用于選擇性激光燒結的金屬粉末組合物的制作方法

專利名稱：用于選擇性激光燒結的金屬粉末組合物的制作方法
技術領域：
一般而言，本發明涉及選擇性激光燒結，并且具體但非排除而言，涉及一種用于選擇性激光燒結的金屬粉末組合物，其中所需要形狀的三維物體是通過下面的方法制成的在金屬粉末層上照射光束以形成燒結層，并且一層層地層壓這種燒結層。本發明還涉及制備該金屬粉末組合物的方法，并且涉及一種通過使用該金屬粉末組合物成型的三維物體。
背景技術：
已知通過使用選擇性激光燒結制備三維物體的方法，其中在金屬粉末組合物層的預定位置上，首先照射光束(直接的能量射束，例如激光)，以形成燒結層。然后用金屬粉末組合物的新層覆蓋由此得到的燒結層，并且在新層的預定位置上，照射光束，以形成與下層結合的新燒結層。重復進行這些過程，以形成燒結件或三維物體，其中一層層地牢固地層壓許多的燒結層。通過控制光束的能量密度，此方法可以得到各種狀態的成型物體，所述的狀態包括在成型物體內有許多空間(空洞)的狀態，及金屬粉末組合物已經被基本上完全熔化然后固化的狀態，即密度(燒結密度)為約100％的狀態。為此，可以將此方法用來制備要求具有光滑表面的成型模具。此外，此方法可以使成型物體的表面區域具有高密度，內部區域具有低密度，和它們之間的區域具有中密度。在成型物體具有不同密度的情況下，沒有為光滑表面犧牲成型速度。
但是，制備這種具有不同表面和內部密度的成型物體要求這樣的金屬粉末組合物，其具有不同于普通粉末燒結使用的金屬粉末組合物的特征。
舉例來說，金屬粉末組合物的粒徑必須小于每一種粉末層的厚度。較小的粒徑增加粉末組合物的堆積密度，并且增加在成型期間對光束的吸收率，因此，不僅可以增加成型密度，而且可以降低表面粗糙度。但是，太小的粒徑有時引起粉末組合物的內聚，導致粉末組合物堆積密度的降低并且不能均勻地形成粉末薄層。
再有，為了使成型物體具有要求的強度，用光束照射的部分和下面的燒結層具有大的粘合面積和高的粘合強度。而且，用光束照射的部分不必在其上表面具有大的突起或隆起。如果這種突起高于將在其上形成的粉末層的厚度，有時粉末層的形成變得困難。
此外，由于非必須的金屬粉末粘附于成型物體的表面，所以在加工成型物體以除去非必須的金屬粉末來暴露高密度表面區域時，需要良好的工作性能。
當然，在成型物體的表面必須沒有大的裂紋存在，并且考慮到引起液體介質如冷卻水流動經過例如注塑模具中，要求在其內部結構中沒有細裂紋。
用光束照射的金屬粉末組合物部分或完全熔化，然后通過隨后的快速冷卻而固化以轉變為燒結材料。在熔化期間高的潤濕性增加熔融材料與鄰近的燒結材料之間的粘合面積，并且高的流動性降低突起或隆起。為此，要求高的潤濕性和高的流動性。
考慮到上述，本申請的發明人提出了一種如在日本公開專利出版物2001-152204中所公開的金屬粉末組合物。這種金屬粉末組合物含有鉻鉬鋼粉末、磷銅或錳銅粉末和鎳粉末。由于其強度或韌性而采用鉻鉬鋼，由于其潤濕性或流動性而采用磷銅或錳銅，并且由于其加工性能而采用鎳。
在得到表面區域和內部區域之間具有不同密度的成型物體方面，上面所提到的金屬粉末組合物通常提供良好的結果，但仍然在潤濕性、流動性和加工性能(加工性)方面存在改善的余地。
如圖11描繪的在25倍的放大倍數下，由常規金屬粉末組合物得到的成型物體的一部分的照片所示，在高密度下燒結的部分具有在其中形成的微裂紋，其又損壞成型物體，在將其用作成型模具時尤其如此。

發明內容
發明概述提出本發明來克服上面所述的缺點。
因此，本發明的一個目的是提供一種可以用于選擇性激光燒結的金屬粉末組合物，以得到沒有微裂紋并且在燒結時具有優異的成型性能的成型物體。
本發明的另一個目的是提供一種容易制備上面所提到的金屬粉末組合物的方法。
