專利名稱：用于快速原型的粉末及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明涉及空間的，尤其是空間復(fù)合的結(jié)構(gòu)或成型體的制造方法，其是利用分層制造法實施的，例如已知的“基于粉末生產(chǎn)的快速原型法”或“自由實體造型法(SFF)”。這些基于粉末生產(chǎn)的快速原型法例如是已知的3D激光燒結(jié)、3D激光熔融或3D印刷。
具體而言，本發(fā)明涉及用于這些方法的粉末，以及用于經(jīng)濟地制造該粉末的方法。
背景技術(shù)：
目前已知的用于制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的成型體的通常由計算機控制添加的自動方法以由粉末狀材料進行澆注的方式加以實施，對該粉末狀材料以逐層的方式在特定的位置或區(qū)域上進行加熱，從而發(fā)生熔化過程或燒結(jié)過程。通常使用優(yōu)選由程序控制的激光束或在使用金屬粉末材料時的高能電子束進行加熱。
從那時起，開發(fā)了用于該技術(shù)的不同的粉末，在此方面例如參考塑料粉末領(lǐng)域中的文獻DE 101 22 492 A1、EP 0 968 080 B1、WO 03/106146A1或DE 197 47 309 A1，或金屬粉末領(lǐng)域中的WO 02/11928 A1。
因此，可以高過程穩(wěn)定性毫無問題地實施該澆注過程，所需粉末顆粒的特征在于具有在涂覆粉末層時的特別優(yōu)良的“流動特性”，這是通過盡可能地以具有盡可能光滑的表面的球形的方式形成該粉末顆粒而得以保證的。
目前，該材料特別是聚酰胺，尤其是更高度交聯(lián)的聚酰胺，例如上述方法中使用的PA11或PA12。
然而，如此制成的成型體的應(yīng)用范圍受該粉末材料的限制。因此，已經(jīng)以不同的方式嘗試改性粉末及提高成型體的機械性能。在一個實施例中，將玻璃小球或鋁碎片混入熱塑性粉末。
雖然利用玻璃小球可獲得良好的流動性，但機械性能可達到的改進是有限的。雖然可使材料增強(增強E模量)，但無法使抗拉強度明顯提高，而且可達到的改進必須付出使材料變脆的代價。在使用鋁碎片時，這一問題更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，通過選擇性燒結(jié)或熔化粉末狀材料而改進用于制造成型體的方法，從而在保持機器的基本設(shè)計概念的情況下，可制得具有明顯提高的機械性能的成型體。
該目的是通過根據(jù)本發(fā)明的新型粉末以及用于制造此類粉末的方法而加以實現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，基本上呈圓形的粉末顆粒由芳族聚醚酮，尤其是聚芳基醚酮(PEEK)塑料形成，其具有下式的氧基-1，4-亞苯基-氧基-1，4-亞苯基-羰基-1，4-亞苯基重復(fù)單元 該直鏈型芳族聚合物可以商品名“PEEK”由Victrex公司購得，其通常為半結(jié)晶的，其特征在于，在各種情況下其物理性能明顯優(yōu)于目前在SLS方法中使用的材料。不僅機械性能，如抗拉強度及E模量在許多方面優(yōu)于傳統(tǒng)的PA粉末。而且該材料的熱穩(wěn)定性優(yōu)良，從而使由該材料根據(jù)SLS方法制得的結(jié)構(gòu)部件甚至可用于目前即使纖維增強型塑料也無法滿足要求的領(lǐng)域。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，該材料可根據(jù)合適的方法，尤其是通過本發(fā)明方法被加工成光滑且呈球形的粉末顆粒，從而保證該粉末具有足夠優(yōu)良的流動性，因而可以盡可能最大的精度涂覆各個層。在此情況下，由以下想法補充性地得出了本發(fā)明，優(yōu)選在所謂的“恒溫”激光燒結(jié)過程中加工所謂的PEEK粉末，該過程中粉末澆注物的表面保持在相對較高的PEEK粉末熔點以下幾度的溫度下，而其余的粉末澆注物也被加熱，但該溫度至少低于粉末澆注物表面的溫度。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種粉末，其含有由基體材料形成的基本上呈球形的粉末顆粒形式的第一部分，以及增強和/或加強型纖維形式的至少另一部分。在此情況下，基體材料可為塑料或金屬。通過試驗確定，若纖維的體積分數(shù)-取決于纖維長度分布-仍然受限制，例如最多25％，優(yōu)選最多15％，特別優(yōu)選最多10％，則很好地控制粉末的流動性。試驗結(jié)果表明，利用PA12作為基體材料已獲得10體積％的纖維含量(碳纖維)，3倍的硬度，并使抗拉強度提高50％。
