器的处理室中的条件(可有利于快速冷却到低于临界温度)，该材料通常在加热之后快速固化。
在传统烧结和铸造方法中，成形材料的同一部分被同时加热到所需的温度。产生物体所需的全部材料以液体形式浇铸到模具中。因此，与选择性激光烧结或选择性激光熔化方法相比，该成形材料的体积在长得多的时间内被保持在熔化或烧结所需的温度水平以上。大体积的热材料导致加热后成形材料的低冷却速率和慢固化过程。
换句话说，选择性激光烧结或选择性激光熔化方法可通过以下方面与传统烧结和铸造方法区分开来：处理较小体积的成形材料，更快的热循环和较少需要以高容限加热成形材料(为了避免材料过早固化)。这些可被计入以下的原因当中，即为什么为达到所需温度而引入成形材料中的能量的量在选择性激光烧结或选择性激光熔化方法中可被更精确地控制。这些条件允许设定输入到待处理的粉末部分中的能量的上限，这确定了该粉末部分中产生的温度，更精确地，该温度与传统烧结或铸造方法中的情况相比更低并且更接近相应材料的熔点。这个优点使得可以最小化传统烧结和铸造方法的常见问题。一种这样的现象是在制造过程中增强材料在钢熔体中的溶解，特别是如果所得复合材料在热力学上不稳定并且如果该增强材料包含纳米颗粒的话。该选择性激光烧结或选择性激光熔化方法允许通过降低粉末床的限定区域中的例如由激光和/或电子束产生的加热温度来减少溶解，并且可以提高加热后的冷却速率。因此，该增强材料的增强质量(即其以有利的方式改变物体的(机械)性能的能力)可变得尤为明显，特别是如果该增强材料包含纳米颗粒的话。在此上下文中，短语“物体的机械性能”应理解为源自物体的材料性能而不是源自物体的特定形状和/或几何结构的性能。物体的机械性能例如可以是拉伸强度或屈服强度。由根据本发明的粉末混合物产生的物体可以显示出各种机械性能的变化。与没有增强材料制造的物体相比，制造三维物体的本发明方法通过改善选定的机械性能而提供了相当大的优势。
成形材料或形成的复合材料在高温下相对短的暴露会导致增强材料在该第一材料中的溶解最小化。此外还最小化了增强材料与该第一材料的化学反应。这是重要的，因为反应产物通常是脆性。如果该反应产物的层厚的话，则可发生该材料的显著弱化。在不锈钢的情况下，该反应还可导致增强颗粒周围结构中的游离铬的耗尽，以及在这些区域中耐腐蚀性的丧失。此外，该反应可导致提高的孔隙率。
在传统铸造技术方面观察到的另一现象是增强材料的颗粒在熔融钢中的团聚，特别是如果该增强材料包含纳米颗粒的话，该纳米颗粒通常具有彼此团聚的趋势。
在本发明的一种特定实施方案中，该第一材料是根据SAE钢等级系统的316L等级钢(以下称为“316L”)。这种钢包含Fe和最多0.03重量百分数(％重量)的碳，最多0.10％重量的氮，最多0.50％重量的铜，最多0.75％重量的硅，最多2.00％重量的锰，2.25-3.00％重量的钼，13.00-15.00％重量的镍，以及17.00-19.00％重量的铬。
该钢被用作具有基本上球形形状的粉末颗粒的粉末，这意味着至少大多数的粉末颗粒具有高的球形度。
该钢颗粒可具有规则的圆形形状和/或光滑的表面，但是它们也可以具有带有粗糙表面和其他偏差的区域。该粉末所具有的中值粒子尺寸(d50-值)为33-40μm。该材料例如可从EOS GmbH Electro Optical Systems以商品名“EOS StainlessSteel 316L”获得。
根据这种实施方案，该第二材料是碳化钛(TiC)的纳米颗粒粉末，即碳化钛纳米颗粒的粉末。该碳化钛粉末颗粒的平均粒子尺寸在＜40nm的范围内，如由制造商所定义，并且可以例如通过SEM图像分析来确认。其可从例如IoLiTec Ionic Liquids TechnologiesGmbH以产品名称NC-0011-HP获得。该碳化钛粉末颗粒具有基本上球形的形状，即基本上球形的颗粒形态。优选地，它们不是延长型的颗粒。
该碳化钛纳米颗粒包含低含量的杂质(总计<1％重量)，例如氧和游离碳。
在图2中，显示了316L粉末的FE-SEM图像。该图像显示316L粉末的颗粒具有基本上球形的形状。
在图3中，显示了碳化钛纳米颗粒的FE-SEM图像。该图像显示该纳米颗粒具有基本上球形的形状。
使用配备两个独立的二次电子(SE)检测器和反散射电子(BSE)检测器的ZeissULTRAplus FE-SEM系统进行FE-SEM成像。少量的每个样品已均匀地散布在一条导电碳带上，并安装在样品架上。使用SE成像模式和15.00kV电子束加速电压(用于316L和碳化钛纳米颗粒二者)，以500倍放大率(316L)或50000倍放大率(碳化钛纳米颗粒)捕获图像。
