CN114423543A - 利用气体雾化的不锈钢颗粒的三维打印 - Google Patents

Abstract

三维打印套件可包括粘合剂和微粒构建材料。粘合剂可包括液体介质中的粘结剂。微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬并且可具有按重量计约1200ppm至约2200ppm的平均氧含量。

Description

利用气体雾化的不锈钢颗粒的三维打印

背景技术

三维(3D)打印可为增材打印工艺，用于由数字模型制造三维固体部件。三维打印通常用于快速产品原型设计、模具生成、母模生成和短期制造。一些三维打印技术被认为是增材工艺，因为它们涉及施加连续的材料层。这与通常依赖于去除材料以产生最终部件的其他加工工艺不同。一些三维打印方法使用化学粘结剂或粘合剂，以将构建材料粘合在一起。其他三维打印方法涉及构建材料的局部烧结、熔化等。对于一些材料，可使用热辅助挤压完成局部熔化，并且对于一些其他材料，可使用例如紫外光或红外光完成固化或熔融。

附图说明

图1以图形方式示出了根据本公开的示例三维打印套件；

图2为示出根据本公开的三维打印的示例方法的流程图；

图3以图形方式示出了根据本公开的示例三维打印系统；并且

图4以图形方式示出了根据本公开的示例三维打印系统。

具体实施方式

三维打印可为增材工艺，涉及施加连续的微粒构建材料层，粘合剂打印在其上，以使连续的微粒构建材料层粘合在一起。在一些工艺中，施加其中有粘结剂的粘合剂可用于形成生坯对象或制品，然后可由其形成热熔融三维对象，比如通过烧结、退火、熔化等。更具体地，粘合剂可选择性地施加至支撑床(例如，支撑微粒构建材料的构建平台)上的微粒构建材料层，以图案化选定区域的微粒构建材料层，然后可在其上施加另一微粒构建材料层。可再次施加粘合剂，然后重复以形成生坯部件(也称为生坯对象或生坯制品)，然后可将其热熔融，以形成熔融三维对象。

三维打印中利用的不锈钢颗粒可小于45μm并且可为球形的或基本上球形的。粒径的减少可与熔融三维对象的密度相关。用于形成三维对象的颗粒越小，由其形成的熔融三维对象越强并且越耐腐蚀。因此，在三维打印中可期望利用更小的不锈钢颗粒。然而，具有45μm或更小的尺寸的不锈钢颗粒可能出现流动性的问题。这些颗粒可能难以散布在支撑床中并且在微粒构建材料包装中可能聚集或堆积一起，从而难以制造尺寸为45μm或更小的颗粒的三维打印。

据此，提供了三维打印套件。三维打印套件“套件”可包括粘合剂和微粒构建材料。粘合剂可包括液体介质中的粘结剂。微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍、约10wt％至约20wt％的铬，并且可具有按重量计约1200ppm至约2200ppm的平均氧含量。在示例中，粘结剂可为乳胶粘结剂并且粘合剂可包括约2wt％至约30wt％的乳胶颗粒。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可具有范围为约5μm至约20μm的D50粒径。在又一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可具有约10μm至约30μm的D90粒径。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒的平均氧含量的范围可为按重量计约1400ppm至约1800ppm。在一个示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括按重量计约50ppm至约1200ppm的平均碳含量。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约10wt％至约15wt％的镍、约15wt％至约20wt％的铬和约1.5wt％至约4wt％的钼。在又一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约5wt％的镍，约15wt％至约17wt％的铬，约3wt％至约5wt％的铜以及约0.15wt％至约0.45wt％的铌、钽或者铌和钽的组合。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可具有约1.2:1至约1:1的平均纵横比。