為了進一步提高機械性能，增大纖維含量。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，制造具有更高的纖維體積分數(shù)的粉末，從而使纖維嵌入基體材料中，甚至優(yōu)選地基本上完全被基體材料包圍。以此方式，保持該粉末的作用基本上不受纖維材料體積分數(shù)的影響。利用PA12作為基體材料并以30％的碳纖維體積分數(shù)，可使抗拉強度提高300％，并使E模量提高9倍。
若使用熱塑性塑料作為基體材料，則可達到比非增強型材料顯著提高的機械性能，若使用碎片代替纖維，則只要其尺寸使得能夠優(yōu)選完全地嵌入粉末顆粒中。該方面明確地包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
若由塑料材料形成基體材料，則該纖維優(yōu)選選自以下組中碳纖維和/或玻璃纖維。
基本上可以所有目前的加工品質(zhì)制造該粉末，其中粉末顆粒的平均直徑d50在20至150微米，優(yōu)選40至70微米的范圍內(nèi)。粒徑分布寬度應(yīng)盡可能窄，從而不會嚴重損害流動性。
然而該基體材料也可由金屬材料形成。根據(jù)本發(fā)明，具有嵌入的纖維的粉末顆粒的制造方法基本上不變。
金屬基體材料優(yōu)選與選自陶瓷纖維及硼纖維的纖維相結(jié)合。
在此情況下，球形粉末顆粒的平均粒徑d50優(yōu)選為10至100微米，優(yōu)選為10至80微米。d50值是指粒徑的一種度量，50％的粉末顆粒低于該數(shù)值，而50％的粉末顆粒高于該數(shù)值。
選擇纖維長度分布，使在熔體噴霧法或噴霧干燥法中產(chǎn)生的顆粒的表面上突出的纖維的百分率盡可能更低。這例如可通過使纖維的平均長度L50最大對應(yīng)于球形粉末顆粒的平均粒徑d50的數(shù)值而實現(xiàn)。
本發(fā)明還涉及用于制造粉末，尤其是根據(jù)本發(fā)明的粉末的第一種有利的方法。利用該方法可取決于可改變的過程參數(shù)制成基本上呈球形的粉末顆粒，其雖然由許多更小的顆粒組成，但具有充分呈球形且光滑的表面，從而可以毫無問題地用于快速原型法中。
該方法同樣可有利地在存在增強或加強型纖維形式的第二相的情況下實施?？梢钥紤]所有允許微粉末顆粒及任選的增強相均勻分布的液體作為懸浮液的液相。在選擇液體時的另一個相關(guān)的方面是迅速并且無殘留地蒸發(fā)或揮發(fā)的特性。
在該方法中，基體材料優(yōu)選地選自熱塑性塑料，所用的微粉末的平均粒徑d50為3至10微米，優(yōu)選為5微米，而任選的纖維的平均長度L50優(yōu)選為20至150微米，更優(yōu)選為40至70微米。L50值是指一種長度，50％的纖維超過該數(shù)值，而50％的纖維低于該數(shù)值。
對于金屬基體材料，本發(fā)明給出了有利的顆粒尺寸。
本發(fā)明還涉及用于制造根據(jù)本發(fā)明的粉末的一種選擇性的方法。該方法主要對熱塑性材料感興趣，但基本上也可使用金屬材料。對于熱塑性材料而言，冷卻步驟是必不可少的，而使該材料變脆，從而可進行研磨。利用液氮實施冷卻是有利的。本發(fā)明還提供了該方法的其他有利的制造方法的其他改變是所謂的“金屬造?！被蛉垠w噴霧，它們同樣可用于金屬材料及熱塑性材料。
例如可利用溶劑將基體材料，如熱塑性塑料，送入液相中。例如可通過在氣態(tài)聚集狀態(tài)中輸送溶劑而實施液滴的固化。這例如可通過蒸發(fā)或揮發(fā)作用發(fā)生。在此情況下，液滴釋放的蒸發(fā)能可用于促進固化作用。可充分地加熱填充物。