本發明的再一個目的是提供一種可以用作注塑模具的成型物體。
在實現上述和其它的目的中，根據本發明的金屬粉末組合物包括鐵基粉末材料、鎳和/或鎳合金粉末材料、銅和/或銅合金粉末材料和石墨粉末材料。石墨粉末材料在熔化期間起改善潤濕性的作用或在固化期間起減少微裂紋的作用。
優選地，石墨粉末材料的比例為0.2重量百分比至1.0重量百分比，如果石墨粉末材料的比例小于0.2重量百分比或超過1.0重量百分比，減少微裂紋的作用被減小。
當石墨粉末材料的比例為0.2重量百分比至1.0重量百分比時，考慮到減少微裂紋或改善成型性能，進一步優選鐵基粉末材料的比例為60重量百分比至90重量百分比，鎳和/或鎳合金粉末材料的比例為5重量百分比至35重量百分比，銅和/或銅合金粉末材料的比例為5重量百分比至15重量百分比。
更具體而言，如果鎳和/或鎳合金粉末材料的比例小于5重量百分比，成型物體可能含有裂紋。另一方面，如果鎳和/或鎳合金粉末材料的比例超過35重量百分比，將成型物體通過快速冷卻進行大的熱收縮并且容易與由例如鐵制成的成型板分離。如果銅和/或銅合金粉末材料的比例小于5重量百分比，在熔化期間失去用于選擇性激光燒結的材料所要求的潤濕性或流動性。另一方面，如果銅和/或銅合金粉末材料的比例超過15重量百分比，降低了成型物體(含有很多銅的鐵合金)與成型板之間的粘合力，導致成型物體與成型板分離。
當滿足下面兩個條件至少一個時一個條件是鐵基粉末材料包括鉻鉬鋼粉末材料，另一個條件是銅合金粉末材料包括銅錳合金材料，由于石墨粉末材料的加入，進一步改善了成型物體的特性。
特別優選的是，鉻鉬鋼粉末材料的比例為60重量百分比至80重量百分比，鎳粉末材料的比例為15重量百分比至25重量百分比，銅錳合金粉末材料的比例為5重量百分比至15重量百分比，和石墨粉末材料的比例為0.2重量百分比至0.75重量百分比。
雖然優選鐵基粉末材料、鎳和/或鎳合金粉末材料和銅和/或銅合金粉末材料的每一種的平均顆粒直徑為5μm至50μm，但是進一步優選鐵基粉末材料的平均顆粒直徑小于鎳和/或鎳合金粉末材料的和銅和/或銅合金粉末材料的平均顆粒直徑。特別優選使用這樣的鐵基粉末材料，其平均顆粒直徑小于鎳和/或鎳合金粉末材料的和銅和/或銅合金粉末材料的約四分之三的平均顆粒直徑。
如果鐵基粉末材料、鎳和/或鎳合金粉末材料，或銅和/或銅合金粉末材料的平均顆粒直徑小于5μm，那么引起粉末組合物的內聚，降低粉末組合物的流動性，并且使其不能形成高密度的粉末層。如果該平均顆粒直徑超過50μm，粉末層的厚度不能小于50μm，難以實現高精度的成型。
為了通常在高密度下均勻地層壓金屬粉末組合物，優選粉末顆粒是球形的并且具有相對狹窄的顆粒尺寸分布。但是，當金屬粉末組合物加入有石墨粉末材料時，進一步優選鐵基粉末材料主要由非球形顆粒組成，而每一種鎳和/或鎳合金粉末材料和銅和/或銅合金粉末材料主要由球形顆粒組成。特別是當鐵基粉末材料是鉻鉬鋼粉末材料時，優選其平均顆粒直徑小于25μm。金屬粉末組合物可以是“粒狀粉末組合物”，其是作為通常具有球形顆粒已知的，所述的球形顆粒是通過用粘合劑(粘結劑)固化非常細的粉末顆粒而得到的。
一種制備根據本發明的金屬粉末組合物的方法，其特征在于，在鐵基粉末材料、鎳和/或鎳合金粉末材料和銅和/或銅合金粉末材料的混合物中混合石墨薄片，并且碾碎得到的混合物。此方法可以使處理容易并且使石墨均勻分布。
由于通過燒結上面所指的金屬粉末組合物而成型的三維物體在其表面上沒有裂紋，并且在其內部結構中幾乎沒有微裂紋，所以該三維物體的表面區域與內部區域的密度可以不同，并且可以將其用作注塑模具。


