[发明专利]金属物体的增材制造

说明书

本发明涉及用于增材制造三维金属物体的可辐射固化浆液，所述浆液包含：a)2至45重量％的可聚合树脂；b)0.001至10重量％的一种或多种聚合型光引发剂；c)55至98重量％的含金属的化合物的混合物；其中基于所述混合物的重量，含金属的化合物的混合物包含5至95重量％的金属颗粒和5至95重量％的一种或多种金属前体。本发明进一步涉及用于产生三维金属物体的增材制造方法，包括：使用根据本发明的浆液来构造金属颗粒和一种或多种金属前体的生坯；从生坯去除有机粘结剂以获得褐色体；及任选地将任何剩余金属前体转化为对应金属以获得三维金属物体。另一方面，本发明涉及可通过本发明的方法获得的三维金属物体及三维金属物体作为催化剂或催化剂载体的用途。

技术领域

本发明涉及一种用于产生三维金属物体的增材制造方法，更具体地说是间接光固化快速成型(SLA)或数字光处理(DLP)。本发明进一步涉及一种用于所述增材制造方法中的浆液，可通过所述增材制造方法获得的三维金属物体和所获得的三维金属物体作为催化剂或催化剂载体的用途。

背景技术

增材制造(AM)是根据三维计算机辅助设计(CAD)数据模型连接材料来制得物体的通常为逐层组装过程的过程。在过去的20年里，增材制造工艺的应用已经在急速扩大。在增材制造工艺中的是材料喷射、材料挤出、直接能量沉积、薄片层压、粘结剂喷射、粉末床熔融和光聚合。这些技术都可以被应用来使始于(亚)微米级陶瓷或金属颗粒的陶瓷或金属组分成形。

基本上存在两种不同类别的AM工艺：(i)单步骤工艺(又被称为‘直接’工艺)，其中在单个操作中制作三维物体，其中同时实现预期产品的几何形状和材料特性，以及(ii)多步骤工艺(又被称为‘间接’工艺)，其中在两个或更多个步骤中制作三维物体，其中第一步骤通常提供基本几何形状并且后续步骤根据预期材料特性来加强所述产品。

US6,117,612公开了用于产生陶瓷和金属制品的间接逐层AM工艺的实例。US6,117,612公开了可光固化树脂，所述可光固化树脂包含固体负载超过40体积％并粘度小于3000mPa·s的陶瓷颗粒；以及所述可光固化树脂在使用光固化快速成型逐层制作陶瓷生胚中的用途。可光固化树脂还可以包含可烧结金属。

WO03/092933A1公开了一种用于产生多孔钛3D制品的方法，所述方法包括将包含钛粉和0.01重量％至10重量％氢化钛的粉末混合物压制成预定形式，以及随后对压制的粉末混合物进行烧结。粉末混合物可以包含有机粘结剂。WO03/092933A1并未公开AM技术或光聚合。

US2015337423 A1公开了涂覆有金属氢化物或金属合金氢化物纳米颗粒作为烧结助剂的金属或金属合金微粒。微粒通过在约1微米至约1毫米之间的平均粒度来表征，并且纳米颗粒通过小于1微米的平均粒度来表征。US2015337423 A1描述了包含通过选自激光熔化和电子束熔化的AM技术产生的涂覆微粒的固体制品。这些AM技术并未采用光聚合。

本发明涉及一种间接逐层AM工艺，所述AM工艺利用牺牲性粘结剂材料以使含金属的颗粒成形为三维金属物体。所述粘结剂材料使用浆液中所含的可聚合树脂和聚合型光引发剂的光聚合来获得，所述浆液还包含含金属的颗粒。在随后的‘脱粘’处理中去除粘结剂材料。根据本发明的工艺的实例是间接光固化快速成型(SL或SLA)、数字光处理(DLP)和大面积无掩模光聚合(LAMP)。

对于间接逐层AM工艺而言必要的是，浆液的固化深度等于或大于每个层的厚度，使得各层之间的界面被充分固化，以便提供包含具有足够的机械强度的粘结剂的三维物体。因此，用于经由光引发剂引发聚合反应的辐射的穿透深度必须大于层的厚度。