用于調(diào)節(jié)預(yù)期粒徑分布的重要工藝參數(shù)是液相或熔體的溫度；液相或熔體的粘度及表面張力；噴嘴直徑；氣流的速度、體積流量、壓力及溫度。
在熔體噴霧法中，優(yōu)選在熱氣流中對熔體實施噴霧造粒。
由可用本發(fā)明方法制成的根據(jù)本發(fā)明的粉末，根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)制成的結(jié)構(gòu)部件或模制件的應(yīng)用領(lǐng)域顯著拓寬。因此，本發(fā)明首先提出了此類分層制造法，其合適地用于制造具有位于其內(nèi)部的、優(yōu)選為三維結(jié)構(gòu)形狀的加固物的空心成型體。由于目前材料的機械性能低，即使具有增強型結(jié)構(gòu)仍然無法用于熱和/或機械中的重要領(lǐng)域中。
下面根據(jù)實施例更加詳細地闡述本發(fā)明


圖1所示為分層制造法的功能原理的示意圖。
圖2所示為圖1中的部分II。
圖3所示為用于制造根據(jù)第一個具體實施方案的粉末的方法的示意圖。
圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案的粉末的示意圖。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方案的粉末的示意圖。
圖6所示為根據(jù)一個具體實施方案用于制造圖5所示粉末的方法的示意圖。
圖7所示為另一個用于制造圖5所示粉末的方法的示意圖。
圖8所示為可利用根據(jù)本發(fā)明的粉末制成的結(jié)構(gòu)部件的切料的示意圖。
圖8A所示為圖8中的部分VIII。
具體實施例方式
如圖1所示，利用分層制造法制造結(jié)構(gòu)部件。在結(jié)構(gòu)空間中可分級下降的平臺10上連續(xù)形成厚度為S的粉末層12-1、12-2、……12-n。涂覆一層之后，來自能量源16的能量束在目的區(qū)域內(nèi)選擇性地熔化或焊接顆粒18(參見圖2)，從而形成如圖中陰影所示的區(qū)域14，其成為待制造的結(jié)構(gòu)部件的組成部分。隨后，該平臺下降了層厚度S的距離，涂覆一層新的層厚度為S的粉末層。能量束重新橫穿預(yù)定的區(qū)域，從而使對應(yīng)的區(qū)域熔化，并且與在前形成的層中熔化的區(qū)域融合或結(jié)合。不久以后以此方式形成具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的嵌入的成型體的多層粉末薄片。使成型體與粉末薄片分離，并且通常以手工方式清除粘合或燒結(jié)的剩余粉末。
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，層厚度在20至300微米之間選擇，如圖2所示，許多粉末顆粒18的顆粒直徑D約為層厚度(Schickstrke)的1/3。
通常形成熱塑性塑料，如PA11或PA12的粉末，所以成型體的機械強度仍然是有限的，由于1.4GPa范圍內(nèi)的低E模量及40至50MPa范圍內(nèi)的低抗拉強度所以是有限的。
為了制造具有顯著提高的機械性能的成型體，本發(fā)明提供不同的實施例，在下文中加以詳細說明實施例1粉末含有第一種以基本上呈球形的粉末顆粒(18)的形式存在的、由芳族聚醚酮，尤其是聚芳基醚酮(PEEK)塑料形成的基體，該塑料具有下式的氧基-1，4-亞苯基-氧基-1，4-亞苯基-羰基-1，4-亞苯基重復(fù)單元 該材料例如可以商品名“PEEK”由Victrex Plc.公司購得。材料特性為抗拉強度超過90MPa，E模量在超過3.5GPa的范圍內(nèi)(根據(jù)ISO527)。此外，該材料的特征在于極優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性，從而使由其所制的模制件也可用于對熱要求極高的領(lǐng)域。
優(yōu)選根據(jù)以下方法之一由該材料制造粉末顆粒1、噴霧干燥2、研磨，及3、熔體噴霧或造粒噴霧干燥為此，如圖3所示，首先將基體微粉末22攪入液相，如乙醇或乙醇/水混合物20中而制成懸浮液。基體微粉末22的顆粒尺寸明顯低于待制造的粉末顆粒30的顆粒尺寸DP。在此情況下，應(yīng)注意在容器中均勻混合各相。