在另一示例中，提供了三维打印的方法“方法”。该方法可包括迭代施加包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒的微粒构建材料的单个构建材料层。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬。气体雾化的不锈钢颗粒的氧含量可为按重量计约1200ppm至约2200ppm。该方法可进一步包括：基于三维对象模型，迭代施加粘合剂至单个构建材料层，以限定变得彼此粘合的单独图案化对象层，从而形成层状生坯对象；以及在熔融炉中烧结层状生坯对象以形成熔融三维对象。在一个示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可具有范围为约5μm至约20μm的D50粒径。在另一示例中，烧结可发生在含有约2.4vol％至100vol％的氢的气氛中。在又一示例中，熔融三维对象的每个熔融颗粒的平均氧含量可为按重量计约100ppm至约800ppm。

在另一示例中，提供了三维打印系统(“系统”)。该系统可包括微粒构建材料、流体施加器和粘合剂。微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％的可具有约5μm至约20μm的D50粒径的气体雾化的不锈钢颗粒。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬。气体雾化的不锈钢颗粒的平均氧含量的范围可为按重量计约1200ppm至约2200ppm。流体施加器可流体联接或可联接至包括粘结剂和液体介质的粘合剂，以将粘合剂施加至微粒构建材料从而形成层状生坯对象。在一个示例中，该系统可进一步包括熔融炉，该熔融炉用于熔融气体雾化的不锈钢颗粒至发生颗粒间融合的温度。熔融气体雾化的不锈钢颗粒可具有按重量计约400ppm至约800ppm的平均氧含量。

当讨论本文的三维打印套件、三维打印的方法和/或三维打印系统时，这些讨论可认为彼此适用，无论它们是否明确地在示例的上下文中讨论。因此，例如，当讨论与三维打印套件相关的气体雾化的不锈钢颗粒时，这种公开内容也与三维打印的方法、三维打印系统相关并且直接在三维打印的方法、三维打印系统中得到支持，反之亦然。

除非另外指出，否则本文中使用的术语将具有在它们的技术领域中通常的含义。在一些情况下，遍及说明书或在本说明书结尾部分包括，更具体地限定的术语，因此，这些术语可具有如本文中描述的含义。

三维打印套件

根据本公开的示例，图1中显示了三维打印套件100。三维打印套件可包括粘合剂110和微粒构建材料150。粘合剂可包括液体介质130中的粘结剂120。微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒160。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬，并且可具有按重量计约1200ppm至约2200ppm的平均氧含量。微粒构建材料可与粘合剂包装在或共同包装在单独的容器中，和/或可在打印时与粘合剂组合，例如，一起加载在三维打印系统中。

三维打印的方法

图2中显示了三维打印的示例方法200的流程图。该方法可包括迭代施加210包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒的微粒构建材料的单个构建材料层；基于三维对象模型，迭代施加220粘合剂至单个构建材料层，以限定变得彼此粘合的单独图案化对象层，从而形成层状生坯对象；以及在熔融炉中烧结230层状生坯对象，以形成熔融三维对象。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍、约10wt％至约20wt％的铬并且可具有范围为按重量计约1200ppm至约2200ppm的氧含量。

在以逐层方式的打印中，可散布微粒构建材料，施加粘合剂，然后构建平台可下降距离(x)，该距离(x)可对应于生坯对象的打印层的厚度，以便在其上可再次添加另一微粒构建材料层，以接收粘合剂的另一次施加，等等。可以以逐层方式重复该工艺直到形成整个生坯对象。“生”坯对象(或单个层)可指还未烧结或退火，但是以足够允许热熔融，例如，处理、移动或以其他方式制备用于热熔融的部件的方式保持在一起的任何组分或组分的混合物。在一个示例中，在构建期间，热可从上方施加和/或可通过从微粒构建材料下方的构建平台提供，以驱除水和/或其他液体组分，以及进一步固化生坯对象的层。在其他示例中，可在散布之前加热微粒构建材料。

