使用3D打印以不同材料的可溶解载体制作金属或陶瓷组件的制作方法

本申请要求2016年2月16日提交的名称为“dissolvablemetalsupportsin3dprintedmetalsandoxides(3d打印金属和氧化物中的可溶解金属载体)”的美国临时申请号62/295,912以及2016年9月27日提交的名称为“directsupportdissolutionfor3dprintedmetalsandoxides(3d打印金属和氧化物的直接载体溶解)”的美国临时申请号62/400,464的权益，两者的全部内容均在此通过引用并入。

本发明涉及使用3d打印金属和氧化物制作组件的技术。

背景技术：

金属组件的增材制造(am)(例如3d打印)能够通过它们的结合方法(烧结、熔化、聚合物粘合剂)、能量输送方法(激光、电子束)和金属进料方法(粉末床、送粉、送丝)来分类。金属组件通常使用两种方法之一组建：粉末床熔合或定向能量沉积。在粉末床熔合中，在金属粉末床上扫描激光或电子束以局部烧结或熔化粉末，从而形成一部分的切片；通过在“床”上添加另一层金属粉末来堆积多个切片而生产3d金属物体。在定向能量沉积(ded)中，吹入金属粉末或将丝送入由激光或电子束形成的熔池中。这种增加的材料增大了熔池，并且通过使台和能量/材料沉积头相对于彼此移动而以逐层的方式堆积部件。

粉末床和ded打印两者都具有优点和缺点。粉末床系统能够打印具有悬垂几何形状的复杂部件，所需的打印后加工操作最少。然而，粉末床系统通常限于一次打印单一材料。相比之下，送粉ded打印机能够打印包括多种不同材料的零件，但是具有显著悬垂的部件需要大量的打印后加工操作来移除载体。

当必须加工去除许多3d金属打印过程所需的载体时，这增加相当大的费用(有时高于原始部件的成本)，使得它经常使3d打印的成本高于传统的“减法”制造过程。另外，这些载体固有地限制了能够使用“整体”或单一材料打印制作的部件的尺寸和复杂性。例如，为了使用3d打印技术来制作汽车的框架，所得到的框架将以大、重和几何笨拙的方式设计——使得加工成最终尺寸和公差非常困难。该尺寸的铣床成本非常高，并且以必要的精度将部件操纵到机床中将困难，并且将可能需要用于该部件的专用工具作业。

技术实现要素：

金属的3d打印将对全球制造业产生重大影响，预计未来几年将增长数十亿美元。本文所述的系统和方法显著简化了3d金属打印的后处理技术，而不牺牲部件完整性。另外，这些处理技术通过消除加工操作可接触载体的要求，为部件几何形状开辟了新的途径。

本公开中描述的各种实施例提供一组方法和化学品，以通过将化学或电化学可溶解元件结合到3d打印结构中而易于移除3d打印结构的载体或部分。这种新过程大大简化了诸如金属、氧化物和陶瓷等材料的载体去除过程，同时——使用本文所述的方法和系统——通过去除载体结构必须可机器接触的约束来开辟新的设计自由度，载体结构必须是仅可流体接触的。

不同的金属和陶瓷材料将对各种蚀刻剂(用于化学溶解)和不同的氧化还原电位(用于电化学蚀刻)具有不同的化学稳定性水平。通过将“可溶解的”金属或陶瓷材料的小切片结合到载体结构中，所得的载体结构能够被化学或电化学溶解且/或与所制造的组件的主体分离，而对组件的损害很小或没有损坏。例如，可以在制造ti部件的同时使用ni的可溶解载体材料；相对于ti(ti＝+0.7v，ni＝-0.26vshe)，ni的较低氧化还原(或标准)电位意味着：当与处于被设定在ti和ni之间的电位(例如～0.1vshe)的电化学蚀刻浴中的阳极联接时，ni切片将比ti部分氧化和溶解快许多个数量级。在这些类型的条件下，ni将优先地溶解，而ti将保持不受影响。

这种技术涵盖了宽范围的金属和陶瓷材料作为“部件”材料和“牺牲”载体材料。在一些实施例中，选择牺牲材料，其比部件材料的化学或电化学稳定性低。另外，可以调节电解质和络合剂以控制所溶解的牺牲材料的溶解度。可以添加添加剂以改善部件材料的钝化或选择性地去除牺牲材料上的钝化。可以一起使用多种牺牲材料以实现顺序移除技术，其中一次溶解一组载体或牺牲材料。例如，这种技术能够用于移除结构内部的载体，同时留下用于计量、加工、固定等的其它载体。

