[发明专利]材料组

说明书

本公开涉及一种材料组，其包含粉末床材料和粘合剂流体。所述粉末床材料可以是80重量％至100重量％具有金属核和在核上的薄金属层的金属粒子，所述金属粒子具有4μm至150μm的D50粒度分布值且所述薄金属层具有20nm至2μm的平均厚度。所述粘合剂流体可相对于未与粘合剂流体接触的粉末床材料的第二部分粘合粉末床材料的第一部分。

背景

三维打印，有时被称为3D打印，可用于快速原型设计和/或增材制造(AM)，并可涉及计算机控制的方法，借此打印机将材料转变成三维物理对象。3D打印方法在最近几十年持续发展并包括，但不限于选择性激光烧结、选择性激光熔化、电子束熔化、立体光刻法(stereolithography)、熔融沉积成型及其它。对用于3D打印的新技术和材料的需求持续增长，因为适用的应用领域同样不断扩大和演化。

附图简述

图1示意性描绘了根据本公开具有金属核和在其上的薄金属层的单个金属粒子可烧结在一起以形成与相邻金属粒子的连接桥的示例性位置的横截面视图；

图2示意性描绘了根据本公开相邻金属粒子的一种示例性熔合进程(通过烧结和形成连接桥)以及在金属粒子的薄金属层和金属核之间的金属扩散进程的横截面视图；

图3示意性描绘了根据本公开具有相同金属核但具有不同的各自薄金属层的两个示例性相邻金属粒子的横截面视图；

图4示意性描绘了根据本公开具有多个薄金属层的一种示例性金属粒子的横截面视图；

图5示意性描绘了根据本公开的一种示例性三维打印系统的等距视图；

图6示意性描绘了根据本公开的另一种示例性三维打印系统的横截面视图；

图7是根据本公开的一种示例性三维打印方法的流程图；和

图8是描绘根据本公开在两种金属的各种合金比下可能存在的熔融温度变化的示例性相图。

详述

根据本公开，金属制品的三维打印可涉及加热金属粉末以烧结或熔融金属粒子以形成熔结制品。更详细地，三维打印可如下进行：使用粉末床材料的金属粒子并以逐层方式将粘合剂流体选择性打印或喷射到粉末床材料的部分上，例如铺展粉末床材料，随后施加粘合剂流体并重复，以形成绿坯部件(green part)。然后可将绿坯部件或物体烧结或退火以形成最终金属部件，例如将绿坯物体移动到炉中(或留在原地)以热熔结。特别在粘合剂流体带有粘合剂聚合物，如胶乳粒子或一些其它类型的聚合物或可聚合材料的实例中，可在烧结或退火过程中在相对较低温度下烧除，例如烧尽该聚合物。因此如果在使得粘合剂烧除或以其它方式失效或分解的这种相对较低温度附近没有开始金属粒子的烧结，在聚合物失效和金属粒子开始烧结在一起的时刻之间可能存在温度间隙(和因此时间间隙)。这可导致部件的坍塌或部分坍塌，特别是在具有特别高的烧结温度的金属粒子，例如Fe、Ni、Cu、Ti合金等(其在例如高于1000℃的温度下烧结)的情况下。此外，即使使用不含聚合物或仅包含少量聚合物的金属氧化物粘合剂而非聚合物粘合剂时，在一定温度范围内也可由于粉末粒子之间的粘合接触密度不足或与粘合材料的存在相关的过量热应力而使得粘合强度不足以保持打印物体的所需形状。

在本公开中，可使用粉末床材料，其包含具有金属核(元素金属或金属合金)和施加在其上的不同金属(元素金属或金属合金)的薄层的金属粒子。薄金属层和金属核的组合通常可产生比其上没有薄金属层的仅由金属核材料组成的相同金属粒子低的在金属粒子表面处的热熔结温度(或熔融温度)。这可减小或消除在聚合物粘合剂失效和金属粒子开始烧结在一起之间的温度间隙。同样地，如果使用热敏金属氧化物粘合剂/还原剂体系而非聚合物粘合剂作为粘合剂流体，当在薄涂层之间比在核金属粒子之间更可能形成粘合时，薄金属涂层也可改进粘合强度。