對懸浮液通過并未詳細描述的噴嘴實施噴霧，從而形成含有基體微粉末的液滴32。該液相26，具體而言該相的表面張力，保證液滴基本上呈球形。
隨后，例如在后序的加熱階段中，使液滴32的揮發(fā)性部分26蒸發(fā)和/或揮發(fā)，從而留下基本上呈球形的聚集體30。該聚集體30形成用于后序的分層制造法的粉末顆粒。因此，選擇該方法的工藝參數(shù)，使制得的顆粒具有預(yù)期的粒徑分布。
研磨例如粒徑約為3毫米即可被稱為粗粒，一個選擇性的方法是研磨該材料成合適的細粉末。
在此情況下，將粗粒冷卻至一定的溫度，在該溫度下使材料變脆。例如由液氮實施冷卻。在此狀態(tài)下，粗粒例如在棒磨機或級聯(lián)磨中進行研磨。最后，依據(jù)待實現(xiàn)的預(yù)定分級譜(Fraktionsspektrum)優(yōu)選在風力分選機中篩選經(jīng)研磨的粉末。
在此情況下，可在進一步的冷卻中實施研磨的方法步驟。
因此，經(jīng)研磨的粉末獲得足夠光滑且優(yōu)選呈球形的表面，例如通過嵌入或積聚微顆?；蚣{米顆粒，如氣溶膠，而對經(jīng)研磨的物品實施光滑化處理是有利的。
熔體噴霧或造粒由芳族聚醚酮，尤其是由聚芳基醚酮制造細粉末的第三個方法步驟是采用熔體噴霧法。
在此情況下，在與噴嘴相連的坩堝中熔化該材料，利用該噴嘴對該材料實施噴霧造粒。
在此情況下，使液滴離開噴嘴。由于材料的表面張力，這些液滴基本上呈球形。若隨后液滴移動通過冷卻階段，則它們以該球形固化，從而使粉末具有該分層制造法所預(yù)期的品質(zhì)。
優(yōu)選使用熱氣體實施噴霧造粒。利用所謂的卵石加熱器產(chǎn)生該熱氣體以實施噴霧造粒，即對熔化的材料實施噴霧。
該噴霧方法步驟之后通常還有一個篩選過程(Sichtvorgang)，以獲得符合預(yù)定分級譜的粉末顆粒。
若基體材料允許，也可采用造粒法代替熔體噴霧法，其中代替熔體而使用基體粉末的液相。該液相例如可利用溶劑使基體材料液化而獲得。
其他方法步驟類似于熔體噴霧法或噴霧干燥法，其中液滴在穿過或流過固化階段時形成堅固的球形。例如可通過使溶劑進入氣態(tài)聚集狀態(tài)而實施液滴的固化。這例如可通過蒸發(fā)或揮發(fā)過程進行。溶劑的揮發(fā)熱可在該方法步驟中用于加熱，因而用于促進固化過程。
實施例2如圖4所示，粉末含有以基本上呈球形的粉末顆粒118的形式存在的由基體材料形成的第一部分以及至少一種以增強和/或加強型纖維140的形式存在的其他部分。該基體部分可由金屬或熱塑性塑料形成。
實施以下實施例PA12粉末的粒徑分布是d50約為50微米，并與10體積％的平均纖維長度L50約為70微米且纖維粗7微米的兩種不同類型的碳纖維混合。如此獲得的粉末可在可商購的快速原型機上加工成不含缺陷的成型體。
基于該粉末/纖維混合物的、根據(jù)分層制造法制得的試樣的機械性能可比不含纖維的結(jié)構(gòu)部件顯著提高。具體而言，E模量提高至超過3.8GPa，而抗拉強度提高至約為70MPa。
將這些試驗結(jié)果與通過注模法由混有纖維的PA12制得的結(jié)構(gòu)部件的結(jié)果進行對照，其中加入注模組合物中的纖維具有相同的體積濃度及相同的尺寸分布。測量結(jié)果表明，根據(jù)分層制造法獲得的結(jié)構(gòu)部件的機械性能絕不落后于注模結(jié)構(gòu)部件。對于燒結(jié)體，E模量甚至可進一步提高。
雖然細粉末中的纖維含量可取決于平均粒徑及其分布而改變，但超過25％通常是存在問題的。但為了可以進一步提高材料性能，提供了本發(fā)明的第三個實施例。
實施例3根據(jù)第三個實施例，如圖3所示，制成具有明顯更高的纖維含量的粉末，即超過30體積％，但由于其具有良好的流動性而可用于分層制造法中。
其特征在于，使纖維240嵌入基本上呈球形的粉末成型體218中，而形成待制造的結(jié)構(gòu)部件的基體材料，優(yōu)選地纖維基本上完全被基體材料包圍，如圖5所示。
