СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НАНОЧАСТИЦЫ ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ Российский патент 2018 года по МПК H01L21/8222 B82B1/00 

Область техники

[0001] Настоящее изобретение, в целом, относится к трехмерной («3D») печати и, более конкретно, к материалам для применения в способе 3D-печати, в котором применяют лазерное и/или электронно-лучевое спекание.

Уровень техники

[0002] 3D-печать используют для создания сложных 3D-объектов непосредственно из компьютерного цифрового проекта. В целом, технологию 3D-печати можно разделить на три категории: (1) стереолитография («SLA»), (2) моделирование методом послойного наплавления («FDM») и (3) технология порошкового напыления с применением лазерного луча и/или электронного луча. В SLA происходит селективное отверждение фоточувствительных (УФ-отверждаемых) полимеров под действием лазера (например, лазерного спекания) или другого источника света, тогда как в FDM происходит селективное нанесение термопластичного расплавленного полимера через нагретое сопло. Однако и SLA, и FDM ограничены применением пластмасс, и их не используют для создания металлических объектов.

[0003] Технологию порошкового напыления можно применять для получения металлических объектов из микроразмерных порошков с помощью лазерного спекания. Металлические порошки, используемые при лазерном спекании, могут быть потенциально взрывоопасными. Для снижения риска возгорания порошка принтеры, в которых используют технологию порошкового напыления, зачастую устанавливают в камеру, заполненную азотом, из-за чего они становятся непригодными для домашнего использования. Кроме того, изготовленные объекты зачастую являются пористыми изнутри, что делает их более хрупкими по сравнению с объектами, полученными стандартными способами. Следовательно, необходим улучшенный способ 3D-печати и улучшенный металлический материал для применения в указанном способе.

Краткое описание изобретения

[0004] Ниже представлено упрощенное краткое описание для базового понимания некоторых аспектов одного или нескольких вариантов реализации настоящего изобретения. Данное краткое описание не является исчерпывающим обзором, а также не предназначено ни для определения основных или существенных элементов настоящего изобретения, ни для ограничения объема описания. Скорее, оно предназначено, в основном, лишь для представления в упрощенной форме одной или нескольких концепций в качестве вступления к подробному описанию, изложенному далее.

[0005] Описан материал для применения в 3D-принтере. Указанный материал может содержать множество металлических частиц и стабилизирующий материал. Металлические частицы могут иметь среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 100 нм. Стабилизирующий материал может содержать органический амин, карбоновую кислоту, тиол и его производные, ксантогеновую кислоту, полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон или их комбинацию.

[0006] В другом варианте реализации изобретения указанный материал может содержать множество металлических микрочастиц, имеющих среднюю поперечную длину от примерно 1 мкм до примерно 250 мкм. Металлические микрочастицы могут содержать множество металлических наночастиц, имеющих среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 50 нм, и стабилизирующий материал на внешних поверхностях указанных наночастиц.

[0007] Описан также способ печати объекта при помощи 3D-принтера. Указанный способ может включать загрузку множества стабилизированных частиц в подающую камеру 3D-принтера. Стабилизированные частицы могут содержать множество металлических частиц и стабилизирующий материал. Металлические частицы могут иметь среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 100 нм. Стабилизирующий материал может содержать амин, органический амин, карбоновую кислоту, тиол и его производные, ксантогеновую кислоту, полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон или их комбинацию. Часть стабилизированных частиц может переходить из подающей камеры в рабочую камеру 3D-принтера. Стабилизированные частицы могут быть спечены в рабочей камере при температуре, меньшей или равной примерно 200°С, с образованием отпечатанного объекта.

Краткое описание графических материалов

[0008] Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящее описание и составляют его часть, иллюстрируют варианты реализации настоящего изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения. На чертежах:

[0009] На фиг. 1 приведена иллюстративная система для печати металлических 3D-объектов в соответствии с одним или несколькими из описанных вариантов реализации.

