CN114453590A - 用于选择性烧结粘聚性原料的材料 - Google Patents

用于选择性烧结粘聚性原料的材料 Download PDF

Info

Publication number
CN114453590A
CN114453590A CN202111097936.7A CN202111097936A CN114453590A CN 114453590 A CN114453590 A CN 114453590A CN 202111097936 A CN202111097936 A CN 202111097936A CN 114453590 A CN114453590 A CN 114453590A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sintering
feedstock
selective
solvent
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111097936.7A
Other languages
English (en)
Inventor
M·钦塔帕里
A·普洛乔维茨
A·V·帕特卡
吕正平
W·杰克逊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Palo Alto Research Center Inc
Original Assignee
Palo Alto Research Center Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Palo Alto Research Center Inc filed Critical Palo Alto Research Center Inc
Publication of CN114453590A publication Critical patent/CN114453590A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0092—Temporary binders, mortars or concrete, i.e. materials intended to be destroyed or removed after hardening, e.g. by acid dissolution
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/165—Processes of additive manufacturing using a combination of solid and fluid materials, e.g. a powder selectively bound by a liquid binder, catalyst, inhibitor or energy absorber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/10—Formation of a green body
    • B22F10/14—Formation of a green body by jetting of binder onto a bed of metal powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
    • B22F3/1021—Removal of binder or filler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227—Driving means
    • B29C64/241—Driving means for rotary motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/0036—Laser treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种形成三维物体的方法，包括：将包含可烧结材料和粘结剂的可烧结致密原料沉积到表面上；根据图案沉积烧结选择性材料；去除粘结剂；烧结可烧结的致密原料以形成三维烧结物体；以及精加工烧结物体。本发明公开了一种烧结选择性材料，包含溶剂和在溶剂中的烧结选择性材料，该烧结选择性材料具有能够渗透致密原料的特性。本发明公开了一种系统，具有：表面；原料沉积头，该原料沉积头被布置为将可烧结的致密原料沉积在表面上；烧结选择性沉积头，该烧结选择性沉积头被布置为将烧结选择性材料沉积在表面和原料中的至少一者上；脱粘机制，该脱粘机制被布置为使原料与粘结剂脱粘；和烧结室，该烧结室用于在脱粘之后烧结原料。

Description

用于选择性烧结粘聚性原料的材料
相关案例
本专利申请涉及2020年11月10日提交的共同未决的美国专利申请号17/094,506。
技术领域
本公开涉及3D印刷，更具体地涉及可烧结的、粘聚性的致密原料的3D印刷。
背景技术
制造3D物体的某些方法涉及逐层印刷以构建三维物体。在逐层印刷原料材料时，用于构建物体的那些材料通常具有来自构建平台、罐、箱或床的支撑。一些应用没有这些元素，需要不同类型的原料。
目前在3D印刷中使用的可烧结原料通常为松散粉末或由粘结的长丝或原料沉积而成，诸如熔融沉积成型(FDM)或挤出印刷。多孔原料或松散粉末在无支撑构建体构造中不起作用。
发明内容
根据本文所示的方面，提供了一种形成三维物体的方法，该方法包括：将包含可烧结材料和粘结剂的可烧结的致密原料沉积到表面上；根据图案沉积烧结选择性材料；去除粘结剂；烧结可烧结的致密原料以形成三维烧结物体；以及精加工烧结物体。
根据本文所示的方面，提供了一种烧结选择性材料，该烧结选择性材料包含：溶剂；和溶剂中的烧结选择性材料，该烧结选择性材料具有能够渗透致密原料的特性。
根据本文所示的方面，提供了一种系统，该系统具有：表面；原料沉积头，该原料沉积头被布置为将可烧结的致密原料沉积在表面上；烧结选择性沉积头，该烧结选择性沉积头被布置为将烧结选择性材料沉积在表面和原料中的至少一者上；脱粘机制，该脱粘机制被布置为使原料与粘结剂脱粘；和烧结室，该烧结室用于在脱粘之后烧结原料。
附图说明
图1示出了三维圆柱形沉积系统的一个实施方案。
图2示出了在三维沉积系统中发生沉积的基底的一个实施方案。