為了制造該粉末，可以考慮對前述方法，即噴霧干燥法、研磨法、造粒法及熔體噴霧法，進行微小的修改噴霧干燥該方法如圖6所示。其與圖3所示的前述方法的區(qū)別僅在于液相，例如除了基體微粉末322，還將增強或加強型纖維340攪入乙醇或乙醇/水混合物320中?；w微粉末322的顆粒尺寸明顯低于待制造的粉末顆粒330的顆粒尺寸DP。同樣選擇纖維長度，使其平均長度不超過粉末顆粒的單個粒徑的平均值。在此情況下，應(yīng)注意在容器中均勻混合各相。
在對懸浮液通過并未詳細描述的噴嘴實施噴霧時，形成含有基體微粉末及纖維的液滴332。該液相326，具體而言該相的表面張力，保證液滴基本上呈球形。
若隨后液滴332的揮發(fā)性部分326進行蒸發(fā)和/或揮發(fā)，則重新留下基本上呈球形的聚集體330。該聚集體330形成用于后序的分層制造法的粉末顆粒。因此，選擇該方法的過程參數(shù)，使制得的顆粒具有預(yù)期的粒徑分布。
若使用平均粒徑d50為3至10微米，優(yōu)選5微米的微粉末，則噴霧干燥可得到良好的結(jié)果。
若攪入纖維，則當所用的基體材料是塑料時，其平均長度L50優(yōu)選為20至150微米，更優(yōu)選為40至70微米。
在金屬基體材料的情況下，通常選擇更短的纖維長度。平均纖維長度L50的有利的范圍是10至100微米，更優(yōu)選為10至80微米。
以有利的方式選擇過程參數(shù)，從而形成平均直徑DS0為10至70微米的基本上呈球形的微液滴。
以有利的方式實施蒸發(fā)步驟或揮發(fā)步驟，同時液滴移動通過加熱階段。
研磨如圖7所示，一種可選擇的方法是將含有諸如碳纖維440的纖維的材料研磨成合適的細粉末，該材料例如以粒徑或棱長約為3毫米的粗粒450的形式存在。
在此情況下，首先重新將粗粒450冷卻至一定的溫度，在該溫度下使材料變脆。例如由液氮實施冷卻。在此狀態(tài)下，粗粒例如在棒磨機460中進行研磨。最后，依據(jù)待實現(xiàn)的預(yù)定分級譜在分選機480中，優(yōu)選在風力分選機中篩選經(jīng)研磨的粉末。待使用的粉末顆粒用430表示。
在此情況下，可在實施進一步冷卻時重新實施研磨的方法步驟。然后可通過嵌入或積聚微顆粒或納米顆粒，如氣溶膠，實施任選的光滑化過程。
熔體噴霧或造粒前述方法的其他改變，即所謂的熔體噴霧法，也可用于制造根據(jù)圖5所示的粉末。
與前述的方法不同，將纖維攪入基體材料的熔化的熔體中。
若基體材料允許，也可采用造粒法代替熔體噴霧法，其中代替熔體而使用基體粉末的液相。該液相例如可利用溶劑使基體材料液化而獲得。
其他方法步驟類似于熔體噴霧法或噴霧干燥法，其中包圍著增強型纖維的液滴在穿過或流過固化階段時形成堅固的球形。例如可通過使溶劑進入氣態(tài)聚集狀態(tài)而實施液滴的固化。這例如可通過蒸發(fā)或揮發(fā)過程進行。溶劑的揮發(fā)熱可在該方法步驟中用于加熱，因而用于促進固化過程。
前述實施例允許加工熱塑性塑料材料及金屬材料。
還可混合不同的材料。
若由熱塑性塑料材料形成基體材料，則纖維選自以下組中碳纖維和/或玻璃纖維。
球形粉末顆粒的平均粒徑應(yīng)基本上不受限制。若球形粉末顆粒的平均粒徑d50在20至150微米，優(yōu)選40至70微米的范圍內(nèi)，則利用可商購的機器同樣可獲得良好的結(jié)果。通過均勻化粒徑分布可使該粉末的流動性進一步提高。
若由金屬材料形成基體材料，則纖維優(yōu)選選自陶瓷纖維及硼纖維。對于該粉末而言，球形粉末顆粒的平均粒徑d50通常為更低的數(shù)值，優(yōu)選在10至100微米，更優(yōu)選10至80微米的范圍內(nèi)。
由以上說明可以清楚地看出，將根據(jù)本發(fā)明的粉末用于分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，可制得空間的結(jié)構(gòu)或成型體，目前它們的機械性能和/或熱性能是不可想象的。
若用10、20或30體積％的碳纖維進行增強，根據(jù)所述方法將該碳纖維引入粉末顆粒中，或與其混合，則可使PEEK的E模量提高至7、13.5或22.2GPa，同時使抗拉強度提高至136、177或226MPa。
若使用PA12作為基體材料，則以10、20或30體積％的纖維含量提高機械性能E模量為3.4、6.6或13.9GPa，抗拉強度為66、105或128MPa。