從下面參考附圖的優選實施方案的描述中，本發明的上述和其它目的和特征將變得更加清楚，至始自終，其相同的部件由相同的參考數字表示，并且其中圖1是通過使用根據本發明的金屬粉末組合物制備三維物體的裝置的示意透視圖；圖2是形成三維物體的示意前視圖；圖3是在25倍的放大倍數下，由添加有石墨粉末的金屬粉末得到的成型物體的一部分的照片；圖4是主要由非球形顆粒組成的鉻鉬鋼粉末的SEM照片；圖5是主要由球形顆粒組成的鎳粉末的SEM照片；圖6是主要由球形顆粒組成的銅錳合金粉末的SEM照片；圖7是石墨薄片的SEM照片；圖8是幾種粉末的混合物的SEM照片；圖9是在25倍的放大倍數下，由添加有生成碳化物的元素的金屬粉末得到的成型物體的一部分的照片；圖10是在25倍的放大倍數下，由添加有鐵基粉末的金屬粉末得到的成型物體的一部分的照片，所述的鐵基粉末含有許多生成碳化物的元素；和圖11是在25倍的放大倍數下，由常規金屬粉末得到的成型物體的一部分的照片；優選實施方案詳述本申請是基于分別于2003年2月25日和2003年7月28日在日本提交的申請2003-48263和2003-281260，明確地在此引入其全部內容作為參考。
圖1描繪了選擇性激光燒結的裝置。在那里所示的裝置包括用于形成粉末層10的粉末層形成單元2，用于形成燒結層11的燒結層形成單元3，和用于除去低密度表面層的表面層除去單元4。粉末層形成單元2通過下面的方法形成預定厚度Δt1的粉末層10首先在有限空間通過氣缸垂直移動的可垂直移動的桌20上，供給金屬粉末組合物，并且接著通過使用夷平葉片21將粉末組合物夷平。燒結層形成單元3通過下面的方法形成燒結層11通過一個包括折射器31等的掃描光學系統，在粉末層10上照射由激光束發生器30發出的激光。優選將激光振蕩器用作激光束發生器30，并且優選將電鏡(galvanomirror)用作偏轉器31。表面層除去單元4包括安裝在粉末層形成單元2基底上的XY驅動單元40和安裝在XY驅動單元40上的修整機41。優選將切削機如端銑刀、鉆孔機等用作修整機41。
圖2描繪怎樣使用上面所指的裝置來制備三維物體。如其中所示，首先在可垂直移動的桌20上安置的基底22上，供給金屬粉末組合物，可垂直移動的桌20用作調節燒結層形成單元3和燒結層之間距離的距離調節器。然后，通過夷平葉片21，將供給在基底22上的粉末組合物夷平，以形成第一粉末層10，并且在第一粉末層10的所需要部分上照射光束(激光束)L以使其燒結，由此形成與基底22結合的燒結層11。
然后，將可垂直移動的桌20降低預定的高度，并且通過再次供給金屬粉末組合物和通過使用夷平葉片21將其夷平，形成第二粉末層10。再次在第二粉末層10的所需要部分上照射激光束L以使其燒結，由此形成與下面的燒結層11結合的另一燒結層11。
重復進行在降低可垂直移動的桌20之后，形成新的粉末層10的過程和在新粉末層10的所需要部分上照射激光束L，以形成新燒結層11的過程，由此制備目標三維物體。優選將CO2激光用作光束。在三維物體是成型模具的應用中，優選粉末層10的每一層的厚度Δt1為約0.05mm。
由事先設計的三維CAD數據來準備指示激光照射路徑的數據和指示切削路徑的數據，以指示所需要的形狀。在確定激光照射的路徑中，在等間距(0.05mm，在Δt1為0.05mm的情況下)下，由已經得到的每一部分用的等高線數據來確定目標形狀，該等高線數據是通過分割由三維CAD模型創建的STL數據而得到的。優選這樣進行光束的照射，以便三維物體的至少一個表面區域被燒結以具有高密度(例如，孔隙率小于5％)，同時三維物體的內部被燒結以具有低密度。即，模型數據被分為用于表面區域的數據和用于內部區域的數據，并且激光束在這樣的條件下照射其中內部區域成為多孔的和表面區域通過在其中的大部分粉末組合物的熔化而成為具有高密度，使其可以高速得到具有稠密表面的成型物體。