在形成生坯对象之后，整个生坯对象可被移动至炉子并且通过烧结和/或退火来熔融。术语“烧结(sinter)”或“烧结(sintering)”指通过气体雾化的不锈钢颗粒的固态扩散粘结、局部熔化、或固态扩散粘结和局部熔化的组合，气体雾化的不锈钢颗粒固结和物理粘合在一起(在使用粘合剂临时结合之后)。术语“退火(anneal)”或“退火(annealing)”指控制加热工艺和冷却工艺的加热和冷却顺序，例如，在一些情况下缓慢冷却可去除内应力和/或使热熔融部件或对象坚固。在一些示例中，烧结可熔化外层并且可造成单独微粒构建材料颗粒的颗粒表面变得物理合并或复合在一起，同时不熔化颗粒的内部。

根据粒径，可改变使用的烧结温度和温度曲线(在热熔融温度范围内，使用多种热上升曲线和/或冷却下降曲线等中的任一种)。在一个示例中，气体雾化的烧结温度可在低于微粒构建材料的气体雾化的不锈钢颗粒的熔化温度约10℃至低于微粒构建材料的气体雾化的不锈钢颗粒的熔化温度约50℃的范围。如果存在多种类型的颗粒，则烧结温度范围可基于微粒构建材料中最普遍颗粒(例如占微粒构建材料的大部分的颗粒类型)的熔化温度。烧结温度也可取决于进行加热的时间段，例如，在升高的温度下足以造成颗粒表面变得物理合并或复合一起的时间。在一个示例中，可在约1,250℃至约1,430℃的范围内的温度下发生生坯对象的烧结，持续约10分钟至约10小时的时间段，以使金属颗粒熔融在一起并且形成熔融三维对象。在一些示例中，温度可在约1,300℃至约1,420℃、约1,300℃至约1,400℃或约1,250℃至约1,400℃的范围内。

烧结可发生在气体气氛中。气氛可包括稀有气体、惰性气体、反应性气体或它们的组合。气氛可包括约2.4vol％至100vol％、约25vol％至约75vol％或约50vol％至约90vol％的氢气。在另一示例中，烧结可包括将熔融炉抽真空至可在约0.1帕斯卡(Pa)至约7Pa、约0.5Pa至约6Pa或约1Pa至约5Pa的范围内的压力。在其他示例中，该方法可得到熔融三维对象，该熔融三维对象可具有按重量计约100ppm至约800ppm、约250ppm至约750ppm或约400ppm至约800ppm的平均氧含量。在一些示例中，该方法可得到熔融三维对象，该熔融三维对象可具有的理论密度可在约93％至约99％、约93％至约96％或约95％至约98.5％范围内。

三维打印系统

还提供了三维打印系统300。如图3中示出，该系统可包括微粒构建材料150和粘合剂110。例如可使用流体施加器310将粘合剂施加至微粒构建材料。微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒160。气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍、约10wt％至约20wt％的铬，并且气体雾化的不锈钢颗粒的平均氧含量可在按重量计约1200ppm至约2200ppm的范围内。

流体施加器可流体联接或可联接至粘合剂，以将粘合剂迭代施加至微粒构建材料，从而形成生坯对象的单独图案化对象层。流体施加器可在滑架轨道或多种结构中的任一种上。流体施加器可流体联接或可联接至粘合剂并且可引导以将粘合剂施加至微粒构建材料，从而形成层状生坯对象。流体施加器可为能够选择性施加粘合剂的任何类型的设备。例如，流体施加器可为流体喷射器或数字流体喷射器，比如喷墨打印头，例如，压电打印头、热打印头、连续打印头等。流体施加器可类似地为喷雾器、滴管或者用于将粘合剂施加至微粒构建材料的其他类似结构。因此，在一些示例中，可通过从与喷墨笔类似的数字流体喷射施加器喷射或喷出进行施加。在又一示例中，流体施加器可包括马达，并且当位于构建平台的粉末床上方或邻近构建平台的粉末床时，可在微粒构建材料上方沿着滑架可操作地前后移动。

