CN111356546A

CN111356546A - 粉末床材料

Info

Publication number: CN111356546A
Application number: CN201880071586.7A
Authority: CN
Inventors: K·瑙卡; S·张
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2020-06-30
Also published as: US20200324338A1; EP3691817A1; EP3691817A4; WO2019135732A1

Abstract

本公开涉及粉末床材料。所述粉末床材料可包含20重量％至95重量％的大颗粒金属和5重量％至80重量％的小颗粒金属。大颗粒金属可具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比。小颗粒金属可具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2.1的平均纵横比。

Description

粉末床材料

背景

三维打印，也被称为“3D打印”，涉及打印机将材料转变成三维物理对象的方法。3D打印方法在最近几十年持续发展并包括，但不限于包括，粉末床和液体打印、选择性激光烧结、选择性激光熔融、电子束熔融及其它。粉末床和液体打印的领域正在增长和发展。随着该领域继续扩大和发展，对用于粉末床和液体打印的新技术和材料的需求增长。

附图简述

本公开的另外的特征和优点从下列详述中显而易见，详述与附图一起举例说明本技术的特征。应该理解的是，附图是本公开的实例的代表并且不应被认为限制本公开的范围。

图1示意性显示根据本公开的一种示例性粉末床材料；

图2示意性显示根据本公开的一种示例性粉末床材料的示例性高斯分布曲线；

图3示意性显示根据本公开的一种示例性3D打印系统；

图4A显示基于对大颗粒金属粉末床材料施加的能量的一种示例性快速熔合试样(flash fused specimen)；

图4B显示基于对根据本公开的90％大颗粒金属和10％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；

图4C显示基于对根据本公开的50％大颗粒金属和50％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；

图4D显示基于对大颗粒金属粉末床材料施加的能量的一种示例性快速熔合试样；

图4E显示基于对根据本公开的90％大颗粒金属和10％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；

图4F显示基于对根据本公开的50％大颗粒金属和50％小颗粒金属粉末床材料的共混物施加的能量的一种示例性快速熔合试样；

图5图示根据本公开的随脉冲能量和小颗粒金属浓度而变的示例性熔合含量；和

图6A和6B显示利用根据本公开的粉末床材料建立的3D制品中的示例性熔合含量。

详述

金属制品的3D打印可涉及加热金属粉末以烧结或熔融金属粉末，以提供熔合层和/或制品。例如，在光子熔合(photonic fusion)，一种类型的3D打印中，顶层金属粒子可被可见光的强脉冲照射。吸收的脉冲能量可转化成热，以提高一些金属粒子的温度并烧结或熔融这些粒子。与烧结或熔融粒子相邻的粒子可在较低程度上被加热。照射层内的各粒子的温度差异可归因于在一个位置存在打印的流体，例如由于该流体的存在而增加热或减少热。

通过金属雾化产生的准球形气体粒子可容易铺展为受控厚度的层，以使逐层3D打印法成为可能。降低粒度会使粉末铺展困难，因为重力驱动的平滑粒子流会被各种形式的粒子间相互作用，例如静电荷、摩擦相对运动等干扰。但是，小粒子可使用较低的照射能量液化它们的外部，以通过粒子的熔融部分的融合将粒子熔合在一起。因此，不同粒度的粒子的混合物可兼具粉末易铺展性与更好的粒子熔合。

此外，通过使用具有不同大小的粒度曲线(size profiles)的粒子，例如相对较大的金属粒子与相对较小的金属粒子混合，粒子之间的热传导和/或经过填充粒子间空间的气体的热对流的差异可提供比单独使用相对较大的金属粒子低的加热曲线(heatingprofiles)。只有较大粒子，加热可更不均匀并且照射后的冷却也可不均匀，通常导致刚刚熔合的金属层变形。变形会导致在粉末床材料的后续铺展过程中的复杂情况，以使金属粒子的逐层打印变得不可能。此外，在通过3D打印形成的制品内的热应力可随由可见光脉冲输送的能量而变；因此，通过较低脉冲能量形成的制品可经常表现出比通过较高脉冲能量形成的制品小的热应力。

