[发明专利]选择性超顺磁性烧结和适用于选择性超顺磁性烧结的墨水

说明书

本发明涉及借助于粉末床熔融法制造三维物体的方法，其中使用包含超顺磁性颗粒和溶剂的墨水。烧结通过具有50kHz至5GHz频率的磁场来进行。

本发明涉及磁性墨水在粉末床熔融法中的用途以及用于制造三维物体的方法。

使用生成性制造方法，通常还被称为增材制造或快速原型制造，以便可以快速且成本低廉地制造三维物体。这种制造方法直接在计算机内部的数据模型的基础上借助于化学和/或物理过程由无形状(液体、粉末等)或形状中性(带状、线状)的材料来进行。聚合物粉末如聚酰胺粉末尤其适合作为无形状材料。

生成性制造方法之一，即粉末床熔融技术，尤其包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光熔融(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性吸收烧结(SAS)和选择性抑制烧结(SIS)。

在没有激光的情况下所述方法的选择性例如可以通过吸收剂(选择性吸收烧结，SAS)或抑制剂(选择性抑制烧结，SIS)来进行。在SAS方法中，加载有吸收剂的材料的吸收度提高；相反，抑制剂减缓了熔化。吸收剂和抑制剂可以在一种方法中一起使用。SAS方法中的适合的能量源是仅有条件地入射到材料中的那些能量源。在SIS方法中，能量源被选择为使得材料的加热进行得足够快速。SAS方法例如在US 2007/238056中说明。US 2004/137228A1展示了SIS方法。

吸收剂和抑制剂可以被溶解或分散在液体中，例如借助于喷墨法以墨水的形式施加到材料上。例如使用活性炭作为吸收剂，然而这要求较大能量、例如高温。

在这些方法中不利的是，构造三维物体的粉末材料必须在熔化之前不久被维持在高温。这导致所有粉末的老化，进而造成由再循环粉末形成的三维物体的降低的材料特性。另外，利用所提及的方法通常只能将非常小的层厚度彼此同时烧结。

于是，本文的目的是提供制造三维物体的新颖的方法，所述方法不具有现有技术的缺点。所述方法应可以实现，不仅能在提高的构造室温度下，而且还能在环境温度下将粉末加工成三维物体。另外，所述方法应能够实现将较大层厚度的层同时烧结。此外，所述方法应能够烧结具有超过200℃的玻璃化转变温度的聚合物粉末。

这可以通过一种粉末床熔融法来实现，其中以30μm至200μm(层)的层厚度来提供粉末。随后借助于喷墨法将墨水施加到粉末的待烧结位置上，然后施加另外的粉末。重复施加墨水和粉末。由此逐层地施加粉末材料。设定具有50kHz至5GHz、优选50kHz至100MHz、优选500kHz至10MHz频率的磁场，以便进行选择性烧结。所述方法优选在10℃至40℃的温度下、优选在室温(18℃至25℃)下进行。上述方法可以被称为选择性超顺磁性烧结(SSS)。

可以在每次施加层之后启动磁场。替代地，可以在施加多个层之后才启动磁场。由此可以将多个层一起且同时烧结。由此还可能的是，首先提供用于整个三维物体的各层并且随后进行整个物体的烧结。

用在粉末床熔融法中的墨水包括超顺磁性颗粒和至少一种溶剂。所述超顺磁性颗粒优选被构造为核/壳颗粒，其中至少一个核包括至少一种超顺磁性物质，并且至少一个壳是非磁性的。

磁场提供对超顺磁性颗粒以及由此对粉末的加热。尼尔(Neel)驰豫或布朗(Brown)运动负责进行加热。相反，通过感生的旋涡电流产生的升温是可忽略的。另外，施加磁场不会导致经典的吸收，因为电子在固体中不能通过能量(例如光)而进入更高的能态。而是在交变磁场中进行配向。

由于通常使用的打印头，用于喷墨法的墨水需要最大10μm、优选最大1μm的粒径。墨水的组成部分——除了超顺磁性颗粒之外——优选具有在50至500nm范围内的大小。