本發(fā)明涉及增材制造領(lǐng)域，并涉及一種用于在制造零件期間實(shí)現(xiàn)構(gòu)成材料的方法和設(shè)備。

也稱作“3d打印”的增材制造是允許通過增材地堆疊連續(xù)的材料層來產(chǎn)生三維零件的制造技術(shù)。在本說明書中，術(shù)語“打印”用于指代通過增材制造方法來生產(chǎn)零件，并且術(shù)語“打印材料”指代在該方法期間成型并構(gòu)成所制造的零件的全部或部分的材料。

背景技術(shù)：

目前，增材制造方法主要可分為三大類：通過沉積材料的方法；通過選擇性固化的方法；以及通過在粉末上噴涂粘結(jié)劑的方法。

在通過沉積材料的方法中，打印材料是以線材、顆?；蛞后w的形式提供的進(jìn)料，它逐層地沉積或噴涂。這涉及例如熔融沉積成型(fdm，英文為“fuseddepositionmodeling”)、液相沉積成型(ldm，英文為“l(fā)iquiddepositionmodeling”)或多噴嘴打印(mjp，英文為“multijetprinting”)的方法。為了制造具有長懸臂(或大懸伸物)的復(fù)雜零件，這些方法要求使用底座和支撐件，除了零件之外，這些底座和支撐件還被打印，并且將零件保持就位或防止懸臂零件塌陷。對于這些方法，使用具有不合適的流動特性(例如：低粘度、不足的閾值應(yīng)力，或具有顯著的觸變行為)的打印材料是不可行的或限于非常簡單形狀的零件。

在通過選擇性固化的方法中，呈液態(tài)或粉末形式的打印材料置于容器中，例如激光的能量輸送裝置連續(xù)地逐層掃描該材料。在經(jīng)過能量輸送裝置之前，打印材料本身可能在容器中以連續(xù)層的形式分布。包含在容器中的打印材料僅在能量輸送裝置掃描的精確位置處固化。沒有進(jìn)料，所有的打印材料都包含在容器中。在該方法結(jié)束時(shí)，初始包含在容器中的材料的選擇性部分會構(gòu)成最終零件。通過選擇性固化的方法的示例是立體光刻設(shè)備(sla，英文為“stereolithographyapparatus”)、選擇性激光熔融(slm，英文為“selectivelasermelting”)、選擇性激光燒結(jié)(sls，英文為“selectivelasersintering”)，或電子束熔融(ebm，英文為“electronbeammelting”)。這些方法適用于呈固體粉末或可通過能量輸送或光化學(xué)激活(uv或其它方式)而固化的液體的形式的不同材料族，例如金屬、陶瓷或聚合物。僅當(dāng)使用光源可固化高流動性的打印材料時(shí)，才可以應(yīng)用于該材料，并且應(yīng)用于柔軟材料是不大明顯的。

在通過在粉末上噴涂粘結(jié)劑的方法(例如粘結(jié)劑噴涂)中，在連續(xù)地分層布置在容器中的粉末上噴涂粘結(jié)劑。在噴涂粘結(jié)劑的位置處，粘結(jié)劑與粉末混合，并與之反應(yīng)，從而產(chǎn)生由粘結(jié)劑和粉末構(gòu)成的固體材料。打印材料是在噴涂粘結(jié)劑之后產(chǎn)生的，因此是由粘結(jié)劑和粉末的復(fù)合組裝構(gòu)成的。這些方法不允許實(shí)現(xiàn)會在沉積時(shí)熔融或還未聚合的單一打印材料的均勻零件。基于高流動性或柔軟的單一打印材料來制造零件是不可能的。