据此，本公开大体上涉及粉末床材料。在一个实例中，粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比的大颗粒金属。粉末床材料还可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2∶1的平均纵横比的小颗粒金属。在一个实例中，大颗粒金属可以55重量％至75重量％存在，且小颗粒金属可以25重量％至45重量％存在。在另一实例中，大颗粒金属可具有10μm至30μm的D10粒度分布并可具有35μm至75μm的D90粒度分布，且小颗粒金属可具有0.1μm至10μm的D10粒度分布并可具有10μm至25μm的D90粒度分布。在再一实例中，大颗粒金属和小颗粒金属可独立地为铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。在一个进一步实例中，大颗粒金属可以是元素金属。在另一实例中，大颗粒金属和小颗粒金属可以不同。

在本文中也相当详细地描述材料组。在一个实例中，材料组可包含粉末床材料和流体。粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属并可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属。流体可操作地施加于粉末床材料以向与流体接触的粉末床材料的第一部分提供相对于未与流体接触的粉末床材料的第二部分的选择性熔合性质。在一个实例中，流体可包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。在另一实例中，粉末床的第一部分和流体可被具有15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量并可安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射，在照射后第一部分可变得熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在另一实例中，粉末床的第二部分和流体可被具有15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量并安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射，第一部分可熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在再一实例中，当第一部分或第二部分之一熔合且第一部分或第二部分的另一个保持未熔合时，可形成三维部件的层，所述层可具有30％至100％的熔合横截面积。

三维打印系统可包括粉末床材料、粉末床、流体喷射器和光源。粉末床材料可包含20重量％至95重量％的可具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属并可包含5重量％至80重量％的可具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属。粉末床可用于接收粉末床材料。流体喷射器可操作地将流体选择性沉积到粉末床中所含的粉末床材料上。光源可生成可足以烧结一部分大颗粒金属以及烧结或熔融一部分小颗粒金属的脉冲能量。在一个实例中，脉冲能量可为15J/cm²至50J/cm²，并且光源可在操作过程中安置在距粉末床5mm至150mm内。在另一实例中，流体可包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。

在关于粉末床材料、材料组和3D打印系统的进一步细节中，并且如图1中的实例所示，粉末床材料100可具体包含大颗粒金属102和小颗粒金属104。通过在粉末床材料中包含两种不同粒度的颗粒金属，该材料可允许不均匀加热以使大颗粒金属的外层可熔融，而大颗粒金属的内核可保持足够冷以保持它们的形状。同时，小颗粒金属可在粒子的本体中更均匀烧结或熔融，以助于可连接大颗粒金属的未熔融核的金属流动。此外，包含小颗粒金属可允许利用较低脉冲能量实现层和/或制品的熔合，因此熔合层和/或制品的相关热应力可较低。

大颗粒金属可为粉末床材料提供可流动性并可减轻熔合层的变形。粒子的形状类型可以是球形、不规则球形、圆形、半圆形、盘形、角形、次棱角形、立方形、圆柱形或它们的任何组合。在一个实例中，大颗粒金属可包含球形粒子、不规则球形粒子、圆形粒子、具有1.1∶1至1∶1的纵横比的其它粒子形状或其组合。在一些实例中，粒子的形状类型可一致或基本一致，这可实现在加热过程中大颗粒金属中的颗粒的均匀熔融或烧结。粒度分布也可变。如本文所用，粒度是指球形粒子的直径值，或在非球形粒子中，该粒子的最长尺寸。粒度可呈现为高斯分布或类高斯分布(或正态分布或类正态分布)。类高斯分布是可看起来在分布曲线形状上基本为高斯型但在一个或另一方向上稍有偏斜(朝粒度分布范围的较小端或较大端)的分布曲线。大颗粒金属202和小颗粒金属204的示例性高斯分布200相对于彼此显示在图2中。在这一实例中，“D10”、“D50”和“D90”粒度分布值是指沿所示高斯分布曲线，基于与笫10百分位数、第50百分位数和第90百分位数粒度相关的粒度的粒度。例如，25μm的D50值是指50％的粒子具有大于25μm的粒度且50％的粒子具有小于25μm的粒度。10μm的D10值是指10％的粒子小于10μm且90％大于10μm。50μm的D90值是指90％的粒子小于50μm且10％大于50μm。粒度分布值不一定与高斯分布曲线有关，但在本公开的一个实例中，大颗粒金属和小颗粒金属可具有高斯分布或更通常类高斯分布，在这两个各自的曲线中有多个显示为D50的偏移峰，但也具有可重叠的曲线部分(如图2中所示)，或者，具有可不重叠的分布曲线(未显示)。一种示例性的类高斯分布显示在实施例1中，其中D50与D90的粒度差略微不同于D50至D10的粒度分布。在实践中，通常不存在真实高斯分布，因为在实践中通常存在一定偏斜，但类高斯分布仍可考虑基本被称为如实践中常规使用的“高斯型”。

