[发明专利]用于增材制造的粉末

说明书

技术领域

本发明一般地涉及增材制造，也被称为3D打印。

背景技术

增材制造(AM)，也被称为固体自由成型制造(solid freeform fabrication)或3D打印，是指从原料(一般为粉末、液体、悬浮液或熔融固体)以一系列的二维层或横截面堆积出三维物体的任何制造工艺。相比之下，传统加工技术涉及减材工艺并且产生从诸如木头块或金属块的原材切出的物体。

在增材制造中可以使用各种增材工艺。各种工艺在沉积层以形成完成物体的方式上和在每个工艺中可相容地使用的材料上有所不同。一些方法熔化材料或软化材料以产生层，例如，选择性激光熔化(SLM)或直接金属激光烧结(DMLS)、选择性激光烧结(SLS)、熔融沉积模制(FDM)，而另外一些方法则使用不同技术(例如，立体光刻(SLA))固化液体材料。

烧结是熔融小粒(例如，粉末)以形成物体的工艺。烧结常常涉及加热粉末。当粉末状的材料在烧结工艺中被加热到足够温度时，粉末颗粒中的原子扩散跨过颗粒边界，从而将颗粒熔融在一起形成固体件。相较熔化来说，烧结中使用的粉末无需达到液相。由于烧结温度不必达到材料熔点，因此常对诸如钨和钼的具有高熔点的材料使用烧结。

在增材制造中既可使用烧结也可使用熔化。选择性激光熔化(SLM)用于具有不连续的熔化温度并且在SLM工艺期间经历熔化的金属或金属合金(例如，钛、金、钢、铬镍铁合金(Inconel)、钴铬合金等等)的增材制造。

发明内容

在一方面中，提供一种用于增材制造的前驱物，所述前驱物包括金属微粒状粉末，每个微粒具有金属核和官能化的表面，金属核具有在200nm与150μm之间的尺寸，即，平均直径，并且具有第一熔化温度。官能化的表面包括金属材料，金属材料具有比第一熔点更低的第二熔点。

实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。官能化的表面可以包括多个金属纳米颗粒，多个金属纳米颗粒具有3nm至100nm的尺寸，固着在金属核上。多个金属纳米颗粒中的金属可为金属核中的金属。金属核中的金属可以仅包括铜。多个金属纳米颗粒中的金属可以仅包括铜。第二熔点可以低于第一熔点。纳米颗粒的第二熔点可以比金属核的第一熔点低至少100℃。官能化的表面可以包括将金属核包围的金属壳。金属核可以包括耐火金属、过渡金属和/或贵金属中的一种或多种。金属材料可以包括铜、钛、钨和钼中的一种或多种。

在另一方面中，提供一种合成金属粉末前驱物以供增材制造的方法，方法包括：将金属微粒状粉末与金属纳米颗粒混合，每个金属微粒包括金属核，金属核具有在10μm与150μm之间的尺寸。金属纳米颗粒可以具有比金属核的第一熔化温度更低的第二熔化温度。方法包括将多个金属纳米颗粒固着在每个微粒的金属核上。

实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属纳米颗粒可以通过配位剂固着到金属核上。配位剂可以包括至少两个官能基团，一个官能基团形成金属核与配位剂之间的键，并且至少另一官能基团形成金属纳米颗粒与配位剂之间的键。配位剂可以包括二胺、二羧酸、二硫醇、氨基硫醇、氨基羧酸或羧基硫醇。

在另一方面中，提供一种合成金属粉末前驱物以供增材制造的方法，方法包括：提供金属微粒状粉末，每个金属微粒包括金属核，金属核具有第一熔化温度及在10nm与150μm之间的尺寸。方法包括通过化学气相沉积将第二金属材料沉积在每个微粒的金属核上，第二金属材料具有比第一熔化温度更低的第二熔化温度。

实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。第二金属材料的纳米颗粒可以沉积在每个金属核上。第二金属材料的岛状物可以沉积在每个金属核上。第二金属材料的壳可以沉积在每个金属核上。金属核可以包括钨、钼、铝、铋和铜、钽、铬中的一种或多种，并且壳可以包括镍、钴、硅、银、铋和碲中的一种或多种。

在另一方面中，提供一种增材制造方法，方法包括在压板上沉积金属粉末前驱物，所述金属粉末前驱物包括金属微粒状粉末，每个微粒具有金属核和官能化的表面，金属核具有在10μm与150μm之间尺寸的平均直径，金属核具有第一熔化温度。官能化的表面可以包括金属材料，金属材料具有比第一熔点更低的第二熔点。方法包括熔融位于压板上的金属粉末前驱物，使得官能化的表面将金属粉末前驱物熔化、粘结和固结以形成烧结的增材制造部分。

实现方式可以包括以下特征中的一个或多个。金属粉末前驱物烧结速率可以高于金属核烧结速率。烧结可以包括将金属粉末前驱物暴露于激光或暴露于电子束轰击。金属核可以包括钨、钼、铝、铋和铜中的一种或多种，并且官能化的表面可以包括镍、钴、硅、银和碲中的一种或多种。