TWI824353B - 具有不同層厚度之多層複合物及相關方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述藉由積層製造技術製備之三維多層複合結構以及藉由積層製造技術製備該等結構之方法，其中一多層結構具有至少兩個不同厚度及一精確厚度之層。

Description

具有不同層厚度之多層複合物及相關方法
所描述之發明係關於藉由積層製造技術製備之三維多層複合結構以及藉由積層製造技術製備該等結構之方法，其中一多層結構具有至少兩個不同厚度及一精確厚度之層。
由金屬或陶瓷製成之剛體(一個實例類型係多孔燒結金屬體或薄膜)在各種工業應用中找到用途。多孔金屬薄膜可被用作微電子及半導體製造工業以及需要高純原料進行處理之其他工業中之過濾薄膜。例如，在半導體及微電子工業中，管線過濾器經常用於從流體移除微粒物質以防止將微粒物質引入至一製程中。流體可呈一氣體或一液體之形式。
目前，商業上製備多孔燒結金屬體之常見方法包含涉及手動地移動及處置一多孔體之中間(製程中)形式之形成及燒結步驟。此等步驟係勞力密集型的。再者，該等體係脆弱的且形成步驟可不精確。此等特徵導致該等方法易具有大量浪費、非所欲低效率及非所欲高成本。再者，許多剛體必須形成為一高度精確之形狀或大小(例如，厚度)。有時，一金屬體可在一初始階段形成，且接著藉由一加工步驟處理以達成一形狀或一大小特徵之必要精度。然而，當製備任何類型之剛體時，一加工步驟增加費用及複雜性。另外，某些類型之金屬體受到一加工步驟之不利影響，例如，一加工步驟可堵塞一多孔薄膜之孔。
以下描述係關於有效地產生在至少一個維度(諸如在一厚度方向(「z方向」))上展現一高精密度之一多層複合物之積層製造方法。
如所描述之方法使用積層製造技術以藉由包含形成不同厚度之層之步驟來形成多層體(即，「多層複合物」)以達成相對於體厚度之一所欲精度位準或「厚度容限」。層之厚度經選擇以產生在一厚度容限範圍內具有等於一目標厚度的一經量測厚度之一多層複合物。若一厚度容限係0.1毫米(表示為：+/-0.1mm)，則一可接受多層複合物可具有比目標厚度大不超過0.1毫米且比目標厚度小不超過0.1毫米之一經量測厚度。
藉由將多層複合物之至少一些層形成為具有小於厚度容限之量值的一厚度，可相對於目標厚度將經量測厚度控制至厚度容限內之一程度。在實例方法中，一方法可包含形成具有小於一厚度容限之一量值的一厚度之一或多個層。其他層可經形成為具有大於厚度容限之量值的一厚度。
因此，為了藉由如所描述之一積層製造方法製備一多層複合物，其中複合物具有在一目標厚度之一預定厚度容限內之一實際(經量測)厚度，該方法包含藉由積層製造方法形成多個層，其中多個層具有至少兩個不同厚度，例如，一或多個「精細」層具有相對較低厚度，且一或多個粗糙層具有相對較大厚度。
粗糙層及精細層之組合產生精確厚度及製造效率之一組合。以較大厚度形成之粗糙層將藉由減少產生一特定厚度之一多層複合物所必須形成之層數來改良製造效率。精細層可用於將複合物之厚度控制至一所欲容限。
藉由積層製造步驟形成之多層複合物可具有任何大小、形狀及目的，且特定言之可為形成至一所欲高尺寸精度位準之一結構。在實例方法中，多層複合物係一生坯，其係具有一所欲效用之一衍生結構之一前驅體。生坯可在形成之後進行處理以產生一衍生結構，諸如一剛性無機體，例如一多孔金屬薄膜。藉由形成生坯以展現一精確厚度尺寸，衍生結構(例如，金屬薄膜)亦將具有一精確厚度。
在一個態樣中，本發明係關於藉由積層製造步驟形成一三維體之方法。一種方法包含：形成具有一粗糙原料層厚度之一粗糙原料層；使該粗糙原料層之一部分凝固以形成具有一凝固粗糙原料層厚度之一凝固粗糙原料層，在形成該凝固粗糙原料層之前或之後，形成具有小於該粗糙原料層厚度之一精細原料層厚度之一精細原料層；使該精細原料層之一部分凝固，以形成具有小於該凝固粗糙原料層厚度之一凝固精細原料層厚度之一凝固精細原料層。
以下描述係關於用於藉由積層製造方法製備多層三維結構之方法，包含通常稱為「3D列印」技術之方法。
已知不同版本之積層製造技術。如應用於本描述之此等方法通常涉及一系列層形成步驟，該等步驟個別且循序形成含有分散在凝固黏結劑組合物中之顆粒之凝固原料組合物之多個層(例如，「路徑」)。凝固黏結劑組合物用作將顆粒共同固持在凝固原料組合物內之一結構。使用一系列積層製造步驟，將凝固原料之多個層循序形成為包含凝固原料組合物之多個層之一多層複合物。
積層製造技術之特定實例包含通常被稱為「粉末床」積層製造方法之技術(其等包含各種「黏結劑噴射列印」技術)以及被稱為立體微影技術(SLA)之技術。本文中描述之方法及材料可對此等類型之積層製造方法有用，且鑑於此等例示性技術進行描述。
根據本描述，可使用積層製造技術來製備具有擁有一所欲精度位準之一厚度(即，一「經量測厚度」或一「實際厚度」)的一三維體。如所描述，一體可具有在一目標厚度之一厚度容限範圍內的一厚度。
在製造中，藉由一製程製備之一結構(或「部分」)通常必須滿足所欲大小及形狀要求，包含尺寸要求，諸如一厚度要求。一厚度要求可使用兩個因素來描述：一個因素係一標稱厚度，稱為一「目標厚度」，其係一特定所欲厚度尺寸。一第二因素係一「厚度容限」，其係一實際(經量測)厚度與目標厚度(大於或低於目標厚度)之一最大可接受偏差範圍。一厚度容限被識別為在「加」(「+」)符號、「減」(「-」)符號或「加-減」(「+/-」)符號之後具有一長度單位之一值以指示容限是否容許在一方向上具有與目標厚度之偏差(分別大於、小於或大於或小於目標厚度之值)。+/-0.1毫米之一容限容許比一目標厚度大至多0.1毫米之一差異及比目標厚度小至多0.1毫米之一差異。+0.1毫米之一容限容許比一目標厚度大至多0.1毫米之一差異，但不容許小於目標厚度之一差異。類似地，-0.1毫米之一容限容許比一目標厚度小至多0.1毫米之一差異，但不容許大於目標厚度之一差異。
厚度容限之「量值」係容限之數值。針對+/-0.1 mm之一厚度容限，厚度容限之量值係0.1 mm。厚度容限之「範圍」等於量值或量值之兩倍。由+/-0.1 mm之一厚度容限所容許之厚度範圍在比目標厚度小0.1 mm之一厚度與比目標厚度大0.1 mm之一厚度之間，其總共跨越0.2 mm。由+0.1 mm之一厚度容限所容許之厚度範圍在目標厚度與比目標厚度大0.1 mm之一厚度之間，且等於0.1 mm。
如所描述之一結構可具有根據一預先選擇之目標厚度及厚度容限產生之一類型。積層製造方法能夠產生具有一廣泛範圍之尺寸之結構，包含厚度。根據本描述製備之一多層複合物可具有微米範圍內之一厚度，例如，小於100微米；至英吋之一分率之一範圍，例如，0.25英吋、0.5英吋；或在英吋範圍內，例如，1英吋、2英吋或更多英吋。