專利申請us2018057682描述了一種在前述傳統(tǒng)類別之外的增材制造方法。根據(jù)該方法，打印材料是基于硅酮的墨。該打印材料以液態(tài)沉積在由聚合物微凝膠顆粒構(gòu)成的凝膠中。微凝膠顆粒中的每個(gè)都包括交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)和有機(jī)溶劑。更具體地，微凝膠顆粒充有例如礦物油的有機(jī)溶劑。凝膠中的有機(jī)溶劑的質(zhì)量比例優(yōu)選地為90％至99.9％，或80至95％，或高于85％。根據(jù)該文獻(xiàn)，硅酮與有機(jī)溶劑之間的界面表面張力有利于凝膠作為懸浮相的基于硅酮的墨的打印，這允許打印由硅酮制成的零件。所述示例僅描述2至6μm、或0.1μm至100μm的微凝膠顆粒平均直徑。根據(jù)所述實(shí)施例，凝膠可以由優(yōu)選地通過機(jī)械、電氣、輻射、光子或其它作用而變得可延展或具有流動性的顆粒構(gòu)成。在某些實(shí)施例中，可以對凝膠進(jìn)行處理以去除溶劑并形成可容易地裝袋以運(yùn)輸和銷售的粉末，從而無需對于尤其是液態(tài)的基于油的產(chǎn)品所必需的高成本的容器。在該情況下，在打印之前，使用者必須通過將粉末與適量添加的有機(jī)溶劑混合來重構(gòu)凝膠。該方法允許打印由硅酮制成的柔性零件，這在常規(guī)方法中是困難、甚至不可行的。然而，凝膠的配比是復(fù)雜的，并在儲存、安全和操作方面存在問題。此外，硅酮沉積噴嘴在凝膠中留下僅不完美地封閉的凹槽，這意味著緩慢的打印速度和所打印的零件中的瑕疵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于改善現(xiàn)有技術(shù)的增材制造方法。

為此，本發(fā)明涉及一種增材制造方法，其包括沉積材料以形成三維物體，在該方法中，執(zhí)行將懸浮的材料沉積在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)內(nèi)的至少一個(gè)步驟，所述受應(yīng)力顆粒介質(zhì)包括：

-僅由離散和固體元素形式的材料構(gòu)成的顆粒相，所述離散和固體元素在它們之間的接觸區(qū)域中相互作用；以及

-氣態(tài)間隙相。

這樣的增材制造方法適于具有流動特性的材料，尤其是流體材料、柔軟材料和粘彈性材料。因此，由于受應(yīng)力顆粒介質(zhì)施加到所產(chǎn)生的零件的整個(gè)表面上，能夠以所要求的質(zhì)量和高打印速度打印復(fù)雜形狀的3d物體，例如有機(jī)組織。通過使得離散元素的干燥表面抵著離散元素的表面，構(gòu)成受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的離散元素適于它們的容器和在它們中的被打印物體的形狀。

顆粒介質(zhì)被稱為是“受應(yīng)力的”是因?yàn)闃?gòu)成它的元素相對于彼此受應(yīng)力并由此適于本身在打印材料上施加應(yīng)力。在優(yōu)選示例中，顆粒介質(zhì)受到施加在顆粒介質(zhì)的每個(gè)元素上的重力的應(yīng)力。包含顆粒介質(zhì)的料池可通過將顆粒介質(zhì)維持在其壁之間來補(bǔ)充該重力引起的應(yīng)力。

本發(fā)明的另一目的是一種用于實(shí)施如上所述的方法的增材制造設(shè)備。該設(shè)備包括包含受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的打印料池，該受應(yīng)力顆粒介質(zhì)包括：僅由離散和固體元素形式的材料構(gòu)成的顆粒相，所述離散和固體元素在它們之間的接觸區(qū)域中相互作用；和，氣態(tài)間隙相。

根據(jù)該設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例，該設(shè)備包括用于調(diào)節(jié)受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的壓力的設(shè)備。

