[發明專利]用于三維物品形成的粉末材料、硬化液體和三維物品形成套件，以及三維物品的形成方法和形成裝置

在審

• 申請號: 201480053843.6
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN105764672A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 草原輝樹;渡邊政樹;尾坂景子;成瀨充;小島真理子;山下康之;法兼義浩
• 申請（專利權）人: 株式會社理光
• 主分類號: B29C67/00
• 分類號: B29C67/00;B28B1/30
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 王永偉;趙蓉民

技術領域

本發明涉及用于三維物品形成的粉末材料、硬化液體和三維物品形成套件，以及三維物品的形成方法和形成裝置，其使得能夠簡單和有效地形成復雜的三維物品。

背景技術

最近，對復雜的小型三維物品的小批量生產的需求增加。已提出粉末燒結方法、粉末結合方法等作為用于滿足需求的技術(參見PTL1至PTL3)。

粉末燒結方法是形成粉末薄層、用激光照射薄層以形成薄的燒結產物、重復這些步驟以在薄的燒結產物上依序堆疊薄燒結產物，從而獲得所需三維物品的方法。粉末結合方法是使用粘合材料使粉末薄層硬化來代替粉末燒結方法中進行的激光燒結，并且堆疊這類薄層，從而獲得所需三維物品的方法。

作為粉末結合方法，例如提出根據噴墨方法將粘合材料供應到粉末薄層的方法、堆疊粉末材料層(其中粉末顆粒與粘合劑顆粒混合)的方法、向其傳遞結合劑以溶解粘合材料顆粒和使其固化，從而形成三維物品(參見PTL4)，以及溶解粉末材料的方法，其中基礎材料(例如玻璃和陶瓷)涂有疏水性樹脂，以及涂有疏水性溶劑(例如檸檬烯)的樹脂，以及使其固化，從而形成三維物品(參見PTL5)。

引文列表

專利文獻

PTL1日本專利申請公開(JP-A)第2000-328106號

PTL2日本專利申請公開(JP-A)第2006-200030號

PTL3日本專利申請公開(JP-A)第2003-48253號

PTL4日本專利申請公開(JP-A)第2004-330743號

PTL5日本專利申請公開(JP-A)第2005-297325號

PTL6美國專利第7049363號

發明內容

技術難題

然而，在根據噴墨方法供應粘合材料的情況下，存在所使用的噴嘴頭可能堵塞、可使用的粘合材料的選擇受到限制、成本功效不良等問題。

此外，PTL4中描述的技術存在難以賦予三維物品足夠的強度和精度的問題，因為即使粘合劑顆粒與結合材料一起供應并且溶解，但所得溶解的粘合劑溶液趨向于在粉末顆粒之間不均勻地散布。

根據PTL5中描述的技術，檸檬烯具有低揮發性并且可能傾向于留存在三維物品中且降低其強度。此外，低揮發性溶劑(如甲苯)具有安全性問題。此外，為了使材料僅在涂層樹脂處結合在一起，需要提供具有大型厚度的涂層樹脂膜(需要使用大量樹脂)。因此，存在所得三維物品可能不具有足夠的精度和三維物品中基礎材料的密度可能較低的問題。確切地說，在金屬燒結物品或陶瓷燒結物品的情況下，在這種情況下，最終移除樹脂以用于后處理，如熔結，無法使基礎材料的密度足夠高可造成燒結物品的強度和精度問題變得顯著。

PTL6提出，作為3D打印中可使用的材料，由液體組成的顆粒作為第一成分元素，并且在液體中可溶的粘合劑作為第二成分元素。所述文獻公開向液體或粘合劑中添加聚合引發劑，如過氧化物。然而，由于其在熱或光下進行自發分解以產生自由基并且由此引發反應的特征，聚合引發劑(如過氧化物)在熱和光環境條件下分解并且變成惰性。因此，存在含有這類聚合引發劑的液體具有不良儲存穩定性的問題。

因此，本發明旨在解決上述常規問題和實現以下目標。也就是說，本發明的一個目標是提供三維物品形成方法，其可簡單且有效地通過使用金屬的粉末材料等形成具有復雜立體(三維(3D))形狀的三維物品，而不引起熔結之前的形狀崩潰等并且具有尺寸精度。

問題的解決方案

上述問題的一種解決方案如下。

本發明的三維物品形成方法包括通過至少重復以下步驟來形成三維物品：

使用用于三維物品形成的粉末材料形成粉末材料層，所述粉末材料含有涂有有機材料的基礎材料；和

通過將硬化液體傳遞到在粉末材料層的形成中形成的粉末材料層來使粉末材料層的預定區域硬化，所述硬化液體含有與有機材料可交聯的交聯劑。

在本發明的三維物品形成方法中，在形成用于三維物品形成的粉末材料的層的步驟中，使用用于三維物品形成的粉末材料形成粉末材料層，所述粉末材料含有涂有有機材料的基礎材料。接著，在使粉末材料層硬化的步驟中，將含有與有機材料可交聯的交聯劑的硬化液體傳遞到在形成粉末材料層的步驟中形成的粉末材料層，以便使粉末材料層的預定區域硬化。也就是說，用于三維物品形成的粉末材料含有涂有有機材料的基礎材料。當硬化液體傳遞到有機材料時，有機材料溶解并且通過硬化液體中所含的交聯劑的作用交聯，從而形成三維網狀物。因此，在具有尺寸精度和有利強度情況下使用于三維物品形成的粉末材料的層硬化。