作為一實例，為了繪示目的，一製程可經設計以產生具有在一英吋之一分率之一範圍內(諸如十分之一英吋或2.54毫米)之一預期厚度之一部分。此預期(所欲)厚度被稱為一「目標厚度」且可經預先選擇用於製造一部分。連同預選目標厚度，一製程亦可預先選擇一「厚度容限」，其定義高於及低於預選目標厚度值之一可接受厚度範圍。
根據此實例，一可接受部分可被視為具有比目標厚度大或低不超過厚度容限之量值的一厚度之一部分；一可接受部分具有與目標厚度相差不超過厚度容限之量值的一厚度。針對具有2.54毫米之一目標厚度及0.1毫米之一容限(表示為：+/-0.1 mm)之一部分，一可接受部分可具有在2.44毫米至2.64毫米之一範圍內的一厚度。針對具有2.54毫米之一目標厚度及0.05毫米之一容限(表示為：+/-0.05 mm)之一部分，一可接受部分可具有在2.49毫米至2.59毫米之一範圍內的一厚度。
本描述之方法使用積層製造技術以藉由包含以下之步驟形成多層體(即，「多層複合物」)：形成多層體之多個層，其中不同層具有不同厚度，以達成關於體之厚度之一所欲精度(形成具有在相對於一目標厚度之一預定厚度容限內的一厚度之一體)。層之厚度經選擇以產生在一厚度容限範圍內具有等於一目標厚度之一經量測厚度之一完整多層複合物。若一厚度容限係0.05毫米(表示為：+/-0.05 mm)，則一可接受多層複合物可具有比目標厚度大不超過0.05毫米且比目標厚度小不超過0.05毫米之一經量測厚度。
藉由將多層複合物之至少一些層形成為具有小於厚度容限之量值的一厚度，可相對於目標厚度將經量測厚度控制至容許多層複合物之經量測厚度處於厚度容限內之一精密度。在實例方法中，一方法可包含形成具有小於一厚度容限之一量值的一厚度之一或多個層。其他層可經形成為具有大於厚度容限之量值的一厚度。
因此，為了藉由如所描述之一積層製造方法製備一多層複合物，其中複合物具有在一目標厚度之一預定厚度容限內之一實際(經量測)厚度，該方法包含藉由積層製造方法形成多個層，其中多個層具有至少兩個不同厚度。為了本描述之目的，此等層將被稱為：一精細層，其指代具有一較低厚度之一層；及一粗糙層，其指代具有一較大厚度之一層。
在一積層製程期間形成具有較低厚度之多個精細層將降低一多層複合物之產生速率，即，將增加產生具有一特定厚度之一多層複合物所需之步驟數目及時間量，此係因為必須形成較高數目個精細(較薄)層，此意謂需要較高數目個積層製造步驟來建構一給定厚度之一多層複合物。然而，形成具有一或多個精細層之複合物有利地容許控制多層複合物之厚度。
一精細層之一厚度可為在藉由一積層製造方法形成之層之厚度之一典型範圍內的一厚度，特別是在該範圍之一低端，諸如在30微米至100微米之一範圍內的一厚度，例如，30微米至50微米、60微米、70微米、80微米或90微米。亦可基於一厚度容限之值來選擇一精細層之厚度。
在實例方法中，一精細層之一厚度可小於一厚度容限之一量值。使用具有小於一厚度容限之一量值的一厚度之一精細層可產生精度位準約等於精細層之厚度之一多層複合物。為了達成0.1毫米之一精度，以便形成具有在+/-0.1毫米之一厚度容限內的一厚度之一體，一精細層之一有用厚度可為0.1毫米。在其他實例方法中，一精細層之一厚度可為厚度容限之量值之一分率，例如，厚度容限之量值之四分之三、二分之一、三分之一或四分之一；即，針對0.1毫米之一厚度容限，一精細層可具有0.075 mm、0.05 mm、0.033 mm或0.025 mm之一厚度以形成具有在一目標厚度之0.1 mm內之一厚度的一多層複合物。
在與一或多個精細層組合的情況下，可使用一積層製造方法形成具有一相對較大厚度(與一精細層相比)之一或多個粗糙層以增加一多層複合物之產生速率。使用相對較大厚度之層形成一多層複合物將增加製備多層複合物之一產生速率(減少所需之時間量)，此係因為層之增加厚度將減少產生一特定厚度之一多層複合物所需之總層數及所需之層形成步驟數目。一粗糙層之一厚度可為在藉由一積層製造方法形成之層之一典型範圍內的一厚度，例如，在100微米至500微米之一範圍內。一粗糙層之一較大厚度將減少形成一預定總厚度之一成品多層複合物所需之一步驟數目及一時間量。
根據如所描述之一方法製備之一多層複合物可具有不同厚度之多個層，包含具有一相對較大厚度之多個層(稱為一「粗糙」層)及具有一相對較低厚度之多個層(稱為一「精細」層)。作為一多層複合物之部分的一或多個精細層相對於粗糙層之位置可為任何有用位置。同樣地，相對於一或多個粗糙層形成一或多個精細層之一順序可為任何有用順序。粗糙層及精細層之各種位置及形成粗糙層及精細層之各種順序可有效地用於提供具有落在相對於預定目標厚度之一預定厚度容限內的一厚度之一多層複合物。
舉一個實例，為了繪示目的，可首先在一多層複合物之一「底部」處形成一精細層或一系列(群組)精細層(其等可視情況全部形成為相同厚度)。在形成一個或一群組精細層之後，可在一或多個精細層之後(「上方」)形成一個或一群組粗糙層(其等可視情況全部形成為相同厚度)。圖1A (示意性，且不按比例)展示多層複合物10之一實例，該多層複合物10具有形成於複合物10之一底部處之三個精細層之一群組30及形成於精細層32之後及上方之五個粗糙層22之一隨後形成群組20。如繪示，複合物10之一目標厚度可為600微米(0.6毫米(mm))，具有+/-50微米(+-0.05 mm)之一容限。各粗糙層22可經形成為100微米(0.1 mm)之一厚度，且各精細層32可經形成為30微米(0.03 mm)之一厚度。組合精細及粗糙層之總厚度係590微米(0.590 mm)，其與600微米之目標厚度相比在+/-50微米之厚度容限內。
在圖1B繪示之其他實例方法中，可藉由首先形成粗糙層22之一群組20，其後接著形成精細層32之一群組30來形成一多層複合物12。粗糙層首先形成且定位於多層複合物中之精細層下方之複合物之一底部處。實例厚度可與圖1A之複合物12中相同，或可不同。
在圖1C (亦為示意性，且不按比例)展示之一不同實例多層複合物中，實例多層複合物14包含形成於複合物14之一底部處之三個精細層32之一底部群組30、形成於精細層32之後及上方之五個粗糙層22之一隨後形成群組20及形成於複合物14之一頂部處之三個精細層32之一第二群組30。在此實施例中，精細層32之一群組存在於複合物14之兩個曝露表面之各者處(例如，作為外「皮膚」層)。粗糙層22經定位於複合物之內部位置處(例如，作為「核心」層)。如繪示，複合物10之一目標厚度可為700微米(0.7毫米(mm))，具有+/-50微米(+-0.05 mm)之一容限。各粗糙層22可經形成為100微米(0.1 mm)之一厚度，且各精細層32可經形成為30微米(0.03 mm)之一厚度。組合精細及粗糙層之總厚度係680微米(0.680 mm)，其與700微米之目標厚度相比在+/-50微米之厚度容限內。
