用于基于电子照相术的增材制造系统的半结晶消耗材料

摘要

一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统(10)打印三维零件(80)的零件材料，该零件材料包括：组合物，该组合物具有半结晶热塑性材料和电荷控制剂。零件材料以粉末形式提供，该粉末形式具有受控的粒子尺寸，并且被构造用于基于电子照相术的增材制造系统(10)，该基于电子照相术的增材制造系统(10)具有用于以逐层方式打印三维零件(80)的层灌注组件(20)。

权利要求

1.一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的零件材料，该零件材料包括：组合物，该组合物包括：

半结晶热塑性材料；和

电荷控制剂；

其中所述零件材料以粉末形式提供，所述粉末形式具有D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布，所述D90/D50粒子尺寸分布和所述D50/D10粒子尺寸分布的几何标准差为10％或更小；并且其中所述零件材料被构造成用在基于电子照相术的增材制造系统中，所述基于电子照相术的增材制造系统具有以逐层方式打印三维零件的层灌注组件。

2.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述组合物还包括吸热剂，其中所述吸热剂占零件材料的从0.5重量％至10重量％。

3.根据前述权利要求任一项所述的零件材料，其中所述D50粒子尺寸在从10微米至20微米的范围内。

4.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述粉末形式还具有D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布，所述D90/D50粒子尺寸分布和所述D50/D10粒子尺寸分布每一个都在从1.00至1.40的范围内。

5.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述电荷控制剂从由铬羟基羧酸配合物、锌羟基羧酸配合物、铝羟基羧酸配合物及其混合物组成的组中选择。

6.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述电荷控制剂占所述零件材料的从0.1重量％至5重量％。

7.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述组合物还包括流动控制剂，所述流动控制剂占所述零件材料的从0.1重量％至10重量％。

8.根据权利要求1所述的零件材料，其中所述半结晶热塑性材料包括聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃嵌段共聚物、聚甲醛、聚芳醚酮或其混合物。

9.根据权利要求8所述的零件材料，其中所述半结晶热塑性材料包括聚酰胺，并且其中所述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚六亚甲基己二酰胺、聚六亚甲基壬酰胺、聚六亚甲基癸二酰胺、聚酰胺6/12、聚庚内酰胺、聚十一内酰胺、聚月桂内酰胺或其混合物。

10.根据权利要求9所述的零件材料，其中所述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚六亚甲基己二酰胺、聚酰胺6/12、聚十一内酰胺、聚月桂内酰胺或其混合物。

11.根据权利要求8所述的零件材料，其中所述半结晶热塑性材料包括聚芳醚酮，并且其中所述聚芳醚酮包括聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮或其混合物。

12.根据权利要求11所述的零件材料，其中所述聚芳醚酮包括聚醚醚酮。

13.一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的方法，所述基于电子照相术的增材制造系统具有电子照相引擎、传输介质和层灌注组件，该方法包括如下步骤：将零件材料提供给基于电子照相术的增材制造系统，该零件材料在组分上包括电荷控制剂和半结晶热塑性材料，并且具有粉末形式，所述粉末形式具有D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布，所述D90/D50粒子尺寸分布和所述D50/D10粒子尺寸分布的几何标准差为10％或更小；

以摩擦电的方式给零件材料充电至具有负电荷或正电荷和从5微库伦/克至50微库伦/克范围内的大小的Q/M比率；

使用电子照相引擎从带电的所述零件材料显影三维零件层；

将显影层从电子照相引擎静电吸引至传输介质；

使用传输介质将被吸引层移动至层灌注组件；并且

使用层灌注组件将被移动层灌注至三维零件的先前打印的层。

14.根据权利要求13所述的方法，其中零件材料的粉末形式具有每一个都在从1.00至

1.40的范围内的D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的方法，其中所述电荷控制剂占所述零件材料的从0.1重量％至5重量％，并且其中所述零件材料在组分上还包括吸热剂，所述吸热剂占所述零件材料的从0.5重量％至10重量％。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述零件材料还包括流动控制剂，所述流动控制剂占所述零件材料的从0.1重量％至10重量％。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述半结晶热塑性材料包括聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃嵌段共聚物、聚甲醛、聚芳醚酮或其混合物。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述半结晶热塑性材料包括聚酰胺，并且其中所述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚六亚甲基己二酰胺、聚六亚甲基壬酰胺、聚六亚甲基癸二酰胺、聚酰胺6/12、聚庚内酰胺、聚十一内酰胺、聚月桂内酰胺或其混合物。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述聚酰胺包括聚己内酰胺、聚六亚甲基己二酰胺、聚酰胺6/12、聚十一内酰胺、聚月桂内酰胺或其混合物。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述半结晶热塑性材料包括聚芳醚酮，并且其中所述聚芳醚酮包括聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚醚酮酮、聚醚酮醚酮酮或其混合物。

说明书

用于基于电子照相术的增材制造系统的半结晶消耗材料

技术领域

[0001] 本公开涉及用于打印3D零件和支撑结构的增材制造系统。具体地，本公开涉及用于使用例如电子照相术的成像处理打印3D零件和支撑结构的消耗材料。

背景技术

[0002] 增材制造系统用来通过使用一个或多个增材制造技术根据3D零件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)构建3D零件。可购买到的增材制造技术的示例包括基于挤出的技术、喷墨打印、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束融化和立体光刻工艺。对于每一种所述技术，3D零件的数字表示在开始被切成多个水平层。然后，对于每一个切出的层产生刀具路径，该刀具路径为特定的增材制造系统提供了指令以形成给定层。

[0003] 例如，在基于挤出的增材制造系统中，3D零件或模型可以通过挤出可流动的零件材料以逐层方式由3D零件的数字表示打印出来。零件材料通过由该系统的打印头承载的挤出头挤出，并且在XY平面内按路径顺序沉积在基板上。挤出的零件材料熔化到先前沉积的零件材料上，并且在温度降低时固化。然后打印头相对于基片的位置沿Z轴(垂直于XY平面)逐渐增加，然后重复该过程以形成类似数字表示的3D零件。

[0004] 在通过沉积零件材料层制造3D零件的过程中，支撑层或结构通常构建在外悬部下面或在建造中的物体的空腔中，其没有被零件材料本身支撑。通过利用沉积零件材料使用的相同的沉积技术可以建造支撑结构。主机生成用作用于待形成的3D零件的外悬或自由空间段(并且在一些情况中用于待形成的3D零件的侧壁)的支撑结构的附加几何形状。支撑材料在制造期间粘合至零件材料上，并且当打印过程完成时可以从完成的3D零件上去除。

[0005] 在2D打印中，电子照相术(即静电复印术)是用于在例如打印纸的平面基板上产生2D图像的流行技术。电子照相系统包括涂覆有光敏材料层的导电的支撑鼓，其中通过给光敏层充电并且然后通过光源成像地曝光该光敏层，形成隐藏的静电图像。然后隐藏的静电图像移动至显影站，在显影站调色剂施加给光敏绝缘体的带电区域以形成可见的图像。然后形成的调色剂图像输送至基板(例如，打印纸)并且使用热或压力固定至基板上。

发明内容

[0006] 本公开的一个方面涉及一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的零件材料。该零件材料具有组合物，该组合物包括半结晶热塑性材料和电荷控制剂。零件材料以粉末形式提供，该粉末形式具有受控的粒子尺寸(例如从约5微米至约30微米范围内的D50粒子尺寸)，并且零件材料被构造用在基于电子照相术的增材制造系统中，所述基于电子照相术的增材制造系统具有用于以逐层方式打印三维零件的层灌注组件。在一些实施例中，零件材料可以与载体粒子一起设置在用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用的可互换料盒或其它类似装置中。

[0007] 本公开的另一方面涉及一种用于使用基于电子照相术的增材制造系统打印三维零件的方法，该基于电子照相术的增材制造系统具有电子照相术引擎、传输介质和层灌注组件。该方法包括如下步骤：供给零件材料至基于电子照相术的增材制造系统，其中该零件材料在组分上包括电荷控制剂和半结晶热塑性材料，并且具有粉末形式。在一些实施例中，零件材料可以与载体粒子一起设置在用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用的可互换料盒或其它类似装置中。