在示例中，系统300可进一步包括构建平台350，以支撑微粒构建材料150和/或熔融炉330，如图4中示出。构建平台可放置为从流体施加器310接收粘合剂110到微粒构建材料层上。构建平台可被控制为下降一个高度(显示在“x”处)，因此允许通过供应和/或散布器350来施加连续的微粒构建材料层。微粒构建材料可在构建平台中以约5μm至约1cm的范围内的厚度分层。在一些示例中，各个层可具有相对均匀的厚度。在一个示例中，微粒构建材料层的厚度可在约10μm至约500μm，或约30μm至约200μm的范围内。然后可将生坯对象180转移至熔融炉。

在一些示例中，该系统可进一步包括熔融炉，该熔融炉可使生坯对象的气体雾化的不锈钢颗粒(由施加有粘合剂的微粒构建材料形成)熔融并且使生坯对象变得熔融。在一些示例中，熔融炉可包括受控气氛，该受控气氛可包括在热熔融工艺期间控制大气压或气氛中的气体含量。例如，如提到的，熔融炉内的压力可为在约0.1帕斯卡(Pa)至约7Pa、约0.5Pa至约6Pa或约1Pa至约5Pa的范围内的真空压力。在一些示例中，受控气氛可包括稀有气体、惰性气体、反应性气体或它们的组合的惰性气氛。

粘合剂

更详细地，关于可用于三维打印套件、三维打印的方法或者三维打印系统中的粘合剂，如本文中描述的，粘合剂可包括粘结剂和液体介质。术语“粘结剂”可包括用于将分开的气体雾化的不锈钢颗粒物理结合一起或利于粘附至邻近的气体雾化的不锈钢颗粒的表面的任何材料，以便制备生坯部件或生坯对象，以准备用于随后的热熔融，例如，烧结、退火、熔化等。在三维打印期间，可将粘合剂以逐层方式施加至微粒构建材料。例如，粘合剂的液体介质能够湿润微粒构建材料并且粘结剂可以移动到微粒构建材料的颗粒之间的空余空间中。

粘合剂可在施加时提供与微粒构建材料的结合，或在一些情况下，可在施加之后活化以提供结合。可通过加热粘结剂而活化或固化粘结剂(这可通过在已经选择性施加了粘合剂的一部分上加热微粒构建材料的整个层来实现)。如果粘结剂包括聚合物粘结剂，则加热可在例如聚合物粘结剂的玻璃化转变温度左右发生。当活化或固化时，粘结剂可接着形成可将微粒构建材料的颗粒粘合或胶合在一起的网络，因此在形成和/或保持生坯对象或其打印层的形状时提供内聚性。

因此，在一个示例中，生坯对象可具有机械强度，以承受从粉末床的提取并且可接着烧结，以形成热熔融对象。一旦生坯对象被烧结，则该对象在本文称为“熔融”三维对象、部件或制品。在一些示例中，粘合剂中含有的粘结剂可经历热解或烧尽工艺，其中在烧结或退火期间粘结剂可被去除。这可在施加至生坯部件或对象的热能去除无机或有机挥发物和/或可通过分解或燃烧粘合剂而存在的其他材料的情况下发生。在其他示例中，如果粘结剂包括金属，比如可还原的金属化合物，则在烧结或退火之后，金属粘结剂可与热熔融对象一起保留。

如提到的，粘结剂可包括在液体介质中用于施加至微粒构建材料。例如，粘结剂可以以约2wt％至约30wt％、约5wt％至约25wt％、约10wt％至约20wt％、约7.5wt％至约15wt％、约15wt％至约30wt％、约20wt％至约30wt％或约2wt％至约12wt％存在于粘合剂中。

在一个示例中，粘结剂可包括聚合物颗粒，比如乳胶聚合物颗粒。在示例中，粘结剂可包括约2wt％至约30wt％的乳胶颗粒。聚合物颗粒可具有的平均粒径可在约100nm至约1μm的范围内。在其他示例中，聚合物颗粒可具有的平均粒径可在约150nm至约300nm、约200nm至约500nm或约250nm至750nm的范围内。