在圖1D (亦為示意性，且不按比例)展示之又一不同實例多層複合物中，實例多層複合物16包含形成於複合物16之一底部處之三個粗糙層22之一底部群組20、形成於粗糙層22之後及上方之三個精細層32之一隨後形成群組30及形成於複合物16之一頂部處之五個粗糙層22之一第二群組20。
在另一實施例中，例如在圖1E (亦為示意性，且不按比例)中展示，實例多層複合物18可包含形成多層複合物18之一中心之粗糙層22之一第一群組20及形成多層複合物18之一外側表面之精細層32之一第二群組30。
如圖1A至圖1E中展示，精細層32可形成多層複合物10、12、14、16及18之一外部之至少一部分。圖1A至圖1E中展示之實施例亦可經組合，使得精細層32形成包含頂表面、底表面及側表面之多層複合物之一整個外部。在一些實施例中，精細層32可形成頂表面、底表面及或側表面之一部分或全部。在一些實施例中，當精細層32及粗糙層22具有如下文更詳細論述之一黏結劑時，黏結劑飽和度將在精細層32與粗糙層22之間不同。在實施例中，諸如在其中存在形成一外側表面之精細層之圖1E中，可藉由交替地將一第一粉末層沈積至精細層之一厚度且僅在對應於精細層之區域上沈積黏結劑且接著沈積一第二粉末層並針對整個第二層沈積黏結劑來形成多層複合物，但針對對應於粗糙層22之區域，黏結劑之一飽和速率高於對應於精細層32之區域。在一些實施例中，如在其中精細層形成一外表面之圖1E中，從外側表面向內之孔隙度及/或密度可存在一梯度。
如繪示，精細層及粗糙層之任何各種配置可有效地產生具有在相對於一目標厚度之一預定厚度容限內的一厚度之一多層複合物。
藉由如通常描述之一積層製造方法直接形成之一多層複合物由多個單獨形成之層製成，各層含有由凝固黏結劑組合物固持在一起之顆粒。最初藉由積層製造步驟形成之多層複合物可為任何有用結構。在特定實例中，一多層複合物可為通常被稱為一「生坯」之一結構。
呈一生坯形式之一多層複合物含有分散在凝固黏結劑材料中之顆粒，該凝固黏結劑材料係在積層製造步驟中用於形成多層複合物之一材料。在一典型方法中，一生坯可並非一所欲或功能最終產品，而代替地可為必須進一步處理以形成一有用衍生結構之一中間產品，其在本文中將被稱為一「後處理體」。
一後處理體可具有可藉由形成一生坯且接著隨後處理生坯，以形成一衍生產品(後處理體)之一積層製造技術產生之任何結構、形式或組合物。實例後處理體包含剛性(例如，自支撐)體，例如，由包含無機材料(諸如一金屬材料或一陶瓷材料，其等之任一者源於用於形成呈一生坯形式之一多層複合物之顆粒)之至少一部分的一材料製成之剛性無機體。根據一方法製備之一後處理體由形成為一精確厚度尺寸之一生坯(多層複合物)製備，該精確厚度尺寸意謂在相對於生坯之一目標厚度之一特定容限範圍內的一厚度。有利地，由生坯(具有一精確厚度尺寸)製備之一後處理體亦可展現一精確厚度尺寸，該精確厚度尺寸意謂在相對於後處理體之一目標厚度之一特定容限範圍內的一厚度。
在一個特定實例中，一後處理體可為一剛性無機體，例如由包含一金屬、一金屬合金或一陶瓷之材料製成之一剛性無機體。剛性有機體之實例可用於各種目的，包含剛性無機體之一精確厚度可為有用或有利之一些目的。此等包含呈相對薄、視情況平坦之結構形式之多孔無機(例如金屬)薄膜，其等具有兩個相對表面及跨薄膜之區域之一相對均勻且精確之厚度。薄膜可呈一平坦薄片、一圓盤或具有一均勻厚度之另一結構之形式。
更詳細地，呈用作一過濾器(具有任何形狀)之一多孔燒結金屬體(薄膜)形式之一後處理體通常可包含兩個相對主表面及兩個相對主表面之間的一厚度，在一過濾步驟中將薄膜用作一過濾器期間，一流體流動通過該厚度。用作一過濾薄膜之實例多孔金屬薄膜之一厚度(例如，一圓盤、薄片、或杯之一厚度，或一管或圓筒之一體壁之一厚度)可在有效地將多孔體用作一過濾薄膜之一範圍內，例如，其導致所欲流動性質(諸如在一給定壓降下之足夠流動)及過濾性質(諸如顆粒保持)，同時具有足夠強度及結構完整性以作為一過濾系統之部分來處理、安裝及使用。有用厚度(目標厚度)之實例可在0.5毫米至5毫米之一範圍內，例如，1毫米至4毫米。此類型之後處理體之實例厚度容限可小於+/-0.1 mm；實例厚度容限可為+/-0.09 mm或更小，+/-0.08 mm或更小，+/-0.06 mm或更小，或+/-0.05 mm或更小。
在圖2A及圖2B展示可根據如本文中描述之一方法製備之一衍生體之一實例。圓盤40 (繪示為一多孔燒結金屬體(薄膜))具有包含兩個相對平坦表面及表面之間的一厚度之一形式。圓盤(例如，多孔燒結金屬薄膜)由燒結金屬顆粒(例如，一金屬或金屬合金，替代地陶瓷)製成，具有一直徑，且根據本描述之一方法製備以具有在相對於一目標厚度之一所欲(預選)厚度容限範圍內之一經量測厚度。
特定言之，圓盤40係藉由處理藉由如所描述之一積層製造方法形成之呈一多層複合物形式之一生坯而形成之一衍生體(後處理體)。生坯經形成以展現在生坯之一目標厚度的一厚度容限內之一厚度。圓盤(後處理體)亦可具有一精確厚度，其意謂在後處理體之一目標厚度的一厚度容限內之一厚度。為了將後處理體形成為具有一目標厚度之一容限內之一精確厚度，將生坯形成為略大於後處理體之目標厚度之一目標厚度。在一或多個後處理步驟期間，生坯之厚度將略微減小。後處理體之厚度將略小於生坯之厚度。藉由考量此厚度減小，生坯之目標厚度可經選擇為略大於後處理體之目標厚度以考量後處理期間發生之厚度減小。由後處理步驟引起之厚度減少之量可根據經驗來判定。一後處理體之厚度容限範圍可為等於或約等於生坯之厚度容限範圍之一範圍，且可為等於本文中描述為對一多層複合物或一生坯有用之任何厚度容限的一厚度容限。
在一目標厚度之一容限範圍內之一「經量測厚度」可作為一體(例如，一多層複合物，例如，生坯，或一後處理體)上之一單一位置處的一厚度來量測，或較佳地，可在一體之多個位置處量測。如在圖2B展示，一後處理體(例如，多孔燒結金屬薄膜)之厚度可在多個(例如，五個，識別為數字1至5)位置處(諸如在一中心位置處以及在圍繞一周長等距間隔之四個位置處)量測。較佳地，該體在多個(例如，五個)量測位置處之一經量測厚度在全部量測位置處在相對於一目標厚度之一預選厚度容限範圍內。
通常，為了從呈一生坯形式之一多層複合物形成一所欲後處理產品，生坯在形成之後被進一步處理。生坯可藉由一或多個後處理步驟來處理，其等包含：一固化步驟，其使用高溫來固化(例如，交聯)黏結劑組合物；一脫黏步驟，其移除凝固黏結劑；及一燒結步驟，其使複合物之顆粒融熔在一起以形成一燒結體。
