[发明专利]金属粒子的融合

说明书

根据示例，设备可以包括处理器和存储指令的存储器。该指令可使处理器控制至少一个能量源，将特定低能级的能量施加到金属粒子层上，其中金属粒子具有微米级尺寸，并且其中特定低能级的施加可烧结金属粒子并可使相邻的几个金属粒子之间形成物理连接。该指令还可以使处理器控制至少一个能量源，将特定高能级的能量施加到金属粒子层上，其中特定高能级能量的施加可以熔化并融合所烧结的金属粒子。

背景技术

在三维(3D)打印中，增材打印工艺通常用于从数字模型制作三维实体部件。3D打印通常用于快速产品原型制作、模具生成、母模生成和短期制造。一些3D打印技术被认为是增材工艺，因为它们涉及将连续的材料层施加到现有表面(模板或前一层)。这与传统的加工工艺不同，后者通常依赖于材料的去除来制造最终部件。3D打印通常需要对构建材料进行固化或融合，对于某些材料可以使用热辅助挤压、熔化或烧结来完成，对于其他材料可以通过对聚合物类构建材料固化来进行。

附图说明

本公开的特征以示例的方式说明，并且不限于下图，其中相同的附图标记表示相同的要素，其中：

图1显示了示例设备的框图；

图2显示了多个金属粒子在不同阶段的简化图，在这些阶段，多个能级的能量通过图1所示的示例设备施加在金属粒子上；

图3显示了另一个示例设备的框图；

图4显示了熔化和融合金属粒子的示例方法的流程图；并且

图5A-5C分别显示了针对金属粒子获取的图像，通过实施本文公开的示例特征，在金属粒子上施加了特定低能级和特定高能级的不同级别的能量。

具体实施方式

金属粒子的光子融合是基于用短光脉冲均匀照射大面积金属粒子的理念，短光脉冲足够有效地使金属粒子顶层的选定区域液化。也就是说，光脉冲的持续时间足够短，以防止大量能量转移到底层金属粒子或周围环境区域，从而使大部分能量用于加热和液化金属粒子的顶层。脉冲终止后，液化的金属粒子可以凝固，形成高质量的金属层。在该过程之后，可以铺展另一层金属粒子并重复施加短光脉冲。

由于液化的金属的表面能相对高，因此这一过程可能导致某些金属粒子在液化时瞬间“成球”，并随后以“成球的”形式凝固。也就是说，在液化时，较小的金属粒子由于其相对高的表面能而可能会结合成较大的颗粒或球体。因此，由液化的金属粒子形成的金属膜可能具有不连续的表面，并且金属膜表面上可能形成金属粒子球。举例来说，铝的熔化温度(Tm)下AlSi12(Al)的表面张力为1180mN/m，在铜的Tm下铜的表面张力为1420mN/m，在Ni的Tm下哈氏合金(Hastelloy)(Ni)的表面张力为1890mN/m，并且在不锈钢的Tm下不锈钢(SS316)的表面张力为1930mN/m。相比之下，尼龙12和其他聚合物在其各自的熔化温度下的表面张力在5mn/m与20mn/m之间的范围内，并因此在液化时可能不会形成球体或球。

本文公开了可用于实施制造工艺的设备和方法，与其他制造工艺相比，该制造工艺可以使融合的金属性能改进。特别地，本文所公开的设备和方法实现了多步骤制造工艺，该工艺包括将多个能级的能量施加到金属粒子上。例如，可将特定低能级的能量施加于金属粒子，其中特定低能级烧结金属粒子并使相邻的几个金属粒子之间形成物理连接。换句话说，特定低能级可以是足以使金属粒子在不熔化的情况下烧结的能级。其间具有物理连接的金属粒子组件的表面能可以相对低于烧结前金属粒子的表面能。例如，每单位面积的组件的表面能可低于烧结前金属粒子每单位面积的表面能。