在一个示例中，乳胶颗粒可包括多种共聚单体中的任一种，并且可在一些情况下，包括共聚表面活性剂，例如，聚氧乙烯化合物，聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸铵、聚氧乙烯烷基醚硫酸钠、聚氧乙烯苯乙烯化苯基醚硫酸铵等。共聚单体可来自单体，比如苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2羟乙酯、丙烯酸2-羟丙酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸己酯、甲基丙烯酸己酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸硬脂酰酯、乙烯苄基氯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸四氢糠酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸苄酯、乙氧基化壬基苯酚甲基丙烯酸酯、乙氧基化山嵛基甲基丙烯酸酯、聚丙二醇单丙烯酸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸月桂酰酯、甲基丙烯酸十三烷基酯、烷氧基化丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异冰片酯、马来酸二甲酯、马来酸二辛酯、甲基丙烯酸乙酰乙酸氧基乙酯、二丙酮丙烯酰胺、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基-己内酰胺或它们的组合。在一些示例中，乳胶颗粒可包括丙烯酸。在其他示例中，乳胶颗粒可包括甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸、它们的组合、它们的衍生物或它们的混合物。在另一示例中，乳胶颗粒可包括苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、它们的组合、它们的衍生物或它们的混合物。

就液体介质而言，基于粘合剂的总体重量，粘合剂可包括约50wt％至约99wt％、约70wt％至约98wt％、约80wt％至约98wt％、约60wt％至约95wt％或约70wt％至约95wt％的液体介质。在一个示例中，液体介质可包括水作为主要溶剂，例如，当与其他助溶剂比较时该溶剂以最高浓度存在。在另一示例中，液体介质可进一步包括约0.1wt％至约70wt％、约0.1wt％至约50wt％或约1wt％至约30wt％的除水之外的液体组分。其他液体组分可包括有机助溶剂、表面活性剂、抑制有害微生物生长的添加剂、粘度改性剂、pH调节剂、螯合剂、防腐剂等。

当存在时，有机助溶剂可包括高沸点溶剂和/或湿润剂，例如，脂族醇、芳香醇、烷基二醇、乙二醇醚、聚乙二醇醚、2-吡咯烷酮、己内酰胺、甲酰胺、乙酰胺、C6至C24脂族醇，例如，中等链长度(C6-C12)至长链长度(C13-C24)的脂肪醇或它们的混合物。有机助溶剂总共可以以0wt％至约50wt％存在于粘合剂中。在其他示例中，有机助溶剂可以约5wt％至约25wt％、约2wt％至约20wt％或约10wt％至约30wt％存在于粘合剂中。

微粒构建材料

微粒构建材料可包括约80wt％至100wt％、约90wt％至100wt％、约95wt％至100wt％或约99wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒。气体雾化的不锈钢颗粒可具有约5μm至约20μm、约8μm至约18μm或约10μm至约14μm的D50粒径。气体雾化的不锈钢颗粒可具有的D90粒径可为约10μm至约30μm、约15μm至约25μm或约20μm至约30μm。如本文中使用的，粒径可指球形颗粒的直径的值，或在不为球形的颗粒中可指该颗粒的等效球形直径。粒径可为高斯分布或类高斯分布(或正态分布或类正态分布)。类高斯分布为可在分布曲线形状中出现高斯分布的分布曲线，但是其在一个方向或另一个方向上可轻微偏斜(朝着粒径分布范围的较小端或朝着粒径分布范围的较大端)。在这些或其他类型的颗粒分布中，可使用粒径的50^th百分位以单因素表征粒径，有时称为“D50”粒径。例如，约25μm的D50值意指约50％的颗粒(按数量计)具有大于约25μm的粒径并且约50％的颗粒具有小于约25μm的粒径。无论粒径分布是否为高斯分布、类高斯分布或其他方式，粒径分布都可用D50粒径来表示，其可通常近似于平均粒径，但是可以不相同。在本文的示例中，粒径范围可修改为“平均粒径”，有时提供稍微不同的尺寸分布范围。