[0008] 该方法还包括将零件材料摩擦充电至期望的摩擦电荷(例如，具有负电荷或正电荷和从约5微库伦/克至约50微库伦/克范围内的大小的Q/M比率)，以及使用电子照相术引擎从带电的零件材料显影三维零件层。该方法还包括将显影层从电子照相术引擎静电吸引至传输介质，使用传输介质将被吸引的层移动至层灌注组件，以及使用层灌注组件将被移动的层灌注至三维零件的先前打印的层上。

[0009] 定义：

[0010] 除非另外指明，否则以下术语具有下面给出的定义：

[0011] 术语“共聚物”指代具有两个或多个单体类的聚合物，并且包括三元共聚物(即，具有三个单体类的共聚物)。

[0012] 术语“优选的”和“优选地”指在某些环境下可能具有某些益处的本发明的实施例。然而，在相同或其他环境下，也可以优选其他实施例。此外，对一个或多个优选的实施例的引用并非暗示其他实施例不可用，且并非意图将其他实施例排除在本公开的范围之外。

[0013] 对于“一种”化学化合物的引用指的是所述化学化合物的一个或多个分子，而不限于所述化学化合物的单个分子。此外，所述一个或多个分子可以相同或可以不相同，只要它们落入所述化学化合物的分类即可。因此，例如“一种”聚酰胺解释为包括一个或多个聚酰胺的聚合物分子，其中聚合物分子可以相同或可以不相同(例如不同的分子量和/或异构体)。

[0014] 术语“至少一种”和“…中的一种或多种”要素互换地使用，且具有相同的含义，包括单独的要素和多种要素，并且还可以在要素的末尾以后缀“(s)”表示。例如，“至少一种聚酰胺”、“一种或多种聚酰胺”和“聚酰胺(s)”可以互换地使用并且具有相同的含义。

[0015] 方向定向例如“之上”、“之下”、“顶部”、“底部”等是相对于3D零件的层打印方向制定的。在下示实施例中，层打印方向为沿竖直的Z轴的向上方向。在这些实施例中，术语“之上”、“之下”、“顶部”、“底部”等基于竖直的Z轴。然而，在其中3D零件的层沿不同的轴打印的实施例中，术语“之上”、“之下”、“顶部”、“底部”等相对于给定轴。

[0016] 当在权利要求中记载时，术语“提供”，例如对于“提供材料”等并非意图要求任何提供的项目的具体传输或接收。而是，术语“提供”仅为了清晰且易于阅读的目的用于引用将在随后的一个或多个权利要求的要素中被提及的项目。

[0017] 除非另外指明，此处涉及的温度基于大气压力(即一个大气压)。

[0018] 本文中使用的术语“约”和“基本上”涉及由于本领域技术人员已知的预期的变化(例如测量中的限制和变化性)导致的可测量的值和范围。

附图说明

[0019] 图1是用于由本公开的零件材料打印3D零件以及由支撑材料打印相关联的支撑结构的示例性的基于电子照相术的增材制造系统的主视图。

[0020] 图2是用于显影零件和支撑材料层的系统的一对电子照相术引擎的主视示意图。

[0021] 图3是包括中间鼓或带的可替代的电子照相术引擎的主视示意图。

[0022] 图4是用于使用显影层执行层灌注步骤的系统的层灌注组件的主视示意图。

具体实施方式

[0023] 本公开涉及半结晶消耗材料，该半结晶消耗材料被设计用于基于电子照相术的增材制造系统中以使用高分辨率和快速打印速率打印3D零件。在打印操作期间，电子照相术(EP)引擎(engine)可以使用电子照相工艺显影或以其它方式成像每一个零件层(以及任何相关联的支撑材料)。然后被显影层被输送至层灌注组件，在该层灌注组件中被显影层被灌注(例如，使用热和/或压力)，从而以逐层方式形成一个或多个3D零件和支撑结构。

[0024] 与其中通过将电势贯穿打印纸可能将显影的调色剂颗粒静电传递至打印纸的2D打印相比，3D环境中的多个打印层有效阻止在给定数量的层(例如，约15层)被打印后零件和支撑材料的静电传递。相反，每一层可以被加热至升高的传递温度，然后被压靠在先前打印的层上(或被压至建造平台上)以在灌注步骤中将多个层灌注在一起。这允许多个层的3D零件和支撑结构能够竖直地建造，否则通过静电传递不可实现。

[0025] 如下所述，消耗材料是来自一个或多个半结晶热塑性材料、电荷控制剂、根据需要优选的吸热剂(例如红外线吸收剂)以及可选的一个或多个附加材料(例如流动控制剂)的基于粉末的零件材料，该一个或多个附加材料也可以用作外表面处理摩擦电荷控制剂和/或摩擦电改变添加剂。零件材料被设计为与基于电子照相术的增材制造系统一起使用以打印具有高零件分辨率和良好物理性能(例如，良好零件强度、密度、耐化学性、可用温度范围等)的3D零件。根据需要，这允许生成的3D零件用作最终使用的零件。

[0026] 本公开的零件材料优选地与被设计为补充零件材料的基于粉末的支撑材料一起打印。例如，支撑材料的每一层优选地与相关联的零件材料层一起灌注。这样，支撑材料优选地具有与其相关联的零件材料的熔体流变性(melt rheology)相似或更优选地基本相同的熔体流变性。

[0027] 图1-4图示系统10，其是用于使用本公开的零件材料和相关联的支撑材料打印3D零件和相关联的支撑结构的示例性的基于电子照相术的增材制造系统。如图1所示，系统10包括一对EP引擎12p和12s、带输送组件14、偏压机构16和18以及层灌注组件20。用于系统10的合适的部件和功能操作的示例包括那些公开在Hanson等人的公开号为2013/0077996和2013/0077997的美国专利以及Comb等人的公开号为2013/0186549和2013/0186558的美国专利中的部件和功能操作。

[0028] EP引擎12p和12s为分别用于成像或以其它方式显影零件层和支撑材料层的成像引擎，其中零件材料和支撑材料每一个优选被设计为与EP引擎12p或12s的特定架构一起使用。如下所述，然后成像的层可以使用偏压机构16和18传输至带输送组件14(或其它输送介质)上，并且传输至层灌注组件20，从而以逐层方式打印出3D零件和相关联的支撑结构。

[0029] 在示出的实施例中，带输送组件14包括输送带22、带驱动机构24、拉带机构26、环限制传感器28、导辊30和净带器32，其被构造为在带22沿箭头34的旋转方向旋转时维持带22上的张力。特别地，带驱动机构24接合并且驱动带22，并且拉带机构26可以用作基于通过环限制传感器28监视的读数提供检修环设计(service loop design)的制动器，用于保护带22抵抗张应力。

[0030] 系统10还包括控制器36，该控制器36为一个或多个控制回路、基于微处理器的引擎控制系统和/或数字控制光栅成像处理器系统，并且该控制器36被构造为基于从主机38接收的打印指令以同步方式操作系统10的部件。主机38为被构造为与控制器36通信以提供打印指令(和其它操作信息)的一个或多个基于计算机的系统。例如，主机38可以将涉及3D零件和支撑结构的切出层的信息传递给控制器36，从而允许系统10以逐层方式打印3D零件和支撑结构。

[0031] 系统10的部分可以被例如框架40的一个或多个框架结构保持。此外，系统10的部分优选地保持在可封闭的壳体(未示出)内，该壳体阻止环境光线在操作期间传至系统10的部件。

[0032] 图2图示EP引擎12p和12s，其中EP引擎12s(即相对于带22的旋转方向的上游的EP引擎)显影支撑材料层，并且EP引擎12p(即相对于带22的旋转方向的下游的EP引擎)显影零件材料层。在可替代的实施例中，EP引擎12p和12s的设置方式可以颠倒，以使得EP引擎12p相对于带22的旋转方向位于EP引擎12s的上游。在另一可替代的实施例中，系统10可以包括用于打印额外材料层的三个或多个EP引擎。