在多層燒結層11的形成期間，當其總厚度達到一個具體的值，即由例如銑刀頭41的工具長度決定的值時，激活表面層除去單元4以切削在那時已經成型的三維物體的表面。例如，直徑為1mm并且有效葉片長度為3mm的銑刀頭41的工具(圓頭槽銑刀)可以進行深度為3mm的切削。因而，如果粉末層10的厚度Δt1為0.05mm，當形成了60層的燒結層11時，激活表面層除去單元4。
表面層除去單元4可以除去由粘附至成型物體表面的粉末形成的低密度表面層，并且可以同時切削掉部分高密度區域，由此在成型物體的整個表面之上暴露高密度區域。為此，將燒結層11的形狀形成為稍大于所需要形狀的尺寸。
如前面所述，切削路徑及激光照射路徑是由三維CAD數據制定的。盡管切削路徑是基于所謂的等高線加工決定的，但是在燒結期間，不總是要求切削路徑的垂直間距與層壓的間距相同。如果目標物具有平緩坡度，通過減小垂直間距，可以得到平滑的表面。
盡管在舉例說明的實施方案中裝置包括在成型期間用于切削工作的表面層除去單元4，但本發明還可以應用于普通的選擇性激光燒結，其中沒有采用表面層除去單元，并且在成型期間不進行切削工作。
在通過使用上面所指的選擇性激光燒結來制備三維物體時，所使用的金屬粉末組合物對成型物體的成型性能或質量具有巨大的影響。在本發明的實踐中，使用的是鐵基粉末材料、鎳粉和/或鎳合金粉末材料、銅粉和/或銅合金粉末材料和石墨粉末材料的混合物。
盡管為了降低待燒結組合物的熔點或者提高燒結密度的目的，也在燒結鐵基粉末中使用石墨，但是迄今為止認為在通過在其上照射光束來熔化厚度Δt1＝0.05mm的相當薄的粉末層10中，不需要石墨。但是，此申請的發明人發現石墨粉末的加入對在熔化期間改善潤濕性或在高密度部分的固化期間減少微裂紋而言，是相當有效的。
圖3描繪了添加有石墨粉末的成型物體的一部分，特別顯示的是有石墨塊斑點的成型物體。
石墨粉末的比例取決于金屬粉末組合物的比例，并且優選其小于約1重量百分比。具體而言，當鐵基粉末的比例為60-90重量百分比，鎳粉和/或鎳合金粉末的比例為5-35重量百分比，和銅粉和/或銅合金粉末的比例為5-15重量百分比時，優選石墨粉末的比例為0.2-1.0重量百分比。如果石墨粉末的比例超過1重量百分比，減少微裂紋的作用明顯地降低，導致微裂紋的產生至類似于沒有石墨粉末加入情況下的程度。
優選將鉻鉬鋼的粉末和銅錳合金的粉末分別用作鐵基粉末和銅合金粉末。當滿足這兩個條件的至少一個時，可以保證提高添加有石墨粉末的成型物體的特性。
當鉻鉬鋼粉末的比例為60-80重量百分比，鎳粉末的比例為15-25重量百分比，銅錳合金粉末的比例為5-15重量百分比，和石墨粉末的比例為0.2-0.75重量百分比時，高密度部分沒有細裂紋，并且對于高密度部分和低密度部分這兩部分而言，可以得到所需要的成型性能。
優選所有的鐵基粉末、鎳粉和/或鎳合金粉末和銅粉和/或銅合金粉末的平均顆粒直徑為5-50μm。如果顆粒直徑太小，引起粉末組合物的內聚。因而，當粉末層10的厚度Δt1為0.05mm時，將平均顆粒直徑設置為約30μm。
由于通常在高密度下均勻層壓金屬粉末組合物，優選粉末顆粒為球形的，并且具有相對狹窄的顆粒尺寸分布。但是，在加入石墨粉末時，優選鐵基粉末主要由非球形顆粒組成，而鎳粉和/或鎳合金粉末和銅粉和/或銅合金粉末主要由球形顆粒組成。具體而言，在鐵基粉末是主要由非球形顆粒組成的鉻鉬鋼粉末和其平均顆粒直徑小于25μm，并且還小于鎳粉和/或鎳合金粉末或銅粉和/或銅合金粉末材料的約四分之三的平均顆粒直徑情況下，可以得到良好的結果。