气体雾化的不锈钢颗粒可具有增加的氧含量，例如超过1,000ppm。在气体雾化期间增加不锈钢颗粒的氧含量可以减少颗粒间摩擦，从而可以改善气体雾化的不锈钢颗粒的总体流动性并且减少气体雾化的不锈钢颗粒的聚集。在一些示例中，气体雾化的不锈钢颗粒的氧含量可在气体雾化的不锈钢颗粒的典型氧含量(例如，700ppm)的约1.5倍至约5倍、约1.5倍至约3倍或约2至4倍的范围内。例如，气体雾化的不锈钢颗粒的氧含量可在约1200ppm至约2200ppm、约1400pm至约1800ppm或约1500至约2000ppm的范围内。

在一些示例中，可以增加气体雾化的不锈钢颗粒的碳含量和/或可以将碳源(比如碳颗粒、石墨颗粒或它们的组合)混合到微粒构建材料中。增加碳含量或将碳添加到微粒构建材料可以有助于减少熔融三维对象中的氧含量。在示例中，气体雾化的不锈钢颗粒的平均碳含量可在约50ppm至约1200ppm的范围内。在又一些其他示例中，气体雾化的不锈钢颗粒的平均碳含量可在约500ppm至约1000ppm、约250ppm至约750ppm、约400ppm至约1200ppm或约50ppm至约300ppm的范围内。

在示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约10wt％至约15wt％的镍、约15wt％至约20wt％的铬和约1.5wt％至约4wt％的钼。在又一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约5wt％的镍，约15wt％至约17wt％的铬，约3wt％至约5wt％的铜，以及约0.15wt％至约0.45wt％的铌、钽或者铌和钽的组合。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括约3wt％至约6wt％的镍、约14wt％至约16wt％的铬和约2wt％至约5wt％的铜。在一些示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可进一步包括约0.15wt％至约0.45wt％的铌、钽或者铌和钽的组合。在另一示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可进一步包括0wt％至约2wt％或约0.01wt％至约2wt％的锰、0wt％至约1wt％或约0.01wt％至约0.7wt％的磷、0wt％至约0.05wt％或约0.01wt％至约0.08wt％的硫和/或0wt％至约2wt％或约0.01wt％至约2wt％的硅。在示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括316、316L、17-4PH、15-5PH或任何或所有这些颗粒的混合物。

气体雾化的不锈钢颗粒可包括奥氏体不锈钢颗粒、铁素体不锈钢颗粒、马氏体钢颗粒、非晶钢颗粒或它们的组合。如本文中使用的，“奥氏体”指原子排列为面心立方体晶体，其中一个原子在晶体立方的各个角并且一个原子在晶体立方的各个面的中间。如本文中使用的，“铁素体”钢可具有的原子排列为体心立方晶粒结构，其中立方原子晶胞在中心包括一个原子。

气体雾化的不锈钢颗粒可为球形、不规则球形、圆形、半圆形、盘形、棱角形、次棱角形、立方体、圆柱形或它们的任何组合。在一个示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可包括球形颗粒、不规则球形颗粒或圆形颗粒。在一些示例中，气体雾化的不锈钢颗粒的形状可为均匀的，这可允许颗粒的相对均匀的熔化或烧结。在示例中，气体雾化的不锈钢颗粒可具有约1.2:1至约1:1或约1.1:1至约1:1的平均纵横比。

定义

要注意的是，如在本说明书和所附权利要求中使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述”包括复数指示物。

如本文中使用的，当提及数值或范围时，术语“约”允许该值或范围内的一定程度的变化，例如，在叙述值或叙述范围界限的10％以内，或，在一个方面中，5％以内。术语“约”在修饰数值范围时，也被理解为包括由指示的精确数值限定的范围，作为一个数值子范围，例如，约1wt％至约5wt％的范围包括1wt％至5wt％作为明确地支持的子范围。