[0033] 在示出的实施例中，EP引擎12p和12s可以包括相同的部件，例如具有导电鼓体44和光敏表面46的光敏毂42。导电鼓体44为电接地并且被构造为围绕轴48旋转的导电鼓(例如，由铜、铝、锡等制造)。轴48相应地连接至驱动马达50，该驱动马达50被构造为以恒定速率沿箭头52的方向旋转轴48(和光敏鼓42)。

[0034] 光敏表面46是围绕导电鼓体44的周向表面延伸的薄膜，并且优选来自例如非晶硅、硒、氧化锌、有机材料等的一个或多个光敏材料。如下所述，表面46被构造为接收3D零件或支撑结构的切出层的隐藏带电图像(或负像)，并且将零件或支撑材料的带电粒子吸引到带电的或不带电的图像区域，从而产生3D零件或支撑结构的层。

[0035] 如进一步所示，EP引擎12p和12s还包括电荷诱导器(charge inducer)54、成像器56、显影站58、清洗站60和放电装置62，其中的每一个都可以与控制器36进行信号通信。电荷诱导器54、成像器56、显影站58、清洗站60和放电装置62相应地限定在驱动马达50和轴48沿箭头52的方向转动光敏鼓42时用于表面46的成像组件。

[0036] 在示出的示例中，EP引擎12s的用于表面46的成像组件用来形成本公开的支撑材料(被称为支撑材料66s)层64s，其中一定量的支撑材料66s可以与载体粒子一起由(EP引擎12s的)显影站58保存。类似地，EP引擎12p的用于表面46的成像组件用来形成本公开的支撑材料(被称为支撑材料66p)层64p，其中一定量的支撑材料66p可以与载体粒子一起由(EP引擎12p的)显影站58保存。

[0037] 电荷诱导器54被构造为在表面46沿箭头52的方向旋转越过电荷诱导器54时在表面46上生成均匀的静电电荷。用于电荷诱导器54的合适的装置包括电晕器、栅极式电晕器、充电辊和其它静电充电装置。

[0038] 成像器56是被构造为在表面46沿箭头52的方向旋转越过成像器56时朝向均匀的静电电荷选择性地发出电磁辐射的数字控制的像素曝光设备。对表面46进行选择性的电磁辐射暴露由控制器36引导，并且导致静电电荷的离散像素位置被去除(即，对地放电)，从而在表面46上形成隐藏的图像电荷图案。

[0039] 用于成像器56的合适装置包括扫描激光器(例如，气态或固态激光器)光源、发光二极管(LED)阵列曝光装置和传统地用于2D电子照相术系统中的其它曝光装置。在可替代的实施例中，用于电荷诱导器54和成像器56的合适的装置包括被构造为选择性地将带电离子或电子直接沉积至表面46上以形成隐藏的图像电荷图案的离子沉积系统。这样，本文中所使用的“电子照相术”包括离子谱法。

[0040] 每一个显影站58都是静电的和磁性的显影站或保存一定量的零件材料66p或支撑材料66s(优选成粉末形式)以及载体粒子的料盒。显影站58可以以与2D电子照相术系统中使用的单或双部件显影系统和调色剂盒相似的方式工作。例如，每一个显影站58都可以包括用于保存零件材料66p或支撑材料66s和载体粒子的外壳。当被搅动时，载体粒子产生摩擦电荷以吸引零件材料66p或支撑材料66s的粉末，这给被吸引的粉末冲上期望的极性和大小的电荷，如下所述。

[0041] 每一个显影站58还可以包括用于将充电的零件或支撑材料66p或66s输送至表面46上的一个或多个装置，例如输送带、毛刷、桨轮、辊子和/或磁刷。例如，随着表面46(包含隐藏的带电图像)沿箭头52的方向从成像器56旋转至显影站58，带电的零件材料66p或支撑材料66s被吸引至表面46上的隐藏图像的合适的带电区域，以利用带电区域显影或放电区域显影(根据正使用的电子照相术的模式)。这随着光敏鼓12沿箭头52的方向持续旋转而产生连续的层64p或64s，其中连续的层64p或64s对应于3D零件或支撑结构的数字表明的连续的切出层。

[0042] 然后，连续的层64p或64s沿箭头52的方向随表面46一起旋转至其中层64p或64s被从光敏鼓42连续地传输至带22上的传输区域，如下所述。虽然在光敏鼓42与带22之间图示为直接接合，但是在一些优选实施例中，EP引擎12p和12s也可以包括中间传输鼓和/或带，如下文进一步的讨论。

[0043] 在给定的层64p或64s从光敏鼓42传输至带22(或中间传输鼓或带)上之后，驱动马达50和轴48继续使光敏鼓42沿箭头52的方向旋转，以使得先前保持层64p或64s的表面64的区域越过清洗站60。清洗站60为被构造为去除零件或支撑材料66p或66s的任何残留的非传输成分的站。用于清洗站60的合适的装置包括叶片清洗器、毛刷清洗器、静电清洗器、基于真空的清洗器及其组合。

[0044] 在越过清洗站60之后，表面46继续沿箭头52的方向旋转，以使得表面46的被清洗区域越过放电装置62，以在开始下一循环之前去除表面46上任何残留的静电电荷。用于放电装置62的合适的装置包括光学系统、高电压交流电晕器和/或栅极电晕器、一个或多个包括具有施加的高电压交流电的导电芯部的绝缘的旋转辊及其组合。

[0045] 输送带22是用于将显影的连续的层64p和64s从光敏鼓42(或中间传输鼓或带)传输至层灌注组件16的传输介质。用于带22的合适的输送带的示例包括那些公开在Comb等人的公开号为2013/0186549和2013/0186558中的输送带。带22包括前表面22a和后表面22b，其中前表面22a面向光敏鼓42的表面46，并且后表面22b接触偏压机构16和18。

[0046] 偏压机构16和18被构造为在带22上诱导电势以将层64p和64s从引擎12p和12s静电电吸引至带22上。因为层64p和64s每一个在过程中在此时都仅是单层厚度增量，所以静电吸引适于将层64p和64s从EP引擎12p和12s传输至带22上。

[0047] 控制器36优选地使EP引擎12p和12s的光敏鼓36以与带22和/或任何中间传输鼓或带的线速度同步的相同的旋转速率旋转。这允许系统10根据单独的显影剂图像彼此协调地显影并且传输层64p和64s。特别地，如图所示，每一个零件层64p可以在与每一个支撑层64s适当对准的情况下传输至带22，以产生组合的零件和支撑材料层64。应认识到，传输至层灌注组件20的一些层根据具体的支撑结构和3D零件几何形状以及层切可以仅包括支持材料66s或可以仅包括零件材料66p。

[0048] 在可替代的实施例中，零件层64p和支撑层64s可以可选地沿带22分别被显影和传输，例如使用交替层64p和64s。这些连续的、交替层64p和64s然后可以传输至层灌注组件20，在层灌注组件20中它们可以被分别灌注以打印3D零件和支撑结构。

[0049] 在又一可替代实施例中，一个或两个EP引擎12p和12s还可以包括位于光敏鼓42和带22之间的一个或多个中间传输鼓和/或带。例如，如图3所示，EP引擎12还可以包括中间鼓42a，该中间鼓42a在马达50a的旋转动力作用下沿与箭头52相反的旋转方向(如箭头52a所示)旋转。中间鼓42a接合光敏鼓42以从光敏鼓42接收被显影层64p，然后承载被接收的显影层64p并且将它们传输至带22。

[0050] EP引擎12a可以包括用于将显影层64s从光敏鼓42传输至带22的相同的中间鼓42a的装置。这样的用于EP引擎12p和12s的中间传输鼓或带的使用可能对于根据需要热隔离光敏鼓42与带22是有利的。