在一个实例中，大颗粒金属可具有可为20μm至100μm的D50粒度分布值。在另一些实例中，大颗粒金属可具有可为20μm至60μm、25μm至45μm或40μm至55μm的D50粒度分布值。在一个实例中，D 10粒度分布值可为10μm至30μm或15μm至25μm。在另一实例中，D90粒度分布值可为35μm至75μm或50μm至100μm。

大颗粒金属的重量百分比也可变。在粉末床材料中包含较多的大颗粒金属可有助于粉末床材料的可流动性并可减轻熔合层或熔合制品的变形。因此，在一个实例中，大颗粒金属可以粉末床材料的20重量％至95重量％存在。在另一些实例中，大颗粒金属可以40重量％至85重量％或55重量％至75重量％存在。

大颗粒金属的组成也可变。在一个实例中，大颗粒金属可以是铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。在另一实例中，大颗粒金属可以是不锈钢。在一些实例中，大颗粒金属可以是元素金属。在一些实例中，大颗粒金属可包含不同类型的金属的颗粒，例如都可在本文中对大颗粒金属描述的粒度分布内但可具有在不同的粒度分布曲线内的高斯或类高斯分布的两种类型的金属的组合。

现在转向小颗粒金属。小颗粒金属可在比大颗粒金属低的脉冲能量和/或持续时间下烧结或部分或完全熔融。因此，在粉末床材料中包含小颗粒金属可允许打印制品可表现出较小的热应力。粒子的形状类型可以是球形、不规则球形、圆形、半圆形、盘形、角形、次棱角形、立方形、圆柱形或它们的任何组合。在一个实例中，小颗粒金属可包含球形粒子、不规则球形粒子或其组合。在一些实例中，粒子的形状类型可一致或基本一致，这可实现在加热过程中大颗粒金属中的颗粒的均匀熔融或烧结。在一些实例中，小颗粒金属和大颗粒金属的形状类型可以相同。在一个实例中，小颗粒金属的平均纵横比可为大于1.1至2∶1。

粒度分布也可变。在一个实例中，小颗粒金属可具有可为1μm至15μm的D50粒度分布值。在另一些实例中小颗粒金属可具有可为5μm至15μm、10μm至15μm或5μm至9μm的D50粒度分布值。在另一实例中，D10粒度分布值可为0.1μm至10μm或1μm至5μm。在再一实例中，D90粒度分布值可为10μm至25μm或15μm至20μm。在一些实例中，所有或基本所有小金属粒子可具有等于或小于20μm的平均粒度。

小颗粒金属的重量百分比也可变，并且在一些情况下可有助于平衡益处。一方面，在粉末床材料中包含多于5重量％的小颗粒金属可降低用于熔合粉末床材料的能量并因此降低形成的层或制品的热应力。另一方面，包含多于60重量％的更大量的小颗粒金属会使粉末床材料无法流动并使粉末床材料难以逐层铺展。据此，在一个实例中，小颗粒金属可以5重量％至80重量％存在于粉末床材料中。在另一些实例中，小颗粒金属可以15重量％至60重量％或25重量％至45重量％存在。

小颗粒金属的组成也可变并且可以是铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。在一些实例中，小颗粒金属可以是不锈钢。在另一些实例中，小颗粒金属可以是不同于大颗粒金属的金属。这可允许在形成制品的各层时形成合金。在一些实例中，小颗粒金属可包含不同类型的金属的颗粒，例如都可在本文中对小颗粒金属描述的粒度分布内但可具有在不同的粒度分布曲线内的高斯或类高斯分布的两种类型的金属的组合。

关于大颗粒金属和小颗粒金属的组合，这些颗粒的重量比可变。例如，大颗粒金属与小颗粒金属的比率可为2∶8至9∶1。在另一些实例中，大颗粒金属与小颗粒金属的重量比可为1∶1至9∶1；1∶1至6∶1；2∶1至5∶1；1∶1.15至9∶1；1∶1.15至1∶3；3∶2至2∶3；1∶1.22至1∶1.7；或0.75∶1至1∶2。

改变大颗粒金属与小颗粒金属的重量比可使用于熔合制品的脉冲能量改变以保持相同的熔合含量百分比。例如，当粉末床材料中的小颗粒金属的量从0重量％提高到30重量％，即大颗粒金属与小颗粒金属的比率从1∶0移向7∶3时，用于获得相同熔合含量的脉冲能量可低20％。