在實例方法中，一脫黏步驟及一燒結步驟可在一單一設備(例如，烘箱或熔爐)中執行，或可在一第一設備中執行脫黏步驟之一序列，且在一第二(不同)設備中執行一隨後燒結步驟。用於一脫黏步驟之一溫度低於用於一燒結步驟之一溫度。用於一脫黏步驟之一溫度通常可在低於攝氏600度之一範圍內，例如，在攝氏100度至攝氏550度或攝氏600度之一範圍內。一特定多層複合物之任何特定脫黏步驟之一選定溫度可取決於黏結劑之化學性質。用於一燒結步驟之一溫度通常可高於用於一脫黏步驟之一溫度，例如，大於攝氏550度或攝氏600度。
如本文中使用之術語「燒結」具有與此術語在多孔燒結金屬或陶瓷結構之技術中使用時給出之含義一致之一含義。與此一致，術語「燒結」可用於指代藉由在一非氧化環境中將熱量施加至如形成為一生坯之顆粒，使得顆粒之表面達到使顆粒表面藉由顆粒表面之間的一實體(機械)接合而融熔在一起但不使顆粒熔化(即，金屬材料皆未達到其熔化溫度)之一溫度而將一或多個不同類型(大小、組成、形狀等)之小的、可燒結顆粒之一集合接合(例如，「固態焊接」或「融熔」)在一起之製程。
在高於該體之顆粒之燒結點但低於顆粒之熔化溫度之一溫度下執行一燒結步驟。如本文中使用，一顆粒之一「燒結點」係顆粒之材料能夠燒結之一溫度，即，顆粒開始黏附至被燒結體之其他顆粒且可例如在一特定壓力下(諸如在大氣壓下)融熔至另一顆粒之一溫度。一材料(例如，金屬)之一燒結點通常低於材料之一熔化溫度(意謂材料變成液體之溫度)。
因此，用於執行一燒結及一脫黏步驟之有用溫度可取決於用於脫黏步驟之凝固黏結劑之組成及顆粒之組成及顆粒之燒結點以及被燒結顆粒之大小，例如，顆粒是否為「粗糙」(較大)或「精細」(較小)。一燒結步驟可在一熔爐或烤箱中及在不與被燒結體之顆粒反應或以其他方式不利地影響被燒結體之顆粒之一非氧化氛圍中執行，例如，在一真空中或在濃縮或純氫、濃縮或純惰性氣體、或濃縮或純氫及惰性氣體之一組合之一氛圍中。
為了製備具有相對於一預選目標厚度之一精確厚度之如所描述之一多層複合物，已發現某些類型之積層製造方法係有用或有利的。一般言之，已知積層製程對於製備展現一廣泛範圍之形狀及大小之結構係有用的。積層製程亦可為高度自動化且相對高效並具成本效益。
用於形成一多層複合物之積層製造方法需要包含顆粒(例如，無機顆粒，諸如金屬顆粒)之成分及組合形成一黏結劑組合物之一或多個成分。黏結劑組合物可與顆粒組合，且黏結劑組合物可經凝固(硬化、固化或類似物)以產生含有用作顆粒之一實體支撐結構(基質)之凝固黏結劑組合物之一凝固原料組合物。將顆粒與黏結劑組合物組合且使黏結劑組合物凝固為一複合物之一層之步驟可隨著不同類型之積層製造技術而變化，例如，與立體微影技術相比，將顆粒與黏結劑組合物組合之步驟對於粉末床技術及對於粉末床技術之不同版本可為不同的。
根據本描述之有用顆粒可為可經處理以形成如所描述之一有用多層複合物、一有用生坯或一有用後處理體之任何顆粒。顆粒可以一粉末形式或作為顆粒(呈粉末形式)與其他成分(諸如一黏結劑組合物之一或多個組分)組合之一漿液之部分包含於一原料中。
有用顆粒之實例包含被視為「可燒結」之無機顆粒，例如，可形成為如所描述之一生坯且接著藉由將使顆粒變得融熔在一起之一燒結步驟處理之無機顆粒。顆粒可具有任何可燒結材料，諸如一金屬或一陶瓷材料。
顆粒可具有任何大小(例如，平均顆粒大小)或有效大小範圍，包含微米尺度上之小或相對小顆粒(例如，具有小於500微米、小於100微米、小於50微米、10微米或小於5微米之一平均大小)。較佳地，顆粒之一平均顆粒大小可小於在如所描述之一積層製造技術期間形成的一層之一厚度。
如本文中使用之術語「金屬」指代任何金屬或類金屬化學元素或此等元素之兩者或多於兩者之一合金。有用或較佳顆粒可由包含鎳、鎳合金及不銹鋼等之金屬製成。
顆粒可經選擇以達成如所描述之處理之有效性，以能夠包含於一原料中，形成為一原料層，形成為凝固原料及一多層複合物，且接著視情況進一步處理，諸如藉由燒結以形成將具有一所欲效用之一多孔燒結體(例如，作為一多孔過濾薄膜)。顆粒之大小、形狀及化學組成可為有效地用於此等目的之任何者。
參考該等方法之黏結劑組分，可被用作一黏結劑或一黏結劑之一組分之材料包含聚合物材料、有機材料(例如，液體溶劑)及無機材料。
可被用作一黏結劑之一組分之無機材料之實例包含可懸浮在一液體中且經乾燥以形成一固體材料之顆粒，諸如黏土。可將一有用黏土或其他無機顆粒型黏結劑成分與無機顆粒(如所描述之金屬或陶瓷)、溶劑(水或有機溶劑)及聚合物組合，使得無機黏結劑顆粒及(原料之)無機顆粒可變得與聚合物一起懸浮在一液體(例如，水、有機溶劑或兩者之一組合)中，接著例如藉由蒸發來移除液體。在液體蒸發之後，黏結劑之無機顆粒及聚合物形成支撐原料之無機顆粒之一凝固黏結劑組合物作為一凝固原料組合物之部分。
其他黏結劑組合物包含可固化聚合物黏結劑材料。可固化聚合物黏結劑可作為一液體與形成為一原料層之顆粒組合，接著凝固。可固化聚合物黏結劑之實例包含化學可固化材料，例如藉由在曝露於高溫(熱固性)時發生反應以凝固，或藉由在曝露於電磁輻射(諸如來自一雷射，例如一UV雷射)時發生反應以凝固。聚合物黏結劑之其他實例可在一液體溶劑中作為一液體施加，且接著可蒸發熔劑以留下聚合物黏結劑作為支撐顆粒之一結構。一黏結劑之一聚合物組分可視情況在多層複合物完全形成之後固化，即，在多層複合物之全部層形成之後，使用一單一固化以使多層複合物之全部層中含有之聚合物藉由由熱量(增加溫度)、曝露於輻射或由另一反應機制起始之一化學反應而固化。
可固化液體黏結劑組合物可包含含有化學單體、低聚物、聚合物、交聯劑等之可固化材料，且可另外含有容許或促進一可固化黏結劑組合物之流動、凝固或固化之少量功能成分或添加劑。此等可包含以下之任何者：一助流劑、一表面活性劑、一乳化劑、防止顆粒凝聚之一分散劑及當曝露於電磁(例如，紫外)輻射或一高溫時起始聚合物之固化之一起始劑。
在被稱為「粉末床」技術(其等包含被稱為「黏結劑噴射列印」技術之各種技術)之積層製造技術中，顆粒被包含於可形成為一均勻層之一「原料」床(稱為一「原料層」)中。原料層含有顆粒，且可視情況包含一或多個額外成分，諸如一黏結劑組合物之一或多個組分。其他選用成分可包含助流劑或聚合物間隔顆粒。此等方法包含容許或使一黏結劑組合物凝固以在原料層之選定部分(區域)處形成一凝固黏結劑組合物之步驟，黏結劑組合物之一或多個組分可被包含於原料層中或選擇性地施加至原料層之部分。黏結劑組合物(或其單獨部分)變得定位於原料層之選定部分處之機制及在原料層之選定部分處之黏結劑組合物變得凝固之機制可變化。
