[发明专利]用于3D打印的金属粉末

说明书

本发明涉及适合在3D打印方法中采用的金属粉末以及用于生产所述粉末的方法。

本发明涉及适合在3D打印方法中采用的金属粉末，以及用于生产所述粉末的方法。

3D打印是指以下方法：其中在计算机控制下将材料连接或固化，以产生三维物体，其中将材料相加在一起(例如使液体分子或粉末颗粒融合在一起)。3D打印用于快速原型制作和增材制造(AM)二者中。物体可以具有几乎任何形状或几何结构，并且通常使用来自3D模型的数字模型数据或诸如增材制造文件(AMF)文件(通常在顺序层中)之类的另一种电子数据源来生产。存在着许多不同的技术，如立体光刻(STL)或熔融沉积成型(FDM)。因此，不同于在传统的机器加工过程中从原料去除材料(即，减材制造)，3D打印或AM通常通过逐层地连续增加材料而从计算机辅助设计(CAD)模型或AMF文件构建三维物体。

在当前的情形下，3D打印或AM已经用于制造、医疗、工业和社会文化行业，这促进3D打印或AM成为成功的商用技术。

针对经由3D打印生成的设备的一个应用领域是医疗行业，其中不仅手术器械的精确制造而且定制的医疗设备都具有高要求。使用3D打印的个性化器械的手术的虚拟规划和指南已经应用于许多手术领域，包括全关节置换和颅颌面重建，取得了巨大成功。这其中的一个实例是在密歇根大学开发的用以治疗患有气管支气管软化的新生儿的生物可吸收性气管夹板。预期助听器和牙科行业是使用定制3D打印技术的未来发展的最大领域。

患者匹配的植入物是该工作的自然延伸，产生适合一个独特个体的真正个性化的植入物。增材制造用于连续化生产整形植入物(金属)的用途也在增加，这是由于其能够有效地产生促进骨整合的多孔表面结构。

然而，尽管在该领域中正进行着开发，但是仍然存在需要解决的问题，尤其关于患者匹配的植入物的生产的问题。

整形植入物材料暴露于高机械负荷下。虽然基于不锈钢或钴-铬合金的常规材料展现出足够的机械强度，但它们的采用由于毒性或致敏性元素的释放，导致邻近组织中的炎性反应而引起毒理学担忧。基于钛、钽和铌的金属和金属合金显示出较高的生物相容性以及适当的机械性质，以便避免应力屏蔽和相继的植入物松动。然而，大多数可利用的金属粉末遭受这样的缺点：迄今为止，它们在3D打印方法中作为材料的采用不产生具有预期质量的产品。

US 2016/0074942公开了用于生产基本为球形的金属粉末的方法。该方法包括提供包括初级颗粒并具有平均起始粒度的颗粒状源金属；将该颗粒状源金属与粘合剂和任选的溶剂混合，以形成浆料；将浆料造粒，以形成基本为球形的颗粒料(granule)，其中各颗粒料包含颗粒状源金属的附聚体；在脱脂温度下将颗粒料脱脂，以降低颗粒料的粘合剂含量，形成脱脂的颗粒料；在烧结温度下至少部分地烧结脱脂的颗粒料，使得各颗粒料内的颗粒融合在一起，以形成部分或完全烧结的颗粒料；以及回收烧结的颗粒料，以形成基本为球形的金属粉末。

WO 2017/048199提及一种钛-钽合金，其具有10重量%至70重量%范围内的钛含量，并且其中该合金具有体心立方结构。进一步地，描述了形成钛-钽合金的方法，该方法包括以下步骤：(a)将待成形的部件的3D CAD模型切成多个2D图像层；(b)制备钛粉末和钽粉末的均匀粉末混合物；(c)将粉末混合物层分配到处理床上；(d)根据2D图像层之一在真空环境和惰性气体环境中的一者中执行该粉末混合物层的粉末床融合；以及针对该多个2D图像层中的每一个依次执行步骤(c)和(d)。

然而，尽管做出了努力，但是对解决以下问题的适用于3D打印的金属粉末仍然存在着需求：