因此，如圖8、8A所示，首次成功地提出了用于制造空心的、復(fù)合成型的、例如多重彎曲的成型體570的分層制造法，該成型體具有位于其內(nèi)部的、優(yōu)選為三維結(jié)構(gòu)形狀的加固物572，從而可制得極輕并且可承受極高的熱負載及機械負載的結(jié)構(gòu)部件。
當然，可以在不背離本發(fā)明基本思想的情況下改變前述實施例。各個粉末制造方法的后序處理步驟也可用于其他方法。利用微體實施的光滑化過程當然也可用于兩個選擇性的所述方法中。
因此，本發(fā)明提供用于利用分層制造法制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體的新型粉末，及其經(jīng)濟的制造方法。粉末的特征在于，一方面提供優(yōu)良的流動性，同時用該粉末在快速原型法中制得的成型體具有顯著提高的機械性能和/或熱性能。根據(jù)一個特別有利的具體實施方案，該粉末含有以由基體材料形成的基本上呈球形的粉末顆粒的形式存在的第一部分以及至少一種以優(yōu)選嵌入基體材料中的增強和/或加強型纖維的形式存在的其他部分。
權(quán)利要求
1.粉末，其用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，該粉末至少含有以基本上呈球形的粉末顆粒(18)的形式存在的、由芳族聚醚酮，尤其是聚芳基醚酮(PEEK)塑料形成的第一基體部分，該塑料具有下式的氧基-1，4-亞苯基-氧基-1，4-亞苯基-羰基-1，4-亞苯基重復(fù)單元
2.粉末，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉末，其用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，該粉末含有以由基體材料形成的基本上呈球形的粉末顆粒(18；118；218；330；430)的形式存在的第一部分以及至少一種以增強和/或加強型纖維(140；240；340；440)的形式存在的其他部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末，其中所述纖維(140)的體積分數(shù)為最多25％，優(yōu)選為最多15％，更優(yōu)選為最多10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的粉末，其中將所述纖維(240；340；440)嵌入所述基體材料(118；330)中，優(yōu)選使這些纖維基本上完全被所述基體材料包圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉末，其特征在于，所述纖維(240；340；440)的體積分數(shù)大于15％，優(yōu)選為大于25％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一所述的粉末，其特征在于，由熱塑性塑料形成所述基體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的粉末，其特征在于，由更高度交聯(lián)的聚酰胺，如PA11或PA12，形成所述基體材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的粉末，其特征在于，由碳纖維和/或玻璃纖維形成所述纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的粉末，其中所述球形粉末顆粒的平均粒徑d50在20至150微米，優(yōu)選40至70微米的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一所述的粉末，其特征在于，由金屬材料形成所述基體材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的粉末，其特征在于，所述纖維選自以下組中陶瓷纖維及硼纖維。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的粉末，其中所述球形粉末顆粒的平均粒徑d50在10至100微米，優(yōu)選10至80微米的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至12之一所述的粉末，其特征在于，所述纖維(140；240)的平均長度L50最大對應(yīng)于所述球形粉末顆粒(118；218；330；430)的平均粒徑d50的數(shù)值。