[0051] 图4图示用于层灌注组件20的示例实施例。如图所示，层灌注组件20包括建造平台68、轧辊70、加热器72和74、后熔化加热器76和空气喷嘴78(或其它冷却单元)。建造平台68是被构造为接收用于以逐层方式打印3D零件和支撑结构(被称为3D零件80和支撑结构82)的加热的组合层64(或单独的层64p和64s)的系统10的平台组件或压板。在一些实施例中，建造平台68可以包括用于接收打印层64的可去除薄膜基板(未示出)，其中可去除薄膜基板可以使用任何合适的技术(例如真空抽吸)限制在建造平台上。

[0052] 建造平台68由Z轴机架84支撑，该机架84为被构造为沿Z轴和X轴移动建造平台68以产生往复矩形图案的导向机构，其中主运动是沿X轴的前后运动(由虚线86指示)。机架84可以基于来自控制器36的命令被马达88操作，其中马达88可以是电动马达、液压系统、气动系统等。

[0053] 在示出的实施例中，建造平台68能够使用加热元件90(例如电加热器)加热。加热元件90被构造为将建造平台68加热至并且维持在高温，该高温大于室温(25℃)，例如3D零件80和/或支撑结构82的期望的平均零件温度，如Comb等人的公开号为2013/0186549和2013/0186558的美国专利中讨论的。这允许建造平台68帮助维持3D零件80和/或支撑结构
82处于该平均零件温度下。

[0054] 轧辊70是示例性的可加热元件或可加热层灌注元件，其被构造为围绕相对于带22的运动固定的轴线旋转。特别地，轧辊70可以在带22沿箭头34的方向旋转时沿箭头92的方向在后表面22b上滚动。在所示的实施例中，轧辊70能够使用加热元件90(例如电加热器)加热。加热元件94被构造为将轧辊70加热至并且维持在高温，该高温大于室温(25℃)，例如层64的期望的转变温度。

[0055] 加热器72是被构造为在到达轧辊70之前将层64加热至接近热塑性基粉末的期望转变温度(例如，至少热塑性基粉末的熔化温度)的温度。每一层64满意地通过(或穿过)加热器72达足够的停留时间，以将层64加热至期望的转变温度。加热器74可以以与加热器72相同的方式起作用，并且加热3D零件80和支撑结构82的顶表面至高温，例如与加热层64相同的转变温度(或其它合适的升高温度)。

[0056] 如上所述，用来打印支撑结构82的本公开的支撑材料优选具有与用来打印3D零件80的本公开的零件材料的熔体流变性相似或基本相同的熔体流变性。这允许层64p和64s的零件和支撑材料能够用加热器74一起加热至基本相同的转变温度，并且还允许位于3D零件
80和支撑结构82的顶表面上的零件和支撑材料能够用加热器74一起加热至基本相同的温度。因此，零件层64p和支撑层64s可以作为组合层64在单个灌注步骤中一起灌注至3D零件
80和支撑结构82的顶表面上。

[0057] 后熔化加热器76位于轧辊70的下游和空气喷嘴78的上游，并且被构造为在后熔化或加热设置步骤中将灌注层加热至高温。再者，零件材料和支撑材料相近的熔体流变性允许后熔化加热器76在单个后熔化步骤中一起后加热3D零件80和支撑结构82的顶表面。

[0058] 在打印3D零件80和支撑结构82之前，建造平台68和轧辊70可以加热至它们的期望温度。例如，建造平台68可以加热至3D零件80和支撑结构82的平均零件温度(因为零件材料和支撑材料相近的熔体流变性)。相比之下，轧辊70可以加热至层64的期望的转变温度(仍因为零件材料和支撑材料相近的熔体流变性)。

[0059] 在打印操作期间，带22携带层64通过加热器72，这可以将层64和相关联的带22的区域加热至转变温度。用于本公开的零件材料和支撑材料的合适的转变温度包括超过零件材料和支撑材料的玻璃化温度的温度，其中层材料被软化但是不熔化，例如，对于聚酰胺基零件材料从约180℃至约250℃范围内的温度。

[0060] 进一步如图4所示，在操作期间，机架84可以以往复矩形图案86移动建造平台68(具有3D零件80和支撑结构82)。特别地，机架84可以沿X轴向下、沿或通过加热器74移动建造平台68。加热器74将3D零件80和支撑结构82的顶表面加热至高温，例如零件材料和支撑材料的转变温度。如Comb等人的公开号为2013/0186549和2013/0186558的美国专利中讨论的那样，加热器72和74可以将3D零件80和支撑结构82的顶表面和层64加热至大约相同的温度，以提供一致的灌注界面温度。可替代地，加热器72和74可以将3D零件80和支撑结构82的顶表面和层64加热至不同的温度，以实现期望的灌注界面温度。

[0061] 带22的持续旋转和建造平台68的运动沿X轴使用合适的对准将加热的层64与3D零件80和支撑结构82的加热的顶表面对齐。机架84可以继续沿X轴以与沿箭头34的方向的带22的旋转速率同步的速率(即，相同的方向和速度)移动建造平台68。这使得带22的后表面
22b围绕轧辊70旋转至轧带22并且加热的层64抵靠在3D零件80和支撑结构82的顶表面上。
这在轧辊70的位置处将加热的层64挤压在3D零件80和支撑结构82的加热的顶表面之间，其将加热的层64至少部分地灌注至3D零件80和支撑结构82的顶层。

[0062] 随着灌注层64通过轧辊70的轧点，带22围绕轧辊70卷绕以从建造平台68上分离和脱离。这帮助从带22上释放灌注层64，从而允许灌注层64保持结合在3D零件80和支撑结构82上。将灌注界面温度维持在高于其玻璃化温度但低于其熔化温度的转变温度下，允许加热的层64足够热以结合在3D零件80和支撑结构82上，同时也足够冷以容易地从带22上释放。此外，如上所述，零件材料和支撑材料相近的熔体流变性允许它们在相同的步骤中被灌注。

[0063] 在释放之后，机架84继续将建造平台68沿X轴移动至后熔化加热器76。然后在后熔化加热器76处，3D零件80和支撑结构82的最顶层(包括灌注层64)可以在后熔化或加热设置步骤中被加热至至少热塑性基粉末的熔化温度。这将灌注层64的材料熔化至可高度熔化的状态，以使得灌注层64的聚合分子快速地互相扩散，从而实现与3D零件80和支撑结构82的高度界面纠缠(interfacial entanglement)。

[0064] 此外，随着机架84继续沿X轴移动建造平台68越过后熔化加热器76至空气喷嘴78，空气喷嘴78超3D零件80和支撑结构82的顶层吹冷空气。这有效地冷却灌注层64下降至平均零件温度，如Comb等人的公开号为2013/0186549和2013/0186558的美国专利中讨论的那样。

[0065] 为了帮助将3D零件80和支撑结构82保持在平均零件温度，在一些优选实施例中，加热器74和/或后加热器76可以操作以仅加热3D零件80和支撑结构82的最顶层。例如，在其中加热器72、74和76被构造为发出红外辐射的实施例中，3D零件80和支撑结构82可以包括热吸收器和/或被构造为将红外波长的透过限制在最顶层内的其它色剂。可替代地，加热器72、74和76可以被构造为使加热空气吹过3D零件80和支撑结构82的顶表面。在任一情况下，限制热渗透至3D零件80和支撑结构82中允许最顶层能够被有效地灌注，同时还减少了将3D零件80和支撑结构82保持在平均零件温度所需要的冷却量。

[0066] 机架84然后可以向下驱动建造平台68，并且使建造平台68沿X轴往回移动至沿X轴的开始位置，以跟随往复矩形图案86。建造平台68有望到达所述开始位置，以便与下一层64准确对准。在一些实施例中，机架84还可以向上驱动建造平台68和3D零件80/支撑结构82，以便与下一层64准确对准。然后，对于3D零件80和支撑结构82的每一个剩余的层64都可以重复相同的过程。