Подробное описание изобретения

[0010] Ниже следует подробное описание иллюстративных вариантов реализации настоящего изобретения, примеры которых продемонстрированы на прилагаемых чертежах. По мере возможности на чертежах использованы одинаковые числовые обозначения для указания одинаковых, аналогичных или похожих деталей.

[0011] При использовании в настоящем документе, если не указано иное, слово «принтер» охватывает любое устройство, которое выполняет функцию вывода на печать для любых целей, такое как цифровое копировальное устройство, машина для изготовления книг, факсимильный аппарат, многофункциональное устройство, электрофотографический аппарат, 3D-принтер, который может создавать 3D-объекты и т.д. Следует понимать, что структуры, изображенные на фигурах, могут содержать дополнительные детали, которые для простоты не показаны, а изображенные конструкции могут быть исключены или модифицированы.

[0012] В 3D-принтере может быть использовано множество металлических частиц для создания металлического объекта. Металлические частицы могут представлять собой или могут содержать любой металл или металлический сплав, такой как серебро, золото, алюминий, платина, палладий, медь, кобальт, хром, индий, титан, цирконий, никель и их сплавы или их комбинации. Металлические частицы могут иметь среднюю поперечную длину (например, диаметр), меньшую или равную примерно 100 нм, меньшую или равную примерно 50 нм или меньшую или равную примерно 20 нм. Частицы такого размера могут упоминаться как наночастицы. Металлические наночастицы могут быть в форме порошка. Кроме того, металлические наночастицы могут содержать композит наночастиц серебра или композит наночастиц металлов, такой как, например, Au--Ag, Ag-Cu, Ag-Ni, Au-Cu, Au--Ni, Au-Ag-Cu и Au-Ag--Pd. Различные компоненты композитов могут содержаться в количестве, находящемся, например, в диапазоне от примерно 0,01% до примерно 99,9% по массе, в частности, от примерно 10% до примерно 90% по массе.

[0013] Может быть трудно контролировать термическую диффузию при более высоких температурах, которые обычно вызывают спекание нежелательных порций порошка, что приводит к возникновению ошибки в отпечатанном объекте. Однако металлические частицы таких размеров, как описаны выше (т.е. «наночастицы»), могут иметь температуру плавления и/или спекания, которая меньше или равна примерно 200°С, меньше или равна примерно 150°С, меньше или равна примерно 125°С, или меньше или равна примерно 100°С. За счет снижения температуры плавления и/или спекания до указанного выше диапазона можно уменьшить также объем термической диффузии, создаваемой в процессе печати. Это может уменьшить ошибочность и улучшить точность печати.

[0014] В отличие от «микроразмерных частиц» или «микрочастиц» (например, частиц, имеющих среднюю поперечную длину от примерно 1 мкм до примерно 999 мкм), металлические наночастицы могут обладать улучшенным поглощением в УФ и видимой области спектра за счет поглощения поверхностных плазмонов. Например, наночастицы серебра обладают сильным поглощением при около 410-420 нм. См., например, (J. of Microelectronics and Electronic Packaging, 2013, 10, 49-53). Такое поглощение может обеспечивать возможность применения маломощного (и низкотемпературного) лазера (например, голубого лазера). В некоторых вариантах реализации изобретения размер (т.е. средняя поперечная длина) наночастиц может быть меньше, чем длина волны спекающего источника света (лазера, ксеноновой лампы, электронного луча и т.д.).

[0015] Кроме того, металлические наночастицы менее вероятно могут рассеивать и/или отражать лазерный луч, чем более крупные микрочастицы. Рассеяние и/или отражение света может обусловливать более крупный размер элемента, чем лазерный луч, и, следовательно, более низкое разрешение в изготовленном объекте. Металлические наночастицы могут обеспечивать возможность 3D-печати при разрешении, меньшем или равном примерно 25 мкм, меньшем или равном примерно 10 мкм, или меньшем или равном примерно 5 мкм. Это может облегчать получение металлического объекта с гладкой поверхностью (например, с низкой шероховатостью поверхности).

