[发明专利]特别用于金属及/或陶瓷的硬化方法及设备

说明书

用于硬化一模具的壁内的一膏体的设备及方法，包括一密封罩，打开至一第一位置，以允许所述膏体被涂布于所述模具内，然后关闭以在围绕所述模具与涂布于所述模具内的所述膏体提供一气密密封。然后一真空源自其关闭位置内的所述密封罩撤离空气，以施加一真空至所述膏体。所述真空造成液体从所述膏体蒸发，从而硬化所述膏体。

相关申请

本申请要求于2018年8月29日提交的第62/724,120号美国专利临时申请案的优先权权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域及背景技术

在一些实施例中，本发明涉及用于金属和陶瓷部件的增材制造的方法和设备。

增材制造或3D打印已广泛用于现今制造原型零件和进行小规模制造。广泛使用的技术是熔融沉积成型(FDM)，其中将塑料细丝从线圈上解开，熔融并通过喷嘴，以扁平线形式铺放下来，形成最终从中出现3D物件的多个层。

使用的另一种技术是立体光刻。立体光刻技术是一种增材制造工艺，其工作原理是将紫外线(UV)激光聚焦到一桶光敏聚合物树脂上。借助计算机辅助制造或计算机辅助设计软件(CAM/CAD)，可使用UV激光在光敏聚合物桶的表面上绘制预编程的设计或形状。由于光敏聚合物在紫外线下具有光敏性，因此树脂会固化并形成所需3D物件的单层。对设计的每一层重复所述过程，直到完成3D物件。

选择性激光烧结SLS是另一种增材制造层技术，涉及使用高功率激光器，例如二氧化碳激光器，将塑料的小颗粒熔融成具有所需三维形状的物体。所述激光通过扫描一粉末床的表面上的部件的一3D数码描述(例如，从CAD档案或扫描数据)生成的横截面来选择性地熔融粉末状材料。扫描完每个横截面后，将所述粉末床降低一层厚度，在其顶部铺设一新材料层，然后重复所述过程，直到完成所述部件为止。

由于金属和陶瓷材料的相对高的熔化温度，因此更难用于增材制造过程。

与传统的生产工艺例如机加工等相比，增材制造技术通常较慢，这是由于要逐层形成部件的构建过程。

此外，某些形状是直接的增材制造无法实现的。这些形状中的一些形状可以通过打印出支撑区域来实现，而这些支撑区域随后将被移除。

DMLS–直接金属烧结激光，是一种广泛使用的金属印刷技术。一非常薄的金属粉末层在要打印的表面上扩展。激光在整个表面上缓慢而稳定地移动以烧结粉末。然后涂布并烧结其他粉末层，从而一次“打印”物件的一个横截面。以此方式，DMLS通过一系列非常薄的层逐渐构建3D物件。

3D金属打印的另一种方法是选择性激光熔化(SLM)，其中高功率激光器完全熔化金属粉末的每一层，而不仅仅是对其进行烧结。选择性激光熔化会产生非常密集且坚固的打印物体。选择性激光熔化只能与某些金属一起使用。所述技术可用于不锈钢、工具钢、钛、钴铬合金和铝制部件的增材制造。选择性激光熔化是一个非常高能量的过程，因为每一层金属粉末都必须加热到所述金属的熔点以上。在SLM制造过程中出现的高温梯度还会导致最终产品内部产生应力和错位，从而损害其物理性能。

电子束熔化(EBM)是一种增材制造工艺，与选择性激光熔化非常相似。像SLM一样，它产生的模型非常密集。两种技术之间的区别在于，EBM使用电子束而不是激光来熔化金属粉末。目前，电子束熔化只能与有限数量的金属一起使用。钛合金是此工艺的主要起始材料，虽然也可以使用钴铬。

上述金属印刷技术是昂贵的、非常慢的，并且受限于构建尺寸和可以使用的材料。

粘结剂喷射3D打印(Binder Jet 3D-Printing)广泛用于打印铸件的砂模或生成复杂的陶瓷部件。也是一种已知的金属增材制造技术。代替在选择性激光熔化(SLM)或电子束熔化(EBM)中进行的熔化材料，金属粉末通过一粘合油墨选择性地结合在一起。之后，“生胚”部分将经历热处理过程-脱胶和烧结，且在某些情况下还会渗透其他材料。