所述增材制造方法可單獨(dú)地或組合地包括以下附加特征：

-顆粒相的安息角小于40°；

-顆粒相的可壓縮性小于200m/n；

-顆粒相的卡爾指數(shù)小于25；

-在離散元素之間存在放置受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的環(huán)境條件；

-顆粒相是交聯(lián)或無定形或結(jié)晶的單相材料；

-顆粒相是粉末狀聚合物；

-顆粒相是粉末狀脫水硅膠；

-顆粒相是粉末狀聚乙酸乙烯酯；

-顆粒相是粉末狀聚甲基丙烯酸甲酯；

-顆粒相由碳酸氫鈉構(gòu)成；

-顆粒相由砂構(gòu)成；

-顆粒相由空心微球構(gòu)成；

-空心微球的平均直徑為100至200μm；

-構(gòu)成空心微球的材料的密度為0.6至0.8g/cm3；

-空心微球的堆積密度為0.3至0.5g/cm3；

-所沉積的材料的粘度為10-1mpa.s至107mpa.s，優(yōu)選地為102mpa.s至106mpa.s；

-所述方法另外還包括調(diào)節(jié)受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的壓力的步驟；

-所述方法另外還包括控制受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的溫度的步驟；

-氣態(tài)間隙相包括惰性氣體；

-氣態(tài)間隙相包括空氣；

-所沉積的材料是在交聯(lián)之后形成硅酮彈性體的可交聯(lián)硅酮化合物；

-顆粒相由研磨的硅酮顆粒構(gòu)成。

附圖說明

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下參照附圖做出的示意性地且絕無限制性的描述中變得明顯，在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的整體示意圖；

圖2是根據(jù)圖1的設(shè)備的受應(yīng)力介質(zhì)的放大圖；

圖3示出圖1的設(shè)備的噴嘴在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)中的工作；

圖4示出圖1的設(shè)備的噴嘴在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)中的工作；

圖5示出圖1的設(shè)備的噴嘴在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)中的工作。

具體實(shí)施方式

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的增材制造設(shè)備。在本示例中，該設(shè)備是包括板2和材料沉積頭的3d打印機(jī)1。材料沉積頭在這里是打印噴嘴3。

打印噴嘴3可以相對于板2移動(例如：對于笛卡爾式打印機(jī)的三個(gè)正交平移)，以使得噴嘴的端部能夠占據(jù)有用的打印容量中的所有點(diǎn)。允許這三個(gè)平移的機(jī)械設(shè)備在3d打印機(jī)的領(lǐng)域中是公知的，在此不進(jìn)行更詳細(xì)地說明。

有用的打印容量由固定在板2上的打印料池4限定。在本示例中，料池4是平行六面體形的，并形成包括上部開口5的容器。

料池4包含由顆粒相6以及氣態(tài)間隙相13構(gòu)成的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8(見圖2，該圖是受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的放大圖)。在圖1中，料池1由允許看見包含在其中的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的透明材料制成。

受應(yīng)力介質(zhì)8的顆粒相6是可具有不同的外形尺寸的獨(dú)立且單分散的物理元素的集合。顆粒相可以是例如粉末狀固體，前提是：該粉末狀固體是單分散的，即構(gòu)成它的所有顆粒具有相同的尺寸或非常相似的尺寸；并且，該粉末狀固體是均勻的，即它在所有位置都具有相同的特性或非常接近的特性。

顆粒相6是具有相同尺寸的固體顆粒的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。換句話說，顆粒相互接觸并且在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)內(nèi)的顆粒之間的相互作用受集體機(jī)制支配。既不是流體也不是固體的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)不表現(xiàn)得像固體，這是因?yàn)樗勺冃巍⒖煞稚⒉⑶铱闪鲃?，并且不表現(xiàn)得像液體，這是因?yàn)槔绠?dāng)壓縮它時(shí)，它膨脹。根據(jù)本發(fā)明的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)不同于現(xiàn)有技術(shù)的填充有交聯(lián)聚合物顆粒的凝膠，在這些凝膠中，顆粒處于溶解它們的有機(jī)溶劑中。在現(xiàn)有技術(shù)的這些凝膠中，顆粒因此不一定相互接觸，并且機(jī)械特性源于與溶劑化相關(guān)的更為復(fù)雜的相互作用。