[0067] 在打印操作完成之后，生成的3D零件80和支撑结构82可以从系统10移除并且经历一个或多个后打印操作。例如，支撑结构82可以使用例如碱水溶液的水基溶液从3D零件80上牺牲地去除。在这个技术中，支撑结构82可以至少部分地溶解在该溶液中，以通过无需手动操作的方式(hands-free manner)将其与3D零件80分离。

[0068] 相比之下，零件材料对碱水溶液是耐化学性的。这允许采用碱水溶液以在不降低3D零件80的形状或质量的情况下去除牺牲的支撑结构82。用于以此方式去除支撑结构82的合适的系统和技术的示例包括那些公开在Swanson等人的美国专利8,459,280、Hopkins等人的美国专利8,246,888和Dunn等人的公开号为2011/0186081的美国专利中的系统和技术，这些美国专利中的每一个都在它们不会与本公开冲突的情况下通过引用并入。

[0069] 此外，在支撑结构82被去除之后，3D零件80可以经历一个或多个附加的后打印工艺，例如表面处理工艺。合适的表面处理工艺的示例包括那些公开在Priedeman等人的美国专利8,123,999和Zinniel的公开号为2008/0169585的美国专利中的工艺。

[0070] 如上简述，本公开的零件材料在组分上包括一个或多个半结晶热塑性材料，例如一个或多个聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、半结晶聚烯烃嵌段共聚物、聚甲醛(popolyoxymethylenes)、聚醚芳酮(polyetherarylketones)(例如聚醚醚酮)及其混合物。
在一些实施例中，该半结晶热塑性材料具有低于约100℃的热挠曲温度。在其它实施例中，该半结晶热塑性材料具有从约100℃至约150℃范围内的热挠曲温度(例如工程等级的热塑性材料)。在另一些实施例中，该半结晶热塑性材料具有大约约150℃的热挠曲温度(例如高性能热塑性材料)。合适的半结晶热塑性材料的示例将在下文中结合相关联的用于生产零件材料的技术进一步讨论。

[0071] 本文中使用的半结晶热塑性材料具有使用根据ASTM D3418-08的差示扫描量热法(DSC)的可测量的熔点(5卡路里/克或更大)。此外，半结晶热塑性材料优选为能够在按重量至少约10％的固态下展示平均结晶度百分比的聚合材料(例如聚合物)，并且包括具有高达100％的结晶度的聚合材料(即完全结晶的聚合材料)。相比之下，非晶形热塑性材料具有使用根据ASTM D3418-08的差示扫描量热法(DSC)的基本上不可测量的熔点(小于5卡路里/克)。

[0072] 如上所述，零件材料被设计用于基于EP的增材制造系统(例如系统10)中以打印3D零件(例如3D零件80)。这样，零件材料还可以包括帮助使用EP引擎12p显影层、帮助将被显影层从EP引擎12p传输至层灌注组件20以及帮助使用层灌注组件20灌注被显影层的一个或多个材料。

[0073] 例如，在使用系统10的电子照相术工艺中，零件材料优选通过显影站58处的与载体粒子的摩擦接触充电机构进行摩擦充电。零件材料的该充电可以通过它的摩擦电荷-质量(Q/M)比率表示，其可以是正电荷或负电荷并且具有需要的大小。Q/M比率与零件材料的粉末密度成反比，零件材料的粉末密度可以通过它的每单位面积上的质量值(M/A)表示。对于给定的施加的显影区域，随着零件材料的Q/M比率值从给定值增大，零件材料的M/A值减小，反之亦然。因此，零件材料的每一个显影层的粉末密度是零件材料的Q/M比率的函数。

[0074] 已经发现，为了在显影鼓44上提供成功和可靠的显影并且传输至层灌注组件20(例如通过带22)，并且为了打印具有良好材料密度的3D零件80，对于EP引擎12p和带22的具体的架构，零件材料优选具有合适的Q/M比率。用于零件材料的优选的Q/M比率的示例为从约-5微库仑/克(μC/g)至约-50μC/g的范围，更优选的为从约-10μC/g至约-40μC/g的范围，甚至更优选的是从约-15μC/g至约-35μC/g的范围，甚至更加优选的是从约-25μC/g至约-30μC/g的范围。

[0075] 在该实施例中，Q/M比率基于负摩擦电荷。然而，在可替代的实施例中，系统10可以操作以使得零件材料的Q/M比率具有具有上述大小的正摩擦电荷。在任一实施例中，Q/M比率的这些大小阻止将零件材料约束至载体表面的静电力太过量，并且任何程度的“错误标记”的粉末被最小化。这减小了在EP引擎12p处的零件材料的无效的显影，并且便于具有期望的M/A值的每一层64p的显影和传输。

[0076] 此外，如果期望3D零件80的一致的材料密度，那么期望的Q/M比率(和对应的M/A值)优选地在使用系统10的整个打印操作期间保持在稳定的程度。然而，对于延长的使用系统10的打印操作，可能需要使用额外量的零件材料补给显影站58。这可能出现问题，因为：当处于补给目的引入额外量的零件材料至显影站58时，零件材料开始处于未带电状态直至与载体粒子混合。这样，零件材料还优选地以较快速率充电至期望的Q/M比率以维持连续的使用系统10的打印操作。

[0077] 因此，在打印操作的初始化期间以及整个打印操作持续期间控制和维持Q/M比率将控制零件材料的Q/M比率的生成速率和一致性。为了可再生且稳定地实现期望的Q/M比率以及由此的M/A值，对于延长的打印操作，零件材料优选包括一个或多个电荷控制剂，其可以在零件材料的制造过程中添加到聚合物中。

[0078] 在其中零件材料的Q/M比率具有负电荷的实施例中，用于零件材料的合适的电荷控制剂包括酸金属配合物(例如，铬、锌和铝的羟基羧酸配合物)、偶氮金属配合物(例如偶氮铬配合物和偶氮铁配合物)及其混合物等。

[0079] 可替代地，在其中零件材料的Q/M比率具有正电荷的实施例中，用于零件材料的合适的电荷控制剂包括连氮基混合物、季铵盐及其混合物等。这些制剂在对合适的载体粒子摩擦接触充电时在正向充电聚合物处是有效的。

[0080] 电荷控制剂优选占基于零件材料的总重量的从约0.1重量％至约5重量％、更优选地从约0.5重量％重量至约2重量％、并且甚至更优选地从约0.75重量％至约1.5重量％的零件材料。如上所述，这些电荷控制剂优选增加聚合物对载体的充电速率，并且在使用系统10的延长的连续打印操作期间稳定Q/M比率。

[0081] 在多种情况下，系统10在打印操作持续期间使用基本一致的材料密度打印层64p。包括具有受控的且一致的所述Q/M比率的零件材料允许这可以实现。然而，在一些情况下，在相同的打印操作中可能需要调整各个层64p之间的材料密度。例如，对于3D零件80的一个或多个部分，系统10可以根据需要被操作以使用减小的材料密度以灰度方式(grayscale manner)运行。

[0082] 除了包括电荷控制剂之外，为了有效操作EP引擎12p，并且为了确保在补给零件材料期间快速且有效的摩擦充电，零件材料的混合物优选地展示良好的粉末流动性能。这是优选的，因为零件材料通过螺旋装置、重力或其它类似机构供给到显影站58的显影箱(例如料斗)中，其中零件材料经历与载体粒子充电的混合和摩擦接触。

[0083] 应认识到，在补给供给期间零件材料的堵塞或流动限制可能阻止零件材料供给至载体粒子。类似地，零件材料的多个部分不应陷入显影站58中的隐藏的空腔中。这些情况中的每一个都可能改变零件材料至载体粒子的比率，如上所述，该比率优选维持在恒定的水平以为带电的零件材料提供期望的Q/M比率。

[0084] 例如，零件材料可以占基于零件材料和载体粒子的组合重量的从约1重量％至约30重量％，更优选地从约5重量％至约20重量％，甚至更优选地从约5重量％至约10重量％。
载体粒子相应地占组合重量的剩余百分比。