[0016] К металлическим наночастицам можно добавить стабилизирующий материал (или стабилизатор) для получения стабилизированной матрицы наночастиц (например, в форме порошка). Стабилизирующий материал может представлять собой или содержать амин (например, органический амин), карбоновую кислоту, тиол и его производные, -OC(S)SH (ксантогеновую кислоту), полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон и другие органические поверхностно-активные вещества или их комбинации. Металлические наночастицы со стабилизирующим материалом по меньшей мере частично могут быть в форме множества частиц, имеющих среднюю поперечную длину (например, диаметр), меньшую или равную примерно 100 нм, меньшую или равную примерно 50 нм или меньшую или равную примерно 20 нм. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере часть стабилизирующего материала может быть связана с поверхностью металлических наночастиц. Другими словами, металлические наночастицы могут быть отделены друг от друга стабилизирующим материалом, образуя дискретную фазу. Согласно вариантам реализации изобретения, стабилизирующий материал может представлять собой органический стабилизатор. Термин «органический» в «органическом стабилизаторе» относится, например, к наличию атома(-ов) углерода, но органический стабилизатор может содержать один или более неметаллических гетероатомов, таких как азот, кислород, сера, кремний, галоген и т.п. Органический стабилизатор может представлять собой органический аминный стабилизатор, такой как описан в патенте США №7270694, который в полном объеме включен в настоящий документ посредством ссылки. Примеры органического амина могут включать алкиламин, такой как, например, бутиламин, пентиламин, гексиламин, гептиламин, октиламин, нониламин, дециламин, гексадециламин, ундециламин, додециламин, тридециламин, тетрадециламин, диаминопентан, диаминогексан, диаминогептан, диаминооктан, диаминононан, диаминодекан, диаминооктан, дипропиламин, дибутиламин, дипентиламин, дигексиламин, дигептиламин, диоктиламин, динониламин, дидециламин, метилпропиламин, этилпропиламин, пропилбутиламин, этилбутиламин, этилпентиламин, пропилпентиламин, бутилпентиламин, трибутиламин, тригексиламин и т.п., или их смеси. Примеры других органических стабилизаторов могут включать, например, тиол и его производные, -OC(S)SH (ксантогеновую кислоту), полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон и другие органические поверхностно-активные вещества. Органический стабилизатор может быть выбран из группы, состоящей из тиола, такого как, например, бутантиол, пентантиол, гексантиол, гептантиол, октантиол, декантиол и додекантиол; дитиола, такого как, например, 1,2-этандитиол, 1,3-пропандитиол и 1,4-бутандитиол; или смеси тиола и дитиола. Органический стабилизатор может быть выбран из группы, состоящей из ксантогеновой кислоты, такой как, например, О-метилксантогенат, О-этилксантогенат, О-пропилксантогеновая кислота, О-бутилксантогеновая кислота, О-пентилксантогеновая кислота, О-гексилксантогеновая кислота, О-гептилксантогеновая кислота, О-октилксантогеновая кислота, О-нонилксантогеновая кислота, О-децилксантогеновая кислота, О-ундецилксантогеновая кислота, О-додецилксантогеновая кислота. В качестве стабилизаторов могут быть использованы также органические стабилизаторы, содержащие производное пиридина (например, додецилпиридин) и/или органофосфин, которые могут стабилизировать наночастицы металла.

[0017] Дополнительные примеры стабилизированных наночастиц серебра могут включать: наночастицы серебра, стабилизированные комплексом карбоновой кислоты и органического амина, описанные в публикации заявки на патент США №2009/0148600; наночастицы серебра, стабилизированные карбоновой кислотой, описанные в публикации заявки на патент США №2007/0099357 А1, а также термически удаляемый стабилизатор и УФ-разлагаемые стабилизаторы, описанные в публикации заявки на патент США 2009/0181183, каждая из которых включена в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

[0018] Стабилизирующий материал может покрывать металлические наночастицы для снижения или исключения возможности воспламенения или взрыва наночастиц при нагревании лазером. Например, стабилизирующий материал может образовывать вокруг металлических наночастиц по меньше мере частичную непроводящую органическую оболочку, которая служит в качестве буфера. Взрывоопасность металлически наночастиц можно оценить при помощи показателя взрываемости K_st. В некоторых вариантах реализации значение K_st может быть менее 100 бар*м/с, менее 50 бар*м/с или менее 25 бар*м/с. K_st представляет собой нормализованную по размеру максимальную скорость нарастания давления для взрыва при постоянном объеме, которую определяют в стандартизированном оборудовании при помощи стандартизированных методов испытаний. Она представляет собой параметр взрываемости.