大颗粒金属和小颗粒金属可使用任何制造手段生产。但是，在一个实例中，大颗粒金属和/或小颗粒金属可通过气体雾化法制造。在气体雾化过程中，通过惰性气体射流将熔融金属雾化成细金属液滴，其在雾化塔中下落的同时冷却。气体雾化可允许形成基本球形的粒子。在再一实例中，大颗粒金属和/或小颗粒金属可通过液体雾化法制造。

现在转向材料组。在一个实例中，材料组可包含粉末床材料和流体。粉末床材料可如上文所述。流体可用于界定可熔合的粉末床材料的结构。在一个实例中，可将流体施加于粉末床材料以向与流体接触的粉末床材料的第一部分提供相对于未与流体接触的粉末床材料的第二部分的选择性熔合性质。

例如，该流体可沉积在粉末床材料的层上并可基本停留在粉末床材料的顶部。当粉末床的第一部分和流体被具有15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量并安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射时，第一部分可变得熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在另一实例中，当粉末床的第二部分和流体被具有15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量并安置在距粉末床5mm至150mm内的光源照射时，第一部分可变得熔合在一起且第二部分可保持未熔合。在一些实例中，当第一部分或第二部分之一熔合且第一部分或第二部分的另一个保持未熔合时，可形成三维部件的层，所述层可具有30％至100％的熔合横截面积。

流体辅助大颗粒金属和/或小颗粒金属的熔合或抑制其熔合的能力可基于流体的性质。例如，当流体包含吸收性材料、熔合反射性材料等时，流体可辅助熔合。在一个实例中，流体可喷墨或可从流体喷射构造喷射。一种示例性的流体可包含液体载体和能够强吸收并将热传递到相邻金属粒子的碳粒子作为熔合剂以降低使金属粒子的外层烧结和/或熔融的照射能量。因此，充当辅助剂(assistor)的流体可用于正性打印法以铺设与所需可熔合层图案有关的正性打印图案。用于抑制熔合的流体可用于负性打印法以铺设与所需可熔合层图案有关的负性打印图案。

在关于负性打印法的进一步细节中，该流体可抑制大颗粒金属和小颗粒金属的熔合。例如，该流体可包含非熔合吸收性材料(non-fusing absorptive material)、非熔合反射性材料(non-fusing reflective material)或化学或物理抑制大颗粒金属和/或小颗粒金属熔合的材料。在一个实例中，该流体可以是包含反射性添加剂，如二氧化钛的白色墨水。二氧化钛可充当熔合掩蔽剂以防止或提高使例如用于熔合的金属粒子的外层烧结和/或熔融所需的照射能量。与反射性添加剂组合的白色墨水可反射在UV、可见光和近红外区的电磁辐射。在另一实例中，该流体内的材料可充当介质镜(dielectric mirror)并屏蔽下方的大和小颗粒金属。在另一些实例中，抑制材料可包括吸收光子能但不熔合并充当绝热体的材料。这些材料可包括可吸收电磁辐射(electromagnetic ration)和/或熔融或蒸发由此屏蔽粉末床材料中的下方的大和小颗粒金属的聚合物、胶乳等。在再一实例中，可使用高熔融温度陶瓷浆料涂布粒子并由此防止它们的快速熔融区(flash molten regions)接合在一起以形成物理结合。充当抑制剂的流体可用于负性打印法以铺设所需层的负结构。

在本文中进一步提出3D打印系统。3D打印系统300可包括例如粉末床材料306、粉末床308、流体喷射器310、光源312和粉末材料源318。参见图3。为了参考，在图3中也显示可使用逐层打印法打印的打印制品314。如所示，粉末床材料可在打印过程中支撑该制品的各层。在打印法过程中，粉末源可在粉末床中铺展粉末床材料318的薄层，例如50μm至200μm。然后流体喷射器可将流体喷射在粉末床材料的所选表面区域上并且光源可提供足以在粉末床的粉末床材料和流体处生成热的脉冲光能量。粉末床材料的一部分可变得烧结或熔融。粉末床材料可如上文所述。粉末床可用于接收粉末床材料并可在各层形成后接连下降以允许待构建的制品的后续层彼此叠加形成。流体喷射器可操作地将流体选择性沉积到粉末床中所含的粉末床材料上。流体喷射器可操作地将流体图案选择性施加到粉末床材料上。在一些实例中，3D打印系统可包括多个流体喷射器。例如，流体喷射器可包括在粉末床材料上选择性喷射辅助流体的流体喷射器和选择性喷射抑制流体的第二流体喷射器。流体喷射器可以是能够选择性施加流体的任何类型的打印装置。例如，流体喷射器可以是喷墨器、喷雾器或其组合。流体喷射器喷射的流体可如上文所述。