可替代地，可将不同类型的钢用作第一材料，例如马氏体时效钢，例如X3NiCoMoTi18-9-5(根据DIN EN 10027-1的分类)，其例如可从EOS GmbH Electro OpticalSystems以商标名“EOS MaragingSteel MS1”获得。
可替代地，该第二材料可包含具有基本上不规则形状的纳米颗粒的纳米颗粒，例如具有纵横比最高达2000:1的延长型颗粒。
可替代地，该纳米颗粒可以是与碳化钛不同的材料的纳米颗粒。
通常优选地，该纳米颗粒具有比第一材料的钢更高的熔点。如果将根据本发明的粉末混合物加热到钢粉末熔化的温度，那么可能的是，如果该温度保持低于该纳米颗粒的熔点，则该纳米颗粒保持固体。通过这种方法制造的复合物体因而可获得特别有利的性能，例如机械性能。
在其他实施方案中，可选择碳化钨、碳化硅、其他碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、硅化物、碳和具有高熔点的其他非金属材料(尤其是陶瓷)作为增强材料。
根据这种实施方案，通过使用单轴旋转混合器的干混合工艺将316L粉末和碳化钛纳米颗粒混合来制备粉末混合物。将粉末组分称重并密封在圆柱形玻璃罐中。将该罐以15rpm的转速旋转16小时。该所选的转速允许粉末在每次旋转中流到部分填充的罐的相对端，以确保碳化钛变得分散在钢粉末中。所选的混合时间可确保碳化钛变得分散在钢粉末中。使用这种混合方法，获得均匀的粉末混合物。这意味着碳化钛颗粒可均匀地分布在316L颗粒中，使得可以在一定体积和/或重量的粉末混合物的任何部分中测量到基本相同的混合比(颗粒数和/或重量百分数)。
根据这种实施方案的粉末混合物被用作成形材料，该成形材料用于通过使用具有Yb纤维激光器的EOS M100 DMLS-系统作为激光烧结或激光熔化设备1进行选择性激光烧结或选择性激光熔化来制造三维物体。
所制造的三维物体由复合材料组成，该复合材料由至少主要为钢基质的基质制成，该基质具有碳化钛纳米颗粒作为增强材料。
优选选择该选择性激光烧结或选择性激光熔化工艺的工艺参数，以使得通过电磁辐射(例如激光)和/或粒子辐射(例如电子束)引入限定体积的粉末混合物中的能量等于或低于预定的上限。预先确定该上限，以确保在电磁辐射和/或粒子辐射加热限定体积的时间期间，增强材料不完全溶解在该第一材料的熔体中。作为粉末部分中产生的热量的主要决定性因素的例如激光或电子束的功率可以通过作为增材制造机器一部分的控制单元进行控制。该控制单元可被连接到数据库，在该数据库中存储了工艺参数之间的相关性，并且根据预定的参数或阈值生成具体值，例如激光或电子束的功率输入。这些值可被馈送到控制单元，该控制单元相应地生成控制信号以用于调节激光或电子束的功率，作为增材制造机器的一部分。该控制单元还可以根据主动过程监控系统的传感器数据进行工作，该监控系统检测加热和/或固化过程是否在指定的操作参数内运行。
增强材料据称是被溶解的，如果其结构元素与增强材料的颗粒分离并且散布在第一材料中的话，而与增强材料和第一材料是否发生化学反应无关。溶解的增强材料的量优选为90％重量或更小，更优选为70％重量或更小，进一步优选为50％重量或更小，甚至更优选为30％重量或更小，并且最优选为5％重量或更小。该激光烧结或熔化设备1的控制单元29可适于控制设备1，以使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入到限定体积的粉末混合物中的能量等于或低于该上限。
优选选择该选择性激光烧结或选择性激光熔化工艺的工艺参数，以使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入限定体积的粉末混合物中的能量等于或高于预定的下限。预先确定该下限，以确保在电磁辐射和/或粒子辐射引入能量到限定体积的粉末混合物的时间期间，第一材料被完全熔融，由此该能量输入可通过控制单元进行控制，该控制单元可根据数据库和/或主动过程监控系统提供的数据进行工作。该激光烧结或熔化设备1的控制单元29可适于控制设备1，以使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入到限定体积的粉末混合物中的能量等于或高于该下限。