[0019] Металлические наночастицы могут содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примерно 65 масс. % до примерно 75 масс. %, от примерно 75 масс. % до примерно 85 масс. %, от примерно 85 масс. % до примерно 95 масс. % или более, а стабилизирующий материал может содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примрено 5 масс. % до примерно 15 масс. %, от примерно 15 масс. % до примерно 25 масс. %, от примерно 25 масс. % до примерно 35 масс. % или более. Металлические наночастицы могут содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примерно 20 об. % до примерно 30 об. %, от примерно 30 об. % до примерно 40 об. %, от примерно 40 об. % до примерно 50 об. %, от примерно 50 об. % до примерно 60 об. % или более, а стабилизирующий материал может содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примерно 40 об. % до примерно 50 об. %, от примерно 50 об. % до примерно 60 об. %, от примерно 60 об. % до примерно 70 об. % или более. В одном из вариантов реализации изобретения металлические наночастицы могут содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примерно 20 об. % до примерно 49 об. %, а стабилизирующий материал может содержаться в стабилизированной матрице наночастиц в количестве от примерно 51 об. % до примерно 80 об. %.

[0020] Металлические наночастицы и/или стабилизированная матрица наночастиц (т.е. металлические наночастицы плюс стабилизирующий материал) могут быть загружены в 3D-принтер по меньшей мере в трех различных формах. В первой форме металлические наночастицы и/или стабилизированная матрица наночастиц могут быть агломерированы с образованием частиц, имеющих среднюю поперечную длину (например, диаметр) от примерно 1 мкм до примерно 500 мкм, от примерно 5 мкм до примерно 250 мкм или от примерно 100 мкм до примерно 250 мкм. Иными словами, металлические наночастицы, используемые в 3D-принтере, могут представлять собой микронные частицы. Каждая микрочастица может содержать множество наночастиц.

[0021] Во второй форме металлические наночастицы и/или стабилизированная матрица наночастиц могут быть диспергированы в одном или нескольких жидких растворителях с образованием пасты. Растворители могут представлять собой или содержать углеводород, спирт, сложный эфир, кетон, простой эфир или их комбинации. Иллюстративный углеводород включает алифатический углеводород, такой как декалин, бициклогексил, додекан, тетрадекан, изопарафины Isopar и т.п., ароматический углеводород, такой как ксилол, триметилбензол, этилбензол, пропилбензол, бутилбензол, пентилбензол, метилэтилбензол, тетрагидронафталин и т.п. Иллюстративный спирт может включать терпинеол, этиленгликоль, этанол, бутанол, карбитол и т.п. Иллюстративный сложный эфир может включать моноэтилацетат пропиленгликоля (ПГМЭА) или ДПГМЭА. В процессе производства паста может предотвращать образование облаков пыли из металлических наночастиц. Кроме того, разбавление матрицы растворителем может дополнительно снижать риск воспламенения или взрыва наночастиц при нагревании лазером. Более того, слой пасты в рабочей камере может быть нанесен более равномерно (описано ниже), что может обеспечивать большую однородность отпечатанного объекта.

[0022] В третьей форме металлические наночастицы могут быть диспергированы в полимерной матрице с образованием микроразмерных частиц (например, порошка). Полимерная матрица может представлять собой или содержать сложный полиэфир, поликарбонат, полистирол, акрилатный полимер, поливинилпиридин, поливинилпирролидон или их комбинацию. Микроразмерные частицы могут быть получены диспергированием металлических наночастиц в растворителе (например, в одном или нескольких растворителях, описанных выше), высушиванием металлических наночастиц и измельчения полученного твердого вещества с образованием микронного порошка.