图3示出了可烧结的粘聚性原料的三维沉积工艺的一个实施方案的流程图。
图4示出了潜在的烧结选择性材料的相图。
具体实施方式
实施方案使用基于选择性抑制烧结机制(SIS)来选择性地图案化连续的、粘聚性的、致密的、可烧结的原料的材料和方法。如本文所用，“致密”原料是具有30％或更小孔隙率的原料。材料更可能具有10％或更小，包括10％或更小、5％或更小或者1％或更小的孔隙率。“粘聚性”原料是在沉积或固定之后拉伸屈服应力为100kPa或更大、10kPa或更大、1kPa或更大、100Pa或更大或者50Pa或更大的原料。“粘聚性”原料也是并非流动粉末、沉积后并非流动粉末或沉积前并非流动粉末的原料。一般来讲，在本文的实施方案中，用于烧结的选择性图案化也可通过除选择性抑制烧结之外的机制来进行，诸如通过使用正图案化、使用烧结促进剂或使用使烧结抑制剂灭活的材料来进行。本发明克服的使用致密的粘聚性原料的挑战通常存在于正图案化实施方案和负图案化实施方案两者中。
本文公开的材料适用于用于添加层、EHTAL或其它形式的3D印刷(包括常规XY-Z印刷)的嵌入式高速车削。在SIS中，烧结抑制剂在正空间图案的边界处或在图案周围的负空间中选择性地沉积在构建层上。当层积聚并且零件被烧结时，抑制区域保持未粘结，从而限定零件的边缘。SIS已用松散粉末进行了展示，但使用具有包含粘结剂的自支撑致密原料的SIS时存在固有的挑战，并且该工艺在使用包含粘结剂的致密原料之前从未进行展示。
SIS中的烧结抑制剂和原料粘结剂的组分经过仔细选择，以确保构建体圆柱体在烧结之前具有足够的强度。烧结抑制剂可将抑制剂携带到致密原料构建层中，并且构建层薄且无针孔，并且可快速沉积。选择其中抑制剂能够轻松渗透构建层的粘结剂-抑制剂体系是复杂的并且需要创新。抑制剂必须能够同时溶剂化离子和疏水性物质，或者原料需要用具有适当粘弹性的强亲水性粘结剂配制以进行层沉积。本文的实施方案描述了用于这两种广泛类别和其它类别的材料。
目前用于三维印刷(3D)的可烧结原料通常涉及松散粉末或从粘结的长丝或原料选择性地沉积，诸如熔融沉积成型(FDM)或挤出印刷。多孔原料或松散粉末不适用于在无支撑构建体中进行3D印刷，因为它们不能在无支撑构建体构造中分层。FDM-型工艺不适用于无支撑工艺中的可烧结原料，因为对于高密度陶瓷或金属原料，圆柱体的角动量将随构建体几何结构而变化。这将使旋转控制系统更加复杂，并且将最大旋转速度限制在FDM-型材料沉积工艺中，FDM型材料沉积工艺本质上是缓慢的。此外，FDM工艺通常产生具有相对低分辨率的零件，这是由于挤出头或喷嘴开口较大以实现合理的材料流速，并且它们需要单独的支撑材料来产生悬突。
所述实施方案通过允许致密的粘聚性原料的选择性烧结，使得能够以圆柱形几何结构实现连续3D印刷金属和陶瓷零件。用于使用增材制造来生成金属或陶瓷零件的先前方法依赖于XY-Z几何结构的选择性激光烧结(SLS)或FDM工艺，并且此类工艺的材料要求不同于在无支撑原料上的三维印刷。选择性机制一般是本领域已知的，如专利和专利申请诸如EP1534461B1、US6589471、US9403725、US10232437、US20180304361A1、WO2018173048A1、WO2018173050A1和KR100659008B1所示。这些不适用于致密原料。用于XY-Z 3D印刷的SLS工艺包括正图案化或负图案化。
在具有正图案化的SLS中，选择性地压实粉末层，形成致密的、粘聚性未烧结的生坯层，或直接烧结成致密零件。在具有负图案化的SLS中，烧结抑制剂沉积在图案的边界处或负空间中，或者粉末在边界处压实/粘结/硬化以形成待烧结的松散粉末的固体包封体积。负图案化SLS的一种形式是选择性抑制烧结(SIS)。烧结可逐层发生，或者零件可在烧结之前与构建体分离，并且随后作为整体进行烧结。构建体是指构建工艺和在印刷工艺期间沉积的材料两者，包括要保留在最终零件中的形状和其它材料。在所有这些XY-Z SLS工艺中，原料为粉末，纯粉末或粉末活性材料与粉末粘结剂的混合物。与在无支撑原料上的3D印刷相比，XY-Z工艺的速度基本上受到限制，因为印刷显影系统必须在每层的开始和结束时减速以反转方向。
对于无支撑原料上的3D印刷，由于采用了致密的、自支撑粘聚性原料，这些先前的SLS方法都不适用。烧结在致密原料上的选择性图案化比在粉末上的选择性图案化更复杂，因为构建体的正零件和负零件嵌入在单个整体料中，并且更难将抑制剂渗透到致密层中。此外，还存在关于亲水性抑制剂与疏水性粘结剂的组合所讨论的材料相容性挑战。本文的实施方案克服了所有这些固有的挑战，以实现致密的自支撑原料的选择性图案化。
除了实现圆柱形3D印刷之外，致密原料的选择性图案化还可具有另外的有益效果。例如，可使用二次工艺(诸如模成型或传统减材制造)来加工图案化整体料。图案化材料可携带附加类型的材料的前体，从而产生结构复杂、多材料和复合的零件。这些优点适用于圆柱形几何结构印刷和XY-Z印刷两者。
图1和图2示出了在无支撑的圆柱形体积上印刷的不同实施方案，图3提供了工艺描述。尽管可认为圆柱体为“支撑物”，但由于圆柱体的旋转性质，所得构建体的支撑方式与其中基底上沉积有材料的工艺不同，在该工艺中，基底由块体或其它表面支撑。
在图1中，旋转圆柱体具有通过沉积头(诸如刮粉刀12)施加到其上的原料。随着圆柱体的旋转，最近施加的原料层从沉积头10接收烧结选择性材料的图案，并且可发生脱粘，脱粘是可烧结材料与粘结剂分离的工艺。粘结剂允许粉末状可烧结材料以致密、粘聚性形式存在，其也可称为糊剂、熔体、乳液或浆液，以便施加到圆柱体14。烧结选择性材料正向地或负向地标记边界以限定零件。在一些实施方案中，烧结选择性材料可被称为油墨或流体。
随着圆柱体经过沉积头，在当前原料层上发生烧结选择性材料沉积/脱粘，然后再施加下一层。随着构建体18的增长，其至少由可烧结材料和粘结剂的原料加上烧结选择性材料组成，在构建体内限定了零件诸如16。在构建体正好完成时，构建体发生烧结和分离，从而产生如下所示的单独零件诸如16。
图2示出了该系统的一个另选的实施方案，其也可为具有其他部件的第一实施方案。在该实施方案中，原料的沉积利用沉积机构22(诸如刮粉刀或其它分配器)来进行。原料可发生固定工艺以将原料从易施加状态(诸如液体、糊剂或凝胶)转变成半固体或固体状态。在经过固定工位32下方之后，沉积头20将烧结选择性材料沉积在固定原料上。烧结选择性材料可能需要活化，因此活化剂34可操作以活化材料。类似于上述系统，构建体28具有限定在其中的零件诸如26，这些零件在烧结之后从中分离。