纳米颗粒在第一材料的熔体中的部分溶解或纳米颗粒与第一材料的反应也可是有益的，因为它可以改善纳米颗粒与钢之间的结合，这进而可以改善从第一材料到纳米颗粒的载荷转移。如果没有载荷转移，纳米颗粒对材料的强度性能的贡献量较少。纳米颗粒在第一材料的熔体中的溶解/纳米颗粒与第一材料的反应典型地是传统烧结和铸造方法的问题。因此，可有必要在结合强度与纳米颗粒在第一材料的熔体中的溶解/纳米颗粒与第一材料的反应之间找到折衷方案。在这种情况下，可选择引入到限定体积的粉末混合物中的能量的下限，以确保在电磁辐射和/或粒子辐射将能量引入到限定的体积中的时间期间，纳米颗粒部分溶解在第一材料的熔体中，其中溶解的纳米颗粒的量优选为1％重量或更大，更优选为3％重量或更大。
为了控制引入到限定体积的粉末混合物中的能量而可被改变的工艺参数例如是激光光斑尺寸、激光束轮廓、激光输出功率(辐射能量，其可例如在实际用于过程中之前通过光学系统传输)、粉末层的厚度、例如激光或电子束的各个扫描线之间的距离以及例如激光或电子束在要固化的预定区域上的扫描速度。必须要考虑这些参数中的一些参数可能的相互依赖性。例如，对于给定的激光束轮廓(例如高斯光束轮廓)和给定的光束直径，扫描距离(hatch distance)可位于上限和下限之间，以确保输入到成形材料中的能量在不使成形材料过热且不使烧结或熔化过程不完全的情况下足以在所有位置进行固化。
另外，由增强材料(例如纳米颗粒)引起的孔隙率增加可能是使用传统烧结和铸造方法无法成功增强的原因。使用选择性激光烧结或选择性激光熔化方法可以避免此问题。
优选选择该选择性激光烧结或选择性激光熔化工艺的工艺参数，以使得热输入因子Q和激光的光斑尺寸在一定的预选范围内，以确保第一材料充分熔融并且避免纳米颗粒完全溶解在第一材料中。该热输入因子应位于这些范围内而与其他参数无关，该其他参数例如是粉末床上的激光的光斑尺寸，其可根据激光束到达成形区域8中的不同位置(其中单个粉末部分要被固化)的不同角度而变化。该热输入因子是通过激光束引入到限定体积的粉末混合物中的能量的近似量度。更具体地，该热输入因子是每体积粉末混合物引入的能量的量度。它例如以J/mm3为单位进行测量。该热输入因子Q基于激光输出功率P、扫描距离d、扫描速度v和层厚度s根据以下公式计算：
Q＝P/(d＊v＊s)。
已经发现，在30至150J/mm3之间的热输入因子和在35至120μm之间的激光的光斑尺寸导致具有有利性能的三维物体，例如有利的机械性能。
在使用碳化钛纳米颗粒作为增强材料的情况下，发现以下值是非常有利的工艺参数：P＝105W，d＝0.07mm，v＝830mm/s，s＝0.02mm。这些值对应于Q＝90.4J/mm3。这些参数已用于使用如下所述的具有0.75％重量、1.5％重量或3.0％重量的TiC纳米颗粒的混合物来制造三维物体。
通过上述根据本发明的实施方案的方法制造的三维物体在各种性能方面进行表征。用于表征的方法描述如下。
1、密度利用阿基米德原理根据标准ISO 3369:“Impermeable sintered metalmaterials and hard metals-Determination of density”来确定，通过选择性激光烧结或选择性激光融化制造为密度立方样品的三维物体被用于密度测试。在这种密度测试方法中，样品的质量既在空气中也在浸入水中时确定，然后将两次测量之间的测量质量差用于根据已知的水密度来估算样品体积。然后由测量的样品重量和体积可以计算出其密度。对于所述测试，使用Struers Labo-Pol-5样品制备系统，使用Struers SiC#320砂纸手动研磨密度立方样品的所有面，以降低表面粗糙度，从而降低由于样品表面捕集的气泡而导致的测试结果劣化的可能性。离子交换水被用于在水浸入中称量，并向水中添加少量洗碗液以降低其表面张力。使用内置的密度计算程序以实验室规模(Kern PLT 650-3M)执行该操作过程。为了自动计算，在测试前先测量水温。对于每种样品，将测量重复3次，在每次测量之间切换样品，并且在每次新测量之前，将样品彻底干燥。下面显示的结果是这三个测量值的平均值。
归因于与所选第一材料(即316L)相比碳化钛的密度明显较低，因此可以预期密度的某种程度的降低与样品中碳化钛含量的增加有关。为了评价碳化钛添加对材料结构完整性的影响，计算这种直接密度降低效果，并将理论复合材料密度与测得的密度值进行比较。该计算基于固态碳化钛的理论密度(4.93g/cm3)和由不含增强材料的316L制造的样品的测量密度(7.99g/cm3)。这些密度用于估计材料中碳化钛的体积分数。然后，基于这些理论体积分数和固体材料成分的宣称密度，计算固体复合材料的理论密度。所描述的过程可以由以下等式表示