光源可生成可足以烧结或熔融一部分大颗粒金属以及也烧结或甚至熔融一部分小颗粒金属的脉冲能量。例如，光源可以是非相干光源，如脉冲气体放电灯。更详细地，光源可以是市售氙气脉冲灯。光源能够发出15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量。在再一实例中，光源能够发出20J/cm²至45J/cm²的脉冲能量。在一个实例中，光源可在操作过程中安置在距粉末床5mm至150mm、25mm至125mm、75mm至150mm、30mm至70mm、或10mm至20mm。

本文中的粉末床材料、材料组和3D打印系统可用于建立3D打印制品。打印制品可具有30％至100％的熔合含量。在一些实例中，熔合含量可为50％至80％、60％至80％、55％至70％、或65％至75％。熔合含量可通过照片证据估算，如通过取熔合制品的横截面视图并测量横截面图像的多少面积熔合且多少保持未熔合，如图6B中的实例所示。

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。

本文所用的术语“大约”用于为数值范围端点提供灵活性，其中给定值可能“略高于”或“略低于”该端点。这一术语的灵活度可取决于特定变量并基于本文中的相关描述确定。

本文所用的“平均纵横比”是指在单个粒子上通过一个方向上的最长尺寸和垂直于测量尺寸的方向上的最长尺寸测得的全体粒子的纵横比的平均值。

“粒度”是指球形粒子的直径，或非球形粒子的最长尺寸。

如本文所用，“第一”和“第二”无意表示顺序。这些术语用于将一个元件的一个部分区别于同一元件的另一部分。

如本文所用，“未熔合”是指尚未烧结或熔融在一起的粉末床材料，而“熔合”是指已在制品的层内烧结或熔融在一起的粉末床粒子材料。

如本文所用，提供“选择性熔合性质”的流体是指当施加于粒子床材料时在流体和颗粒床材料暴露于能量源(其能够在该流体存在下或由于不存在该流体而将颗粒床材料烧结或熔融)时有助于颗粒床材料的熔合或抑制颗粒床材料的熔合的流体的性质。

如本文所用，为方便起见，可能在通用列表中陈述多个项目、结构要素、组成要素和/或材料。但是，这些列表应该像该列表的各成员作为单独和唯一的成员单独规定的那样解释。因此，如果没有作出相反的指示，此类列表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列表的任何其它成员的事实等同物。

浓度、尺寸、量和其它数值数据在本文中可能以范围格式呈现。要理解的是，这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，并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所有独立的数值或子范围，就像明确列举各数值和子范围那样。例如，1重量％至20重量％的重量比范围应被解释为不仅包括1重量％和20重量％的明确列举的界限，还包括独立重量，如2重量％、11重量％、14重量％，和子范围，如10重量％至20重量％、5重量％至15重量％等。

实施例

下面举例说明本公开的几个实施例。但是，要理解的是，下面仅举例说明本公开的原理的应用。可设计出许多修改和替代性的组合物、方法和系统而不背离本公开的精神和范围。所附权利要求书旨在涵盖这样的修改和布置。

实施例1-随脉冲能量和粒子含量而变的快速熔合

由不锈钢颗粒金属制备三种不同的粉末床材料，一种粉末床材料仅使用大颗粒金属(100％)制备，两种粉末床材料使用大和小颗粒金属的不同共混百分比制备。大和小颗粒金属具有如表1中所示的D10、D50和D90值，并且如表2中所示制备共混百分比。

表1-粒度分布

	大颗粒金属	小颗粒金属
			D10(μm)	18.4	3.2
D50(μm)	28.4	9.3
			D90(μm)	41.2	20.1

表2-粉末床材料

	大颗粒金属(重量％)	小颗粒金属(重量％)
			1	100％	-
2	90％	10％
			3	50％	50％

将各粉末床材料使用商业氙气脉冲灯在两种不同脉冲能量，24.9J/cm²和30.0J/cm²下用单脉冲快速熔合10ms。

粉末床材料的熔合含量显示在图4A-4F中。图4A-4C图示说明在施加24.9J/cm²的脉冲能量后各颗粒床材料的熔合含量。图4D-4F图示说明在施加30.0J/cm²的脉冲能量后各颗粒床材料的熔合含量。如图中图示说明，提高粉末床材料中的小颗粒金属的重量百分比会提高发生的熔合量，即使施加相同脉冲能量相同的时间。

