[发明专利]制造金属粘结磨料制品的方法和金属粘结磨料制品

说明书

本发明公开了经由粉末床喷射制造金属粘结磨料制品的方法。通过所述方法制备的金属粘结磨料制品包括具有弧形或曲折的冷却通道的磨料制品、磨料段、磨轮和旋转牙科工具。

技术领域

本公开广义地涉及制备在金属粘结基质中具有磨料颗粒的磨料制品的方法。

背景技术

传统上，金属粘结磨料制品通过混合磨粒诸如金刚石、氧化铝、立方氮化硼(cBN)或其它磨粒与非熔融金属粉末(例如，钨、不锈钢或其它)、熔融金属粉末(例如，青铜或铜)或它们的组合而制成。可添加孔隙诱导剂、临时粘结剂和其它添加剂。然后将混合物引入已涂覆有脱模剂的模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中顶出，随后在加热炉中于高温下加热以熔化金属组合物的一部分，或者向生坯中注入熔融金属。加热通常在惰性或还原气体(例如，氮气、氩气、氢气)或真空的合适受控气氛下完成。

这种制造方法有许多缺点：每个磨料制品形状都需要专门的模具；模具通常是昂贵的并且要较长的研制周期才能制成；任何设计变化都需要制造新的模具；对于可以模制的形状存在局限性，具有底切或诸如冷却通道的内部结构的复杂形状通常是不可能的；模具磨损，并且每个模具可制造的件数有限；当模具填充有磨料混合物时，可能发生组分的分离，从而导致磨料组分不均匀和密度变化，这是容易看到的；并且该过程是手动和劳动密集型的。

粉末床粘结剂喷射是一种增材制造或“3D打印”技术，其中通过喷射的液体粘结剂混合物将薄层粉末临时粘结在期望的位置处。通常，粘结剂混合物通过喷墨打印头进行分配，并且由溶解在合适的溶剂或载体溶液中的聚合物组成。在一种方法中，粘结剂是一种与其它粉末混合，或涂覆在其它粉末上并干燥的粉末，然后活化液体诸如水或溶剂混合物被喷射到粉末上，从而激活所选区域中的粘结剂。

打印粉末层然后被至少部分地干燥并降低，使得可以散布下一个粉末层。可以重复粉末散布、粘结和干燥过程，直到形成完整的物体。该物体和周围的粉末从打印机中被去除，并且经常被干燥或固化以赋予额外的强度，使得现在的硬化物体可从周围的粉末中被提取出来。

发明内容

在第一方面，本公开提供了制备金属粘结磨料制品的方法，该方法包括连续的步骤：

a)子过程，该子过程依次包括：

i)在约束区域中沉积散粉颗粒层，其中散粉颗粒包含较高熔点金属颗粒和磨料颗粒，并且其中散粉颗粒层具有基本上均匀的厚度；

ii)将液体粘结剂前体材料喷射到散粉颗粒层的至少一个预定区域上；

iii)将液体粘结剂前体材料转化成粘结剂材料，该粘结剂材料将散粉颗粒一起粘结在至少一个预定区域中以形成粘结粉末颗粒层；

b)独立地进行步骤a)多次以生成包含粘结粉末颗粒和剩余的散粉颗粒的磨料制品预成型件，其中磨料制品预成型件具有预定形状，并且其中在每个步骤a)中，独立地选择散粉颗粒，并且液体粘结剂前体材料是独立选择的；

c)将基本上所有剩余的散粉颗粒与磨料制品预成型件分开；

d)将熔融的较低熔点金属注入磨料制品预成型件中，其中较高熔点金属颗粒中的至少一些金属颗粒在被熔融的较低熔点金属接触时不完全熔化；以及

e)硬化熔融的较低熔点金属以提供金属粘结磨料制品。

在另一方面，本公开提供了制备金属粘结磨料制品的方法，该方法包括连续的步骤：

a)子过程，该子过程依次包括：

i)在约束区域中沉积散粉颗粒层，其中散粉颗粒包含金属颗粒和磨料颗粒，并且其中散粉颗粒层具有基本上均匀的厚度；

ii)将液体粘结剂前体材料喷射到散粉颗粒层的至少一个预定区域上；