[0085] 零件材料的粉末流动性能可以使用一个或多个流动控制剂(例如无机氧化物)被改进或以其它方式改变。合适的无机氧化物的示例包括疏水性气相无机氧化物，例如气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相氧化铝及其混合物等，其中气相氧化物可以通过硅烷和/或硅氧烷处理工艺变为疏水的。可从市场上购买到的用于零件材料的无机氧化物的示例包括来自于Evonik Industries AG，Essen，Germany的商标AEROSIL下的那些无机氧化物。

[0086] 流动控制剂(例如无机氧化物)优选占基于零件材料的总重量的从约0.1重量％至约10重量％的零件材料，更优选地从约0.2重量％至约5重量％，甚至更优选地从约0.3重量％至约1.5重量％。

[0087] 如上所述，一个或多个电荷控制剂适于将零件材料充电至期望的Q/M比率，用于在EP引擎12p中显影零件材料层，并且用于将被显影层(例如层64)传输至层灌注组件20(例如通过带22)。然而，在给定数量层被打印之后，3D环境中的多个打印层有效地阻止零件材料的静电传输。相反地，层灌注组件20在灌注步骤中使用热和压力一起灌注被显影层。

[0088] 特别地，加热器72和/或74可以在到达轧辊70之前加热层64和3D零件80和支撑结构82的顶表面至接近零件材料的期望转变温度的温度，例如至少零件材料的熔化温度。类似地，后熔化加热器76位于轧辊70下游和空气喷嘴78上游，并且被构造为在后熔化或加热设置步骤中将灌注层加热至高温。

[0089] 因此，零件材料还可以包括一个或多个吸热剂，该吸热剂被构造为当暴露给加热器72、加热器74和/或后加热器76时增加零件材料的加热速率。例如，在其中加热器72、74和76为红外加热器的实施例中，用于零件材料的吸热剂(多个吸热剂)可以是一个或多个红外(包括近红外)波长吸收材料。如下所述，这些吸热剂可以在零件材料的制造过程中包括在共聚物粒子中。红外光的吸收导致在粒子内发生非辐射能量衰减，这在零件材料中产生热。

[0090] 吸热剂优选可溶于或可分散在用于使用有限聚结工艺制备零件材料的溶剂化共聚物中，如下所述。此外，吸热剂还优选地不干涉共聚物粒子的形成、或不在制造过程中干涉这些粒子的稳定性。此外，吸热剂优选地不干涉粒子尺寸的控制和共聚物粒子的粒子尺寸的分布、或在制造过程中共聚物粒子的产量。

[0091] 用于零件材料的合适的红外吸收材料可以根据零件材料的期望颜色改变。合适的红外吸收材料的示例包括炭黑(其还可以用作用于零件材料的黑色颜料)，以及各等级的红外吸收颜料和染料，例如那些对从约650纳米(nm)至约900nm范围的波长展示出吸收能力的颜料和染料，那些对从约700纳米(nm)至约1500nm范围的波长展示出吸收能力的颜料和染料，那些对从约800纳米(nm)至约1050nm范围的波长展示出吸收能力的颜料和染料。这些颜料和染料等级的示例包括蒽醌染料、聚青色素(polycyanine)染料、金属二硫纶染料和颜料、三羟甲基氨基甲烷-铵(trisaminium)染料、四-铵(tetrakis aminium)染料及其混合物等。

[0092] 红外吸收材料还优选地不显著加强或以其它方式改变半结晶热塑性材料的熔体流变性，例如半结晶热塑性材料的零剪切粘度vs温度曲线。例如，这可以使用非加强类型的炭黑或“低结构”类型的炭黑以相对于半结晶热塑性材料的低浓度实现。

[0093] 因此，在包括吸热剂的实施例中，吸热剂(例如红外吸收剂)优选地基于零件材料的总重量占零件材料的从约0.5重量％至约10重量％，更优选地从约1重量％至约5重量％，并且在一些实施例中，从约2重量％至约3重量％。

[0094] 零件材料还可以包括一个或多个附加添加剂，该附加添加剂优选不干涉热塑性粒子的形成，或在制造过程中不干涉这些粒子的稳定，并且优选不干涉粒子尺寸的控制和热塑性粒子的粒子尺寸分布、或在制造过程中热塑性粒子的产量。

[0095] 合适的附加添加剂的示例包括着色剂(例如除吸热剂之外或可替代地颜料和染料)、聚合物稳定剂(例如抗氧化剂、抗光剂、紫外吸收剂和抗臭氧剂)、可生物降解添加剂及其组合物。在包括附加添加剂的实施例中，基于零件材料的总重量，该附加添加剂可以共同占零件材料的从约0.1重量％至约10重量％，更优选地从约0.2重量％至约5重量％，并且更优选地从约0.5重量％至约2重量％。

[0096] 为了用于基于电子照相术的增材制造系统(例如系统10)，零件材料优选具有受控的平均粒子尺寸和较窄的粒子尺寸分布，下文中描述为粒子尺寸和粒子尺寸分布标准。例如，优选的D50粒子尺寸包括根据需要高达约100微米的粒子尺寸，更优选地从约10微米至约30微米，更加有效地从约10微米至约20微米，并且更加有效地从约10微米至约15微米。

[0097] 此外，如参数D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布规定的那样，粒子尺寸分布每一个优选地为从约1.00至1.40的范围，更优选地为从约1.10至1.35的范围，并且甚至更优选地为从约1.15至1.25的范围。此外，粒子尺寸分布优选地设置为使得几何标准差σg优选满足符合下面的公式1的标准：

[0098]

[0099] 换言之，D90/D50粒子尺寸分布和D50/D10粒子尺寸分布优选地为相同的值或接近相同的值，例如在彼此约10％内，并且更优选地在彼此约5％内。

[0100] 零件材料优选由聚合或提供半结晶热塑性材料(多个材料)的其它方式制造，然后使用上述的粒子尺寸和粒子尺寸分布从半结晶热塑性材料(多个材料)制造零件材料。然后，具体的制造技术取决于用于零件材料的半结晶热塑性材料。

[0101] 例如，当半结晶热塑性材料为聚酰胺材料时，零件材料可以使用研磨工艺、喷雾干燥工艺或有限聚结工艺生产。根据研磨或喷雾干燥工艺，生成的粉末根据需要可能经历一个或多个附加的分类工艺以获得期望的粒子尺寸和粒子尺寸分布。用于研磨工艺的合适的研磨系统的示例包括从Modern Process Equipment Corporation，Chicago，IL处可购买的IMDGRAN-U-LIZERS商标的系统。

[0102] 在一些实施例中，研磨工艺可以执行为低温球磨工艺。例如，聚酰胺(多个聚酰胺)的原料、电荷控制剂、任何吸热剂和/或任何附加添加剂可以悬浮为冷冻剂浆(例如，在液氮或液氩中)，然后在冷冻温度下经历低温球磨工艺。

[0103] 可替代地，在喷雾干燥工艺中，聚酰胺(多个聚酰胺)的原料、电荷控制剂、任何吸热剂和/或任何附加添加剂可以溶解或以其它方式悬浮在载体液体(例如溶剂)中。然后，生成的溶液或浆与加热的干燥气体(例如，加热的干燥空气或氮)从喷雾器或喷嘴喷出。加热的干燥气体可以根据需要作为喷射方向的并流或逆流运动。

[0104] 喷射的溶液或浆的液滴迅速干燥以产生零件材料的粉末形式，优选地具有受控的粒子尺寸和较窄的粒子尺寸分布。然后，粉末可以被收集并且根据需要经历一个或多个附加的分类处理以获得期望的粒子尺寸和粒子尺寸分布。流动控制剂还可以根据需要可选地在该过程中在该处与粉末混合。

[0105] 在又一可替代实施例中，零件材料可以使用例如Bennett等人的美国专利5,354,799中公开的有限聚结工艺由聚酰胺(多个聚酰胺)制成。例如，零件材料的组分(例如，聚酰胺(多个聚酰胺)、电荷控制剂、吸热剂和/或附加添加剂)溶解或以其它方式悬浮在有机溶剂中至合适的浓度范围，例如从有机溶剂中聚酰胺(多个聚酰胺)的约10％重量至约20％重量。合适的有机溶剂的示例包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、甲基乙基酮、环己烷、甲苯或其混合物等。