如本文中使用的，“生”用于描述在颗粒与颗粒材料熔融之前的多种中间结构中的任一种，例如，生坯对象、生坯制品、生坯层等。作为“生”结构，微粒构建材料可以通过粘结剂(弱)粘合在一起。通常，生坯的机械强度使得生坯可被处理或从构建平台上的微粒构建材料提取以放置在例如熔融炉中。要理解的是，未用粘合剂图案化的任何微粒构建材料不视为“生”结构的一部分，即使微粒构建材料邻近或围绕生坯对象或其层。例如，未打印的微粒构建材料可用于支撑生坯对象，同时包含在其中，但是微粒构建材料不是生坯结构的一部分，除非微粒构建材料在熔融(例如，烧结、退火、熔化等)之前用粘合剂或用于生成固化部件的一些其他流体打印。

如本文中使用的，“套件”可与包括包含多个组分的多个组合物同义并且理解为包括包含多个组分的多个组合物，其中在使用之前可分开含有不同的组合物(但在一些情况下，共同包装在分开的容器中)，但是这些组分在使用期间，比如本文中描述的三维对象构建工艺期间，可组合在一起。容器可为由任何材料制造的任何类型的器皿、盒子或托盘。

如本文中使用的，当提及可使用的粘合剂时，“施加”，例如，指可用于将流体试剂(例如，粘合剂)投放或放置在微粒构建材料上或者投放或放置到微粒构建材料层中的任何技术，以用于形成生坯对象。例如，“施加”可指“喷射”、“喷出”、“滴落”或“喷雾”等。

如本文中使用的，“喷射”或“喷出”指从喷出机构或喷射机构(比如喷墨机构)排出的流体试剂或其他组合物。喷墨机构可包括热机构或压电机构。另外，这种机构可配置为打印不同的滴尺寸，比如，高达约20皮升、高达约30皮升或高达约50皮升等。示例范围可包括约2皮升至约50皮升，或约3皮升至约12皮升。

为了方便起见，如本文中使用的，多个项目、结构元件、组成元件和/或材料可呈现在共同列表中。然而，这些列表应解释为如同列表中的单个成员标识为单独的和唯一的成员。因此，在没有相反指示的情况下，这种列表的单个成员不应基于出现在共同组中而解释为事实上等同于同一列表的任何其他成员。

浓度、尺寸、量和其他数值数据可以以范围形式出现在本文中。要理解的是，这种范围形式仅为了方便和简洁起见而使用并且应灵活地解释为包括明确列举为范围界限的数值，以及包括囊括在该范围内的所有的单个数值或子范围，如同明确列举单个数值和/或子范围。例如，约1wt％至约20wt％的重量比范围应解释为包括明确列举的1wt％和20wt％的界限并且包括单个重量，比如约2wt％、约11wt％、约14wt％，以及子范围比如约10wt％至约20wt％、约5wt％至约15wt％等。

下面说明本公开的示例。然而，要理解的是，下述是本公开的原理的应用的说明。在不背离本公开的情况下，可以设计许多修改和替代的组合物、方法和系统。所附权利要求旨在覆盖这些修改和布置。

实施例

使用逐层粉末床打印工艺制备两个热熔融三维对象。具体地，比较两个不同微粒构建材料配方，以确定烧结之后的对象密度，从而确定增加的氧含量是否会不利地影响总体部件密度。对于该实施例，选择使用的所有微粒构建材料包括97wt％至99.8wt％的具有7μm的D50粒径的316不锈钢颗粒。316不锈钢颗粒具有典型的氧含量(具有按重量计约700ppm氧的对照微粒构建材料)或增加的氧含量(具有按重量计约1,500ppm氧的实施例微粒构建材料)。对于制备的对象，构建工艺如下：