TiC体积分数＝TiC％重量/TiC密度/(TiC％重量/TiC密度+316L％重量/316L密度)
316L体积分数＝316L％重量/316L密度/(TiC％重量/TiC密度+316L％重量/316L密度)
复合材料密度＝TiC体积分数*TiC密度+316L体积分数*316L密度
相对密度被定义为测量的密度与理论密度之比。
从所述等式中可以明显看出，这些理论复合材料密度是基于以下假设：碳化钛颗粒不会向复合材料结构中添加任何空体积，并且存在于原始316L样品中的相同水平的缺陷也存在于复合材料中。
2、拉伸测试根据标准ISO 6892-1：2009：B10“Metallic materials-Tensiletesting-Part 1:Method of test at room temperature”来进行。通过选择性激光烧结或选择性激光融化制造为拉伸测试件(样品)的三维物体被用于拉伸测试。每个样品的横截面直径用车床减小，以使其在样品中间达到其最小值，约为4.0mm。这个直径用测微计验证。样品的末端带有螺纹以用于固定。使用Zwick/Roell Z400测试机(Zwick Roell Group)进行测试。拉伸力在材料行为的弹性阶段增加10MPa/s，并且在塑性变形阶段开始时该增加被降低到0.375MPa/s。在测试过程中，记录断裂时样品的最大载荷、条件屈服强度(Rp0.2-极限)、拉伸强度以及伸长率，然后用滑片(slide)测量断裂点处的横截面积的减小。根据标准ENISO 148-1：2010“Metallic materials-Charpy pendulum impact test-Part 1:Testmethod”进行冲击测试。
3、耐磨损性通过根据标准ASTM G99-95a“Standard Test Method for WearTesting with a Pin-on-Disk Appa-ratus”的球盘法进行测试。在这种方法中，将具有球形头的销试样垂直地抵压在预定材料和表面抛光的水平旋转盘上。销的滑动速度和滑动距离以及接触表面之间的法向力也应在测试设置中定义。该测试在室温下进行。在测试之后，材料分析基于以下项进行：销和盘试样的质量或体积损失，接触表面表征以及使用CETRUMT-2摩擦计在测试过程中记录的摩擦力数据。
使用具有Yb纤维激光器和由EOS M290 DMLS-系统的制造商提供的默认工艺参数的EOS M290 DMLS-系统，使用通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的由马氏体时效钢粉末EOS MaragingSteel MS1制成的盘试样进行测试。盘试样的测试表面通过StruersLaboPol-5样品制备系统使用Struers SiC#80和#320砂纸按照各自的顺序手动研磨。用表面粗糙度测试仪(Mitutoyo Surftest SJ-210)测量样品的表面粗糙度值，并且从每个盘的不同位置重复测量四次。在当前情况下，测量的粗糙度值典型地为约1μm。
为了进行测试，通过选择性激光烧结或选择性激光熔化将三维物体制造为销试样。无需进行额外的表面处理。选择以下参数进行测试：法向力＝40.0N，滑动速度＝0.25m/s，滑动距离＝450.0m，测试时间＝30.0min。由于盘样品表面的轻微不平整性，因此在每次盘旋转过程中，法向力值可能从预设值波动约5.0N。法向力波动的这个程度对于所描述的测试设置来说是典型的，并且不能被显著减小。此外，测试试样支架的温度被监测，并在测试过程中记录温度的轻微升高。这种升高可被认为是太微不足道的，以致不会对测试结果产生任何显著的影响。在每次测试之前，销和盘试样通过如下方式清洁：将它们在乙醇中冲洗，用纸擦拭并用加压空气吹扫；并且在此之后用实验室天平(Precisa Gravimetrics XT1220M,Precisa Gravimetrics AG)对它们进行称重。在测试之后，将样品小心地从测试机上取下，并目视观察接触面并进行记载。然后通过与上述相同的操作程序小心地从样品上除去磨损碎屑。然后再次称重样品，并根据结果计算质量变化。
