[发明专利]三维（3D）印刷

说明书

在三维印刷方法实例中，施加构建材料颗粒。各构建材料颗粒包括通过粘合剂聚集在一起的未涂覆的初级陶瓷粒子，所述粘合剂可溶于熔合剂的主要溶剂中。该熔合剂在该构建材料颗粒的至少一部分上选择性施加。该粘合剂溶解，并且产生包括未涂覆的陶瓷粒子的浆料的生坯。

发明背景

三维(3D)印刷是一种用于由数字模型制造三维固体部件的增材印刷方法。3D印刷通常用于快速产品原型设计、模具生成、母模生成和小批量制造。一些3D印刷技术被认为是增材方法，因为它们涉及连续的材料层的应用。这不同于传统的加工过程(其通常依赖于去除材料以生成最终的部件)。3D印刷常常需要固化或熔合构建材料，这对于一些材料而言可以使用热辅助挤出、熔融或烧结来实现，对于其它材料可以使用数字光投射技术来实现。

附图概述

参照下列详述和附图，本公开的实例的特征将变得明确，在下列详述和附图中，相同的附图标记对应于类似的(虽然也许并不相同) 组件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可能结合它们出现在其中的其它附图进行描述或不进行描述。

图1是显示本文中公开的3D印刷方法的实例的流程图；

图2是用于形成3D物体的层(一个或多个)的构建材料颗粒的实例的示意图；和

图3是本文中公开的3D印刷系统的实例的简化等距视图。

详述

本文中公开的三维(3D)印刷方法和3D印刷系统的实例采用多射流熔融(MJF)。在多射流熔融的一些实例的过程中，将熔合剂(fusing agent)选择性施加到构建材料层上，随后在其上施加另一层构建材料。该熔合剂可以施加到该另一层构建材料上，该过程可以重复以形成最终成形的3D部件的生坯。该生坯可以随后暴露于加热和/或辐射以熔融或烧结、致密化、熔合和硬化该生坯以形成3D部件。

该构建材料以良好受控的均匀性铺展成薄层的能力可以影响形成的3D部件的精度和品质。尺寸小于5微米至10微米的构建材料粒子因粒子之间的强范德华吸引力往往形成不规则形状的团块。构建材料的这种结团降低了其铺展成薄层的能力，熔合剂可能无法在构建材料中均匀地铺展，这会导致3D部件具有不精确的形状、变化的结构特性、结构缺陷和/或变化的视觉品质。尺寸为至少10微米并具有接近球形的形状的构建材料粒子倾向于良好地铺展。

但是，具有这么大的粒度的构建材料，尤其是陶瓷构建材料，可能不能有效地被烧结。陶瓷粒子往往具有非常高的熔融温度(例如大于1000℃)。因此，在3D印刷中，陶瓷粒子通常被烧结(这需要长时间加热至陶瓷粒子熔融温度的大约60％至大约80％的温度)而不是熔融。烧结是基于扩散的过程，因此，烧结速度取决于初级粒度。对于大多数陶瓷材料而言，烧结速率与材料粒子直径以2至4的幂成反比。因此，构建材料粒子直径从1微米提高到10微米将使烧结速率减缓10²至10⁴倍。由于上述原因，具有几(1-10)微米或更大的粒度的陶瓷粒子的烧结速度对用于3D印刷而言不切实际得缓慢(例如几个月至几年)。此外，由大的陶瓷粒子(例如大于10微米)烧结的3D部件倾向于为高度多孔结构，具有较大的粒子间空隙，并倾向于具有受损的机械强度(例如小于块体强度的10％)。

在熔融温度或略低于熔融温度的温度下加热大的陶瓷粒子可以加速粒子的熔合。但是，如果超过熔融温度，该构建材料粒子可能完全熔化，导致变形的部件(即失去其形状的部件)。此外，在熔融温度或略低于熔融温度的温度下加热可能导致熔合不具有印刷于其上的熔合剂的构建材料(即并非生坯的一部分)，这会损害印刷部件的边缘精确度。另外，在熔融温度或略低于熔融温度的温度下加热可能导致构建材料粒子的快速重新分布，这会使粒子间空隙合并成更大的粒子间空隙。所得部件可能具有受损的结构均匀性和机械强度。