1)以约70μm的平均厚度，将微粒构建材料均匀地散布在构建平台上，以形成构建材料层。

2)以约1:99的乳胶聚合物颗粒与微粒构建材料的重量比，将包括乳胶粘结剂的粘合剂选择性施加至相应构建材料层的部分。

3)然后以逐层方式重复微粒构建材料的散布(1)和粘合剂的施加(2)，直到形成具有多层的相应生坯对象。

4)然后，将生坯对象从它们相应的微粒构建材料粉末床去除并且转移到熔融炉。

5)将生坯对象在熔融炉中在约1,380℃的温度下烧结约2小时，以形成对照三维对象和实施例三维对象。

6)在受控冷却之后，使用气体融合方法测量两个相应对象的氧含量，并且使用阿基米德方法测量对象的密度。

对照三维对象具有50ppm的总体氧含量和理论密度的98％的密度。用具有增加氧含量的颗粒打印的实施例三维对象具有300PPM的总体氧含量和理论密度的98％的密度。两种熔融三维对象的总体氧含量没有负面影响熔融三维对象的机械强度。另外，当形成粉末床的微粒构建材料的各个层时，包括增加的氧含量的实施例微粒构建材料在散布期间更容易散布并且没有表现出任何聚集，而包括更标准的氧含量的对照微粒构建材料表现出差的流动性。

Claims (15)

1.一种三维打印套件，包括：

粘合剂，所述粘合剂包括液体介质中的粘结剂；和

微粒构建材料，所述微粒构建材料包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬并且其中所述气体雾化的不锈钢颗粒的平均氧含量按重量计为约1200ppm至约2200ppm。

2.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述粘结剂为乳胶粘结剂并且所述粘合剂包括约2wt％至约30wt％的乳胶颗粒。

3.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒具有范围为约5μm至约20μm的D50粒径。

4.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒具有约10μm至约30μm的D90粒径。

5.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒的所述平均氧含量的范围为按重量计约1400ppm至约1800ppm。

6.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括按重量计约50ppm至约1200ppm的平均碳含量。

7.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括约10wt％至约15wt％的镍、约15wt％至约20wt％的铬和约1.5wt％至约4wt％的钼。

8.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括约3wt％至约5wt％的镍，约15wt％至约17wt％的铬，约3wt％至约5wt％的铜，以及约0.15wt％至约0.45wt％的铌、钽或者铌和钽的组合。

9.根据权利要求1所述的三维打印套件，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒具有约1.2:1至约1:1的平均纵横比。

10.一种三维打印的方法，包括：

迭代施加包括约80wt％至100wt％的气体雾化的不锈钢颗粒的微粒构建材料的单个构建材料层，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬并且其中所述气体雾化的不锈钢颗粒的氧含量为按重量计约1200ppm至约2200ppm；

基于三维对象模型，迭代施加粘合剂至单个构建材料层，以限定变得彼此粘合的单独图案化对象层，从而形成层状生坯对象；和

在熔融炉中烧结所述层状生坯对象，以形成熔融三维对象。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒具有范围为约5μm至约20μm的D50粒径。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述熔融发生在含有约2.4vol％至100vol％的氢的气氛中。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述熔融三维对象的每个熔融颗粒的平均氧含量为按重量计约100ppm至约800ppm。

14.一种三维打印系统，包括：

微粒构建材料，所述微粒构建材料包括约80wt％至100wt％的具有约5μm至约20μm的D50粒径的气体雾化的不锈钢颗粒，其中所述气体雾化的不锈钢颗粒包括约3wt％至约15wt％的镍和约10wt％至约20wt％的铬并且其中所述气体雾化的不锈钢颗粒的平均氧含量为按重量计约1200ppm至约2200ppm；和

流体施加器，所述流体施加器流体联接或可联接至包括粘结剂和液体介质的粘合剂，以将所述粘合剂施加至所述微粒构建材料，从而形成层状生坯对象。

15.根据权利要求14所述的系统，进一步包括熔融炉，所述熔融炉用于使所述气体雾化的不锈钢颗粒熔融至发生颗粒间融合的温度并且熔融气体雾化的不锈钢颗粒具有按重量计约400ppm至约800ppm的平均氧含量。

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