具體實施方案實施例使用主要由非球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為20μm的SCM440(鉻鉬鋼)粉末(參見圖4)、主要由球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為30μm的Ni(鎳)粉末(參見圖5)和主要由球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為30μm的CuMnNi(例如由Cu-10重量％Mn-3重量％Ni制成的銅錳合金)(參見圖6)，來制備6種金屬粉末組合物。如下所示，該6種金屬粉末組合物添加有不同比例的C(石墨)a)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNib)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.2重量％Cc)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.4重量％Cd)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％Ce)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.75重量％Cf)70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+1.0重量％C在下面的條件下，使用所述的6種金屬粉末組合物(a)-(f)，進行選擇性激光燒結粉末層厚度0.05mm所用的激光器200W CO2激光器(輸出90％)掃描速度75mm/秒掃描間距0.25mm對于其中沒有添加石墨的金屬粉末組合物(a)，發現大量的微裂紋，而對于其中添加了0.5重量％石墨的金屬粉末組合物(d)，沒有發現微裂紋。對于其中添加了0.4重量％石墨的金屬粉末組合物(c)，僅發現很少的微裂紋。對于其中添加了0.2重量％石墨的金屬粉末組合物(b)和對于其中添加了0.75重量％石墨的金屬粉末組合物(e)，與其中沒有添加石墨的金屬粉末組合物(a)相比，確認了減少微裂紋的作用。對于其中添加了1.0重量％石墨的金屬粉末組合物(f)，與金屬粉末組合物(a)相比，發現基本上相同的數目或稍少數目的微裂紋。
在下面的條件下制備密度不同的三維物體i)高密度部分掃描速度75mm/秒掃描間距0.25mmii)中密度部分掃描速度150mm/秒掃描間距0.5mmiii)低密度部分掃描速度200mm/秒掃描間距0.3mm在制備三維物體中，高密度部分和中密度部分的每一層都用激光照射，而低密度層每隔一層用激光照射。
就其中添加有石墨粉末的金屬粉末組合物而言，由于僅少量的隆起存在，得到了良好的流動特性(流動性)。
制備另一種與金屬粉末組合物(d)相同組成的金屬粉末組合物，其含有主要由球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為30μm的鉻鉬鋼粉末，該直徑與其它非鐵金屬粉末的平均顆粒直徑相同。在下面的條件下，燒結此金屬粉末組合物粉末層厚度0.05mm所用的激光器200W CO2激光器(輸出90％)掃描速度75mm/秒掃描間距0.25mm用此金屬粉末組合物，雖然發現少量的微裂紋和由于微孔的存在而導致密度降低至某種程度，但與金屬粉末組合物(d)相比，可以得到基本上良好的成型物體。
使用CuP(銅磷)合金粉末代替在金屬粉末組合物(d)中的銅錳合金粉末，制備另一種金屬粉末組合物并且在相同的條件下燒結。CuP合金粉末主要由球形顆粒組成并且平均顆粒直徑為30μm。對于這種金屬粉末組合物，發現微裂紋的存在并且燒結層具有不均勻的上表面，其又阻礙下一粉末層的形成。此外，燒結層沒有足夠的橫向強度。