[0023] На фиг. 1 приведен иллюстративный 3D-принтер 100 для печати металлических 3D-объектов в соответствии с одним или несколькими из описанных вариантов реализации. Принтер 100 может содержать подающую камеру 110, ограниченную одной или несколькими боковыми стенками 112 и подающим поршнем 116. Стабилизированные металлические наночастицы (например, матрица) 102 могут быть загружены в подающую камеру 110 в форме порошка и/или пасты. После загрузки верхняя поверхность 104 стабилизированных металлических наночастиц 102 может находиться вровень или ниже верхней поверхности 114 боковой стенки 112. Затем подающий пистон 116 может двигаться вверх в направлении стрелки 118 до тех пор, пока верхняя поверхность 104 стабилизированных наночастиц 102 не станет вровень или выше верхней поверхности 114 боковой стенки 112.

[0024] Затем передаточный элемент (например, ролик) 120 может переносить часть 106 стабилизированных металлических наночастиц 102, находящихся над верхней поверхностью 114 боковой стенки 112, из подающей камеры 110 в рабочую камеру 130 (например, в направлении стрелки 122). Рабочая камера 130 может быть ограничена одной или несколькими боковыми стенками 132 и рабочим поршнем 136. Перенесенная часть 106 стабилизированных наночастиц 102 может образовывать первый слой в рабочей камере 130, который имеет толщину от примерно 10 мкм до примерно 50 мкм, от примерно 50 мкм до примерно 100 мкм, от примерно 100 мкм до примерно 250 мкм или более.

[0025] Сканирующая система 140 может сканировать стабилизированные металлические наночастицы 102 в первом слое, а затем лазер 142 может выполнять спекание первого слоя в ответ на результаты сканирования. Лазер 142 может представлять собой лазер непрерывного излучения или импульсный лазер. Если лазер 142 представляет собой импульсный лазер, то для правильного спекания можно подобрать длительность импульса и интервалы. Например, при использовании в процессе печати пасты металлических наночастиц, импульсы могут иметь относительно длинный интервал (например, от примерно 100 мс до примерно 5 с), чтобы обеспечивать достаточное время для по меньшей мере частичного испарения растворителя. Спекание может происходить при температуре, меньшей или равной примерно 200°С, при температуре, меньшей или равной примерно 150°С, меньшей или равной примерно 125°С, или меньшей или равной примерно 100°С.

[0026] После спекания первого слоя в рабочей камере 130, подающий поршень 116 может затем снова двигаться вверх в направлении стрелки 118 до тех пор, пока верхняя поверхность 104 стабилизированных наночастиц 102 снова не окажется вровень или выше верхней поверхности 114 боковой стенки 112 подающей камеры 110. Рабочий поршень 136 может двигаться вниз. Затем передаточный элемент 120 может переносить новую часть стабилизированных наночастиц 102, которые находятся выше верхней поверхности 114 боковой стенки 112, из подающей камеры 110 в рабочую камеру 130 для формирования второго слоя, который находится на и/или над первым слоем. Затем лазер 142 может выполнять спекание второго слоя. Этот процесс может повторяться до получения требуемого 3D-объекта.

[0027] Пример

[0028] Следующий пример представлен для иллюстративных целей, и его не следует понимать как ограничение. 88,91 г додециламина смешали с растворителем, содержащим 30 мл декалина и 6 мл метанола. Смесь нагрели до 40°С в реакционной колбе под атмосферой аргона до растворения додециламина. Затем смесь охладили до 30°С и при перемешивании к смеси добавили 6,54 г восстанавливающего агента (фенилгидразина). Затем к смеси порциями, в течение 2 часов добавляли 20 г ацетата серебра при температуре от 30°С до 35°С. В результате цвет смеси изменился с прозрачного на темно-коричневый, что указывает на образование наночастиц серебра.

