[发明专利]用于监测增材制造过程中的荧光粘合剂

说明书

一种制造生坯部件的方法，包括：在工作表面(204)上沉积粉末层(202)，以及将包含热塑性粘合剂(216)、荧光材料和粘合剂介质的粘合剂溶液(206)以代表所述生坯部件的层的结构的图案选择性地沉积到所述粉末层(202)中。热塑性粘合剂(216)包含溶解在溶剂介质中的一种或多种聚合物链，所述聚合物链的平均分子量从大于或等于7,000g/mol至小于或等于100,000g/mol。本发明还公开了包含荧光材料的粘合剂溶液和使用该粘合剂溶液粘结在一起的生坯部件。

相关申请的的交叉引用

本说明书要求2020年5月26日提交的名称为“用于监测增材制造过程中的荧光粘合剂”的美国临时申请号63/029,961的优先权，在此将其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及增材制造，更具体地，本公开涉及用于增材制造过程中的粘合剂。

背景技术

增材制造，也称为3D打印，是将材料逐层堆积以形成物体的方法。粘合剂喷射是一种基于使用粘合剂来结合粉末颗粒以形成三维物体的增材制造技术。特别地，以构建体积(build volume)将粘合剂从打印头喷射到粉末的连续层上，其中粉末层和粘合剂彼此粘结以形成三维物体。在一些应用中，打印部件适于最终使用。在其它应用中，可能需要随后的处理，例如除去粘合剂和烧结粉末，以将打印的三维物体转变成成品部件。

在打印部件中存在太多或太少的粘合剂均会影响最终部件的质量。例如，如果将太少的粘合剂(例如可能由打印头的喷嘴堵塞导致)施加到粉末层上，粉末可能不能充分地粘结，并且当该零件去粉时，该层的一部分可能被去除。作为另一个实例，如果施加太多的粘合剂，或者如果粘合剂没有以预期的速率固化，那么在部件具有足够的强度之前，部件可能移动或脱粉，这可能导致部件的断裂或变形。另外，施加太多的粘合剂可能导致渗出并导致不正确的打印几何形状。然而，常规的粘合剂不能提供足够的视觉对比度，从而能够对沉积到粉末床中的粘合剂的量、几何保真度和固化程度进行可靠的光学观察。

因此，需要能够监测增材制造过程的替代粘合剂溶液。

发明内容

本文公开的各种实施方案通过提供包含可连接的热塑性粘合剂、荧光材料和粘合剂介质的粘合剂溶液来满足这些需要。在各个实施方案中，荧光材料在添加到粘合剂溶液中之前被包封或通过粘合剂溶液中的一种或多种其它组分包封，以保护荧光材料不被粉末床中的材料淬灭。因此，粘合剂溶液响应于暴露于电磁辐射而发荧光，从而能够使用光学系统监测存在的粘合剂溶液的量。下面将更详细地描述其它特征和优点。

根据本文公开的第一方面，一种制造生坯部件的方法包括：在工作表面上沉积粉末层；以及将包含热塑性粘合剂、荧光材料和粘合剂介质的粘合剂溶液以代表生坯部件的层的结构的图案选择性地沉积到粉末层中。热塑性粘合剂包含溶解在溶剂介质中的一种或多种聚合物链，所述聚合物链具有从大于或等于7,000g/mol至小于或等于100,000g/mol的平均分子量。

根据本文公开的第二方面，制造生坯部件的方法包括根据第一方面的方法，其中在掺入粘合剂溶液之前将荧光材料包封。

根据本文公开的第三方面，制造生坯部件的方法包括根据第一方面或第二方面的方法，其中荧光材料在混合到粘合剂溶液中时被包封。

根据本文所公开的第四方面，一种制造生坯部件的方法包括根据前述方面中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物链包含选自以下的一种或多种聚合物种类：聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺、聚丙烯酰胺(PAAm)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PmAA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯甲基醚-马来酸酐(PVME-MA)、聚苯乙烯(PS)、聚环氧乙烷、聚乙二醇(PEG)、它们的衍生物，以及它们的组合。