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包括金属纳米颗粒粘结剂的棕色体

阅读：694发布：2024-01-04

专利汇可以提供包括金属纳米颗粒粘结剂的棕色体专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且根据示例，棕色体具有约0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂，其中金属纳米颗粒粘结剂选择性地位于棕色体的区域中，以赋予该区域大于约1kPa的强度。，下面是包括金属纳米颗粒粘结剂的棕色体专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种棕色体，包括：
约0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂，
其中所述金属纳米颗粒粘结剂选择性地位于所述棕色体的区域中，以赋予所述区域大
于约1kPa的强度。
2.根据权利要求1所述的棕色体，其中所述金属纳米颗粒粘结剂选自由下述组成的组
中：AlN、SiC、Si3N4、WC、Al2O3、Al(OH)3、Fe2O3、Fe3O4、MgO、SiO2、TiO2、Y2O3，ZnO、ZrO2、BaCO3、In2O3、SnO2、碳、镁、铝、铁、钛、铌、钨、铬、钽、钴、镍、钒、锆、钼、钯、铂、铜、银、金、镉、锌及其组合。
3.根据权利要求1所述的棕色体，其中，存在的所述金属纳米颗粒粘结剂的量在约
0.02wt.％至约5wt.％的范围内。
4.根据权利要求1所述的棕色体，其中，存在的所述金属纳米颗粒粘结剂的量在约
0.02wt.％至约0.5wt.％的范围内。
5.根据权利要求1所述的棕色体，进一步包括构建材料粉末。
6.根据权利要求5所述的棕色体，其中，所述金属纳米颗粒粘结剂中存在的所述金属与
所述构建材料粉末中的金属相同。
7.根据权利要求5所述的棕色体，其中，所述金属纳米颗粒粘结剂中存在的所述金属与
所述构建材料粉末中的金属不同。
8.根据权利要求1所述的棕色体，其中，所述金属纳米颗粒粘结剂能够存在于整个所述
棕色体中。
9.一种方法，包括：
将构建材料粉末的层铺展；
将约0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积到所述构建材料粉
末的所述层上；和
在高于约300℃的温度下施加能量，以形成棕色体；并且
其中所述金属纳米颗粒粘结剂选择性地位于所述棕色体的区域中，以赋予所述区域大
于约1kPa的强度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述棕色体具有足够的强度，以在退火期间的温
度下支撑本身而不破裂。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述棕色体具有足够的强度，以支撑本身而不下
垂。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括，在选择性地沉积所述金属纳米颗粒粘结
剂之前，确定其中要选择性地沉积所述金属纳米颗粒粘结剂的所述棕色体的区域，以赋予
所确定的区域附加的强度。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，选择性地沉积所述金属纳米颗粒粘结剂进一步
包括将所述金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积在其中预期的应力超过一定水平的所述棕
色体的区域中。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，选择性地沉积所述金属纳米颗粒粘结剂进一步
包括将所述金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积在所述棕色体的区域中，所述区域包括桥的
底部、悬臂的底部、所述棕色体的侧面、所述棕色体的突出部分、边缘、细微特征、所述棕色体的高公差区域、所述棕色体的由于几何形状而具有大压缩的区域及其组合。
15.一种棕色体，包括：
生坯，所述生坯包括构建材料粉末、聚合物粘结剂和约0.02wt.％至约10wt.％的金属
纳米颗粒粘结剂；并且
其中所述金属纳米颗粒粘结剂选择性地位于所述棕色体的区域中，以赋予所述区域大
于约1kPa的强度。

说明书全文

包括金属纳米颗粒粘结剂的棕色体

背景技术

[0001] 在三维(3D)打印中，增材打印工艺可用于由数字模型制造三维实体部件。3D打印技术被视为增材工艺，因为它们涉及施加材料的连续层。这与通常依赖于材料的去除以产生最终部件的其他加工工艺不同。在3D打印中，构建材料可被固化或熔合，其对于一些材料可使用热辅助挤出、熔化或烧结进行，并且对于其他材料，可使用数字光投射技术进行。附图说明

[0002] 本公开的特征通过示例的方式示出并且不限于下述图(多个图)，在图中，相同的数值指示相同的元件，其中：

[0003] 图1显示了用于产生、构建或打印三维部件的示例三维(3D)打印机的简化等距视图；并且

[0004] 图2和图3分别显示了制造3D部件的示例方法的流程图。

具体实施方式

[0005] 为了简单和说明性目的，本公开通过其示例描述。在下述描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，将容易显而易见的是，本公开可被实践，但不限于这些具体细节。在其他情况下，未详细地描述一些方法和结构，以免不必要地使本公开不清楚。如本文所使用，术语“一个(a)”和“一种(an)”旨在表示具体元件中的至少一个，术语“包括(includes)”意指包括但不限于，术语“包括(including)”意指包括但不限于，并且术语“基于”意指至少部分地基于。

[0006] 本文公开了3D打印机、用于实施3D打印机以形成3D部件的方法以及用于该方法的组合物和试剂。3D部件可打印、形成或以其他方式生成到构建区域平台上。3D打印机也可包括：铺展器，用于将组合物的层铺展在构建区域平台上；和打印头，用于选择性地沉积试剂。3D打印机可形成组合物的连续层，其可被铺展并可接收试剂。可施加能量以形成生坯
(green body)。可去除不形成生坯的部件的额外的组合物，并且然后可将生坯暴露于加热和/或辐射以形成棕色体(brown body)。如本文所使用，“棕色体”可理解为在生坯经历了能量(比如以热的形式)之后形成的物体，使得不存在聚合物粘结剂或存在痕量的例如约
0.01wt.％至约1wt.％的原始聚合物粘结剂(如果其最初存在于生坯中的话)。棕色体可在其中金属纳米颗粒粘结剂已经被烧结的选定区域中包括金属纳米颗粒粘结剂，并且例如可在温度下赋予选定区域大于约1kPa的强度。在一个方面，金属纳米颗粒粘结剂可存在于基于棕色体的分析而具有超过阈值的预测内部拉伸应力的棕色体的区域中。阈值可在约1kPa至约100kPa的范围内，并且作为又一示例为约1kPa。分析可为在形成棕色体之前进行的有限元分析。在一个方面，棕色体可包括一部分烧结的构建材料粉末。棕色体可进行另外的加热和/或辐射，以进一步烧结金属纳米颗粒粘结剂和/或构建材料粉末，以形成最终的3D部件。如本文使用的“3D打印部件”、“3D部件”、“3D物体”、“物体”或“部件”可为完整的3D打印部件或3D打印部件的层。

[0007] 首先参考图1，显示了用于产生、构建或打印三维部件的示例3D打印机100的简化等距视图。应理解，图1中描绘的3D打印机100可包括另外的组件，并且在不背离本文公开的3D打印机100的范围的情况下，可去除和/或修饰本文所述的一些组件。还应理解，图1中描绘的3D打印机100的组件可能未按比例绘制，并因此3D打印机100可具有与其中所示的不同的尺寸和/或构造。3D打印机100可用于形成具有约0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂的棕色体，其中金属纳米颗粒粘结剂可选择性地位于棕色体的区域中，以赋予该区域大于约l kPa的强度。棕色体可包括具有构建材料粉末、聚合物粘结剂以及约0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂的生坯；其中金属纳米颗粒粘结剂可选择性地位于棕色体的区域中，以赋予该区域大于约1kPa的强度。

[0008] 3D打印机100被描绘为包括构建区域平台102、含有组合物106的组合物供应104以及铺展器108。构建区域平台102可与3D打印机100集成在一起，或可以是可单独插入3D打印机100中的组件，例如，构建区域平台102可以是可从3D打印机100单独获得的模块。组合物供应104可以是将组合物106放置在铺展器108和构建区域平台102之间的容器或表面。组合物供应104可为料斗或在其上可供应组合物106的表面。铺展器108可在如箭头110所示的方向上(例如，沿着y轴)在组合物供应104上并且横跨构建区域平台102移动，以在构建区域平台102的表面上方铺展组合物106的层。

[0009] 棕色体可由可包括构建材料粉末的组合物106形成。构建材料粉末可选自由金属、金属合金和陶瓷组成的组中。金属的非限制性实例包括碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、镧系元素和锕系元素。碱金属可包括锂、钠、钾、铷、铯和钫。碱土金属可包括铍、镁、钙、锶、钡和镭。过渡金属可包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂和金。后过渡金属包括铝、铟、锡、铊、铅和铋。在示例中，构建材料粉末可选自铝、铜、Ti6Al4V、AlSi10Mg、青铜合金、不锈钢、镍铬铁合金(Inconel)和钴-铬以及镍-钼-铬合金。

[0010] 金属合金的非限制性实例包括钢、焊料、白镴(pewter)、硬铝、磷青铜、汞合金、不锈钢合金303、304、310、316、321、347、410、420、430、440、PH13～8、17～4PH；Fe/Ni、Fe/Si、Fe/Al、Fe/Si/Al、Fe/Co、含Fe/Co/V的磁性合金；司太立(satellite)6钴合金，包括司太立12；铜、铜合金、青铜(Cu/Sn)、黄铜(Cu/Zn)、锡、铅、金、银、铂、钯、铱、钛、钽、铁、铝合金、含镁的合金、铁合金、镍合金、铬合金、硅合金、锆合金、金合金和任何适当的组合。

[0011] 陶瓷可为非金属的无机化合物，比如金属氧化物、无机玻璃、碳化物、氮化物和硼化物。一些具体实例包括氧化铝(Al2O3)、Na2O/CaO/SiO2玻璃(钠钙玻璃)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(SiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化钇稳定的氧化锆(YTZ)、二氧化钛(TiO2)或其组合。在示例中，构建材料粉末可为金属陶瓷(金属-陶瓷复合材料)。

[0012] 3D打印机100进一步被描绘为包括打印头130，打印头130可在由箭头132指示的方向上(例如，沿着y轴)横跨构建区域平台102进行扫描。打印头130可为例如热喷墨打印头、压电打印头等，并且可使构建区域平台102的宽度延伸。尽管已经在图1中描绘了单个打印头130，但是应理解，可使用跨越构建区域平台102的宽度的多个打印头。另外，打印头130可位于多个打印杆中。打印头130也可将试剂沉积在组合物106的层的选定区域上方。在一个方面，多个打印头130可在组合物106的层的选定区域上方独立地沉积相同或不同的试剂。在一个方面，多个打印头130可在组合物106的层的选定区域上方同时或顺序地沉积相同或不同的试剂。

[0013] 在一个示例中，第一打印头可在组合物106的区域上方选择性地沉积包括聚合物粘结剂的试剂。在另一示例中，第二打印头可在组合物106的层的区域上方选择性地沉积包括金属纳米颗粒粘结剂的试剂。在另一示例中，打印头可在组合物106的区域上方选择性地沉积包括聚合物粘结剂和金属纳米颗粒粘结剂的试剂。在又一示例中，打印头可在组合物
106的区域上方选择性地沉积包括聚合物粘结剂和金属盐粘结剂的试剂。

[0014] 组合物106的区域，比如棕色体的选定区域可包括需要附加强度的区域。可在将组合物106铺展在构建平台上之前并且基于棕色体几何形状和棕色体的进一步加工(即，退火)来确定这些区域。打印头130可将金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积在棕色体的区域
中，以赋予该区域强度，即，提高区域中的局部强度，比如赋予该区域大于约1kPa的强度。选定区域可包括桥的底部、悬臂的底部、棕色体的侧面、棕色体的突出部分、边缘、细微特征、棕色体的高公差区域、棕色体的由于几何形状而具有大压缩的区域及其组合。可存在其中可不需要或不要求提高的局部强度的棕色体的其他区域。在这些其他区域中，打印头130可选择性地沉积较少量的金属纳米颗粒粘结剂，例如，小于0.2wt.％不包括金属纳米颗粒粘结剂。

[0015] 在一个方面，金属纳米颗粒粘结剂可以以与如通过棕色体的计算应力分析确定的棕色体中预测的内应力成比例存在于棕色体的区域中。例如，在其中预测的内部拉伸应力可大于100kPa的区域中，可沉积5wt％的金属纳米颗粒粘结剂。作为另一示例，在其中预测的拉伸应力可大于10kPa且小于100kPa的区域中，可沉积1wt％的纳米颗粒粘结剂。作为又一示例，在其中预测的应力可大于1kPa且小于10kPa的区域中，可沉积0.3wt％的金属纳米颗粒粘结剂。作为又一示例，在其中预测的拉伸应力可小于1kPa的区域中，可不沉积金属纳米颗粒粘结剂。前述示例说明了将通过打印头130选择性地沉积的金属纳米颗粒粘结剂的量与预测的棕色体中内应力相关的概念。用于预测内应力的分析可为可在棕色体的形成之前进行的有限元分析。

[0016] 试剂可为包括可施加至组合物106的层的各种组分的组合物。试剂的组分的非限制性实例包括聚合物粘结剂、金属纳米颗粒粘结剂、颜料、染料、溶剂、共溶剂、表面活性剂、分散剂、杀生物剂、抗结垢剂、粘度调节剂、缓冲液、稳定剂及其组合。试剂中共溶剂、表面活性剂和/或分散剂的存在可有助于组合物106获得特定的湿润性能。在一个方面，在3D打印工艺期间可使用一种以上的试剂。作为示例，可将包括聚合物粘结剂的试剂沉积在组合物
106的选定区域上方。作为另一示例，可将包括金属纳米颗粒粘结剂的试剂沉积在组合物
106的选定区域上方。

[0017] 聚合物粘结剂可为半结晶聚合物，比如聚丙烯和聚乙烯。聚合物粘结剂可为非结晶聚合物，比如聚环氧乙烷、聚乙二醇(固体)、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈树脂和聚苯醚。聚合物粘结剂可选自由下述组成的组中：聚丙烯、聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚环氧乙烷、聚乙二醇、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、苯乙烯-丙烯腈树脂、聚苯醚、聚酰胺11、聚酰胺12、聚甲基戊烯、聚甲醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基烷烃、聚苯硫醚和聚醚醚酮。

[0018] 聚合物粘结剂可具有低于约250℃的熔点温度，例如其可在约50℃至约249℃，例如约60℃至约240℃的范围内，并且作为又一示例，在约70℃至约235℃的范围内。

[0019] 聚合物粘结剂存在于试剂中的量可在按体积计约1％至约6％，例如约2％至约5％的范围内，并且作为又一示例，在按体积计约3％至约5％的范围内。在另一方面，例如，如果使用压电喷墨来喷射聚合物前体材料，则聚合物粘结剂存在于试剂中的量可按体积负荷计高达100％。可选择聚合物粘结剂的量以提供形状完整性。

[0020] 试剂可进一步包括其他合适的粘结剂，比如金属盐、糖、糖醇、聚合糖或低聚糖、低分子量或中等分子量的聚羧酸、聚磺酸、含有羧酸或磺酸部分的水溶性聚合物以及聚醚烷氧基硅烷。一些具体实例包括葡萄糖(C6H12O6)、蔗糖(C12H22O11)、果糖(C6H12O6)、链长在2单元至20单元范围内的麦芽糊精、山梨糖醇(C6H14O6)、赤藓糖醇(C4H10O4)、甘露醇(C6H14O6)或K7028(短链聚丙烯酸，M～2,300Da，可获自Lubrizol)。低分子量或中等分子量的聚羧酸(例如，具有小于5,000Da的分子量)可相对快速地溶解。应理解，可使用更高分子量的聚羧酸(例如，具有大于5,000Da至高达10,000Da的分子量)；然而，溶解动力学可能较慢。

[0021] 试剂可包括金属纳米颗粒粘结剂。金属纳米颗粒粘结剂可促进构建材料粉末的颗粒间粘合和/或可增加构建材料粉末之间的颗粒间摩擦。金属纳米颗粒粘结剂可为在相关德拜(debile)温度范围内或更低的温度下与构建材料粉末粘合的材料。例如，在没有限制的情况下，金属纳米颗粒粘结剂可为相同的陶瓷、金属或金属合金或扩散至构建材料粉末中的金属或金属合金，例如，银或金纳米颗粒可与金合金构建材料粉末一起使用。金属纳米颗粒粘结剂的另外的非限制性实例可包括AlN、SiC、Si3N4、WC、Al2O3、Al(OH)3、Fe2O3、Fe3O4、MgO、SiO2、TiO2、Y2O3，ZnO、ZrO2、BaCO3、In2O3、SnO2、碳、镁、锰、铝、铁、钛、铌、钨、铬、钽、钴、镍、钒、锆、钼、钯、铂、铜、银、金、镉、锌和这些彼此的组合和/或与非金属元素或多种非金属元素的组合。在一个方面，存在于金属纳米颗粒粘结剂中的金属可与构建材料粉末中的金属相同。在另一方面，存在于金属纳米颗粒粘结剂中的金属可与构建材料粉末中的金属不同。

[0022] 金属纳米颗粒粘结剂可为尺寸在纳米尺寸范围内，即，约1纳米至约1,000纳米的颗粒。在示例中，纳米颗粒可在约1纳米至约100纳米的尺寸范围内，并且例如在约1至约50纳米的范围内。纳米颗粒可具有任何形状。可选择纳米颗粒材料类型、尺寸和形状，使得纳米颗粒通过化学或物理粘合而与构建材料粉末颗粒间粘合，以向所构建的棕色体提供结构强度。

[0023] 金属纳米颗粒存在于棕色体中的量可在约0.02wt.％至约10wt.％，例如，约0.02wt.％至约5wt.％的范围内，并且作为又一示例，在约0.02wt.％至约0.5wt.％的范围内。

[0024] 3D打印机100可包括多个打印头130，其中每个打印头130可具有相同或不同的试剂。在示例中，打印头130可具有包括聚合物粘结剂的试剂；并且另一打印头130可具有包括金属纳米颗粒粘结剂的试剂。

[0025] 另外，每个打印头的试剂可独立地包括一种以上的聚合物粘结剂或金属纳米颗粒粘结剂。例如，包括金属纳米颗粒粘结剂的试剂可包括金合金和银合金两者的金属纳米颗粒。类似地，包括聚合物粘结剂的试剂可包括聚丙烯和聚乙烯。作为又一示例，试剂可包括聚合物粘结剂和金属纳米颗粒粘结剂。在期望局部改变试剂的组成时，这可能是有用的。

[0026] 表面活性剂(多种表面活性剂)可用于提高试剂的湿润性质和喷射性。合适的表面活性剂的实例可包括基于炔属二醇化学品的自乳化的非离子湿润剂(例如，来自Air Products and Chemicals,Inc.的 SEF)、非离子含氟表面活性剂(例如，来自
DuPont的含氟表面活性剂，先前称为ZONYL FSO)及其组合。在其他示例中，
表面活性剂可为乙氧基化低泡沫湿润剂(例如，来自Air Products and Chemicals Inc.的
440或 CT-111)或乙氧基化湿润剂和分子消泡剂(例如，来自
Air Products and Chemicals Inc.的 420)。其他合适的表面活性剂还包
括非离子湿润剂和分子消泡剂(例如，来自Air Products and Chemicals Inc.的
104E)或水溶性非离子表面活性剂(例如，来自陶氏化学公司的TERGITOLTM
TMN-6)。在一些示例中，可期望使用具有小于10的亲水亲油平衡值(HLB)的表面活性剂。

[0027] 共溶剂的一些实例包括1-(2-羟乙基)-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,5-戊二醇、三甘醇、四甘醇、2-甲基-1,3-丙二醇、1,6-己二醇、三丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、乙氧基化甘油-1(LEG-1)及其组合。

[0028] 合适的杀生物剂的实例包括1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的水溶液(例如，来自Arch Chemicals,Inc.的 GXL)、季铵化合物(例如， 2250和2280、
50-65B和 250-T，均来自Lonza Ltd.Corp.)以及甲基异噻
唑啉酮的水溶液(例如，来自陶氏化学公司的 MLX)。

[0029] 合适的抗结垢剂的非限制性实例包括油醇聚醚-3-磷酸酯(例如，从Croda商业上可得的CRODAFOSTM O3A或CRODAFOSTM N-3酸)，或油醇聚醚-3-磷酸酯和低分子量(例如，<5,
000)聚丙烯酸聚合物(例如，从Lubrizol商业上可得的CARBOSPERSETM K-7028聚丙烯酸酯)的组合。

[0030] 在将试剂选择性地沉积到组合物106的层的选定区域上之后，可使构建区域平台102如箭头112表示(例如，沿着z轴)下降。另外，铺展器108可横跨构建区域平台102移动，以在先前形成的层的顶部上形成组合物106的新的层。在一个方面，铺展器108可铺展构建材料粉末的层。而且，打印头130可将试剂沉积到组合物106的新的层的预定区域上。例如，打印头130可将0.02wt.％至约10wt.％的金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积到构建材料粉末的层上。可重复上述工艺，直到已经形成预定数量的层，以制造期望的3D部件的生坯。

[0031] 同样如图1中显示，3D打印机100可包括可控制构建区域平台102、组合物供应104、铺展器108、能量源120和打印头130的操作的控制器140。控制器140也被描绘为与数据库(data store)150通信。数据库150可包括与通过3D打印机100打印的3D部件相关的数据。

[0032] 可从已经从打印头130接收试剂的组合物106的区域产生生坯。当比如通过加热灯、紫外光等施加能量122时，选择性地沉积的试剂可吸收能量，以由构建材料粉末的铺展层、沉积的金属纳米颗粒粘结剂和任何聚合物粘结剂(如果存在的话)形成生坯。

[0033] 可去除施加的能量122并且生坯可开始冷却。在冷却时，形成的生坯可固化。形成的生坯可从构建平台中去除并且移至熔炉或其他加热设备，以便形成棕色体。

[0034] 结合在图2和图3中分别描绘的示例方法200和300更详细讨论其中可制造示例3D部件的各种方式。对于本领域技术人员而言应显而易见的是，方法200和300可表示一般性图示，并且在不背离方法200和300的范围的情况下，可添加其他操作，或可去除、修改或重新布置现有操作。

[0035] 为了说明的目的，参考图1中示出的3D打印机100进行方法200和300的描述。然而，应清楚地理解，在不背离方法200和300的范围的情况下，3D打印机和具有其他构造的其他类型的设备可实施为进行方法200和300中的一种或两种。

[0036] 在执行方法200之前或作为方法200的一部分，3D打印机100可访问与待打印的3D部件有关的数据。举例来说，控制器140可访问存储在数据库150中与待打印的3D部件有关的数据。控制器140可确定待形成的组合物106的层的数量以及将来自打印头130的试剂(比如金属纳米颗粒粘结剂)选择性地沉积在组合物106的各个层中每一个的区域上的位置，以赋予提高的局部强度，从而打印3D部件。

[0037] 首先参考图2，在框202处，可将组合物106铺展在构建区域平台102上方。如本文所讨论，组合物106可由构建材料粉末形成。另外，在框204处，可将金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积到构建材料粉末的铺展层上的区域上，以赋予该区域提高的强度。

[0038] 在框206处，可将能量122施加到构建材料粉末的铺展层以及选择性地沉积的金属纳米颗粒粘结剂上，以形成生坯。框206可表示其中铺展构建材料粉末的多个层、用金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积以及供应能量以形成生坯的多个操作，其中金属纳米颗粒粘结剂可选择性地位于生坯的区域中，以赋予棕色体中的选定区域大于约1kPa的提高的强度。

[0039] 现在转向图3，在框302处，可铺展构建材料粉末，并且在框304处，可将金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积到构建材料粉末的层上。框302和304可类似于上面结合图2讨论的框202和204。另外，在框306处，可以以与上面结合框206讨论的方式类似的方式来施加能量122。在框308处，例如可通过3D打印机100的处理器来确定是否要形成构建材料粉末的附加层。响应于确定要形成构建材料粉末的另一层，可在先前沉积的层的顶部上重复框302-
306。

[0040] 然而，响应于确定将不形成附加层，可将形成的层(例如，生坯)冷却并从3D打印机100中去除。

[0041] 可去额外的组合物，比如构建材料粉末，以形成生坯。举例来说，可将生坯放置在介质喷砂柜中并且可将额外的组合物喷砂远离生坯。可使用气枪或刷子来去除额外的组合物。作为另一示例，可通过机械振动和/或其他去除技术去除额外的组合物。

[0042] 在去除额外的组合物之后，生坯可进行进一步加工以形成棕色体和/或最终的3D部件。可从热或辐射源(未显示)施加热或辐射，以形成棕色体。举例来说，可将生坯放置到能够在不同温度下加热生坯的熔炉或烤箱中，其中不同的温度可在大约等于聚合物粘结剂的熔化/脱粘温度的温度至足以使组合物的构建材料粉末脱粘和/或与金属纳米颗粒粘结
剂一起烧结的温度的范围内。金属纳米颗粒粘结剂可与构建材料粉末颗粒间粘合，以向最终的3D部件提供增加的结构强度。颗粒间粘合可防止最终的3D部件下垂、翘曲、破裂或以其他方式从期望的形状变形。在大的3D部件或具有薄的或无支撑截面的3D部件中，这可能是有益的。在另一示例中，生坯可在连续的时间段期间放置在各自处于不同温度的多个熔炉或烤箱中，以便形成棕色体和/或最终的3D部件。

[0043] 可逐渐增加施加热的温度。即，在框310处，可在可大约等于聚合物粘结剂的熔化/脱粘温度的温度下将能量(例如，以热的形式)施加至生坯。在一段时间之后，棕色体可不再包括聚合物粘结剂和/或显著的聚合物粘结剂残留物，因为棕色体中任何残留的聚合物粘结剂都可能改变棕色体的化学组成和性质。在一个方面，棕色体可不包括聚合物粘结剂或包括存在于生坯中的痕量的聚合物粘结剂，例如约0.01wt.％至约1wt.％的聚合物粘结剂。在一个方面，聚合物粘结剂去除(即，脱粘)在大物体，比如具有大于10mm壁厚的那些物体中可能是困难的。

[0044] 在框310处，施加能量可进一步包括将足够的能量施加至棕色体，比如以热的形式，以将构建材料粉末烧结。金属纳米颗粒粘结剂可包括与构建材料粉末中的金属相同或不同的金属。

[0045] 举例来说，温度可从高于约300℃，例如500℃以上的温度逐渐增加至高于约1000℃，并且在其他示例中，约1500℃以上。另外，增加温度可导致棕色体的密度和/或强度增加。在一个方面，可施加高于约300℃的温度，以形成强度大于约1kPa，例如大于约1.5kPa，并且作为又一示例约2.0kPa的棕色体。施加热的时间长度可例如取决于下述至少一种：热源或辐射源的特性，构建材料粉末的特性；和/或试剂的特性。在示例中，可在氧化或还原气氛中并且在有或没有惰性气体的情况下施加热。在另一示例中，也可在退火期间使用氧化和还原气氛。在又一示例中，可在真空中施加热。

[0046] 棕色体可具有足够的强度以在退火期间的温度下支撑本身而不破裂。棕色体也可具有足够的强度以支撑本身而不下垂。

[0047] 为了确定可需要附加的局部强度的棕色体的可能的区域，可进行分析。例如，可使用有限元分析来预测金属纳米颗粒粘结剂在选定区域中的放置和负荷，以赋予棕色体的那些区域提高的强度。作为又一示例，可将金属纳米颗粒粘结剂选择性地沉积在其中应力超过一定水平的棕色体的区域中。分析可包括：在工艺的不同部分期间，包括但不限于打印工艺、打印后工艺、从打印机去除、负空间粉末去除、处理分离的生坯(手动或自动工艺)以及将棕色体放置到烧结熔炉中，添加预期向棕色体施加的可能的力。在一个方面，分析可包括：在退火工艺期间施加至棕色体的预期的力，包括但不限于部件的重力，以及来自聚合物粘结剂分解产物的累积的压力。金属纳米颗粒粘结剂的放置和负荷可赋予选定区域提高的强度，比如大于约1KPa，使得棕色体不破裂或不下垂。

[0048] 尽管遍及整个本公开进行了具体描述，但是本公开的代表性示例在广泛的应用中具有实用性，并且上面的讨论不旨在并且不应解释为限制性的，而是作为本公开的各方面的说明性讨论而提供。

[0049] 本文描述和说明的是本公开的示例及其一些变化。本文使用的术语、描述和图仅通过说明来阐述并且不意味着限制。在旨在由下述权利要求和它们的等效方式限定的本公开的精神和范围内，可以有许多变化，其中，除非另外指出，否则所有术语的含义以它们最宽泛的合理意义表示。

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包括金属纳米颗粒粘结剂的棕色体

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