間隙相13優(yōu)選地由空氣構(gòu)成，以使得3d打印機(jī)1所放置的環(huán)境空氣也存在于顆粒相6的間隙中。作為變型，間隙相13可包括惰性氣體，或惰性氣體混合物(料池4則放置在填充有所期望的氣體的密封殼體中)。間隙相13也可包括在料池4已經(jīng)置于真空下之后存在的少量空氣。

3d打印機(jī)1的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其軸向控制模式與通過沉積材料的3d打印機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其軸向控制模式相同。由此，首先創(chuàng)建待打印零件的數(shù)字模型，然后將其切片為一組連續(xù)的水平面。對于這些切片中的每一個(gè)，噴嘴3然后會被控制以在確定的位置處沉積打印材料。打印材料由此逐層地沉積直至形成最終零件。

打印材料通過供給通道7供給到噴嘴3，該供給通道在圖1中示意性地示出并且可以是適于所選擇的打印材料的任何類型。

在進(jìn)料可熱成型并分別以線卷或顆粒料池的形式包裝的情況下，供給通道7可以采取材料的線或顆粒的形式。在線卷的情況下，該線卷被展開，材料線通到噴嘴3。在顆粒料池的情況下，顆粒被擠出螺桿驅(qū)動并通到噴嘴3中。在所有情況下，噴嘴3適于將材料的線或顆粒加熱到其熔融溫度以上并以該熔融的形式沉積。

供給通道7也可以例如是管，在打印材料流動性足夠高的情況下，打印材料在該管中流動。在該情況下，可通過安裝在噴涂3上或設(shè)備上的其它位置的泵或例如注射器的活塞式設(shè)備(未示出)使得打印材料流動。

無論供給通道7的類型如何，噴嘴3適于通過其端部以待沉積的充分流動狀態(tài)輸送打印材料。

圖2是受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的局部的放大圖。顆粒相6是離散固體元素9的堆積物。如圖2所示，由于其粉末狀且不凝聚的特征，該堆積物借助于這些離散元素9自發(fā)的布置而遵循料池4的形狀，這些離散元素在它們本身重量的作用下支承在彼此之上。離散元素9通過支承在每個(gè)離散元素9具有的與圍繞它的離散元素9的接觸區(qū)域12而彼此相互作用。受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8包括這些離散元素9，以及位于離散元素9之間的氣態(tài)間隙相13。受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的機(jī)械行為僅源自離散元素9之間的接觸12的改變，而不受氣態(tài)間隙相13影響，該氣態(tài)間隙相僅在它允許離散元素9之間的接觸區(qū)域12被改變的方面參與受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的機(jī)械表現(xiàn)。

離散元素9優(yōu)選地不可變形(除了輕微的彈性變形)，以使得通過支承在彼此之上，空氣(或環(huán)繞3d打印機(jī)1的任何其它流體)間隙形成于離散元素9之間并構(gòu)成氣態(tài)間隙相13。實(shí)際上，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的環(huán)境條件也存在于離散元素之間。由此，如果3d打印機(jī)1位于地球大氣的空氣中，該空氣會存在于間隙中。類似地，如果3d打印機(jī)1處于例如真空殼體中時(shí)，該真空則也存在于間隙中。真空的概念在此指的是這樣的情況：在該情況下，在顆粒相6的間隙中，即在然后包括非常少的空氣的氣態(tài)相中，產(chǎn)生非常高的負(fù)壓。

參照圖3，通過離散元素9圍繞其整個(gè)周圍的移動，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8內(nèi)的離散元素9的相對于彼此移動的能力允許將噴嘴3置入介質(zhì)8中。圖3是沿著噴嘴3的縱向軸線截取的截面的示意圖，并且示出在已經(jīng)被豎直地置入受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8中之后的噴嘴3。