4、在这种实施方案的情况下，已经使用Struers Duravision 20硬度测试机进行了硬度测试。测试程序遵循标准ISO 6507-1：2005“Metallic materials-Vickershardness test-Part 1:Test method”和ISO 6508-1：2015“Metallic materials-Rockwell hardness test-Part 1:Test method”。硬度已通过罗氏和维氏法测量。结果以HRC和HV10硬度单位表示，并且数值分别以0.1HRC和1HV10的精度报告。使用这两种方法对每个样品测量硬度5次。在测试之前，已使用Struers LaboPol-5研磨和抛光机，使用Struers SiC#80和#320砂纸研磨了测试样品。
在维氏法中，将相对面之间具有136°角的金字塔形金刚石压头压入样品表面，并在去除测试力之后测量表面压痕的对角线长度。在HV10中，使用的测试力为98,07N。维氏硬度值可以通过以下公式确定
Figure BDA0002491133740000191
其中F是测试力，d是两个对角线长度的平均值。
在使用C级金刚石锥的洛氏法中，压头被压入测试的材料中。首先施加指定的初步力，并测量初始压痕深度。在此之后，施加额外的力并将其移除，并且测量最终的压痕深度。然后从以下公式得出洛氏硬度值：
Figure BDA0002491133740000192
其中，h是最终压痕深度与初始压痕深度之差，而N和s是常数。该标准指出，这种方法可适用于20-70HRC的值。
5、利用根据标准NACE TM0169/G31-12a“Standard Guide for LaboratoryImmersion Corrosion Testing of Metals”的浸泡测试来测试通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制造为样品的三维物体的耐腐蚀性。将测试周期设置为30天，之后通过目视检查和样品质量变化测量来评价测试结果。首先使用Struers LaboPol-5样品制备系统，使用Struers SiC#80和#320砂纸手动研磨所有样品表面。然后将样品在室内大气中氧化24小时，以模拟测试材料可能的现实操作条件。然后通过如下方式清洁样品：首先用纸和乙醇擦拭样品，然后用离子交换水在超声浴(Retsch UR1，Retsch GmbH)中冲洗5分钟。然后用游标卡尺(ABSOLUTE AOS Digimatic Caliper 500-123U，Mitutoyo UK Ltd)测量样品尺寸，以确定它们的表面积，然后用实验室天平(Kern PLT 650-3M)将它们称重。该测试在标准海水环境中进行，其中电解质是离子交换水和3.56％重量试剂级氯化钠(NaCl，BakerAnalyzed，J.T。Baker)的混合物。通过用实验室天平(Kern PLT 650-3M)分别测量900g水和33.22g氯化钠并且将它们在塑料测试容器中合并来制备溶液。通过手动旋转容器30秒来搅拌NaCl的溶解。容器由高密度聚乙烯(PE-HD)制成，容积为1000ml。样品用聚合物绳固定到容器的盖子上，以使它们在垂直方向上大致定位于容器的中间。在测试过程中，样品不得与容器壁接触。该测试在室温(20-25℃)和环境压力下进行。在30天之后，按照两步程序对样品进行冲洗和清洁。在第一步中，将它们在离子交换水中冲洗并吹干，而在第二步中，将它们用电动牙刷在离子交换水中刷洗，然后在超声波浴中冲洗3分钟。在每个清洁步骤之后，用实验室天平(Kern PLT 650-3M)将样品称重三次。
另外，根据标准ASTM G 61-86“Standard Test Method for Conducting CyclicPotentiodynamic Polarization Measurement for Localized CorrosionSusceptibility or Iron-,Nickel-,or Cobalt-Based Alloys”，使用三电极电池系统和盐水电解质(3.56％NaCl标准溶液)，通过循环动电位极化测量来检查腐蚀行为。
使用上述根据本发明的这种实施方案的粉末混合物的三个具体实施例。根据这些实施例的粉末混合物包含0.75％重量、1.50％重量和3.0％重量的碳化钛纳米颗粒。
使用根据实施例的粉末混合物通过上述方法制造三维物体。
为了进行对比实验，使用与用于使用根据实施例的粉末混合物制造三维物体的方法相同的方法，由没有增强材料的316L制造三维物体。
选择三维物体的形状，以使得它们适合于相应的测试方法。
在图4中示出了测量的密度和计算的理论密度。数值示于表1中。结果代表对于每个实施例和对于316L的三次测量的平均值。
表1