[0029] Затем смесь нагрели до 40°С и перемешивали в течение одного часа. Затем смесь осадили добавлением 100 мл метанола при перемешивании, а затем смесь собрали фильтрацией. Собранное твердое вещество перенесли в стеклянный стакан и перемешивали в 50 мл метанола. Полученный продукт собрали фильтрацией и высушили в вакуумном сушильном шкафу при комнатной температуре (например, 20°С) в течение 24 часов, получив 13,11 г темно-синих наночастиц серебра. Содержание серебра составило 87,6 масс. % по результатам анализа зольности. Приняв плотность наночастиц серебра, равную 10 г/мл, и плотность додециламина, равную 1,0 г/мл, оценили, что содержание серебра в стабилизированных наночастицах серебра составляет около 41 об. %.

[0030] Выполнили измерение K_st порошка наночастиц серебра. Обнаружили, что значение K_st составляет около 20 бар*м/с, это означает, что порошок не взрывоопасен. Это может быть обусловлено большим объемным содержанием стабилизаторов в порошке наночастиц серебра. В других вариантах реализации изобретения значение K_st может составлять менее 50 бар*м/с.

[0031] Составили струйные чернила из наночастиц серебра на подложке из полиэтилентерефталата («ПЭТ») в виде тонких линий. Выполнили термическое спекание части отпечатанных линий в печи при 130°С в течение 10 минут, а остальную часть линий подвергли спеканию импульсным освещением при различной длительности импульса от 100 мкс до 50 мс. Было обнаружено, что отпечатанные линии можно спекать при помощи импульсного света для достижения такой же проводимости, как у линий, спеченных при помощи термического спекания. Импульсный свет может включать лазер, ксеноновую лампу, ртутную лампу или их комбинацию.

[0032] Кроме того, часть наночастиц серебра диспергировали в терпинеоле в виде пасты. Эту пасту загрузили в подающую камеру. Для нанесения равномерного слоя серебряной пасты в рабочей камере использовали скребок-лопатку (около 200 мкм). Для спекания наночастиц серебра в чистое проводящее серебро в заданном положении использовали аргонный лазер (488 нм). Наночастицы серебра обладают абсорбцией поверхностных плазмонов в диапазоне от примерно 420 нм до примерно 440 нм. После спекания первого слоя наночастиц серебра подающий поршень подняли примерно на 200 мкм и перенесли второй слой серебряной пасты в рабочую камеру при помощи скребка. Толщина второго слоя составила примерно 200 мкм. При помощи лазера спекали второй слой пасты для продолжения построения 3D-объекта.

[0033] Несмотря на то, что числовые диапазоны и параметры, представленные выше в широком описании настоящего изобретения, являются приближениями, числовые значения, представленные выше в конкретных примерах, записаны максимально точно. Однако любое числовое значение по своей сути содержит некоторые погрешности, неизбежно возникающие из стандартных отклонений, содержащихся в их соответствующих испытательных измерениях. Кроме того, все диапазоны, описанные в настоящем документе, следует понимать как охватывающие любые и все поддиапазоны, входящие в них. Например, диапазон «менее 10» может включать любые и все поддиапазоны от (и включая) минимального значения, равного нулю, и до максимального значения, равного 10, то есть любые и все поддиапазоны, имеющие минимальное значение, равное нулю или больше нуля, и максимальное значение, равное 10 или меньше 10, например, от 1 до 5.

