[发明专利]用于将粉末进料到粉末床3D打印机中的产品和方法

说明书

本发明提供了用于将金属粉末递送至三维打印过程的金属粉末‑聚合物基质膜，所述基质包含至少一种金属粉末和聚合物片材，其中所述金属粉末掺入在聚合物片材的架构内或在聚合物片材的表面上，并且其中所述聚合物片材的厚度是所述粉末厚度的至少一半。

技术领域

本发明涉及递送粉末用于在粉末床机器中进行3D打印(增材制造-AM)诸如选择性激光熔融(SLM)的方法以及用于提供所述粉末的胶带制品。

背景技术

增材制造(AM)的最早使用是在1980年代末和1990年代初期间的快速原型(RP)。原型允许制造商有机会更细密地检查物体的设计，并且甚至在生产成品之前对其进行测试。RP允许制造商比以前更快地生产这些原型，通常在构思设计的几天或有时几小时内。在RP中，设计者使用计算机辅助设计(CAD)软件创建模型，并且然后机器遵循该软件模型来确定构建物体的最佳方式。RP概念最近已演变为3D打印(或AM)的原理，与更常规的制造相比具有重要优势，诸如设计复杂性、无工具、产品定制、有限的浪费、减少的库存。

在常规3D打印粉末床机器中，将粉末从大罐递送至工作区域，任何通过使用刀片或辊将颗粒铺展在大或较小的区域上。在此阶段，激光(或电子束)将使层的一部分熔融/固结。因此，铺设新的粉末层并且重复所述过程，直到形成零件的完整几何形状。在每次运行中，粉末层厚度大约在40μm至100μm之间变化。

在考虑金属材料的AM时，毫无疑问，粉末床熔合(PBF)过程并且特别是选择性激光熔融(SLM)由于过程灵活性、零件质量(低孔隙率、高几何准确度，等等)和材料能力的最优组合而与其他相比脱颖而出。例如，在SLM中，将粉末从大罐递送至工作区域，并且使用刀片或辊将颗粒铺展在大或较小的区域上。在此阶段，激光将使层的一部分熔融/固结。因此，铺设新的粉末层并且重复所述过程，直到基于存储在STL文件中的详细信息形成零件的完整几何形状。粉末层厚度(每层)大约在40μm至100μm之间变化。始终需要大的起始粉末量，并且无论部件尺寸如何(小或大)，都需要覆盖整个粉末床(或构建板)。这导致在任何打印(小或大)后筛选和再循环大量或储备材料。此外，由于刀片铺展机制的性质，粉末床的厚度实际上不均匀并且在激光扫描过程中经受不断的重新调整。这导致在整个构建平台上关键的过程不一致并且促成过程可重复性问题。尽管给出了“一流”标签，但目前将粉末进料到床区域上并且在激光加工过程中保持原位的方式具有解决起来有挑战性的固有强的方法限制。

US2017274595描述了涉及将构建板片材的堆叠插入材料进料器中，将堆叠中的一个片材从材料进料器转移到打印机，在单一片材上沉积流体，同时片材静置在打印机台板上，将片材从打印机转移到粉末系统，将粉末沉积到所述单一片材上，使得所述粉末粘附至打印机已在其上沉积流体的片材区域，去除未粘附至片材的任何粉末，使构建板上的粉末熔融，以及针对如制造指定3D物体所需的许多另外片材重复所述步骤。US20170157841描述了一种系统，其包括构建平台、用于将构建粉末分配到构建平台上的重涂器、能源、箔进料组件和用于控制这些部件的致动的控制器。形成3D物品的方法包括在构建平台表面上沉积构建粉末层，使构建粉末层的选定部分熔融，将箔片施用在构建粉末层上，将箔片的选定部分熔融到构建粉末层上，从构建粉末层上去除箔片，以及然后降低构建平台表面以准备沉积下一个构建粉末层。然而，美国专利文件中描述的系统和方法存在的问题是无法实现薄的打印金属片材，并且大块金属片材是刚性的并且在打印时难以适应支撑表面。另外，金属片材的焊接很可能需要更多能量输入，从而由于增强的热梯度而返回更高的残余应力。