14.利用基本上呈球形的粉末顆粒制造粉末，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的粉末的方法，該粉末顆粒用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，其中任選將增強和/或加強型纖維嵌入由熱塑性基體材料組成的粉末顆粒中，該方法包括以下方法步驟a)將基體微粉末(22；322)攪入液相(20；320)，如乙醇或乙醇/水混合物中而制成懸浮液，該基體微粉末的顆粒尺寸明顯低于待制造的粉末顆粒的尺寸，并任選含有長度小于待制造的粉末顆粒的尺寸的增強和/或加強型纖維(340)；b)對所述懸浮液通過噴嘴實施噴霧，從而形成含有所述基體微粉末及任選的纖維的液滴(32；332)；及c)使所述液滴的揮發(fā)性部分(26；326)蒸發(fā)和/或揮發(fā)，從而留下基本上呈球形的聚集體(30；330)。
15.利用基本上呈球形的粉末顆粒制造粉末，尤其是根據(jù)權(quán)利要求2至13之一所述的粉末的方法，該粉末顆粒用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，其中將增強和/或加強型纖維(340)嵌入由金屬基體材料組成的粉末顆粒(330)中，該方法包括以下方法步驟a)將基體微粉末(322)攪入液相(320)，如乙醇或乙醇/水混合物中而制成懸浮液，該基體微粉末的顆粒尺寸明顯低于待制造的粉末顆粒的尺寸，并含有長度小于待制造的粉末顆粒的尺寸(DP)的增強和/或加強型纖維(340)；b)對所述懸浮液通過噴嘴實施噴霧，從而形成含有所述基體微粉末及纖維的液滴(332)；及c)使所述液滴的揮發(fā)性部分(326)蒸發(fā)和/或揮發(fā)，從而留下基本上呈球形的聚集體(330)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所用微粉末(22；322)的平均粒徑d50為3至10微米，優(yōu)選為5微米，而任選使用的纖維(340)的平均長度L50為20至150微米，優(yōu)選為40至70微米。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所用微粉末(322)的平均粒徑d50為3至10微米，優(yōu)選為5微米，而所用纖維(340)的平均長度L50為10至100微米，優(yōu)選為10至80微米。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17之一所述的方法，其特征在于，對所述懸浮液實施噴霧，從而形成平均直徑d50為10至70微米的基本上呈球形的微液滴(32；332)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至15之一所述的方法，其特征在于，實施蒸發(fā)或揮發(fā)步驟的同時使所述液滴(32332)移動通過加熱階段。
20.利用基本上呈球形的粉末顆粒制造粉末，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的粉末的方法，該粉末顆粒用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，其中任選將增強和/或加強型纖維(440)嵌入由熱塑性基體材料組成的粉末顆粒(430)中，該方法包括以下方法步驟a)將任選由纖維增強的塑料的粗粒(450)冷卻至使所述基體材料變脆的溫度以下；b)研磨該冷卻的顆粒；及c)依據(jù)預(yù)定的分級譜(Fraktionsspektrum)篩選經(jīng)研磨的物品。