使用CuP(銅磷)合金粉末代替在金屬粉末組合物(d)中的銅錳合金粉末，制備再一種金屬粉末組合物并且在相同的條件下燒結。在此情況下，銅磷合金粉末主要由球形顆粒組成并且平均顆粒直徑為30μm，并且鉻鉬鋼粉末主要由球形顆粒組成并且平均顆粒直徑為30μm，該直徑與其它非鐵金屬粉末的平均顆粒直徑相同。盡管與主要由球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為30μm的銅磷合金粉末與主要由非球形顆粒組成的并且平均顆粒直徑為20μm的鉻鉬鋼粉末的組合相比，可以得到更好的結果，但是發現微裂紋的存在。
添加有銅磷合金粉末的金屬粉末和添加有銅錳合金粉末的金屬粉末導致微裂紋產生的因素不同。認為后者引起微裂紋是由于在激光燒結期間的熔化不良，并且認為平均顆粒直徑比其它非鐵金屬粉末小的鉻鉬鋼粉末的使用促進熔化，由此減少了微裂紋的數量。
在使用的是主要由非球形顆粒組成的鉻鉬鋼粉末的情況下，與主要由球形顆粒組成的鉻鉬鋼粉末相比，石墨粉末有效地散布在每一顆鉻鉬鋼粉末顆粒的表面上。在前一種情況下，而不是在后一種情況下，石墨粉末的加入更有效。
在石墨粉末與含有鐵基粉末、鎳粉和/或鎳合金粉末和銅粉和/或銅合金粉末的混合物的金屬粉末組合物混合中，首先將如圖7所示的石墨薄片加入到金屬粉末組合物中，然后在研缽中碾碎或磨碎。圖8描繪的是所得到的其中沒有發現石墨粉末的混合物。其理由是石墨有效地散布在金屬粉末組合物的表面上，尤其是主要由非球形顆粒組成的鉻鉬鋼粉末的表面上。在此情況下，與石墨粉末僅與金屬粉末組合物混合的情況相比，可以得到良好的成型性能，并且發現更少量的微裂紋。
此外，制備和燒結另一種金屬粉末組合物，其顆粒的最大長度小于鐵基粉末的平均顆粒直徑并且尤其是小于10μm。在通過激光器的照射的熔化期間，燒結的層顯示其中使碳進入鐵中以降低熔點的滲碳作用。由于提高了熔化期間的流動特性，降低了燒結層表面的不均勻性。
順便提及，由炭黑，即通過天然氣或液態烴的不完全燃燒或熱分解得到的細黑粉末，可以得到由最大長度為1至7微米的超細顆粒組成的石墨粉末。也可以通過噴射研磨得到這種石墨粉末。
盡管圖3中的黑點表示石墨沉積物，但優選事先在鐵中混合用于制備碳化物的一種元素或多種元素。如果將一種元素或多種元素如Cr(鉻)、Mo(鉬)、W(鎢)、V(釩)等混合于鐵中，當由熔融狀態固化時，傾向于沉積的碳與這種元素化合，轉變為碳化物，使其可以防止碳的沉積。
圖9是在這樣的情況下的SEM照片即W(鎢)粉末被加入到上面所指的金屬粉末組合物(d)(70重量％SCM440-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％C+0.5重量％W)中的情況，而圖10是在這樣的情況下的SEM照片即其中鐵基粉末SCM440被含有許多生成碳化物的元素的SKH鋼粉末(70重量％SKH51-21重量％Ni-9重量％CuMnNi+0.5重量％C)所代替的情況。這些照片顯示與圖3所示并且由金屬粉末組合物(d)得到的成型物體相比，在其中顯示的成型物體含有減少數量的碳沉積物。減少數量的碳沉積物可以實現高密度、高強度和高硬度的成型，并且不存在沉積的碳提高了加工后的表面粗糙度。
通過選擇性激光燒結上面所討論的金屬粉末組合物而得到的三維物體具有足夠的適宜于注塑模具的特性。
為了便于處理，上面所討論的金屬粉末可以是“粒狀粉末”。
雖然通過參考附圖的實施例全面地描述了本發明，但這里應當注意的是對本領域的技術人員而言，各種變化和修改將是顯然的。因此，除非這種變化和修改另外離開了本發明的精神和范圍，否則應當認為它們被包括在其中。
權利要求
1.一種用于選擇性激光燒結的金屬粉末組合物，其包含鐵基粉末材料；鎳和/或鎳合金粉末材料；銅和/或銅合金粉末材料；和石墨粉末材料。
2.根據權利要求1所述的金屬粉末組合物，其中所述石墨粉末材料的比例為0.2重量百分比至1.0重量百分比。