一般言之，粉末床積層製造技術可涉及多個個別層形成步驟之一序列，各步驟用於形成一多層複合物之一單一橫截面層。在形成一第一(底部)層之後，在一先前層之一頂表面上形成各後續層。此系列多個個別層形成步驟有效地形成多個個別形成之凝固原料層之一多層複合物。如所描述，粉末床積層製造技術可用於製備包含不同厚度之多個層(包含一或多個精細層及一或多個粗糙層)之一多層複合物以產生具有在相對於一厚度目標之一預定厚度容限內的一厚度之一複合物。
此等技術(如其他積層製造技術)產生由諸如一CAD (電腦輔助設計)檔案之數位資料描述或定義之三維體。使用一系列個別步驟逐層循序建構一三維體，該等個別步驟組合以產生由凝固原料之許多薄橫截面層製成之一複合體(「多層複合物」)。各層形成步驟可包含在一表面上形成一單一原料層，該原料層包含含有顆粒之原料。在一些實例方法中，原料層可含有黏結劑組合物或其之一組分。在其他實例方法中，一原料層不含有黏結劑組合物或一黏結劑組合物之一組分；在此等方法中，黏結劑組合物經選擇性地添加至原料層之部分。
舉一個實例，一滾筒或其他散佈裝置藉由在一單遍次中施加一單一量之一原料組合物或藉由在一表面上多遍次施加多個單獨量之原料而將呈一粉末或漿液形式之一定量之一原料組合物均勻地施加在該表面上方。「原料層」可由一原料組合物藉由一或多個步驟形成，該等步驟將一原料組合物施加至表面上，且使用一滾筒或其他施加方法形成具有一所欲且有用深度之一光滑、均勻原料層。
視需要，一原料層之一有用深度可為形成一粗糙層之一深度，或形成一精細層之一深度。可由一特定製程及系統形成之一深度範圍可取決於諸如原料之組成及用於將一液體材料施加至原料層之一列印頭或其他裝置之解析度之因素。作為一單一非限制性實例，具有100微米之一解析度之一列印頭可搭配具有約10微米之一深度之一原料層使用。
在形成一原料層之後，選擇性地處理原料層之部分以形成凝固原料組合物作為一原料層之部分。在形成凝固原料組合物之此等步驟之後，在已完成層之頂表面上方散佈原料組合物之一額外薄層，該薄層含有由一定量之非凝固(原始)原料組合物圍繞之凝固原料組合物。
重複該製程以形成含有凝固原料之多個層，其中凝固原料組合物之各新層(在第一層之後)形成於凝固原料組合物之一先前層上且黏附至該先前層。沈積多個原料層，且連續在各已完成層上方形成凝固原料組合物之多個層以形成多層複合物。該等層可具有不同厚度。各層可由相同原料材料製成，或不同層可由不同原料材料製成。在已沈積多層複合物之全部層之後，含有尚未用於製備凝固原料組合物之原始原料材料之原料層之部分可與多層複合物分開。
若期望或有用，在一粉末床積層製造技術中使用之一原料層可含有一或多個選用成分，該等成分係一黏結劑組合物之部分或以其他方式用作凝固原料層之部分。此等可包含例如一助流劑以改良原料在印表機床內之流動，以改良原料形成一均勻(均勻、水平、均質)原料層之能力。替代地或另外，原料層可視情況含有用作顆粒之間的一間隔物(例如，用作一「孔形成」材料)之固體聚合物材料。此一固體聚合物可為一熱塑性(在室溫下呈固體形式)孔形成聚合物，且可以任何所欲量存在於原料層中，諸如以基於原料總重量之0.5至15重量百分比之一量，例如，基於原料總重量之1至12重量百分比或2至10重量百分比，其中原料之餘量(按重量計)為顆粒。
更詳細地，一粉末床技術之一個特定實例被稱為「噴射黏結劑列印」。根據此等例示性積層製造方法，原料層含有顆粒，且可包含或可不包含黏結劑組合物或一黏結劑組合物之一組分。
藉由選擇性地將一液體材料施加至原料層之部分以選擇性地在原料層之部分處形成凝固原料組合物而形成凝固原料層。有效地選擇性地將一所欲量之液體施配及施加至原料層之一列印頭或其他裝置在原料層之上表面上方移動。列印頭或其他有用裝置噴射液體且在原料層之頂表面之選定部分處施加液體。液體流動至原料層中，且可用於在選擇性地施加液體之原料層之位置處形成凝固黏結劑組合物。凝固原料組合物含有分散在凝固黏結劑組合物中之顆粒。
在噴射黏結劑技術之此一般描述中，亦存在不同變化。根據一個變動，原料層含有顆粒及一黏結劑組合物或一黏結劑組合物之部分，且選擇性地施加至原料層之液體係在使原料層中之黏結劑組合物或其組分凝固之一步驟中有用之一液體。
憑藉更多例示性細節，但在不限制本描述的情況下，此類型之方法可使用含有顆粒及一黏結劑組合物之一組分之原料，當與所噴射之液體接觸時，黏結劑組合物將變得溶解、懸浮或以其他方式活化，此後組合黏結劑組合物可變得凝固為圍繞顆粒之一基質。
包含於原料中之黏結劑組合物之組分可為有機的，諸如一聚合物(例如，聚乙烯醇)或酚醛樹脂，或可為無機的，諸如一無機顆粒，諸如黏土。液體可為有效地溶解、分散或與最初存在於原料層中之黏結劑組合物發生化學反應之一液體。在一些實例中，液體或液體之一部分可隨後被移除(例如，蒸發)以留下包含凝固黏結劑組合物之一凝固原料組合物作為圍繞及支撐顆粒之一基質結構。
作為一粉末床積層製造技術之一不同變動，一原料層不含有(或無需)作為一黏結劑組合物之部分的任何成分。在此變動中，選擇性地施加至原料層之液體可包含一黏結劑組合物之全部必要成分，其等可呈液體形式之一化學可固化聚合物之形式。在此變動中，液體黏結劑組合物經選擇性地施加至原料層，且容許或使其在適當位置中凝固以產生凝固原料層。
根據此類型之一系統之實例，原料層可含有顆粒，且無需含有任何其他材料。例如，原料層可含有至少70、80、90或95重量百分比之顆粒。然而，可期望其他成分，諸如孔形成顆粒、助流劑及類似物，如本文中描述。
施加至原料層之液體黏結劑組合物可包含選擇性地將呈液體形式之黏結劑組合物施配及施加至原料層且亦為了使液體黏結劑組合物變得凝固(視情況藉由進一步處理此蒸發或化學反應)所必需之一黏結劑組合物之全部成分。例如，液體黏結劑可含有可藉由一化學固化機制(藉由曝露於電磁輻射)之任何者或藉由蒸發移除溶劑而固化之聚合物材料。
又另一種積層製造技術被稱為立體微影。此方法使用類似於粉末床技術之步驟及設備。藉由此等技術，原料層含有分散在一可固化液體黏結劑組合物中之顆粒。原料層可被包含於一淺床中，正如黏結劑噴射技術。藉由曝露於電磁輻射(諸如紫外(UV)輻射)而選擇性地使各層固化(凝固)，連續形成凝固原料組合物之多個層。與選擇性地將液體施加至一粉末原料層以使原料層凝固相比(如上文關於噴射黏結劑技術所描述)，立體微影技術藉由將原料層之部分曝露於引起化學固化之電磁輻射來選擇性地使液體原料層之該等部分凝固(固化)。
用於製備一多層複合物之此等不同類型之積層製造技術之各者將需要一黏結劑組合物、顆粒(例如，呈一粉末或顆粒集合之形式)及用於實行積層製造步驟之有用設備。設備可為能夠藉由一粉末床技術(一般言之)、一噴射黏結劑列印技術、一立體微影列印技術或另一有用積層製造方法形成多層複合物之一自動3D印表機。有用設備及相關方法將有效地將凝固原料之多個層循序放置於一先前層上方以形成多層複合物。