[0034] Несмотря на то, что представленная идея была иллюстрирована в отношении одного или более вариантов реализации, могут быть сделаны изменения и/или модификации иллюстрированных примеров без отклонения от общей идеи и границ приложенной формулы изобретения. Например, следует понимать, что хотя указанный способ описан в виде последовательности действий или событий, настоящее изобретение не ограничено порядком таких действий или событий. Некоторые действия могут происходить в другом порядке и/или параллельно с другими действиями или событиями, а не так, как описано в настоящем документе. Кроме того, для осуществления способа в соответствии с одним или более аспектами или вариантами реализации настоящего изобретения могут быть необходимы не все технологические стадии. Следует понимать, что можно добавлять структурные объекты и/или технологические стадии, или что можно удалять или изменять существующие структурные объекты и/или технологические стадии. Кроме того, одно или более действий, представленных в настоящем документе, может происходить за одно или несколько отдельных действий и/или стадий. Более того, до той степени, в которой термины «включая», «включает», «имеющий», «имеет», «с» или их варианты использованы либо в подробном описании изобретения, либо в формуле изобретения, указанные термины являются включительными таким же образом, как термин «содержащий». Термин «по меньшей мере один из» использован для обозначения того, что может быть выбран один или более из перечисленных пунктов. Кроме того, в представленном описании и формуле изобретения термин «на», используемый в отношении двух материалов, один «на» другом, означает по меньшей мере некоторый контакт между указанными материалами, тогда как «над» означает, что материалы находятся рядом, но возможно с одним или несколькими дополнительными промежуточными материалами, так что контакт возможен, но не обязателен. При использовании в настоящем документе, ни «на», ни «над» не означают какой-либо направленности. Термин «конформный» описывает материал покрытия, в котором углы лежащего в основе материала защищены конформным материалом. Термин «примерно» означает, что перечисленное значение может быть до некоторой степени изменено, насколько такое изменение не приводит к несоответствию способа или структуры описанному варианту реализации. Наконец, термины «иллюстративно» или «иллюстративное» означают, что представленное описание использовано в качестве примера, а не предполагаемого идеала. Другие варианты реализации настоящего изобретения могут быть понятны специалистам в данной области техники с учетом настоящего описания и практического осуществления представленного раскрытия. Подразумевается, что настоящее описание и примеры следует считать лишь иллюстративными, а реальный объем и общая идея настоящего изобретения указаны в следующей формуле изобретения.

[0035] Термины относительного расположения, использованные в настоящей заявке, определены на основании плоскости, параллельной стандартной плоскости или рабочей поверхности рабочего объекта, независимо от ориентации рабочего объекта. Термин «горизонтальный» или «продольный», используемый в настоящей заявке, определен как плоскость, параллельная стандартной плоскости или рабочей поверхности рабочего объекта, независимо от ориентации рабочего объекта. Термин «вертикальный» относится к направлению, перпендикулярному горизонтальному направлению. Такие термины как «на», «боковой» (как в выражении «боковая стенка)», «более высокий», «более низкий», «над», «верх» и «под» определены по отношению к стандартной плоскости или рабочей поверхности, находящейся на верхней поверхности рабочего объекта, независимо от ориентации рабочего объекта.

Использование: для применения в 3D-принтере. Сущность изобретения заключается в том, что материал содержит множество металлических микрочастиц, имеющих среднюю поперечную длину, от примерно 1 мкм до 250 мкм, при этом металлические микрочастицы содержат: множество металлических наночастиц, имеющих среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 50 нм, и стабилизирующий материал на внешних поверхностях указанных наночастиц, при этом стабилизирующий материал содержит органический амин, карбоновую кислоту, тиол и его производные, ксантогеновую кислоту, полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон или их комбинацию. Технический результат - обеспечение возможности использования материала при лазерном или электронно-лучевом спекании. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Материал для применения в 3D-принтере, содержащий:

множество металлических микрочастиц, имеющих среднюю поперечную длину, от примерно 1 мкм до 250 мкм, при этом металлические микрочастицы содержат:

множество металлических наночастиц, имеющих среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 50 нм, и

стабилизирующий материал на внешних поверхностях указанных наночастиц, при этом стабилизирующий материал содержит органический амин, карбоновую кислоту, тиол и его производные, ксантогеновую кислоту, полиэтиленгликоли, поливинилпиридин, поливинилпирролидон или их комбинацию.

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что средняя поперечная длина металлических наночастиц меньше или равна примерно 20 нм.

3. Материал по п. 2, отличающийся тем, что металлические наночастицы содержат золото, серебро, алюминий, платину, палладий, медь, кобальт, хром, индий, титан, цирконий, никель, их сплав или их комбинацию.

4. Материал по п. 2, отличающийся тем, что металлические наночастицы могут плавиться при температуре, которая меньше или равна примерно 200°С.