图3示出了操作图1至图2的或类似于图1至图2的系统的工艺的流程图，其中在40处原料沉积。在一个实施方案中，原料包含孔隙率低于30体积％、低于20体积％、低于10体积％、低于5体积％或低于1体积％的致密复合相，该致密复合相包含待烧结材料和粘结剂。与现有技术相比，在实施方案的工艺中使用此类原料是新颖的。原料可为液体、悬浮液、浆液/糊剂、溶液、乳液(所有这些在本文中将被称为溶液)或固体。
致密的粘聚性原料包含待烧结材料，诸如金属、陶瓷、含碳材料和/或聚合物，以及粘结剂，该粘结剂可包括聚合物、溶剂、表面活性剂、增塑剂和/或粘合剂。待烧结材料可作为粉末、作为粘结剂中的可溶或乳化组分而非粉末、作为纤维、作为片剂或作为其它类型的颗粒存在。待烧结材料可由一系列形状和尺寸的颗粒或一系列材料类型/化学组成组成。适用于实施方案的工艺的原料可商购获得，诸如金属注塑(MIM)原料或用于基于流延成型、注浆成型或基于挤出的工艺的原料。
原料沉积工艺包括将致密原料的薄层铺展到表面上，该表面可以是平坦的、弯曲的、静态的或运动的、加热的、冷却的或在室温下的。表面可以是旋转的向外生长的圆柱体，诸如EHTAL系统。原料可熔融、经受剪切应力或压制以有利于沉积/粘附到表面上。沉积可通过多种方法实现：喷涂、刮涂、辊涂、狭缝式涂布、共挤出、浸涂、旋涂、滚压、胶版印刷、照相凹版印刷、柔性版印刷、转移滚压或将原料预成形为支撑层或自立式层并转移到表面上。供沉积的表面可为不与零件成一整体的支撑物，也可为先前的构建层。
在图3中，该工艺的主要部分以工艺40至42至44的流程示出。该工艺可包括在从50、52、54至56的流程中的任选工艺。这些工艺中的每个工艺均是任选的，可与其它任选工艺结合使用，也可单独使用。
一个此类任选工艺在50处发生，其中层发生固定工艺。固定工艺的目的是将原料从易于作为层施加的状态转化为原料形成固体或半固体自支撑结构的状态。固定工艺可有利于施加更薄的层(诸如<1mm、<500微米、<100微米、<50微米、<10微米)，以及因此分辨率更高的零件。固定工艺的示例为：从原料中干燥出溶剂，使其从低粘度液体变为干燥、致密的固体粉末-粘结剂复合物；对包含可紫外线固化的液体粘结剂树脂的原料进行紫外线固化；在室温或更高温度下将原料作为液体施加，然后在室温或更低温度下冷却以形成固体。
该层可发生另一任选的涂底漆工艺，以用于在52处进行烧结选择性材料沉积。这使得原料与油墨更相容。涂底漆步骤的示例是在烧结选择性材料要渗透的区域中使用激光来烧蚀/蒸发/转化粘结剂，或者施加氧等离子体或离子轰击来使粘结剂更具亲水性，或者施加基于溶剂的烧结选择性材料制剂来在烧结选择性材料要渗透的区域中溶解粘结剂。涂底漆步骤可图案化，而烧结选择性材料沉积步骤不图案化，烧结选择性材料仅润湿发生涂底漆的区域，并且底涂步骤可不图案化，而烧结选择性材料沉积步骤图案化，或者两者都可图案化。
在42处，将促进选择性烧结的材料(本文称为烧结选择性材料，诸如流体、油墨或液体)沉积到层上。可通过逐图案工艺或通过涂布到选择性涂底漆的表面上来进行沉积。可通过喷涂、丝网印刷、数字印刷、烧结选择性材料喷射印刷、胶版印刷或其它图案化沉积方法来进行沉积。如果原料固定在工艺中进行，则烧结选择性材料沉积可在原料沉积和原料固定之间、在原料固定之后或在原料固定期间进行。
烧结选择性材料可携带待沉积在图案的负空间或边界上的烧结抑制剂，也可携带待沉积在图案的正空间中的烧结促进剂。在一个另选的实施方案中，原料粘结剂可包含烧结抑制剂，并且烧结选择性材料可包含使抑制剂灭活的试剂。烧结选择性材料可包含溶剂和活性烧结选择性材料，以及任选的表面活性剂、共溶剂和粘度调节剂以能够进行印刷。共溶剂和表面活性剂增加烧结选择性材料与原料粘结剂的相容性。
在沉积烧结选择性材料之后，可在54处任选地活化烧结选择性材料。活化步骤的目的是将烧结选择性材料中的活性选择性烧结材料从易于由烧结选择性材料作为溶液或乳液携带的状态转化为在沉积之后不会浸出或扩散的状态。活化可涉及施加热或气体流以干燥烧结选择性材料并留下活性材料的固体残余物。这可涉及施加热、紫外线或能量源以引起化学反应或分解反应，从而将烧结选择性材料中的前体转化为功能完善的烧结抑制剂或烧结选择性剂。施加热可涉及在惰性或反应性气体气氛中施加热、在真空中施加热、在200℃-500℃之间的热量中施加热，以及加热至低于烧结温度的温度。固定活性材料和化学转化前体这两种活化功能可在相同或单独的活化步骤中进行。活化可在构建工艺期间进行，如图3中所指示，也可在构建工艺完成和达到最终烧结温度之间进行。例如，在烧结工艺的早期阶段，可将温度保持在低于最终烧结温度的温度下以进行活化。
在又一个任选工艺中，图案化原料可经由模制、切割或常规减材制造技术发生后成形。与使用粉末原料的其它SLS工艺不同，使用本文公开的工艺构建旋转圆柱形构造，可产生通过常规制造工艺轻松成形的整体料。在图案化之后，可将图1和图2中的圆柱体车削，用模具冲压，切割成盘，或进行任何其它常规成形工艺。
在44处从原料中去除粘结剂可通过两种工艺进行：溶剂脱粘或热脱粘。在热脱粘步骤中，通过燃烧、蒸发或分解，加热构建体整体料以将原料粘结剂作为液体或气体去除。热脱粘步骤与广泛范围的粘结剂相容：热固性材料、亲水性热塑性塑料和疏水性热塑性塑料。通常在空气中、在惰性气氛(诸如N2或氩气)中或在真空中或在还原性气氛(意指含H2气氛)中，在100℃和500℃之间进行加热。通常，选择最低温度以去除粘结剂，而不会在原料中引起不希望的化学变化，诸如如果原料是金属则不会发生氧化。热脱粘可包括：在惰性或反应性气体气氛中加热；在真空中加热，并加热至低于烧结温度的温度。
在溶剂脱粘中，将构建体浸入溶剂或超临界CO2中以溶解掉粘结剂。溶剂可包括丙酮、四氢呋喃、二甲苯、烷烃溶剂、二甲基亚砜、有机醇、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、环丁砜、三氯乙烷、卤化有机溶剂、甲苯、水、庚烷或超临界CO2。通常，溶剂脱粘可导致选择性烧结剂脱模，因为该试剂可在脱粘溶剂中溶解和浸出。该实施方案通过结合活化步骤克服了这一挑战：例如，可将选择性烧结剂在脱粘之前转化成不溶性物质。在活化步骤中，原料和/或烧结选择性材料发生化学或物理变化以有利于工艺中的烧结选择性。溶剂脱粘特别适于烧结选择性材料-原料体系，其中选择性烧结剂具有与原料粘结剂相反的溶解度行为，例如具有疏水性原料粘结剂的离子盐选择性烧结剂。在此类体系中，适用于脱粘的溶剂将具有较低的滤出选择性烧结剂的趋势。在溶剂脱粘或热脱粘中，去除一些或所有粘结剂。可将溶剂脱粘和热脱粘组合以分阶段去除粘结剂含量。可能需要残余的粘结剂以保持零件中的高生坯强度(即，<3重量％粘结剂)。生坯强度为原料或零件在烧结之前或在脱粘之前的强度。零件在脱粘之后和在烧结之前的特性可被称为“棕色”。