在圖3A及圖3B展示用於製備一多層複合物之一黏結劑噴射列印積層製造技術(100)之實例。
圖3A展示一有用黏結劑噴射列印積層製造技術之一步驟序列，且識別該方法可獨立使用、搭配裝載於一積層製造系統之一印表機床處之不同形式之原料102使用及搭配裝載於積層製造系統之一列印頭處之不同液體104使用。
原料102係含有顆粒及選用額外成分之一粉末(或替代地，一漿液)。在實例方法中，原料102不含有黏結劑組合物或其之一組分(例如，無需黏結劑組合物或其之一組分)，且液體104含有黏結劑組合物。在其他實例方法中，原料102確實含有黏結劑組合物或黏結劑組合物之一組分，且液體104含有一液體成分，該液體成分有效地或有助於憑藉諸如蒸發之選用處理或藉由引起黏結劑之化學反應而使原料中之黏結劑組合物凝固。該製程可使用市售黏結劑噴射列印設備、如本文中描述之顆粒及從設備之一列印頭施配之液體(加熱熱塑性)聚合物黏結劑(104)來執行。
根據該方法(圖3A)之實例步驟，將原料(例如，102)裝載至一粉末床積層製造系統之一床中，且在設備之一建構板上方形成為一所欲深度之一均勻原料層(110)。在一隨後步驟(112)中，一列印頭選擇性地將液體黏結劑(104)沈積至第一層之一部分上。液體黏結劑(104)可在放置至原料層上之後凝固。例如，液體黏結劑(104)可含有溶解或分散在一液體溶劑中之聚合物，該液體溶劑可被移除以使聚合物凝固。在將液體黏結劑(104)選擇性地施加至原料層之後，可例如藉由將熱量施加至液體黏結劑以從黏結劑移除溶劑且在該部分處形成凝固原料而使液體黏結劑(104)凝固。替代地，液體黏結劑(104)可為一可固化聚合物，其可以液體形式施加至原料層且接著發生化學反應以凝固。
液體黏結劑以有效地固定原料層之顆粒之位置之一量施加至原料層。該方法無需液體黏結劑以填充原料之顆粒之間的空間之一量或方式施加，但可以連接或「橋接」原料層中之鄰近或附近顆粒之一量施加以使顆粒之位置相對於其他顆粒固定，而不必填充原料層之空隙。「凝固」原料在被充分加強、剛性或硬化以用作支撐及維持顆粒之位置之一結構之一意義上係「固體」，但亦可含有所連接顆粒之間的開口、空隙或孔。例如，凝固原料可包含藉由一乾燥、固化或其他連續(但不一定是固體，意謂不具有孔)聚合物材料連接之顆粒，該聚合物材料連接及維持顆粒在凝固原料結構內之位置。
未形成為凝固原料之所施加原料層之部分保持為原始粉末原料。
建構板向下移動(114)，且原料之一第二層被形成(116)為第一原料層上方之一第二均勻原料層，其包含凝固原料之一部分。接著，列印頭選擇性地將一第二量之液體聚合物黏結劑(104)沈積至第二原料層之部分上(118)，且第二量之液體黏結劑經凝固以從第二層形成凝固原料，例如，藉由使用熱量移除溶劑且形成乾燥(凝固)聚合物黏結劑，或藉由基於黏結劑組合物之類型之另一相關機制。
未形成為凝固原料之第二層之部分保持為原始粉末原料。
重複(120)步驟114、116及118以形成由原始原料(102或104)圍繞之一完整多層複合物(例如，生坯)。多層複合物係含有各形成層之凝固原料之一多層體，且由分散在凝固(固體)黏結劑中之顆粒組成。視情況，若聚合物黏結劑係可熱固化的，則可視情況在周圍原始粉末原料存在的情況下加熱多層複合物以使液體聚合物黏結劑交聯及固化(122)。可從多層複合物移除及分離原始(鬆散)粉末原料(102或104) (124)。根據本描述，原料之任何一或多個層可為一精細層或一粗糙層。
可將多層複合物移動至用於任何後續類型之處理(後處理)之一位置，該任何後續類型之處理(後處理)可用於或期望將多層複合物(例如，生坯)轉換為諸如一剛性無機體之一衍生產品。未繪示之實例步驟可包含：一脫黏步驟，其從多層複合物移除凝固黏結劑；及一燒結步驟，其使多層複合物之顆粒燒結以連接顆粒以形成剛性無機體。
圖3B示意性地繪示技術100之步驟以及相關製程設備及原料。
參考圖3B，可使用市售黏結劑噴射列印設備(130)、如本文中描述之原料(132)及從設備(130)之一列印頭(136)施配之液體(133)來執行一實例製程。根據該方法之實例步驟，原料(132)在設備(130)之一建構板(138)上方形成為一均勻厚度及位準之原料層(134)。原料層(134)可使用一滾筒或其他整平裝置形成，使用單遍次或多遍次均勻地形成及分佈一所欲深度之原料(132)。原料層(134)可為如本文中描述之一精細層或一粗糙層。列印頭(136)選擇性地將液體(133)沈積至第一層(134)之一部分上。
液體133可為例如一液體黏結劑組合物(如關於圖3A所描述)或可為如本文中描述之另一液體。呈一液體黏結劑組合物形式之液體(133)經凝固，例如，藉由加熱乾燥以蒸發黏結劑之溶劑且在該部分處形成含有固體聚合物之一第一凝固原料(140)，或藉由引起一化學反應以使原料凝固。
未形成為凝固原料(140)之原料層134之部分保持為原始原料(132)。將建構板(138)向下移動(114)，且在第一層(134)及第一凝固原料(140)上方形成一第二或隨後原料層(142)。接著，列印頭(136)選擇性地將一第二量之液體聚合物黏結劑(133)沈積至第二層(142)之部分上，且第二量之液體聚合物黏結劑(133)經凝固以從第二層形成凝固原料。未形成為凝固原料之第二層之部分保持為原始原料。原料層(142)可為如本文中描述之一精細層或一粗糙層。
重複(150)將一原料層施加在一先前層上方且將黏結劑施加至新原料層以產生新原料層之凝固原料之此步驟序列，以形成由原始粉末原料(132)圍繞之一完整多層複合物(152)。多層複合物(152)係含有各形成層之凝固原料之一體，且由來自分散在凝固(固體)聚合物黏結劑中之原料之顆粒組成。複合物(152)已經形成為包含不同厚度之層，包含一或多個精細層及一或多個粗糙層。視需要，可進一步處理多層複合物以產生一衍生產品，諸如藉由包含脫黏及燒結之後處理將呈一生坯形式之一多層複合物轉換為一剛性有機體(例如，一多孔燒結金屬薄膜)。
例如，如繪示，可視情況在周圍原始粉末原料(132)存在的情況下加熱多層複合物(152)以使液體聚合物黏結劑固化(122)。
可從多層複合物(152)移除及分離原始(鬆散)粉末原料(132)。可將多層複合物(152)移動至一烘箱以加熱至將有效地從多層複合物(152)移除凝固黏結劑(脫黏)之一溫度。視需要，在脫黏步驟之後，仍可藉由一燒結步驟在一熔爐中進一步處理多層複合物(152)，以形成一衍生結構，諸如剛性無機體(160)。