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，利用棒磨機(460)實施研磨步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于，在進一步冷卻時實施研磨步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求20至22之一所述的方法，其特征在于，利用風力分選機(480)實施篩選的方法步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23之一所述的方法，其特征在于，通過嵌入或積聚微顆?；蚣{米顆粒，如氣溶膠，對所述經(jīng)研磨的物品實施光滑化處理。
25.利用基本上呈球形的粉末顆粒制造粉末，尤其是根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的粉末的方法，該粉末顆粒用于根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)，制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體，其中任選將增強和/或加強型纖維嵌入由基體材料組成的粉末顆粒中，該方法包括以下方法步驟a)將所述基體材料送入液相中；b)任選將所述纖維攪入所述液相中；c)對所述任選含有纖維的液相通過噴嘴實施噴霧，從而形成任選含有纖維的液滴；及d)使所述液滴通過固化階段。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，通過熔化所述基體材料獲得所述液相，并對所述任選含有纖維的熔體實施噴霧，隨后使其通過冷卻階段。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，在熱氣流中對所述熔體實施噴霧造粒。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27之一所述的方法，其特征在于依據(jù)預(yù)定的分級譜篩選粉末顆粒的其他方法步驟。
29.利用根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的粉末制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體的方法，其是根據(jù)分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)實施的。
30.利用根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的粉末制得的成型體，其是通過分層制造法(基于粉末生產(chǎn)的快速原型法)，例如根據(jù)SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù)或激光熔體技術(shù)制得的。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的成型體，其具有位于其內(nèi)部的、優(yōu)選為三維結(jié)構(gòu)形狀的加固物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于根據(jù)分層制造法制造空間的結(jié)構(gòu)或成型體的粉末，及其經(jīng)濟的制造方法。該粉末的特征在于，一方面提供優(yōu)良的流動性，同時用該粉末在快速原型法中制得的成型體具有顯著提高的機械性能和/或熱性能。根據(jù)一個特別有利的具體實施方案，該粉末含有以由基體材料形成的基本上呈球形的粉末顆粒的形式存在的第一部分以及至少一種以優(yōu)選嵌入基體材料中的增強和/或加強型纖維的形式存在的其他部分。
文檔編號C08J3/20GK1954022SQ200580009126
公開日2007年4月25日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月21日
發(fā)明者彼得·黑塞, 蒂爾曼·保羅, 理查德·韋斯 申請人:豐田賽車有限公司, Eos有限公司電光學系統(tǒng)