在46处，根据原料的要求进行烧结。对于金属原料，烧结通常在还原环境中进行，诸如组成气体、氩气中2％-4％的H2或纯H2。选择烧结工艺参数以提供原料的最佳烧结和对选择性烧结剂的最佳抑制。对于金属原料，选择性烧结抑制剂通常为在比金属前体高得多的温度下烧结的耐火陶瓷的前体。对于商业原料，最佳脱粘和烧结工艺通常是本领域已知的。本文的实施方案描述了用于将选择性引入已建立的脱粘和烧结方案中的材料和工艺的选择。
48处的烧结之后的精加工涉及分离烧结区域和未烧结区域，并且可包括产生表面光洁度和机加工要求高公差的区域。分离可能需要显著量的力，诸如锤击、开裂、冷冻-压裂、喷砂或砍凿。表面精加工和机加工是本领域中已知的。本文所述的工艺通常产生近净形零件，并且通过精加工步骤实现精确尺寸。
在一个实施方案中，选择性图案化剂作用于原料中的粘结剂的粘聚性或脱粘活性，而不是原料中的活性材料的烧结。这使得能够在烧结前分离零件，从而使精加工步骤不那么复杂。此类系统的示例为负图案化烧结选择性材料，该材料将增塑剂引入具有热塑性粘结剂的原料中，从而将其熔融温度降低至新的Tm,new。在室温下印刷期间，整个构建体整体料为固体。为了在构建完成后分离零件，将构建体整体料升高至高于Tm,new且低于原始原料熔点Tm的温度。分离零件，然后进行进一步的工艺步骤(脱粘、烧结等)。
此类系统的另一示例是用热塑性可交联粘结剂将含有自由基引发剂的正图案化烧结选择性材料印刷到原料上。原料具有Tm的熔点，并且引发剂具有低于Tm的分解温度Ti。可在高于Tm和Ti的温度Td下将未交联和交联的原料热分解为挥发性组分。将构建体整体料加热至高于Ti且低于Tm以引起选择性交联。当加热至Tm时，交联区域不再变成液体，并且不再能够在溶剂中浸出。剩余材料在高于Tm且低于Td的温度下热粘结，或溶剂脱粘。分离零件，然后在高于Td的温度下对交联粘结剂进行热脱粘，接着进行烧结。
图3所示的构建步骤可顺序地执行，诸如在XY-Z构建体构型中顺序地执行，或并行地执行，诸如在旋转的圆柱形构建体构型中并行地执行。在旋转的圆柱形实例中，构建步骤在空间上是分开的而不是在时间上是分开的。重复构建步骤以产生附加层。在产生所有层之后，执行后处理。
现在讨论可用于该工艺的材料示例。可烧结的材料的一些示例包括：不锈钢合金诸如17-4PH、羰基铁、316、磁性合金、铜-镍合金、钛、铜、氧化铝、氧化锆、铝硅酸盐矿物和玻璃、聚合物颗粒以及许多其它材料，包括各种金属、金属合金、陶瓷和塑料/聚合物。
用于原料的粘结剂可为疏水性的或亲水性的，并且其可包含热塑性组分或热固性组分。一些活性粘结剂材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、石蜡、巴西棕榈蜡、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷(疏水性热塑性塑料)；聚环氧乙烷、聚碳酸亚丙酯、聚碳酸亚丁酯、藻酸盐、琼脂、纤维素、甲基纤维素、甲基纤维素基化合物、木质素磺酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸盐、聚乳酸(亲水性热塑性塑料)以及疏水性或亲水性可紫外线固化的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯树脂(热固性材料)。
粘结剂可包含诸如促进与可烧结组分的粘附的表面活性剂的附加组分，这些组分可包括硬脂酸、油酸、油胺、鱼油、Pluronic表面活性剂、聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的嵌段共聚物、十二烷基硫酸钠、含有疏水部分和亲水部分的分子。这些分子可包括磷酸盐、硫酸盐、铵、羧酸盐或其它两亲性分子。粘结剂可包含粘度调节剂，诸如上面列出的聚合物中的低聚物，即通常低于5kg/mol或低于1kg/mol的短链聚合物、甘油、含邻苯二甲酸酯的分子、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯或溶剂诸如水，或有机溶剂诸如甲苯、二甲苯、烷烃、癸烷、己烷、异构烷烃材料、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、苯乙酮等。
烧结选择性材料组分的选择取决于待烧结活性材料以及烧结选择性材料是负图案化还是正图案化。对于金属原料的负图案化，活性烧结选择性材料是在比金属(通常为耐火陶瓷、耐火陶瓷的前体或选择性地将金属转变为耐火陶瓷的氧化剂)更高的温度下烧结的材料。抑制材料在图案中的可烧结颗粒上或邻近图案中的可烧结颗粒形成层，从而形成单独的颗粒。在高于大多数工程金属(诸如青铜、黄铜、铝合金和钢)的温度下烧结的材料的示例为：硅铝酸盐矿物质、氧化铝、氧化锆、氧化铁、亚铬酸盐、二氧化铈、氧化钇、碳化硅、含氧化钙的陶瓷、含氧化镁的陶瓷、含有元素的材料或陶瓷，其中这些元素包括钙(Ca)、镁(Mg)、钡(Ba)、锶(Sr)、钛(Ti)、铝(Al)、锆(Zr)、钇(Y)、铁(Fe)、铈(Ce)、钒(V)、钨(W)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)和铬(Cr)，或这些的混合物/固溶体。工程金属的烧结温度包括温度>500℃、>600℃、>900℃、>1100℃和>1400℃。
活性材料可以是悬浮在油墨中的这些材料的纳米颗粒或微粒，或者是陶瓷的化学前体，诸如当暴露于工艺步骤诸如热脱粘、早期烧结或在溶剂脱粘步骤中与溶液反应时分解并形成金属氧化物的盐。合适的盐包括硝酸铝、溴化铝、氯化铝、氢氧化铝、碘化铝、磷酸铝、乳酸铝、硫酸铝、单硬脂酸铝、硝酸锆、碳酸锆、锆酸铵、氯化氧锆、硝酸氧锆、碳酸钇、氯化钇、硝酸钇、乙酰丙酮酸铁、二茂铁、柠檬酸铁、氯化铁、溴化铁、草酸铁、磷酸铁、硫酸铁、硝酸铁、溴化铈、氯化铈、氢氧化铈、硝酸铈、草酸铈、硫酸铈、硝酸铵铈、氯化钒、氯化钒、四氢呋喃钒、氯氧化钒、钙(Ca)、镁(Mg)、钡(Ba)、锶(Sr)、钛(Ti)、铝(Al)、锆(Zr)、钇(Y)、铁(Fe)、铈(Ce)、钒(V)、钨(W)、镧(La)、铪(Hf)、钽(Ta)、铌(Nb)和铬(Cr)等元素的盐。