[0106] 分别地，冲淡的酸性水溶液可以制备包含例如硅胶的分散剂，并且优选为水滴界面促进剂，例如聚(己二酸-共聚-甲胺乙醇)。然后，有机溶剂溶液可以缓慢地(例如渐增地)加入冲淡的酸性水溶液中，同时使整个混合物经受高剪切混合，例如使用高速搅拌器。这产生具有受控尺寸和尺寸分布的有机相液滴，其被处于水相的硅胶稳定。该混合优选持续到液滴生长和生成完成。

[0107] 然后，稳定的溶剂化的液滴悬浮液可以行进到闪蒸器中，在其中有机溶剂可以使用施加的真空被移除至冷凝槽中。然后，仍然保持分散在水相中的产生的零件材料的固体粒子可以传输至搅拌保持容器，并且硅胶可以被去除，例如使用含水的氢氧化钠溶液、过滤和水。

[0108] 然后，零件材料可以被干燥以产生其粉末形式。如果需要，进行粒子尺寸分析，零件材料的干燥粉末可以经历进一步的筛选以去除过大尺寸粒子和/或分类以去除被视为对在随后的系统10中的表现是有害的任何程度的细微粒。基于采用的聚酰胺(多个聚酰胺)的原始量，该过程通常生产从约90％重量至约99％重量范围内的产量的零件材料。

[0109] 用于零件材料的合适的聚酰胺材料的示例可以包括来自包括己内酰胺、二元胺的单体与包括二羧酸的单体的组合的均聚物和共聚物及其混合物。二元胺单体和二羧酸单体每一个都优选为脂肪族单体，并且更优选为每一个都是无环脂肪族单体。然而，在其它实施例中，在保持结晶区时二元胺单体和/或二羧酸单体可以包括芳香族或环脂肪族组。此外，在一些实施例中，半结晶聚酰胺(多个聚酰胺)可以包括成接枝侧链的环组(例如，顺酐化组)，如下所述。用于半结晶聚酰胺(多个聚酰胺)的优选的聚酰胺均聚物和共聚物可以由下面的结构式表示：

[0110]

[0111] 其中R1、R2和R3每一个可以是具有3-12个碳原子的烃链。用于R1、R2和R3的烃链可以有支链(例如，具有小烷基，例如甲基)或不带支链，并且其优选为脂肪族的、无环的、饱和的烃链。

[0112] 本文中使用的在聚合物结构式中的对于重复单元标识符“n”的引用指括弧内的结构式重复n个单元，其中n为整数，其可以根据给定的聚合物的分子量变化。此外，括起的结构式的具体结构可以在重复单元间是相同的(即均聚物)或可以在重复单元间是不同的(即共聚物)。例如，在上述结构式1中，各重复单元的R1可以为相同的结构以提供均聚物，或者可以为以交替的共聚物方式、无规共聚物方式、嵌段共聚物方式、接枝共聚物方式(如下所讨论的)或它们的组合重复的两个以上不同的结构。

[0113] 优选的聚酰胺包括尼龙类材料，例如聚己内酰胺(PA6)、聚六亚甲基己二酰胺(PA6，6)、聚六亚甲基壬酰胺(PA6，9)、聚六亚甲基癸二酰胺(PA6，10)、聚酰胺6/12(P6，12)、聚庚内酰胺(PA7)、聚十一内酰胺(PA11)、聚月桂内酰胺(PA12)、及它们的混合物。更优选地，用于所述一种或多种半结晶聚酰胺的聚酰胺包括PA6、PA6，6、PA6，12、PA11、聚月桂内酰胺(PA12)及其混合物。

[0114] 类似的，在其中半结晶热塑性材料为聚乙烯材料或聚丙烯材料的实施例中，零件材料可以使用上述的喷雾干燥工艺制造。可替代地，对于聚丙烯材料，零件材料可以使用热诱导相分离技术配制以生成具有受控粒子尺寸和较窄粒子尺寸分布的粉末。在任一技术情况下，生成的粉末还可以根据需要经受一个或多个附加的分类工艺以获得期望的粒子尺寸和粒子尺寸分布。

[0115] 合适的用于零件材料的聚乙烯的示例包括低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯及其组合。此外，合适的用于零件材料的聚丙烯的示例包括等规聚丙烯、间规聚丙烯、其带支链和线性变型及其组合。

[0116] 在其中半结晶热塑性材料为半结晶聚烯烃嵌段共聚物的实施例中，零件材料可以使用上述的喷雾干燥工艺和/或上述的有限聚结工艺制造。用于零件材料的合适的半结晶聚烯烃嵌段共聚物的示例包括聚(乙烯冰片烯)、聚(丙烯冰片烯)、聚(乙烯-丙烯-冰片烯)及其组合物。

[0117] 在其中半结晶热塑性材料为聚甲醛材料的实施例中，零件材料可以使用上述的研磨工艺或上述的喷雾干燥工艺中的任一个制造。在任一技术的情况下，生成的粉末还可以根据需要经受一个或多个附加的分类工艺以获得期望的粒子尺寸和粒子尺寸分布。

[0118] 用于零件材料的合适的聚甲醛材料的示例包括共聚甲醛、缩醛类均聚物及其混合物，更优选地缩醛类均聚物，例如可以从E.I.du Pont de Nemours and Company，Wilmington，DE购买的商标为″DELRIN″的缩醛类均聚物。

[0119] 可替代地，在其中半结晶热塑性材料为聚芳醚酮的实施例中，零件材料可以使用其它合适的研磨技术制造，例如搅拌磨工艺或喷射研磨工艺。合适的聚芳醚酮的示例包括聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、其混合物等，更优选地为聚醚醚酮(PEEK)，例如可以从Victrex plc，Lancashire，UK购买的商标为″VICTREX″的聚醚醚酮(PEEK)。

[0120] 在被配制后，零件材料优选具有如上所述的粒子尺寸和粒子尺寸分布。在一些实施例中，生成的零件材料可以使用如上所述的一个或多个外部流动控制剂被表面处理，以增加零件材料的粉末流动性。例如，零件材料可以在高速度和偏航(sheer)、优选在25℃下与一个或多个外部流动控制剂干混合。这在没有显著改变粒子尺寸或粒子尺寸分布的情况下将一个或多个流动控制剂均匀分布、涂覆并且部分嵌入零件材料的各个粒子中。

[0121] 然后，配制的零件材料可以充入用于与系统10的EP引擎12p一起使用的料盒或其它合适的容器中。例如，配制的零件材料可以供给至可以与显影站58的料斗可互换地连接的料盒中。在该实施例中，配制的零件材料可以充入显影站58中，用于与可能保持在显影站58中的载体粒子混合。显影站58还可以包括标准的调色剂显影盒部件，例如壳体、传输机构、通信电路等。

[0122] 在显影站58中的载体粒子可以是用于给零件材料充电的任何合适的磁化载体粒子，例如具有带有聚合物涂层的锶铁氧体芯的载体粒子。该芯的尺寸通常大于零件材料的粒子的尺寸，例如平均从约20微米至约40微米的直径。聚合物涂层可以根据零件材料需要的Q/M比率改变。合适的聚合物涂层的示例包括用于负极充电的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或用于正极充电的聚偏二氟乙烯(PVDF)。显影站或盒58中的零件材料与载体粒子合适的重量比率包括上述比率。

[0123] 可替代地，显影站58本身可以是保持一定量的零件材料的可互换料盒装置。在有一些可替代实施例中，EP引擎12p本身可以是保持一定量的零件材料的可互换装置。

[0124] 当零件材料装入系统10时，然后系统10可以使用零件材料执行打印操作以打印3D零件(例如3D零件80)，优选地使用合适的支撑结构(例如支撑结构82)。每一个3D零件的层使用EP引擎12p从零件材料显影并且传输至层灌注组件20，在层灌注组件20中它们被加热并且被彼此灌注以使用增材制造技术以逐层方式打印3D零件。