粉末/粉末混合物 理论密度[g/cm<sup>3</sup>] 测量的密度[g/cm<sup>3</sup>] 相对密度
316L参考(无增强材料) 7.990 7.990 1.000
316L+0.75wt％TiC 7.953 7.947 0.999
316L+1.50wt％TiC 7.916 7.903 0.998
316L+3.00wt％TiC 7.844 7.799 0.994
所选的激光烧结或激光熔化工艺的参数以及所选的第一和第二材料导致所制造的复合材料物体的高相对密度值。对于所有材料组合物来说，已测得相对密度值大于99.0％。
已经发现所制造的三维物体的结构没有或至少基本上没有裂纹和其他结构缺陷。使用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和能量色散X射线谱仪(EDS)进行结构表征。
在图5中，示出了SEM图像，该SEM图像显示由根据TiC含量为1.50％重量的实施例的粉末混合物制造的三维物体的结构。未见到结构缺陷如孔或裂纹。可能会有一些在结构内可能会看到的TiC纳米颗粒团聚物，它们在粉末混合过程中可能尚未完全分散在第一材料中。在图6中示出了用于对比的SEM图像，该SEM图像显示由没有增强材料的316L粉末制造的三维物体的结构。图5和6中显示的图像使用上述Zeiss ULTRAplus FE-SEM系统捕获，其加速电压为15.0kV，SE成像模式，放大倍数为100倍。
针对根据其中使用TiC纳米颗粒的这种实施方案的三个实施例，以及为了对比针对由316L制造的三维物体，在图7和8中显示拉伸强度和屈服强度以及断裂后的伸长率以及冲击能量(拉伸强度和屈服强度的数据在两个图中均示出)。结果代表每个实施例和316L的三次测量的平均值。数值示于表2中。
表2
Figure BDA0002491133740000211
由于添加了TiC纳米颗粒(复合材料形成)，因此发现316L钢的拉伸强度和屈服强度显著增加。与未增强的EOS 316L钢相比，在本发明中还测得增加的耐磨强度和硬度性能，参见下文。
从图7和8可以看出，所显示的性能相当线性地响应TiC纳米颗粒浓度：屈服强度和拉伸强度均增加，而断裂后的伸长率和冲击能量均随着纳米颗粒浓度的增加而降低。
这意味着，与通过无增强材料的316L粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316L和碳化钛纳米颗粒的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致所制造的三维物体有效的材料增强。使用传统烧结方法未获得相当有利的结果。这可归因于选择性激光烧结或选择性熔化过程的快速热循环特性以及少量的保留的孔隙率。
在图9中，针对根据其中使用TiC纳米颗粒的这种实施方案的三个实施例，以及为了对比针对由316L制造的三维物体，示出了通过磨损测试测量的销质量损失和盘质量损失。结果代表每个实施例和316L的三次测量的平均值。数值示于表3中。
表3
粉末/粉末混合物 销质量损失[g] 盘质量损失[g]
316L参考(无增强材料) 0.026 0.119
316L+0.75wt％TiC 0.020 0.138
316L+1.50wt％TiC 0.015 0.135
316L+3.00wt％TiC 0.014 0.157
与316L参考相比，在实施例的粉末混合物的情况下显著降低的销质量表明，与通过无增强材料的316L粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316L和碳化钛纳米颗粒的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致所制造的三维物体耐磨性增加。测量的销质量损失值的降低与TiC纳米颗粒的浓度大致线性相关。
同样，与316L参考相比，在实施例的粉末混合物的情况下盘质量损失显著增加。这意味着通过使用TiC纳米颗粒提高了耐磨性。
在图10中，针对该实施方案的三个实施例，以及为了对比针对由316L制造的三维物体，示出了硬度值。数值示于表4中。
表4
粉末/粉末混合物 HV10 HRC
316L参考(无增强材料) 202 -
316L+0.75wt％TiC 236.6 20.8
316L+1.5wt％TiC 256.6 22.4
316L+3.0wt％TiC 286.6 29.9
