[发明专利]金属物体的增材制造

说明书

本发明公开了用于三维金属物体的增材制造的辐射固化的浆料，所述浆料包含：(a)2‑45wt％的可聚合树脂；(b)0.001‑10wt％的一种或多种聚合光引发剂；(c)55‑98wt％的金属前驱体颗粒；条件是所述金属前驱体不是Al₂O₃或ZrO₂。本发明还公开了一种用于生产三维金属物体的增材制造方法，所述方法包括使用本发明所述的浆料构建金属前驱体颗粒的生坯，从生坯中除去有机粘结剂得到金属前驱体半生坯，将金属前驱体半生坯转化为金属半生坯，并烧结金属半生坯得到三维金属物体。本发明还提供了由本发明所述方法制得的三维金属物体。

技术领域

本发明涉及增材制造方法，具体地，涉及一种用于生产三维金属物体的间接立体平版印刷(SLA)或者动态光处理(DLP)技术。本发明还涉及用于所述增材制造方法的浆料和通过所述增材制造方法获得的三维金属物体。

背景技术

增材制造(AM)是将材料接合的过程，通常是逐层过程，来由三维计算机辅助设计(CAD)数据模型制备物体。在过去的20年里，增材制造过程的应用得到了迅速扩展。增材制造过程包括材料喷射、材料挤出、直接能量沉积、薄片层叠、粘结剂喷射、粉末层熔融和光聚合。这些技术可以应用于由(亚)微米大小的陶瓷或金属颗粒开始成型为陶瓷或金属物体。

AM过程基本分为两种类型：(i)单步过程(也称为“直接”过程)，其中，三维物体由单一操作中制造，在这个操作中，基本几何形状和目标产品的基本材料性能同时实现；(ii)多步过程(也称为“间接”过程)，其中，三维物体由两个或多个步骤制造，其中第一步通常提供基本几何形状，随后的步骤是为了加固产品使其具有目标材料性能。

本发明涉及间接AM进程，通过牺牲性粘结材料使固态粉末颗粒成型，所述粘结材料是由包含于浆料的可聚合树脂、聚合光引发剂的光聚合得到，所述浆料中还含有固态粉末颗粒。牺牲性粘结材料在随后的“脱脂”步骤中去除。本发明所述方法的例子是间接立体平版印刷(SLA)、动态光处理(DLP)和大面积无掩模光聚合(LAMP)。

US6117612涉及用于陶瓷和金属快速造型的立体平版印刷树脂。US6117612公开了具有超过40体积％的固体负载量和小于3000mPa·s的粘度的光固化陶瓷树脂以及它们在生坯陶瓷部件的多层制造中的用途。

对于陶瓷的立体平板印刷来说，同样也适用于金属，树脂的固化深度等于或大于每层的厚度是必需的，这样层与层之间的界面充分固化以提供具有足够的机械强度的三维物体。因此，用于激活聚合光引发剂的辐射穿透深度必须大于层的厚度。

在现有技术中描述了与用于制造陶瓷物体的立体平版印刷方法中固化深度相关的技术背景。在这方面，可参考J.Deckers et al.,Additive manufacturing ofceramics:A review,J.Ceramic Sci.Tech.,5(2014),pp 245-260；M.L.Griffith 和J.W.Halloran,Freedom fabrication of ceramics via stereolithography,J.Am.Ceram.Soc.,79(1996),pp 2601-2608；J.W.Halloran et al.,Photopolymerizationof powder suspensions for shaping ceramics,J.Eur.Ceram.Soc.,31(2011),pp 2613–2619；以及M.L.Griffith和J.W.Halloran,Ultraviolet curing of highly loadedceramic suspensions for stereolithography of ceramics,manuscript for theSolid Freeform Fabrication Symposium 1994。所引现有技术文献描述了在高负载陶瓷颗粒悬浮液中相对较低的固化深度。