金属盐中的非金属离子可被选择为氧化剂，诸如硫酸盐、硝酸铵、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐或硝酸盐，以增强烧结抑制。一些金属离子也会增强氧化行为，诸如铈离子。这些氧化离子也可为不含金属离子的化合物的一部分，使得烧结选择性材料仅用于在抑制模式下氧化烧结金属。
在正图案化金属中，材料的活性组分为有利于烧结的还原剂或助熔剂。还原剂可为以下项：石墨颗粒、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、具有sp2键合的其它形式的碳、硼氢化钠、还原糖、葡萄糖、含有锡(II)的化合物、含有铁(II)的化合物、草酸、甲酸、抗坏血酸、丙酮醇、α-羟基酮、亚磷酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、硼砂、氯化铵、盐酸等。
通过引入烧结温度比待烧结陶瓷高的材料(通过颗粒直接引入或通过化学前体间接引入)，用于负图案化陶瓷的活性烧结选择性材料可使用与负图案化金属类似的活性选择性烧结剂策略。一般不使用烧结抑制的氧化策略。用于正图案化陶瓷的活性烧结选择性材料基于陶瓷的类型而广泛变化。添加陶瓷焊剂或陶瓷焊剂的前体是一种策略。陶瓷焊剂通常为以下项的氧化物或含有以下项的化合物：铅、钠、钾、锂、钙、镁、钡、锌、锶和锰、长石、硼和具有低玻璃化转变的玻璃料颗粒。
对于聚合物原料，待烧结聚合物将嵌入具有较低加工温度(诸如玻璃化转变温度或熔点)的粘结剂中。烧结选择性材料可为润滑剂、防止粘结的表面活性剂、负选择性材料或对原料聚合物具有选择性的增塑剂/溶剂、促进颗粒之间的粘附的化学连接剂或选择性粘合剂。聚合物烧结一般适用于热塑性材料。适用于烧结的聚合物的示例为氟化乙烯丙烯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰胺、聚丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚乳酸或在SLS或FDM工艺中使用的其它聚合物。
烧结选择性材料的其它组分取决于沉积工艺。其它组分可以是用于悬浮或溶解其它组分的溶剂、粘度调节剂、表面活性剂和稳定剂。溶剂的示例为：水、有机溶剂、挥发性溶剂或高沸点溶剂、极性或非极性溶剂、甲苯、二甲苯、烷烃、癸烷、己烷、异构烷烃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜、苯乙酮等。
粘度调节剂和表面活性剂可与原料中用作粘结剂、表面活性剂和粘度调节剂组分的化学品相同。这些化学品中的一些化学品为：甘油、可溶于溶剂中的聚合物或低聚物、用作原料中的粘结剂的少量材料、硬脂酸、十二烷基硫酸钠以及上文更详细讨论的其它化学品。例如，为了使用压电驱动喷墨印刷头图案化烧结选择性材料，期望材料粘度在10cP至14cP的范围内。如果油墨含有可发生缓慢降解的组分，则可使用稳定剂来延长货架期。一些稳定剂为抗氧化剂、紫外线吸收剂、丁基化羟基甲苯、4-甲氧基苯酚等。
下表示出了单一溶剂的列表以及50mg盐加1毫升溶剂是否溶解的结果。简单溶剂不会同时溶解原料和用作烧结选择性材料的烧结抑制剂(在这种情况下为Al(NO3)3)。极性溶剂如NMP和DMF(二甲基甲酰胺)溶解抑制盐。非极性溶剂溶解原料。为了使烧结选择性材料渗透原料层，烧结选择性材料必须溶解这两者。
简单溶剂不同时溶解原料和烧结抑制剂(诸如Al(NO3)3)。极性溶剂诸如NMP和DMF溶解抑制盐。非极性溶剂溶解原料。为了烧结选择性材料以渗透原料层，烧结选择性材料必须溶解这两者。表1示出了简单溶剂的示例，表2示出了共溶剂的示例。
溶剂 Al(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> 单硬脂酸铝 原料(室温) 原料(80℃)
NMP 是 是 否 否 是
DMF 是 是 否 否 是
PC 否 否 否 否 -
异构烷烃 否 否 否 是 是
癸烷 否 否 否 是 是
二甲苯 否 否 否 是 是
表1
溶剂(50/50v/v) Al(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> 单硬脂酸铝 原料
NMP/二甲苯 2液相 否 否 是
NMP/甲苯 否 否 否 部分
NMP/PC 是 部分 - 否
DMF/甲苯 否 否 否 部分
DMSO/甲苯 否 否 否 部分
表2
“部分”结果意味着溶液在室温下是浑浊的。NMP为n-甲基吡咯烷酮，DMSO为二甲基亚砜，并且PC为丙二醇碳酸酯。NMP和二甲苯作为共溶剂可溶解盐和原料两者，但形成相分离的2-液体体系。
图4示出含有2种共溶剂、NMP和二甲苯以及烧结抑制剂诸如Al(NO3)3的前体的油墨制剂60的锥体。NMP为溶解Al(NO3)3的极性溶剂，并且二甲苯为有助于在载盐烧结选择性材料和疏水性原料之间润湿的非极性溶剂。在制剂空间中存在烧结选择性材料可溶解原料和盐两者并形成单一液相的区域。
表3示出了针对不同烧结选择性材料制剂和基底的接触角测量结果，其示出了MIM原料片材上的烧结选择性材料制剂相对于热脱粘和溶剂脱粘MIM原料片材的可润湿性的显著变化。
Figure BDA0003269645620000131
可存在其它修改和变型。例如，所述实施方案可采用金属和陶瓷的传统制造，诸如减材或模塑加烧结。可采用其它3D印刷技术，诸如SLS和FDM。FDM和SLS可针对旋转圆柱形工艺进行操作。就SLS而言，负空间可填充有牺牲材料。一些选项可将粉末铺展或压实到圆柱体上，但圆柱体可为多孔的并且强度可低于致密圆柱体。烧结选择性材料的沉积可涉及沉积烧结促进剂而不是烧结抑制剂。烧结可利用选择性激光烧结或FDM之后的激光烧结来进行。旋转圆柱形工艺可提高生产速度。可使用其它机制来沉积和/或活化烧结抑制剂，或抑制烧结。也可使用松散粉末原料的选择性烧结，或逐层烧结。也可在XY-Z几何结构中使用这些策略以产生致密的粘聚性构建体，适用于可能有用的应用。
应当理解的是，以上公开的和其他的特征和功能的变型或其另选方案可以被组合到许多其他不同的系统或应用中。本领域的技术人员随后可以做出各种目前未预见或未预料到的替换、修改、变化或改进，这些也旨在被所附权利要求书所涵盖。

Claims (43)

1.一种形成三维物体的方法，所述方法包括：