测量的硬度值的增加与纳米颗粒的浓度具有几乎线性的相关性。这意味着，与通过无增强材料的316L粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316L和碳化钛纳米颗粒的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致所制造的三维物体的材料硬化。
在盐水中浸泡30天后，任一实施例均未见可见或可测量的腐蚀。这表明316L和碳化钛纳米颗粒的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致具有高耐腐蚀性的材料。
在图11中，示出了使用根据具有3.0％重量碳化钛纳米颗粒的实施例的粉末混合物制造的三维物体的通过动电位极化测试获得的曲线。在图12中，示出了使用无增强材料的316L制造的三维物体的通过动电位极化测试获得的曲线，以用于进行对比。
图11和12中所示的曲线具有非常相似的形状。这表明曲线的无源区域(垂直部分)在相同的电位范围内屈服，这进一步表明在所用的盐水电解质溶液中的耐腐蚀性是彼此非常相似的。合理地假设，对于本发明选择的其他TiC纳米颗粒浓度可达到相似的结果。
尽管已经分别通过选择性激光烧结或选择性激光熔化描述了本发明，但是本发明不限于选择性激光烧结或选择性激光熔化。本发明可应用于通过逐层施加粉末形式的成形材料并且通过电磁和/或粒子辐射将其选择性固化来生产三维物体的任何可能的方法。辐照装置可包含一个或多个激光器。激光器可以是气体激光器、固态激光器或任何其他类型的激光器，例如激光二极管，特别是具有VCSEL(垂直空腔表面发射激光器)或VECSEL(垂直外部空腔表面发射激光器)的阵列，或其任意组合。通常，可使用借助于其可将能量选择性地施加到成形材料的层上并且适用于固化成形材料的任何辐照装置。这可以是不同于激光的光源，电子束或任何其他合适的能量源或辐射源。本发明还可应用于选择性掩模烧结，其中使用掩模和扩展光源代替偏转的激光束，或者可应用于吸收烧结或抑制烧结。

Claims (19)

1.用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，
其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，
其中该第一材料包含钢粉末，
其中该第二材料包含不同于该第一材料的增强材料，
其中该粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且
其中该增强材料包含纳米颗粒。
2.根据权利要求1的粉末混合物，
其中该纳米颗粒至少部分地以化学未改性的形式嵌入该复合物体的基质中。
3.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该纳米颗粒的平均粒子尺寸为1nm或更大，优选10nm或更大，更优选20nm或更大，和/或小于500nm，优选100nm或更小，更优选75nm或更小，最优选40nm或更小，和/或
其中最大粒径小于500nm。
4.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该纳米颗粒具有基本上球形和/或基本上有角的和/或基本上不规则的形状，
其中优选地，该纳米颗粒具有基本上球形的形状。
5.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该钢包含Fe和
最大0.10％重量的C，
2.00-3.00％重量的Mo，
10.00-15.00％重量的Ni，和
16.00-19.00％重量的Cr，
其中优选地，该钢进一步包含
最大0.030％重量的S，
最大0.045％重量的P，
最大0.16％重量的N，
最大0.50％重量的Cu，
最大1.00％重量的Si，和
最大2.00％重量的Mn。
6.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该第一材料的中值粒子尺寸为1μm或更大，更优选为5μm或更大，还更优选为10μm或更大，和/或150μm或更小，优选为75μm或更小。
7.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该第一材料包含基本上球形的钢颗粒。
8.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该纳米颗粒包含至少一种非金属材料，
其中优选地，该非金属材料是硼化物、碳化物、氮化物、氧化物、硅化物和碳中的一种。
