[发明专利]制造金属粘结和玻璃状粘结磨料制品的方法以及磨料制品前体

说明书

本公开提供了制备玻璃状粘结磨料制品和金属粘结磨料制品的方法。磨料制品预成型件由增材制造子工艺制备，所述增材制造子工艺包括在约束区域中沉积散粉颗粒层并且经由传导或照射选择性加热以热处理散粉颗粒层的区域。所述散粉颗粒包括磨料颗粒和有机化合物颗粒，以及玻璃状粘结前体颗粒或金属颗粒。随后加热由增材制造产生的磨料制品预成型件，以提供玻璃状粘结磨料制品，其包括保留在玻璃状粘结材料中的磨料颗粒，或提供金属粘结磨料制品。另外，所述方法包括通过具有处理器的增材制造设备接收用于指定磨料制品的数据的数字对象，以及用所述制造设备生成所述磨料制品。

技术领域

本公开广义地涉及制备在金属粘结基质或玻璃状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，通过压缩磨料颗粒(例如，金刚石、立方氮化硼、氧化铝、或SiC)、玻璃状粘结前体(例如，玻璃料、陶瓷前体)、任选的孔隙诱导剂(例如，玻璃泡、萘、压碎的椰子或核桃壳、或丙烯酸玻璃、或PMMA)和液体载体中的临时有机粘结剂(例如，酚醛树脂、聚乙烯醇、脲醛树脂或糊精的水溶液)的混合物来制备玻璃状粘结磨料制品(例如，磨轮、磨料段和磨石)。该磨料颗粒、玻璃状粘结前体和常见的孔隙诱导剂通常干混在一起。然后添加临时有机粘结剂溶液，以润湿磨粒混合物。然后将共混的混合物置于用脱模剂处理的硬化钢模具中。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，随后加热直至烧除临时有机粘结剂，并将玻璃状粘结前体转化为玻璃状粘结基质(在本领域中也称为“玻璃状粘结”和“玻璃状粘结剂”)。

传统上，金属粘结磨料制品通过混合磨料诸如金刚石、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)或在真空下的合适受控气氛下完成。

这些制造方法存在许多缺点：每个磨料制品形状都需要特殊的模具；模具通常是昂贵的并且具有长的周转时间；任何设计变化都需要制造新模具；对于可模制的形状存在限制，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，并且每个模具具有可制造有限数量的单元；当模具填充有磨料混合物时，可能发生组分的分离，从而导致不均匀的磨料组分和密度变化，这易于看见并且可能使性能变化。此外，该工艺通常为手动的且劳动密集型。

在选择性激光烧结中，包含金属粉末和磨料的粉末层在惰性气氛封装件中以均匀的层铺展。在预定区域中，通过激光束将粉末加热，以将金属粉末加热至其烧结温度。传统激光烧结的缺点是需要高功率激光器(例如，在30瓦-150瓦的范围内)，并且需要在整个印刷过程中保持惰性气氛。

发明内容

在第一方面中，本公开提供了一种制备玻璃状粘结磨料制品的方法，该方法包括顺序步骤。步骤a)包括子工艺，顺序地包括：i)在约束区域中沉积散粉颗粒层；以及ii)通过传导或照射选择性地施加热量，以热处理散粉颗粒层的区域。散粉颗粒包括玻璃状粘结前体颗粒、磨料颗粒和有机化合物颗粒。散粉颗粒层具有基本上均匀的厚度。步骤b)包括独立地进行步骤a)多次以生成包含粘结粉末颗粒和剩余散粉颗粒的磨料制品预成型件。在每个步骤a)中，独立地选择散粉颗粒。步骤c)包括将基本上所有剩余散粉颗粒与磨料制品预成型件分离；以及步骤d)包括加热磨料制品预成型件，以提供包括被保留在玻璃状粘结材料中的磨料颗粒的玻璃状粘结磨料制品。

在第二方面，本公开提供玻璃状粘结磨料制品前体，该磨料制品前体包括由玻璃状粘结前体材料和有机化合物粘结在一起的磨料颗粒，其中玻璃状粘结磨料制品前体还包括以下中的至少一种：至少部分地延伸穿过玻璃状粘结磨料制品前体的至少一种曲折冷却通道；或者至少部分地延伸穿过玻璃状粘结磨料制品前体的至少一个弧形冷却通道。