将包含可烧结材料和粘结剂的可烧结的致密原料沉积到表面上；
根据图案沉积烧结选择性材料；
去除所述粘结剂；
烧结所述可烧结的致密原料以形成三维烧结物体；以及
精加工所述烧结物体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可烧结的致密原料也为粘聚性的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述具有粘结剂的可烧结原料包括将所述具有粘结剂的可烧结原料作为液体、悬浮液、浆料、溶液、乳液或固体来沉积。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述可烧结材料包括金属、陶瓷、含碳材料和聚合物中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘结剂包括聚合物、溶剂、表面活性剂、增塑剂和粘合剂中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述原料包括在金属注塑、流延成型、注浆成型和基于挤出的工艺中的至少一者中使用的原料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面包括平坦表面、弯曲表面、静止表面、移动表面、加热表面、冷却表面和在室温下的表面中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的方法，其中沉积可烧结原料包括以下项中的一者：喷涂、刮涂、辊涂、狭缝式涂布、共挤出、浸涂、旋涂、滚压、胶版印刷、照相凹版印刷、柔性版印刷、转移滚压或将支撑层或自立式层中的一者转移到所述表面上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述烧结选择性材料包括逐图案工艺、喷涂、丝网印刷、数字印刷、喷墨印刷、胶版印刷中的一者。
10.根据权利要求1所述的方法，其中沉积所述烧结选择性材料包括沉积烧结抑制剂、烧结促进剂、使所述原料中的烧结抑制剂灭活的灭活剂、烧结抑制剂的前体或烧结促进剂的前体中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括在沉积所述原料之后固定所述原料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中沉积所述烧结选择性材料在以下一个情况下发生：在沉积所述原料之后且固定所述原料之前；在固定所述原料之后；或在固定所述原料期间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中固定所述原料包括以下项中的至少一者：从所述原料中干燥出溶剂；紫外线固化；以及冷却所述原料。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括在沉积所述原料之后对所述原料涂底漆，以及沉积所述烧结选择性材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中对所述原料涂底漆包括以下项中的至少一者：向烧结选择性材料要渗透的区域施加激光；施加氧等离子体；用离子轰击所述原料；以及施加溶剂。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括活化所述烧结选择性材料。
17.根据权利要求16所述的方法，其中活化所述烧结选择性材料包括以下至少一项中的一者：施加热；施加紫外线光；或施加能量源，以引起以下项中的一者：干燥所述烧结选择性材料、沉淀所述烧结选择性材料的组分、化学反应或分解反应。
18.根据权利要求1所述的方法，还包括在去除所述粘结剂之前或在烧结所述原料之前后成形。
19.根据权利要求18所述的方法，其中后成形包括模制、切割、减材制造、车削、冲压和切片中的至少一者。
20.根据权利要求1所述的方法，其中去除所述粘结剂包括选自由以下项组成的组中的一者：通过加热进行热脱粘；通过燃烧、蒸发或分解中的一者去除所述粘结剂；在惰性或反应性气体气氛中加热；在真空中加热，加热至低于烧结温度的温度；以及溶剂脱粘，将所述构建体浸入溶剂、丙酮、四氢呋喃、二甲苯、烷烃溶剂、二甲基亚砜、有机醇、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、环丁砜、三氯乙烷、卤化有机溶剂、甲苯、水、庚烷或超临界CO2中的一者中。
21.根据权利要求1所述的方法，其中精加工所述构建体包括以下项中的至少一者：分离烧结区域和未烧结区域；产生表面光洁度；成形以实现精确公差；以及机加工。
22.一种烧结选择性材料，所述烧结选择性材料包含：
溶剂；和
所述溶剂中的烧结选择性材料，所述烧结选择性材料具有能够渗透致密原料的特性。
23.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料包含烧结抑制剂。
24.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料包含烧结促进剂。
25.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料包含使原料中的烧结抑制剂灭活的灭活剂。
26.根据权利要求22所述的材料，烧结选择性材料还包含粘度调节剂和表面活性剂中的至少一者。
27.根据权利要求26所述的材料，其中所述粘度调节剂和所述表面活性剂中的至少一者包含选自由以下项组成的组中的一者：甘油、可溶于所述溶剂的聚合物、胶凝剂、可溶于所述溶剂的低聚物、用作所述原料中的粘结剂的材料、硬脂酸和十二烷基硫酸钠。
28.根据权利要求22所述的材料，烧结选择性材料还包含共溶剂。
29.根据权利要求22所述的材料，其中所述材料是可活化的。
30.根据权利要求29所述的材料，其中活化所述烧结选择性材料包括以下至少一项中的一者：施加热；在惰性或反应性气体气氛中施加热；在真空中施加热；在200℃-500℃之间的热量中施加热；加热至低于烧结温度的温度；施加紫外线光；或施加能量源，以引起以下项中的一者：干燥所述烧结选择性材料、沉淀所述烧结选择性材料的组分、化学反应或分解反应。
31.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料为在高于烧结温度的温度下烧结的材料。