參照圖4，離散元素9的相對于彼此移動的這種相同可能性允許噴嘴3在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8內(nèi)移動并在該移動期間沉積打印材料。在噴嘴移動期間，該噴嘴使得存在于其路徑上的離散元素9移動，而在噴嘴之后，離散元素9重新聚在一起并填充留下的空隙。因此，顆粒相6總是具有在整個(gè)噴嘴周圍的相同均勻性，沒有尾流或其它干擾。

受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8在沉積的打印材料周圍產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力保證將打印材料維持在噴嘴3賦予的輪廓。在流動性非常高的打印材料的情況下，該應(yīng)力形式特別有利，該打印材料在沒有該應(yīng)力的時(shí)候會流動。由于打印材料被維持在該受應(yīng)力介質(zhì)中，最終零件的外表面狀態(tài)可取決于顆粒相6的粒度。

顆粒相的粒度優(yōu)選地為1μm至1000μm，有利地為25至250μm，更有利地為75至150μm(這些值是按d50分布提供的)。然而，盡管該優(yōu)選粒度允許在實(shí)施打印期間容易地使用顆粒相，然而粒度不是允許高質(zhì)量打印的顆粒相的主要特征。

通過干燥受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8來實(shí)現(xiàn)其功能，并因此可包含任何類型的基礎(chǔ)材料，例如不穩(wěn)定流體材料或在交聯(lián)之前的任何聚合物，沒有在新沉積的材料與受應(yīng)力介質(zhì)之間起反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。這在衛(wèi)生方面特別有利。

受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8確保將打印材料維持在位置上達(dá)其固化所必需的長時(shí)間，而無論該固化是通過熱學(xué)、化學(xué)、光化學(xué)處理或任何其它操作實(shí)現(xiàn)的。在通過暴露于輻射的固化的情況下，料池4優(yōu)選地是透明的，并且粉末狀固體至少部分地半透明，以免吸收光源。

圖5是示出在制造過程中的零件10的輪廓的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的豎直截面。零件10是在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8中可容易地打印的具有最高質(zhì)量的零件的簡單示例，盡管該零件包括長懸臂和截面突變。此外。這樣的零件可以用具有流動性的打印材料來打印，例如橡膠相(溫度高于或等于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)或液相(溫度高于或等于熔融溫度，例如基于半結(jié)晶熱塑性材料的聚合物)，或可交聯(lián)的硅酮組合物。受應(yīng)力顆粒介質(zhì)不僅為零件的懸臂部分和截面突變提供支撐，而且還對于打印材料的每個(gè)層上施加一種容量受應(yīng)力形式，即在所沉積的材料的整個(gè)輪廓上施加應(yīng)力。

即使在高溫下打印該打印材料，受應(yīng)力介質(zhì)也提供用于固化打印材料的穩(wěn)定介質(zhì)。

零件5一旦終止完成，則從受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8取出，并可直接使用，因?yàn)樗恍枰蛴〉鬃⒅渭蚱渌牧慵螤畹耐獠扛郊蛹?。?gòu)成零件5的材料僅是通過供給通道7供給到噴嘴3的打印材料。在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8內(nèi)沒有留下打印材料，并可以直接再次用于打印新零件。

顆粒相優(yōu)選地是非水合性(非乳狀液)、交聯(lián)或無定形或結(jié)晶的材料，并優(yōu)選地由磨碎的固體材料構(gòu)成。通過與空氣間隙相關(guān)聯(lián)的顆粒相，脫水硅膠(盡管具有該名稱，但它根本不是凝膠，而是固體)、聚乙酸乙烯酯或?qū)嶋H上聚甲基丙烯酸甲酯提供良好的效果，這是因?yàn)榭稍谟蛇@些材料構(gòu)成的受應(yīng)力顆粒介質(zhì)中打印復(fù)雜零件，該復(fù)雜零件具有粘度范圍為10^-1mpa.s到10⁷mpa.s的作為打印材料的材料。作為比較，粘度接近10^-1mpa.s至10³pa.s的材料完全不能用常規(guī)材料沉積方法(在上文中提到)來打印，并難以在由水合聚合物微凝膠顆粒構(gòu)成的凝膠中打印，即打印是可能的，但生成具有低質(zhì)量水平的零件(存在尺寸和形狀相關(guān)的缺陷)。