稱為立體微影(SLA)之技術係可用於以一逐層方式形成一多層複合物之一種版本之積層製造技術，其涉及光化學製程，藉由該製程，使用光(電磁輻射)選擇性地使一液體原料層之反應性化學成分(諸如單體、低聚物、交聯劑等) (共同稱為「聚合物」或「液體聚合物黏結劑」)聚合、交聯或以其他方式化學反應，以形成一原料層之凝固原料之一固化聚合反應產物(「凝固聚合物」)。液體聚合物黏結劑可藉由曝露於電磁輻射(諸如紫外(UV)光)而選擇性地固化。原料呈液體形式，且含有與顆粒組合之可固化液體聚合物(「液體聚合物黏結劑」)。
藉由產生一較大三維結構(複合物)之許多薄橫截面(本文中為一「層」之「凝固原料」)之循序步驟來建構多層複合物。一電磁輻射源(例如，一雷射)選擇性地將電磁輻射施加在液體原料之一層之一部分上方，根據本描述，該液體原料含有顆粒及可在曝露於電磁輻射之後藉由化學固化而凝固之液體聚合物黏結劑。例如由一雷射供應之電磁輻射選擇性地在液體原料之層之一表面處輻照該層之一部分。電磁輻射使液體聚合物黏結劑藉由一化學反應而凝固(即，固化)，以形成含有顆粒及凝固(固化)聚合物之凝固原料。
在形成凝固原料之一初始層之後，將液體原料之一額外薄層沈積在含有凝固原料之完成層之頂表面上方，且重複該製程以形成多個層，各在一先前層之一頂表面上且黏附至該頂表面。將多個層依次連續沈積在各完成層上方以形成一多層複合物，該複合物係凝固原料之各層之一複合物。多個層可包含如本文中描述之一或多個精細層及一或多個粗糙層。在已形成多層複合物之全部層之後，含有尚未用於製備凝固原料之原始液體原料之層之部分與多層複合物分離。隨後可視需要處理多層複合物以形成諸如一剛性無機體(例如，一多孔燒結金屬薄膜)之一衍生結構，例如，藉由包含從顆粒移除凝固(固化)聚合物(即，「脫黏」)及選用燒結之步驟。
如所描述，立體微影積層製造技術可用於製備包含不同厚度之多個層(包含一或多個精細層及一或多個粗糙層)之一多層複合物以產生具有在相對於一厚度目標之一預定厚度容限內的一厚度之一複合物。
在圖4A展示用於製備如所描述之一多層複合物之一立體微影積層製造技術(200)之一實例。原料202係含有與一液體可固化聚合物黏結劑組合之顆粒之一液體。
可使用市售立體微影積層製造設備及與顆粒組合以形成原料之液體聚合物黏結劑執行該製程。根據實例方法之實例步驟(如圖4A展示，其中步驟在括號中編號)，由一立體微影積層製造設備含有之液體原料(202)被形成為設備之一建構板上方之一均勻層(204、206)。在一隨後步驟(208)中，一電磁輻射源(例如，一UV (紫外)雷射)選擇性地使用一波長之輻射輻照此第一層之一部分，該輻射將使原料之液體聚合物黏結劑化學地固化及凝固。凝固液體聚合物黏結劑在輻照部分處形成凝固原料。液體原料層可為一精細層或一粗糙層。
未形成為凝固原料之層之部分保持為原始液體原料。
建構板向下移動(210)，且液體原料之一第二層(一精細層或一粗糙層)被形成(212)為第一原料層上方及第一原料層之凝固原料上方之一第二均勻層。接著，電磁輻射源選擇性地輻照第二層之一部分(214)以使液體原料之第二層之一部分凝固(固化)以在第二層之該部分處形成凝固原料。未形成為凝固原料之第二層之部分保持為原始液體原料。重複(218)步驟212、214及216以形成由原始液體原料(202)圍繞之一完整多層凝固原料複合物(「最終部分」)。
多層凝固原料複合物係含有各形成層之凝固原料之一體，且由分散在液體原料之凝固(固體)聚合物黏結劑中之顆粒組成。可從多層複合物(218)移除及分離原始液體原料(202)。接著，可進一步處理多層複合物以形成一衍生結構，諸如一剛性無機體。
參考圖4B，可使用市售立體微影積層製造設備(230)且使用根據本描述之液體原料(232)來執行一實例製程。根據該方法之實例步驟，液體原料(232)被形成為設備(230)之一建構板(238)上方之一均勻原料層(234)。雷射(236)將電磁輻射(233)施加至第一層(234)之一部分以在該部分處形成第一凝固原料(240)。未形成為凝固原料(240)之原料層(234)之部分保持為原始液體原料(232)。將建構板(238)向下移動(214)，且在第一層(234)及第一凝固原料(240)上方形成一第二或隨後液體原料層(242)。接著，雷射(236)選擇性地將電磁輻射(233)施加至第二層(242)之部分以從第二層形成凝固原料。未形成為凝固原料之第二層之部分保持為原始液體原料。重複(250)該序列以形成由原始液體原料(232)圍繞之一完整多層凝固原料複合物(252)。多層凝固原料複合物(252)係含有各形成層之凝固原料之一體，且由來自分散在原料之凝固(固體)固化聚合物中之原料之顆粒組成。
可從多層複合物(252)移除及分離原始液體原料(232)。接著，可藉由一燒結步驟在一熔爐中進一步處理多層複合物(252)以形成一衍生結構，諸如剛性無機體(260)。 態樣
在一第一態樣中，一種藉由積層製造步驟形成一三維體之方法包括：形成具有一粗糙原料層厚度之一粗糙原料層；使該粗糙原料層之一部分凝固以形成具有一凝固粗糙原料層厚度之一凝固粗糙原料層；在形成該凝固粗糙原料層之前或之後，形成具有小於該粗糙原料層厚度之一精細原料層厚度之一精細原料層；及使該精細原料層之一部分凝固以形成具有小於該凝固粗糙原料層厚度之一凝固精細原料層厚度之一凝固精細原料層。
根據第一態樣之一第二態樣，其中：形成該凝固粗糙原料層包括：形成該粗糙原料層；將液體施加至該粗糙原料層之該部分；及使該粗糙原料層之該部分凝固以形成該凝固粗糙原料層；且形成該凝固精細原料層包括：形成該精細原料層；將液體施加至該精細原料層之該部分；及使該精細原料層之該部分凝固以形成該凝固精細原料層。
根據第一態樣之一第三態樣，其中：形成該凝固粗糙原料層包括：形成該粗糙原料層；及藉由輻照該粗糙原料層之該部分而使該粗糙原料層之該部分凝固以形成該凝固粗糙原料層；且形成該凝固精細原料層包括：形成該精細原料層；及藉由輻照該精細原料層之該部分而使該精細原料層之該部分凝固以形成該凝固粗糙原料層。
根據前述態樣之任何者之一第四態樣，其中該凝固精細原料層形成該三維體之一外部之至少一部分。
根據第四態樣之一第五態樣，其中該凝固精細原料層形成該三維體之該外部之一頂表面。
根據第五態樣之一第六態樣，其中該凝固精細原料層形成該三維體之該外部之一頂表面及一底表面。
根據第四至第六態樣之任何者之一第七態樣，其中該凝固精細原料層形成該三維體之該外部之一側表面之至少一部分。
根據第四至第七態樣之任何者之一第八態樣，其中該凝固原料層形成該三維體之該整個外部。
根據任何前述態樣之一第九態樣，其中該凝固精細原料層厚度不超過該凝固粗糙原料層厚度之70%。
根據任何前述態樣之一第十態樣，其中該精細原料層包括可燒結金屬顆粒或可燒結陶瓷顆粒，且該粗糙原料層包括可燒結金屬顆粒或可燒結陶瓷顆粒。