9.根据权利要求8的粉末混合物，
其中该纳米颗粒包含碳化钛，
其中优选地，该纳米颗粒是碳化钛纳米颗粒。
10.根据权利要求8的粉末混合物，
其中该纳米颗粒包含碳化钨，
其中优选地，该纳米颗粒是碳化钨纳米颗粒。
11.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物，
其中该纳米颗粒的含量为0.05％重量或更大，优选0.1％重量或更大，更优选0.3％重量或更大，还更优选0.5％重量或更大，和/或
其中该纳米颗粒的含量为40％重量或更小，更优选10％重量或更小，还更优选5％重量或更小。
12.根据前述权利要求中任一项的粉末混合物的生产方法，
其中该粉末混合物通过以预定的混合比混合该第一材料和该第二材料来生产，并且
其中优选地，该混合是干混合。
13.由根据权利要求1-11中任一项的粉末组合物通过该粉末混合物的选择性逐层固化制造三维物体的方法，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁辐射和/或粒子辐射来实现，该方法优选包括以下步骤：
在底板上或在成形平台上或在先前施加的层上施加该粉末混合物的层，
在与该层中的三维物体的横截面相对应的位置处选择性地固化该粉末混合物，并且
重复该施加和固化的步骤，直至完成三维物体为止。
14.由根据权利要求1-11中任一项的粉末组合物通过该粉末混合物的选择性逐层固化制造的三维物体，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁辐射和/或粒子辐射来实现。
15.根据权利要求14的三维物体，
其中该纳米颗粒至少部分地以化学未改性的形式嵌入该三维物体的基质中。
16.根据权利要求14或15任一项的三维物体，
其中该三维物体的材料所具有的拉伸强度为490MPa或更高，优选为750MPa或更高，更优选为800MPa或更高，最优选为1000MPa或更高，和/或
其中该三维物体的材料所具有的屈服强度为170MPa或更高，优选为400MPa或更高，更优选为800MPa或更高。
17.根据权利要求14-16中任一项的三维物体，
其中与由该第一材料制造的三维物体的磨损测试中的销质量损失相比，该三维物体的磨损测试中的销质量损失的减少为25％或更大，优选为50％或更大，更优选为75％或更大，其中由该第一材料制造三维物体通过在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射的该第一材料的选择性逐层固化来实现，和/或
其中与由该第一材料制造的三维物体的磨损测试中的盘质量损失相比，该三维物体的磨损测试中的盘质量损失的增加为15％或更大，优选为50％或更大，更优选为70％或更大，其中由该第一材料制造三维物体通过在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射的该第一材料的选择性逐层固化来实现。
18.用于通过施加并借助于电磁和/或粒子辐射选择性固化根据权利要求1-11中任一项的粉末组合物来逐层制造三维物体的设备的控制单元，
其中该控制单元适于控制通过电磁和/或粒子辐射将预定量的能量引入到该粉末混合物的限定体积中，并且
其中优选地，选择该预定量的能量的上限，以使得在将该预定量的能量施加到该粉末混合物的限定体积中的时间期间，该增强材料未完全溶解，
其中，优选限定该预定量的能量的上限，以使得在将该预定量的能量施加到该粉末混合物的限定体积中的时间期间，该粉末混合物的该增强材料溶解达90％重量或更少，更优选70％重量或更少，再更优选50％重量或更少，甚至更优选30％重量或更少，最优选5％重量或更少。
19.通过粉末混合物的选择性逐层固化而由该粉末混合物制造三维物体的方法，该固化在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射来实现，
其中该粉末混合物包含第一材料和第二材料，
其中该第一材料包含粉末形式的金属，
其中该第二材料包含增强材料，
其中该粉末混合物在与相应层中的该物体的横截面相对应的位置处借助于电磁和/或粒子辐射进行选择性固化，形成复合材料，并且
其中90％重量或更少、优选70％重量或更少、更优选50％重量或更少、再更优选30％重量或更少、甚至更优选5％重量或更少的该增强材料溶解在该金属中。
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