32.根据权利要求31所述的材料，其中所述烧结选择性材料为以下项中的一者：耐火陶瓷、耐火陶瓷的前体、能够将待烧结材料转化为具有较高烧结温度的材料的氧化剂、烧结温度大于1500℃的材料、转化为烧结温度大于1500℃的材料的材料以及分解并形成烧结温度高于待烧结材料的金属氧化物的材料。
33.根据权利要求31所述的材料，其中所述烧结选择性材料由以下项组成的组中的一者构成：铝硅酸盐矿物；氧化铝；氧化锆；氧化铁；亚铬酸盐；二氧化铈；氧化钇；碳化硅；含氧化钙的陶瓷；含氧化镁的陶瓷；含有元素钙、镁、钡、锶、钛、铝、锆、钇、铁、铈、钒、钨、镧、铪、钽、铌和铬中的至少一者的陶瓷；以及它们的混合物。
34.根据权利要求32所述的材料，其中所述分解的材料包括盐，所述盐包括由以下项组成的组中的一者：硝酸铝；溴化铝；氯化铝；氢氧化铝；碘化铝；磷酸铝；乳酸铝；硫酸铝；单硬脂酸铝；硝酸锆；碳酸锆；锆酸铵；氯化氧锆；硝酸氧锆；碳酸钇；氯化钇；硝酸钇；乙酰丙酮酸铁；二茂铁；柠檬酸铁；氯化铁；溴化铁；草酸亚铁；磷酸铁；硫酸铁；硝酸铁；溴化铈；氯化铈；氢氧化铈；硝酸铈；草酸铈；硫酸铈；包含元素的盐，所述元素包括钙、镁、钡、锶、钛、铝、锆、钇、铁、铈、钒、钨、镧、铪、钽、铌以及铬和硝酸铈铵。
35.根据权利要求32所述的材料，其中所述分解的材料包括氧化剂，所述氧化剂选自由以下项组成的组：硫酸盐、硝酸铵、氯酸盐、亚氯酸盐、次氯酸盐、高氯酸盐、高锰酸盐、过硫酸盐、铈和硝酸盐。
36.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料为在高于原料中所用陶瓷的烧结温度的温度下烧结的材料。
37.根据权利要求22所述的材料，其中所述烧结选择性材料包括经选择以有利于烧结的材料。
38.根据权利要求37所述的材料，其中所述有利于烧结的材料包括由以下项组成的组中的一者：石墨颗粒、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、具有sp2键合的其它形式的碳、硼氢化钠、还原糖、葡萄糖、含有锡(II)的化合物、含有铁(II)的化合物、草酸、甲酸、抗坏血酸、丙酮醇、α-羟基酮、亚磷酸、亚磷酸盐、次磷酸盐、硼砂、氯化铵和盐酸。
39.根据权利要求37所述的材料，其中所述有利于烧结的材料包括陶瓷焊剂或陶瓷焊剂的前体中的一者。
40.根据权利要求39所述的材料，其中所述陶瓷焊剂包含由以下项组成的组中的一者的氧化物或含有由以下项组成的组中的一者的化合物：铅、钠、钾、锂、钙、镁、钡、锌、锶和锰、长石、硼和具有低玻璃化转变的玻璃料颗粒。
41.根据权利要求22所述的材料，其中原料包含嵌入粘结剂中的待烧结聚合物，并且所述烧结选择性材料包含由以下项组成的组中的一者：润滑剂；防止粘结的表面活性剂；对所述原料聚合物具有选择性的增塑剂/溶剂；促进颗粒之间的粘附的化学连接剂和选择性粘合剂。
42.根据权利要求22所述的材料，其中所述溶剂包括由以下项组成的组中的一者：水、有机溶剂、挥发性溶剂、高沸点溶剂、极性溶剂、非极性溶剂、甲苯、二甲苯、烷烃、癸烷、己烷、异构烷烃、n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和苯乙酮。
43.一种系统，所述系统包括：
表面；
原料沉积头，所述原料沉积头被布置为将可烧结的致密原料沉积在所述表面上；
烧结选择性沉积头，所述烧结选择性沉积头被布置为将烧结选择性材料沉积在所述表面和所述原料中的至少一者上；
脱粘机制，所述脱粘机制被布置为使所述原料与所述粘结剂脱粘；和
烧结室，所述烧结室用于在脱粘之后烧结所述原料。
CN202111097936.7A 2020-10-22 2021-09-18 用于选择性烧结粘聚性原料的材料 Pending CN114453590A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/077062 2020-10-22
US17/077,062 US20220127200A1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Materials for selective sintering of cohesive feedstocks

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114453590A true CN114453590A (zh) 2022-05-10

Family

ID=78078031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111097936.7A Pending CN114453590A (zh) 2020-10-22 2021-09-18 用于选择性烧结粘聚性原料的材料

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220127200A1 (zh)
EP (1) EP3988283A1 (zh)
JP (1) JP2022068839A (zh)
CN (1) CN114453590A (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6751595B2 (ja) * 2016-06-02 2020-09-09 株式会社ミマキエンジニアリング 造形装置及び造形方法
US11938537B2 (en) 2022-08-01 2024-03-26 Xerox Corporation System and method for high throughput additive manufacturing of sintered parts with low anisotropy

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6589471B1 (en) 1999-10-26 2003-07-08 University Of Southern California Selective inhibition of bonding of power particles for layered fabrication of 3-D objects
KR100659008B1 (ko) 2002-07-23 2006-12-21 유니버시티 오브 써던 캘리포니아 선택적 소결 억제 방법을 이용한 금속 부품 제작
