[发明专利]反应性增材制造

说明书

技术领域

本发明总体上涉及增材制造(additive manufacturing)，更具体地涉及用于用反应性材料进行增材制造的方法和系统。

背景技术

增材制造技术已知达数十年，目前是用于生产适合于任何大范围用途的大范围的零部件和制品。最常见的增材制造工艺可分为三个主要类型：粉末床烧结/熔融；挤出；和通过喷射/送丝的定向能量沉积。一种类型的粉末床烧结/熔融技术(该技术可被称为选择性激光烧结/熔融或直接金属激光烧结)利用激光束定向能量源来跟踪在单层的粉末材料中的设计。来自激光的热使被跟踪设计烧结或熔化成具有该层的厚度的实心件。合适的材料进料系统可将另一层的粉末分配到刚烧结的层的顶部上。然后，重复该工艺直到形成一个三维物体。然而，形成各层的材料所需的能量限制了生产速度并且增加生产物体所需设备的成本，其中陶瓷材料通常需要相比金属更多的能量，这相应地需要相比塑料更多的能量。

用于形成制品的另一个方法是反应合成。反应合成是可以用于以相比常规烧结工艺快得多的速度而形成烧结材料的化学过程。典型的反应合成工艺包括将通常采用粉末形式的具有不同化学性质的两种以上反应物混合到一起。可利用模压(die press)将共混粉末压实，从而形成压实制品或粉末压实体。可替代地，可使用模具或坩埚来容纳粉末混合物。然后，可施加热从而引发各组分之间的化学反应。该过程常常是放热的并且导致一个或多个新相的形成。例如，来自加热炉或火焰的热可以引发在钛与碳粉的混合物中的反应。该化合反应释放热并且形成碳化钛的烧结陶瓷相。由该反应所产生的热扩散到在烧结陶瓷相附近的粉末，从而导致反应扩散经过任何存在的反应物。一些此类工艺包括添加一种或多种惰性物质(常常被称为稀释剂)，用以通过吸收热来控制反应。

反应合成技术已被用于生产许多类型的材料，包括陶瓷、金属、金属间化合物、聚合物、和复合材料。然而，大部分的反应合成技术需要大量的加工步骤(包括压模或模具的设计和制造)并且通常可以只用于生产具有受限制细部的简单形状的制品，因此限制了此类工艺。

发明内容

生产制品的增材制造方法的一个实施方式可包括：提供第一材料；提供第二材料，该第二材料能够与第一材料发生反应而形成反应产物；将至少第一材料形成第一层；在第二材料的存在下向至少一部分的第一层施加能量，该能量足以引发在第一材料与第二材料之间的反应从而形成该制品的一部分，制品的该部分包括反应产物；在第一层上形成至少第一材料的第二层；和，在第二材料的存在下向至少一部分的第二层施加能量，该能量足以引发在第一材料与第二材料之间的反应从而形成该制品的另外的部分。

生产制品的增材制造方法的另一个实施方式可包括：提供包含第一粉末材料和第二粉末材料的共混粉末，通过施加能量第一粉末材料与第二粉末材料能够相互反应从而形成反应产物；将共混粉末形成第一层；向至少一部分的第一层施加足以引发第一粉末材料与第二粉末材料之间反应的能量从而形成反应产物，在第一层中的反应产物形成制品的一部分；将额外量的共混粉末形成于第一层的上方从而形成第二层；和，向至少一部分的第二层施加足以引发第一粉末材料与第二粉末材料之间反应的能量从而形成反应产物，在第二层中的反应产物也形成该制品的一部分。

还公开了一种生产制品的方法，该方法包括以下步骤：以粉末形式提供第一材料；以粉末形式提供第二材料，该第二材料能够与第一材料发生反应而形成反应产物；将第一材料和第二材料与第三材料加以混合从而形成共混糊状物，该共混糊状物包含第一、第二、和第三材料的大致均匀的混合物；将该共混糊状物挤出；由所挤出的共混糊状物形成生制品；和，将该生制品加热到足以引发在至少第一材料与第二材料之间反应的温度从而形成制品，该制品包含反应产物。

还公开了一种生产制品的增材制造方法，该方法包括：提供共混糊状物，该共混糊状物包含第一粉末材料、第二粉末材料、和第三材料的大致均匀的混合物，该第一粉末材料与第二粉末材料能够在添加能量的情况下相互反应从而形成反应产物；将该共混糊状物挤出；通过堆积共混糊状物的各单独层而由挤出的共混糊状物形成生制品；和，将该生制品加热到足以引发第一材料与第二材料之间反应的温度从而形成制品，该制品包含反应产物。