5. Материал по п. 4, отличающийся тем, что стабилизирующий материал по меньшей мере частично покрывает металлические наночастицы, и при этом металлические частицы со стабилизирующим материалом имеют среднюю поперечную длину, которая меньше или равна примерно 100 нм.

6. Материал по п. 4, отличающийся тем, что металлические наночастицы содержатся в материале в количестве от примерно 65 масс. % до примерно 95 масс. %, а стабилизирующий материал содержится в материале в количестве от примерно 5 масс. % до примерно 35 масс. %.

7. Материал по п. 6, отличающийся тем, что металлические наночастицы содержатся в материале в количестве от примерно 20 об. % до примерно 49 об. %, а стабилизирующий материал содержится в материале в количестве от примерно 51 об. % до примерно 80 об. %.

8. Материал по п. 1, дополнительно содержащий растворитель, содержащий углеводород, спирт, кетон, сложный эфир, простой эфир или их комбинацию.

9. Материал по п. 1, отличающийся тем, что металлические наночастицы и стабилизирующий материал агломерируют с образованием микрочастиц.

10. Материал по п. 1, отличающийся тем, что металлические наночастицы находятся в дискретной фазе.

11. Материал для применения в 3D-принтере, содержащий:

множество металлических микрочастиц, имеющих среднюю поперечную длину от примерно 1 мкм до примерно 250 мкм, при этом указанные металлические микрочастицы содержат множество металлических наночастиц, имеющих среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 50 нм, и стабилизирующий материал на внешних поверхностях указанных наночастиц.

12. Материал по п. 11, отличающийся тем, что металлические микрочастицы имеют показатель взрываемости K_st менее 50 бар⋅м/с.

13. Материал по п. 11, отличающийся тем, что металлические наночастицы содержат золото, серебро, алюминий, платину, палладий, медь, кобальт, хром, индий, титан, цирконий, никель, их сплав или их комбинацию.

14. Материал по п. 11, отличающийся тем, что металлические наночастицы образуют дискретную фазу.

15. Способ печати объекта при помощи 3D-принтера, включающий:

загрузку множества стабилизированных металлических микрочастиц в подающую камеру 3D-принтера, при этом указанные стабилизированные металлические микрочастицы имеют среднюю поперечную длину от примерно 1 мкм до примерно 250 мкм, и при этом указанные стабилизированные металлические микрочастицы содержат:

множество металлических наночастиц, имеющих среднюю поперечную длину, меньшую или равную примерно 50 нм, и

стабилизирующий материал на внешних поверхностях указанных наночастиц;

перенос части стабилизированных металлических микрочастиц из подающей камеры в рабочую камеру 3D-принтера; и

спекание стабилизированных металлических микрочастиц в рабочей камере при температуре, меньшей или равной примерно 200°С, с образованием отпечатанного объекта.

16. Способ по п. 15, отличающийся тем, что перенос стабилизированных металлических микрочастиц в рабочую камеру включает формирование слоя стабилизированных металлических микрочастиц, имеющего толщину от примерно 10 мкм до примерно 250 мкм.

17. Способ по п. 15, отличающийся тем, что спекание осуществляют многократным числом импульсов света.

18. Способ по п. 15, отличающийся тем, что стабилизированные металлические микрочастицы находятся в форме пасты и дополнительно содержат растворитель, и при этом растворитель содержит углеводород, спирт, кетон, сложный эфир, простой эфир или их комбинацию.

19. Способ по п. 15, отличающийся тем, что металлические наночастицы содержатся в стабилизированных металлических микрочастицах в количестве от примерно 65 масс. % до примерно 95 масс. % в количестве от примерно 20 об. % до примерно 60 об. %, и при этом стабилизирующий материал содержится в стабилизированных металлических микрочастицах в количестве от примерно 5 масс. % до примерно 35 масс. % и в количестве от примерно 40 об. % до примерно 80 об. %.

20. Способ по п. 15, отличающийся тем, что отпечатанный объект сконфигурирован иметь разрешение, меньшее или равное примерно 25 мкм после спекания.