US9403725B2 (en) 2013-03-12 2016-08-02 University Of Southern California Inserting inhibitor to create part boundary isolation during 3D printing
US10661503B2 (en) * 2016-04-13 2020-05-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-dimensional (3D) printing
EP3600724B1 (en) 2017-03-20 2022-12-21 Stratasys Ltd. Method for additive manufacturing with powder material
KR20190126909A (ko) * 2017-03-20 2019-11-12 스트라타시스 엘티디. 분말 재료를 이용한 적층 제조용 방법 및 시스템
US20180304360A1 (en) * 2017-04-24 2018-10-25 Desktop Metal, Inc. Automated depowdering of 3d printed objects
EP3548209A4 (en) * 2017-04-28 2020-04-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. PELLETS OF METAL CONSTRUCTION MATERIAL
US10232437B1 (en) 2017-05-09 2019-03-19 Northrop Grumman Systems Corporation Method and system of metallic part fabrication
US11897193B2 (en) * 2017-10-24 2024-02-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Build material slurry
US11279084B2 (en) * 2018-12-31 2022-03-22 Xerox Corporation Apparatus for continuous high-speed 3D printing

Also Published As

Publication number Publication date
EP3988283A1 (en) 2022-04-27
JP2022068839A (ja) 2022-05-10
US20220127200A1 (en) 2022-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11407180B2 (en) Support edifice for three-dimensional printing
US11530170B2 (en) Material and method of manufacture for engineered reactive matrix composites
CN114453590A (zh) 用于选择性烧结粘聚性原料的材料
JP7017562B2 (ja) 付加製造に使用するための焼結可能な金属ペースト
KR100659008B1 (ko) 선택적 소결 억제 방법을 이용한 금속 부품 제작
Rak et al. Porous titanium foil by tape casting technique
JP2019522730A5 (ja) 付加製造に使用するための焼結可能な金属ペースト
CN112521130B (zh) 一种基于3d打印技术的陶瓷零件的制备方法
WO2019241147A2 (en) Shrinking interface layers
TW201427924A (zh) 形成具有功能梯度材料之新穎組合物的金屬或陶瓷物件的方法及含該組合物的物件
JP2003027105A (ja) 結合剤組成物
WO2010040498A1 (de) Neue verschleissschutzfolien, sowie ein verfahren zu deren herstellung und deren verwendung
WO1997005083A1 (en) Method for manufacturing intermetallic/ceramic/metal composites
JP2001505825A (ja) 複雑な形状のセラミック−金属複合体製品の浸透を制御する方法およびそれによって作られた製品
CN114453598A (zh) 针对3d打印的抗烧结剂的经由表面能调制的图案式沉积
CN106282718B (zh) 一种梯度分布硬质合金及其制备方法
JP5176197B2 (ja) アルミニウム液体を利用した硬質材料の作製方法及びその成形体
JP2013204050A (ja) 金属焼結体の製造方法
US20040151935A1 (en) Co-continuous metal-ceramic article and method for manufacture thereof
CN112828303A (zh) 一种微滴喷射成形低收缩率金属零件的方法及产品
WO1997019201A1 (en) Process for making complex-shaped ceramic-metal composite articles
JP4445141B2 (ja) 傾斜複合材の製造方法
US11938537B2 (en) System and method for high throughput additive manufacturing of sintered parts with low anisotropy
Nave et al. Reliable additive manufacturing using transient liquid phase sintering
CN114406256B (zh) 一种采用光固化3d打印制备三维结构硬质合金的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination