[发明专利]使用3D打印以不同材料的可溶解载体制作金属或陶瓷组件

说明书

描述使用3D打印制作组件的方法和系统。产生3D打印件，包括组件的主体、载体结构和将组件的主体联接到载体结构的第一牺牲界面区域。组件的主体由第一金属或陶瓷材料形成，且第一牺牲界面区域至少部分地由第二金属或陶瓷材料形成。然后通过对3D打印件施加化学或电化学溶解过程而将组件的主体从载体结构分离。因为第二金属或陶瓷材料比第一金属或陶瓷材料较不耐溶解过程，所以第一牺牲界面区域至少部分地溶解，由此将金属组件的主体从载体结构分离而不溶解组件的主体。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月16日提交的名称为“DISSOLVABLE METAL SUPPORTS IN 3DPRINTED METALS AND OXIDES(3D打印金属和氧化物中的可溶解金属载体)”的美国临时申请号62/295,912以及2016年9月27日提交的名称为“DIRECT SUPPORT DISSOLUTION FOR 3DPRINTED METALS AND OXIDES(3D打印金属和氧化物的直接载体溶解)”的美国临时申请号62/400,464的权益，两者的全部内容均在此通过引用并入。

技术领域

本发明涉及使用3D打印金属和氧化物制作组件的技术。

背景技术

金属组件的增材制造(AM)(例如3D打印)能够通过它们的结合方法(烧结、熔化、聚合物粘合剂)、能量输送方法(激光、电子束)和金属进料方法(粉末床、送粉、送丝)来分类。金属组件通常使用两种方法之一组建：粉末床熔合或定向能量沉积。在粉末床熔合中，在金属粉末床上扫描激光或电子束以局部烧结或熔化粉末，从而形成一部分的切片；通过在“床”上添加另一层金属粉末来堆积多个切片而生产3D金属物体。在定向能量沉积(DED)中，吹入金属粉末或将丝送入由激光或电子束形成的熔池中。这种增加的材料增大了熔池，并且通过使台和能量/材料沉积头相对于彼此移动而以逐层的方式堆积部件。

粉末床和DED打印两者都具有优点和缺点。粉末床系统能够打印具有悬垂几何形状的复杂部件，所需的打印后加工操作最少。然而，粉末床系统通常限于一次打印单一材料。相比之下，送粉DED打印机能够打印包括多种不同材料的零件，但是具有显著悬垂的部件需要大量的打印后加工操作来移除载体。

当必须加工去除许多3D金属打印过程所需的载体时，这增加相当大的费用(有时高于原始部件的成本)，使得它经常使3D打印的成本高于传统的“减法”制造过程。另外，这些载体固有地限制了能够使用“整体”或单一材料打印制作的部件的尺寸和复杂性。例如，为了使用3D打印技术来制作汽车的框架，所得到的框架将以大、重和几何笨拙的方式设计——使得加工成最终尺寸和公差非常困难。该尺寸的铣床成本非常高，并且以必要的精度将部件操纵到机床中将困难，并且将可能需要用于该部件的专用工具作业。

发明内容

金属的3D打印将对全球制造业产生重大影响，预计未来几年将增长数十亿美元。本文所述的系统和方法显著简化了3D金属打印的后处理技术，而不牺牲部件完整性。另外，这些处理技术通过消除加工操作可接触载体的要求，为部件几何形状开辟了新的途径。

本公开中描述的各种实施例提供一组方法和化学品，以通过将化学或电化学可溶解元件结合到3D打印结构中而易于移除3D打印结构的载体或部分。这种新过程大大简化了诸如金属、氧化物和陶瓷等材料的载体去除过程，同时——使用本文所述的方法和系统——通过去除载体结构必须可机器接触的约束来开辟新的设计自由度，载体结构必须是仅可流体接触的。