[发明专利]三维(3D)打印方法

说明书

在三维(3D)打印方法的一个实例中，施加构建材料(由无机粒子和连接于其上的聚合物组成)。该聚合物是具有大约3纳米至大约1500纳米的厚度的连续涂层，或具有大约3纳米至大约1500纳米的平均直径的纳米珠粒。将构建材料加热到低于聚合物的熔点大约5℃至大约50℃的温度。在构建材料的一部分上选择性施加聚结分散体(包含聚结剂和无机纳米粒子)，并且使所施加的构建材料和聚结分散体暴露于电磁辐射。聚结分散体吸收电磁辐射并加热与其接触的构建材料的那部分以使与聚结分散体接触的构建材料的那部分熔合，并形成3D物体的层。

发明背景

三维(3D)打印是一种用于由数字模型制造三维实体的增材打印方法。3D打印通常用于快速产品原型设计、模具生成和母模生成。3D打印技术被认为是增材方法，因为它们涉及连续的材料层的组合施加。这不同于传统的加工工艺(其通常依赖于移除材料以生成最终的物体)。3D打印中使用的材料常常需要固化或熔合，这对于一些材料而言可以使用热辅助挤出或烧结来实现，对于其它材料可以使用数字光投影成型(digital lightprojection)技术来实现。

附图概述

通过参照下列详述和附图，本公开的实例的特征和优点将变得明显，在下列详述和附图中，相同的附图标记对应于类似(虽然也许并不相同)的组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可能联系它们出现在其中的其它附图进行描述或不进行描述。

图1是显示本文中公开的3D打印方法的实例的流程图；

图2A和2B是用于形成3D物体的(一个或多个)层的构建材料的实例的横截面视图；

图3A至3D是在使用本文中公开的3D打印方法和系统的一个实例形成3D物体的一个层中所涉及的步骤的半示意性横截面视图；

图3E是在进行图3A至3D的步骤数次后可以形成的3D物体的实例的半示意性横截面视图；

图3F是采用本文中公开的方法的实例形成的3D物体的实例的半示意性横截面视图；

图4显示了本文中公开的构建材料的实例的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图5是图3F的3D物体的透视图；和

图6是可以在本文中公开的3D打印方法的实例中使用的3D打印系统的实例的简化等距视图。

发明详述

本文中公开的三维(3D)打印方法和系统的实例基于3D制造过程，其涉及使用电磁辐射熔合使用喷墨施加的聚结分散体构建的材料以选择性限定相关的3D物体/部件(逐层)。在该3D制作过程中，使整个构建材料层暴露于电磁辐射，但是仅有构件材料的所选区域经熔合和硬化以成为3D物体的层。该方法包括施加聚结分散体，以使其在所选区域处选择性地沉积到构建材料的一部分上。该聚结分散体能够吸收辐射，并将所吸收的辐射转化为热能，其转而熔融和/或烧结与该聚结分散体接触的构建材料。这导致构建材料熔合，形成3D物体的层。

在本文中公开的的实例中，3D物体的各个层的体积收缩率和表面粗糙度均在生产过程中降低，而不是在生产后的处理过程中降低。据信，这种改善的特性部分是由于构建材料的各个层的改进的堆积密度(即粉末压实)，并且由于生产过程中构建材料的各个层内空气空隙的减少。在本文中公开的实例中改善的堆积密度和空气空隙的减少是构建材料与聚结分散体组合的结果。

构建材料包含无机粒子，其各自具有以连续薄涂层形式或作为纳米珠粒连接于其上的聚合物。连续薄涂层或纳米珠粒直接在无机粒子表面上并入粘合材料，由此在构建材料中不包括另外的粘合材料。在没有物理分离构建材料粒子的另外的粘合材料的情况下，构建材料粒子能够更有效地压实，这导致空气空隙(即在生产加工过程中熔融/烧结/熔合时在层内供粒子占据的空洞空间)的数量减少。此外，连续薄涂层或纳米珠粒引入一定量的适于粘合目的的聚合物，但是在聚合物分解(在生产过程中发生)时不会在构建材料粒子之间产生大的间隙。聚合物分解后在构建材料粒子之间的较小间隙导致了降低的体积收缩。