在本說明中涉及的所有粘度對應(yīng)于25℃下的稱為牛頓的動態(tài)粘度，即以本身已知的方式用布魯克菲爾德粘度計(jì)在足夠低的剪切速率梯度下測量的動態(tài)粘度，以使得所測量的粘度與速率梯度無關(guān)。

例如，以在所述粘度范圍(10²mpa.s至10⁶mpa.s)中的單組分或雙組分材料形式存在的可交聯(lián)硅酮化合物可用作打印材料，其即使對于復(fù)雜零件也具有令人滿意的質(zhì)量。

此外，具有低屈服應(yīng)力(英語為yieldstress)的材料也可用作打印材料。這種材料不具有足夠的屈服應(yīng)力以在它們本身的重量下或在沉積的層的壓縮下維持它們的形狀，然而有利地可用根據(jù)本發(fā)明的3d打印機(jī)來打印。當(dāng)然，具有足以在它們本身的重量下維持它們的形狀的屈服應(yīng)力的材料也可用作打印材料。

根據(jù)一個(gè)變型，3d打印機(jī)1包括用于調(diào)節(jié)受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8的壓力的設(shè)備。這些裝置在圖1中用箭頭11示意性地示出。因此，在受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8中，可調(diào)節(jié)應(yīng)力。特別地，由顆粒介質(zhì)的離散元素施加在相鄰離散元素上的力可以經(jīng)由該設(shè)備控制，以調(diào)節(jié)被施壓的受應(yīng)力介質(zhì)的壓力，從而保證打印質(zhì)量。例如，該施壓可以通過氣動方式(增大3d打印機(jī)1的殼體的大氣壓力)或通過機(jī)械或液壓方式(通過在料池4的壁上施加力來增大顆粒介質(zhì)的內(nèi)部壓力)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)該變型，根據(jù)本發(fā)明的方法包括調(diào)節(jié)受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的壓力的步驟。這里，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的壓力指構(gòu)成顆粒介質(zhì)的元素在彼此之上施加的壓力。該變型特別適用于沒有重力的區(qū)域。

根據(jù)特別適于打印熱塑性塑料的另一變型，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8是溫度受控的。受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8由此能夠被加熱或冷卻以獲得適于沉積特定材料的溫度。根據(jù)該變型，根據(jù)本發(fā)明的方法包括控制受應(yīng)力顆粒介質(zhì)的溫度的步驟。

在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以設(shè)想實(shí)施例的變型。例如，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8可由包含微珠的料池構(gòu)成。對于離散元素9，可設(shè)想任何其它形式，只要這些形式允許離散元素9相對于彼此移動。

此外，受應(yīng)力顆粒介質(zhì)8使得能夠?qū)崿F(xiàn)逐層打印的替代打印模式，例如直接在三維中打印的模式，即利用噴嘴同時(shí)在空間的三個(gè)維度中的移動。

此外，本發(fā)明人確定了利于改善顆粒相的特性，其可能改善打印，尤其是在打印期間具有低粘度的材料的打印。理論和實(shí)踐研究違反直覺地確定，打印的質(zhì)量幾乎不取決于固體顆粒相的粒度。因此，可用具有大粒度的顆粒相獲得高質(zhì)量打印，而另一具有大粒度的顆粒相則可能會提供不良的效果。類似地，可用一具有小粒度的顆粒相獲得高質(zhì)量的打印，而另一具有小粒度的顆粒相則可能會提供不良的效果。