[0125] 在一些优选实施例中，生成的3D零件被横向地(即相对于建造面水平地)包装在支撑结构中，如图4所示。这被认为能够在使用往复式建造压板68和轧辊70时为3D零件提供良好的尺寸完整性和表面质量。生成的3D零件可以根据由EP引擎12p被显影层的厚度和层灌注组件20中的轧制压力展示具有层厚的可视化的可贯穿的层。组分上，生成的3D零件包括零件材料，例如共聚物、电荷控制剂、吸热剂、流动控制剂和/或任何附加添加剂。

[0126] 性能分析和特征步骤

[0127] 本文描述的零件和支撑材料的各种性能和特征可以通过下文所述的各种测试步骤评价。

[0128] 1.玻璃化温度和热挠曲温度

[0129] 使用采用差示扫描量热法(DSC)ASTM D3418-12e1的经典ASTM方法确定玻璃化温度，并且该玻璃化温度以摄氏度报告。使用可以从Seiko Instruments，Inc.，Tokyo，Japan购买的商标为″SEIKO EXSTAR 6000″的DSC分析仪并且使用10毫克的支撑材料共聚物样品执行上述测试。使用也可以从Seiko Instruments，Inc.，Tokyo，Japan购买的商标为″DSCMeasurement V 5.7″和″DSC Analysis V5.5″的软件分析数据。该测试的温度曲线包括：(i)25℃至160℃加热速率10开尔文/分(第一加热周期)，(ii)160℃至20℃冷却速率10开尔文/分和(iii)20℃至260℃加热速率10开尔文/分(第二加热周期)。仅使用第二加热周期的热流动特性确定玻璃化温度。

[0130] 根据ASTM D648-07确定热挠曲温度。

[0131] 2.粒子尺寸和粒子尺寸分布

[0132] 使用可以从Beckman Coulter，Inc.，Brea，CA购买到的商标为″COULTER MULTISIZER II ANALYZER″的粒子尺寸分析仪测量粒子尺寸和粒子尺寸分布。基于D50粒子尺寸、D10粒子尺寸和D90粒子尺寸参数，在体积基础上测量粒子尺寸。例如，对于粒子样品10.0微米的D50粒子尺寸意味着样品中50％的粒子大于10.0微米，并且样品中50％的粒子小于10.0微米。类似地，对于粒子样品9.0微米的D10粒子尺寸意味着样品中10％的粒子小于9.0微米。此外，对于粒子样品12.0微米的D90粒子尺寸意味着样品中90％的粒子小于
12.0微米。

[0133] 基于D90/D50分布和D50/D10分布确定粒子尺寸分布。例如，10.0微米的D50粒子尺寸、9.0微米的D10粒子尺寸和12.0微米的D90粒子尺寸提供了1.2的D90/D50分布和1.1的D50/D10分布。

[0134] 如上所述，几何标准差σg优选满足上述公式1的标准，其中D90/D50分布和D50/D10分布优选为相同值或接近相同值。D90/D50分布和D50/D10分布的接近度由分布的比率确定。例如，1.2的D90/D50分布和1.1的D50/D10分布提供了1.2/1.1＝1.09的比率或约9％的差异。

[0135] 3.摩擦充电

[0136] 可以使用如下技术确定用于例如系统10的基于电子照相术的增材制造系统的粉末基材料的摩擦充电或静电充电性能。7重量份的粉末基材料的测试样品在具有93重量份的载体粒子的清洁干燥玻璃瓶中被搅动。载体粒子包括涂覆有1.25％重量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(对于负极充电)或聚偏二氟乙烯(PVDF)(对于正极充电)的聚合物涂层的锶铁氧体的磁化的22微米芯。

[0137] 粉末基材料和载体粒子的混合物在震动辊子上在25℃时被搅动45分钟，以确保载体粒子和粉末基材料的完全混合，并且确保Q/M比率的均衡。该混合模拟在零件或支持材料加入载体粒子时发生在电子照相术引擎的显影站中的混合过程。

[0138] 然后，使用TEC-3摩擦电荷分析仪(可从Torrey Pines Research，Fairport，NY购买)定量分析混合物样品。该分析仪使用电场从载体粒子表面剥离静电粉末，并且使用旋转的高强度的平面多极磁体将(可磁化的或永久磁化的)载体珠限制在下电极上。

[0139] 0.7克的混合物(样品粉末和载体粒子)样品置于清洁的不锈钢盘上，该不锈钢盘用作在施加的电场作用下的间隙板中的下电极。该下电极安装且定位在旋转的多极磁体之上，并且清洁的上板盘电极固定地安装在下电极之上，并且与其平行，以通过在电极外边缘使用绝缘的聚四氟乙烯(商标为″TEFLON″的PTFE)垫片在上和下电极板之间提供受控的5mm的间隙。

[0140] 如果期望负极地充电粉末，那么+1,500伏特的直流电压施加在电极两端，并且磁搅拌器被驱动以以1500rpm的速度旋转，从而在测量期间缓慢地将载体和粉末保持在测试约束之下，但仍在下电极上轻微地搅拌。可替代地，如果期望正极地充电粉末，那么施加-1,500伏特的负偏置电压。在任一情况下，施加的电场使得粉末/载体混合物中的粉末从载体上剥离，并且在限定的时间段内传输至上电极。

[0141] 剥离的粉末在测试中沉积在上电极上，并且在上电极上的诱导的累积电荷使用静电计被测量。传输至上电极的粉末的量被称重，并且与初始载体粉末混合物中的理论百分比进行比较。由于磁力的约束，所以载体仍保留在下板上。

[0142] 上板上的总电荷和已知的被传输的静电粉末的重量被用来计算测试粉末的Q/M比率，并且还根据初始与载体珠混合的理论量检查是否全部的静电粉末都已经从载体上传输。完成粉末传输至上板所花费的时间和粉末传输过程的效率百分比也被测量。

[0143] 4.粉末的可流动性

[0144] 如上所述，本公开的零件和支撑材料优选地展示出良好的粉末流动特性。这减少或阻止了在补充供给期间零件或支撑材料的阻塞或流动限制，否则这可能阻止零件或支撑材料供给至显影站中的载体粒子。通过视觉观察粉末的可流动性与可购买到的用于二维电子照相术工艺的碳粉比较而定性地测量样品材料的粉末可流动性，其被排名为具有“良好的流动”或“非常良好的流动”。

[0145] 5.熔体流变性

[0146] 优选地，零件和支撑材料的熔体流变性基本上与其各自的共聚物的熔体流变性相同，并且优选地不受其它添加物的不利地影响。此外，如上所述，用于与基于电子照相术的增材制造系统(例如系统10)一起使用的零件和支撑材料优选具有相似的熔体流变性。

[0147] 本公开的零件和支撑材料及其共聚物的熔体流变性基于它们在温度范围上的熔融指数被测量。使用可以从Shimadzu Corporation，Tokyo，Japan购买到的商标为″SHIMADZU CFT-500D″Flowtester Capillary Rheometer的流变仪测量该熔融指数。在每一个测试期间，2克样品被装入符合流变仪的标准操作的流变仪中，并且样品的温度被增加到50℃以使得样品稍微致密。

[0148] 然后，温度从50℃以每分钟5℃的速率上升，以使得样品首先软化然后流动。随着流变仪的活塞被驱动通过缸体，流变仪通过利用熔融物流过模具小孔的流动阻力测量样品粘度。流变仪记录软化点、流动开始时的温度和由于温度上升导致的流动加快的速率，直至缸体排尽样品熔融物。流变仪还计算在斜面中在每一个温度点处的以帕斯卡-秒(Pascal-seconds)表示的表观粘度。根据该数据，可以确定表观粘度相对于温度曲线的关系。

[0149] 虽然已经参照优选实施例描述了本公开，但是本领域技术人员应认识到，在不背离本公开的精神和范围的情况下可以在形式和细节上作出改变。