根據任何前述態樣之一第十一態樣，其進一步包括：指定該體之一目標厚度及一厚度容限；形成各具有大於該厚度容限之量值的一厚度之多個凝固粗糙層；形成具有小於該厚度容限之該量值的一厚度之至少一個凝固精細層；及將該三維體形成為具有與該目標厚度相差不超過厚度容限之該量值之一經量測厚度。
根據第六態樣之一第十二態樣，其中該目標厚度在1毫米至5毫米之一範圍內，該厚度容限為+/-0.08 mm或更小，且該經量測厚度不超過大於或小於該目標厚度之該厚度容限之該量值。
根據第十二態樣之一第十三態樣，其中該厚度容限小於+/-50微米，且該方法包括：形成各具有至少50微米之一厚度之多個凝固粗糙層；及形成具有小於80微米之一厚度之至少一個凝固精細層。
根據任何前述態樣之一第十四態樣，其中用於該粗糙原料層或精細原料層之原料包括金屬顆粒及黏結劑組合物或一黏結劑組合物之一組分。
根據第十四態樣之一第十五態樣，其中該粗糙原料層或精細原料層中之液體包括一種水、有機溶劑或兩者。
根據第一至第十三態樣之任何者之一第十六態樣，其中：用於該粗糙原料層或該精細原料層之原料包括金屬顆粒，且該粗糙原料層或精細原料層中之液體包括一黏結劑組合物之聚合物。
根據第十六態樣之一第十七態樣，其中該黏結劑組合物包括一可固化聚合物，且該方法包括：選擇性地將該液體黏結劑組合物施加至該等原料層之該等部分，且藉由一化學反應使該液體黏結劑組合物固化。
根據任何前述態樣之一第十八態樣，其進一步包括：將凝固粗糙原料層及精細原料層之該等部分與未凝固之該等粗糙原料層及精細原料層之部分分離；及燒結該等凝固粗糙原料層及精細原料層以形成一凝固三維無機體。
根據第十八態樣之一第十九態樣，其中該等凝固粗糙原料層及精細原料層包括無機顆粒，且燒結該等凝固粗糙原料層及精細原料層使該等無機顆粒形成一燒結薄膜。
根據第十九態樣之一第二十態樣進一步包括：指定該薄膜之一目標厚度及該薄膜之一厚度容限；形成多個凝固粗糙原料層；形成至少一個凝固精細原料層；及將凝固粗糙原料層及精細原料層之部分與未凝固之該等粗糙原料層及精細原料層之部分分離；及燒結該等凝固粗糙原料層及精細原料層以形成該燒結薄膜，其中該燒結薄膜具有與該薄膜目標厚度相差不超過該薄膜之該厚度容限之一厚度。
在一第二十一態樣中，根據第二十態樣之方法形成一燒結薄膜。
根據第二十一態樣之一第二十二態樣，其中該薄膜係一多孔金屬薄膜。
在一第二十三態樣中，根據第一至第十九態樣之任何者之方法形成一三維體。
10:多層複合物 12:多層複合物 14:多層複合物 16:多層複合物 18:多層複合物 20:群組 22:粗糙層 30:群組 32:精細層 40:圓盤 100:黏結劑噴射列印積層製造技術 102:原料 104:液體/液體黏結劑/原始粉末原料 110:設備 112:步驟 114:步驟/向下移動 116:步驟/形成 118:步驟/沈積 120:重複 122:固化 124:移除及分離 130:黏結劑噴射列印設備 132:原始粉末原料 133:液體/液体聚合物黏结剂 134:原料層 136:列印頭 138:建構板 140:第一凝固原料 142:第二或隨後原料層 150:重複 152:多層複合物 160:剛性無機體 200:立體微影積層製造技術 204:形成 206:形成 208:步驟 210:向下移動 212:步驟/形成 214:步驟/輻照/向下移動 216:步驟 218:重複 230:立體微影積層製造設備 232:原始液體原料 233:電磁輻射 234:均勻原料層/第一層 236:雷射 238:建構板 240:第一凝固原料 242:第二或隨後液體原料層 250:重複 252:多層凝固原料複合物 260:剛性無機體
前文將從如隨附圖式中繪示之本發明之實例實施例之更特定描述而顯而易見，其中相似元件符號貫穿不同視圖指代相同部分。圖式不一定按比例，而是將重點放在繪示本發明之實施例。
圖1A、圖1B、圖1C、圖1D及圖1E展示如所描述之多層複合物之實例。
圖2A及圖2B展示由如所描述之一多層複合物形成之一後處理體之實例。
圖3A、圖3B、圖4A及圖4B展示形成如所描述之一多層複合物或一衍生體之如所描述之方法之實例步驟。
10:多層複合物
20:群組
22:粗糙層
30:群組
32:精細層

Claims (10)

  1. 一種藉由積層製造步驟形成一三維體之方法，該方法包括：形成具有一粗糙原料層厚度之一粗糙原料層，使該粗糙原料層之一部分凝固以形成具有一凝固粗糙原料層厚度之一凝固粗糙原料層，在形成該凝固粗糙原料層之前或之後，形成具有小於該粗糙原料層厚度之一精細原料層厚度之一精細原料層，及使該精細原料層之一部分凝固以形成具有小於該凝固粗糙原料層厚度之一凝固精細原料層厚度之一凝固精細原料層，其中用於該粗糙原料層或精細原料層之原料包括：金屬顆粒及黏結劑組合物。
  2. 如請求項1之方法，其中：形成該凝固粗糙原料層包括：形成該粗糙原料層，將液體施加至該粗糙原料層之該部分，及使該粗糙原料層之該部分凝固以形成該凝固粗糙原料層；且形成該凝固精細原料層包括：形成該精細原料層，將液體施加至該精細原料層之該部分，及使該精細原料層之該部分凝固以形成該凝固精細原料層。
  3. 如請求項1之方法，其中： 形成該凝固粗糙原料層包括：形成該粗糙原料層，及藉由輻照該粗糙原料層之該部分而使該粗糙原料層之該部分凝固，以形成該凝固粗糙原料層；且形成該凝固精細原料層包括：形成該精細原料層；及藉由輻照該精細原料層之該部分而使該精細原料層之該部分凝固，以形成該凝固精細原料層。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該凝固精細原料層形成該三維體之一外部之至少一部分。
  5. 如請求項4之方法，其中該凝固精細原料層形成該三維體之該外部之一頂表面。
  6. 如請求項4之方法，其中該凝固精細原料層形成該三維體之該外部之一側表面之至少一部分。
  7. 如請求項1至3中任一項之方法，其中用於該粗糙原料層或精細原料層之原料包括：金屬顆粒及該黏結劑組合物之一組分。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其包括：指定一薄膜之一目標厚度及該薄膜之一厚度容限， 形成多個凝固粗糙原料層，形成至少一個凝固精細原料層，及將凝固粗糙原料層及凝固精細原料層之部分與未凝固之該等粗糙原料層及精細原料層之部分分離，及燒結該等凝固粗糙原料層及凝固精細原料層以形成該燒結薄膜，其中該燒結薄膜具有與該薄膜目標厚度相差不超過該薄膜之該厚度容限之一厚度。
  9. 一種燒結薄膜，其根據如請求項8之方法形成。
  10. 一種三維體，其根據如請求項1至3中任一項之方法形成。
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