在此提及的打印質(zhì)量涉及具有初始數(shù)字模型的尺寸和形狀的三維打印的制造。本發(fā)明人已經(jīng)確定，打印質(zhì)量取決于顆粒相6通過打印噴嘴3在顆粒介質(zhì)8內(nèi)的移動而移位的能力、顆粒相6在打印噴嘴3經(jīng)過之后快速地重新封閉顆粒介質(zhì)8中挖出的凹槽的能力，以及顆粒相6在打印形狀固化之前支撐和加應(yīng)力的能力。

以下是固體顆粒相在高質(zhì)量打印方面的三個(gè)主要特性：

-安息角；

-可壓縮性；

-流動性。

安息角，也稱作“自然安息角”或“滑坡安息角”，是顆粒相關(guān)于其在重量作用下的機(jī)械表現(xiàn)的特性。在本示例中，安息角是根據(jù)標(biāo)注iso4324測量的。在本示例中，顆粒相6的安息角小于40°，優(yōu)選地小于35°，甚至小于30°。

顆粒相6的可壓縮性表征其在力的作用下被壓縮了多少?？蓧嚎s性用單位m/n來表達(dá)。在本示例中，顆粒相6的可壓縮性小于200m/n，優(yōu)選地小于50m/n。

顆粒相6的流動性涉及其允許其離散元素9之間的相對運(yùn)動、尤其是貼合容器形狀的能力。在本示例中，可以借助于顆粒相6的卡爾指數(shù)來量化流動性。在本示例中，顆粒相6的卡爾指數(shù)小于25，優(yōu)選地小于6。

這些安息角、可壓縮性和流動性的特性可彼此獨(dú)立地影響打印質(zhì)量。此外，這些特征的以下組合導(dǎo)致獲得利于高質(zhì)量打印的顆粒相：

-小于40°、優(yōu)選地小于35°、甚至30°的安息角，其與小于200m/n、優(yōu)選地小于50m/n的可壓縮性相結(jié)合；

-小于40°、優(yōu)選地小于35°、甚至30°的安息角，其與小于25、優(yōu)選地小于6的卡爾指數(shù)相結(jié)合；

-小于200m/n、優(yōu)選地小于50m/n的可壓縮性，其與小于25、優(yōu)選地小于6的卡爾指數(shù)相結(jié)合；

-小于40°、優(yōu)選地小于35°、甚至30°的安息角，其與小于200m/n、優(yōu)選地小于50m/n的可壓縮性，并結(jié)合小于25、優(yōu)選地小于6的卡爾指數(shù)相結(jié)合。

作為示例，下表列出當(dāng)作為顆粒相進(jìn)行打印時(shí)提供良好效果的材料類型：

用由為空心珠的空心微球構(gòu)成的顆粒相，同時(shí)借助于這樣的空心珠的表面形狀和彈性特性，獲得了特別有利的效果。在本示例中，空心微球是由聚合物制成的空心珠，其平均直徑為100至200μm，其材料的密度為0.6至0.8g/cm³，其堆積密度(考慮到珠的空心特征)為0.3g/cm³至0.5g/cm³，優(yōu)選地為0.34至0.44g/cm³。

在這些材料中，用粉末狀pmma、碳酸氫鈉、硅石和空心微球獲得了最佳效果。用沙、洗衣粉和細(xì)鹽獲得更差但仍有利的效果。用糖和細(xì)磨咖啡獲得進(jìn)一步更差但對于不要求高精度的零件來說仍令人滿意的效果。此外，由安息角為35°至40°的研磨的硅酮顆粒構(gòu)成的顆粒相也給出了良好的效果。

在本說明書中，構(gòu)成顆粒相的粒度的值是按表示中位粒度的“d50”值(d50在粒度分析中使用的表征粒度分布的限定符)提供。而且，除非另外說明，所指的特征應(yīng)理解為是在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力和濕度條件下的測量的。

此外，顆粒相可由不同材料的顆粒構(gòu)成。例如，它可涉及由主要材料構(gòu)成并包含微量的另一材料的顆粒相，或例如作為顆粒相具有包括本發(fā)明定義中的特性的分別的兩種材料的組合。