3.根據權利要求2所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料的比例為60重量百分比至90重量百分比，所述鎳和/或鎳合金粉末材料的比例為5重量百分比至35重量百分比，和所述銅和/或銅合金粉末材料的比例為5重量百分比至15重量百分比。
4.根據權利要求1所述的金屬粉末組合物，其中滿足下面至少一個條件所述鐵基粉末材料包括鉻鉬鋼粉末材料的條件和所述銅合金粉末材料包括銅錳合金材料的條件。
5.根據權利要求4所述的金屬粉末組合物，其中所述鉻鉬鋼粉末材料的比例為60重量百分比至80重量百分比，所述鎳粉末材料的比例為15重量百分比至25重量百分比，所述銅錳合金粉末材料的比例為5重量百分比至15重量百分比，和所述石墨粉末材料的比例為0.2重量百分比至0.75重量百分比。
6.根據權利要求1所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料、鎳和/或鎳合金粉末材料和銅和/或銅合金粉末材料中每一種的平均顆粒直徑為5μm至50μm。
7.根據權利要求6所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料的平均顆粒直徑小于所述鎳和/或鎳合金粉末材料和所述銅和/或銅合金粉末材料的平均顆粒直徑。
8.根據權利要求7所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料的平均顆粒直徑小于鎳和/或鎳合金粉末材料和銅和/或銅合金粉末材料的約四分之三的平均顆粒直徑。
9.根據權利要求6所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料主要由非球形顆粒組成，而所述鎳和/或鎳合金粉末材料和所述銅和/或銅合金粉末材料中每一種主要由球形顆粒組成。
10.根據權利要求9所述的金屬粉末組合物，其中所述鐵基粉末材料包含平均顆粒直徑小于25μm的鉻鉬鋼粉末。
11.根據權利要求9所述的金屬粉末組合物，其中所述石墨粉末材料包含其最大長度小于鐵基粉末材料的平均顆粒直徑的顆粒。
12.根據權利要求1所述的金屬粉末組合物，其中所述的金屬粉末組合物包含粒狀粉末。
13.根據權利要求1所述的金屬粉末組合物，其還包含一種在其中混合的生成碳化物的元素。
14.一種制備根據要求1至13任何一項所述的金屬粉末組合物的方法，該方法包含制備鐵基粉末材料；制備鎳和/或鎳合金粉末材料；制備銅和/或銅合金粉末材料；混合所述的鐵基粉末材料、所述的鎳和/或鎳合金粉末材料和所述的銅和/或銅合金粉末材料；在所述的鐵基粉末材料、所述的鎳和/或鎳合金粉末材料和所述的銅和/或銅合金粉末材料的混合物中，混合石墨薄片；和碾碎所得到的混合物。
15.一種三維物體，其是通過燒結根據要求1至13任何一項所述的金屬粉末組合物而成型的。
全文摘要
一種所需形狀的三維物體是通過下面的方法制成的在金屬粉末層上照射光束以形成燒結層，并且一層層地層壓這種燒結層。用于制備這種三維物體的金屬粉末組合物包括鐵基粉末材料，鎳和/或鎳合金粉末材料，銅和/或銅合金粉末材料，和石墨粉末材料。石墨粉末材料在熔化期間起改善潤濕性的作用并且在固化期間起減少微裂紋的作用。
文檔編號B22F1/00GK1524649SQ20041000682
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月24日 優先權日2003年2月25日
發明者不破勛, 吉田德雄, 上永修士, 巖永俊治, 東喜萬, 峠山裕彥, 阿部諭, 武南正孝, 清不俊, 士, 孝, 彥, 治, 雄 申請人:松下電工株式會社