实施例2-随脉冲能量而变的熔合含量

类似于实施例1中所述用下表3中所示的相对比例制备五种不同的粉末床材料。

表3-粉末床材料

	大颗粒金属(重量％)	小颗粒金属(重量％)
			A	100％	-
B	95％	5％
			C	90％	10％
D	75％	25％
			E	50％	50％

将各粉末床材料用施加具有各种脉冲能量的单次10ms照射脉冲的商业氙气脉冲灯快速熔合。各粉末床材料的熔合含量vs.脉冲能量显示在图5中。当提高粉末床中的小颗粒金属的重量百分比时，用于获得相等熔合含量的脉冲能量的量低于用于获得含有较小重量百分比的小颗粒金属的粉末床材料的相等熔合含量的脉冲能量的量。

实施例3-熔合含量

使用实施例1中描述的方法和粒子由75重量％的不锈钢大颗粒金属和25重量％的不锈钢小颗粒金属制备粉末床材料。将该粉末床材料使用商业氙气脉冲灯用能量为29J/cm²的单次10ms脉冲快速熔合。测得粉末床材料的熔合含量为大约65％并显示在图6A和6B中。

Claims

1.一种粉末床材料，包含：

20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值和1∶1至1.1∶1的平均纵横比的大颗粒金属；和

5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值和大于1.1至2∶1的平均纵横比的小颗粒金属。

2.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属以55重量％至75重量％存在且所述小颗粒金属以25重量％至45重量％存在。

3.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属具有10μm至30μm的D10粒度分布值和35μm至75μm的D90粒度分布值。

4.权利要求1的粉末床材料，其中所述小颗粒金属具有0.1μm至10μm的D10粒度分布值和10μm至25μm的D90粒度分布值。

5.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属和所述小颗粒金属独立地为铝、钛、铜、钴、铬、镍、钒、钨、碳化钨、钽、钼、镁、硅、金、银、不锈钢、钢、它们的合金或它们的混合物。

6.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属是元素金属。

7.权利要求1的粉末床材料，其中所述大颗粒金属和所述小颗粒金属不同。

8.一种材料组，包含：

粉末床材料，其包含20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属和5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属；和

流体，其施加于所述粉末床材料以向与所述流体接触的所述粉末床材料的第一部分提供相对于未与所述流体接触的所述粉末床材料的第二部分的选择性熔合性质。

9.权利要求8的材料组，其中所述流体包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。

10.权利要求8的材料组，其中当所述粉末床的第一部分和所述流体被具有15J/em²至50J/cm²的脉冲能量并安置在距所述粉末床5mm至150mm内的光源照射时，所述第一部分变得熔合在一起且所述第二部分保持未熔合。

11.权利要求8的材料组，其中当所述粉末床的第二部分和所述流体被具有15J/cm²至50J/cm²的脉冲能量并安置在距所述粉末床5mm至150mm内的光源照射时，所述第一部分变得熔合在一起且所述第二部分保持未熔合。

12.权利要求8的材料组，其中当所述第一部分或所述第二部分之一熔合且所述第一部分或所述第二部分的另一个保持未熔合时，形成三维部件的层，所述层具有30％至100％的熔合横截面积。

13.一种三维打印系统，包括：

粉末床材料，其包含20重量％至95重量％的具有20μm至100μm的D50粒度分布值的大颗粒金属和5重量％至80重量％的具有1μm至15μm的D50粒度分布值的小颗粒金属；

用于接收所述粉末床材料的粉末床；

流体喷射器，其可操作地将流体选择性沉积到所述粉末床中所含的粉末床材料上；和

光源，其生成足以烧结一部分大颗粒金属以及烧结或熔融一部分小颗粒金属的脉冲能量。

14.权利要求13的三维打印系统，其中所述脉冲能量为15J/cm²至50J/cm²，并且所述光源在操作过程中安置在距所述粉末床5mm至150mm内。

15.权利要求13的三维打印系统，其中所述流体包含反射性添加剂、吸收性添加剂或其组合。