在一个实施例中，本发明提供一种在打印期间被并入3d打印金属部件的可溶解或牺牲材料。在一些这种实施例中，可溶解或牺牲材料在蚀刻剂溶液中的化学稳定性低于部件材料。在其它实施例中，可溶解或牺牲材料在电化学浴中比部件材料电化学稳定性低。

在另一实施例中，本发明提供一种制作组件的方法。使用3d打印机产生3d打印件。3d打印件包括组件的主体、载体结构以及将组件的主体联接到载体结构的第一牺牲界面区域。组件的主体由第一金属或陶瓷材料形成，并且第一牺牲界面区域至少部分地由第二金属或陶瓷材料形成。然后通过对3d打印件施加化学或电化学溶解过程而将组件的主体从载体结构分离。因为第二金属或陶瓷材料比第一金属或陶瓷材料较不耐化学或电化学溶解过程，所以第一牺牲界面区域至少部分地溶解，由此将金属组件的主体从载体结构分离而不溶解组件的主体。

在一些实施例中，将添加剂、螯合剂、络合剂、促进剂和/或抑制剂添加到化学浴中以促进可溶解或牺牲材料的溶解，或增加被溶解/被蚀刻牺牲材料的溶解度。在一些实施例中，使用蚀刻剂溶液，其将以对部件材料可接受的低蚀刻速度选择性地蚀刻可溶解/牺牲材料。

在一些实施例中，通过使用在化学或电化学蚀刻期间具有变化程度的稳定性的不同可溶解金属材料来调节可溶解金属材料去除的顺序。通过改变载体长度或几何形状(例如，通过调节可溶解载体的横截面)，能够通过改变化学或电化学稳定性(氧化还原电位)来选择性地或测序切片。

在一些实施例中，可溶解材料可以通过梯度结合到初级部件中以赋予有益的材料性质(强度、热膨胀系数、模量、化学纯度、耐化学性等)。在其它实施例中，可溶解材料作为聚集体结合到初级部件中以在去除后留下多孔结构，或作为部件材料的切片以留下用于化学、机械或合金化目的的初级部件材料的小切片。

在一些实施例中，在调节部件和可溶解切片之间的距离以使可溶解金属到初级部件中的扩散最小化且/或使后处理中必须去除的载体材料的量最小化。

在一些实施例中，设计了化学和/或电化学溶解途径的序列混合，并用于控制部件的处理。在一些这样的实施例中，电化学过程或化学蚀刻/溶解过程是自限制或停止的。

在一些实施例中，将添加剂添加到蚀刻剂/电解质中以钝化或保护部件材料或其它切片或使可溶解切片更易受化学或电化学溶解的影响。

在一些实施例中，蚀刻剂以液体形式输送。在其它实施例中，蚀刻剂以蒸气形式输送，例如，具有sio2载体材料的hf蒸气蚀刻剂。在又其它实施例中，蚀刻剂以固体形式输送，例如具有铝载体材料的ga蚀刻剂。

在一些实施例中，在可溶解载体和部件材料之间添加界面材料，以促进粘合、机械顺应性或处理所需的其它性能。在一些这样的实施例中，在sio2可溶解载体和al部件之间添加ti层，因为ti为al和sio2两者提供良好的粘合促进剂，并且将通过hf液或hf蒸气溶解以形成tif4。

通过考虑详细说明和附图将明白本发明的其它形态。

附图说明

图1是使用加工技术制作部件的方法的示意图。

图2是使用从组件偏移的可溶解牺牲界面区域制作组件的方法的示意图。

图3是在组件和载体结构之间的界面处使用可溶解牺牲界面区域制作组件的方法的示意图。

图4是使用由多种不同可溶解材料形成的牺牲界面区域制作组件的方法的示意图，以控制组件从载体结构分离的顺序。

图5是使用均匀的可溶解牺牲界面区域将所制作的组件从载体结构分离的方法的示意图。

图6是使用分散可溶解牺牲界面区域将所制作的组件从载体结构分离的方法的示意图。

图7是使用梯度可溶解牺牲界面区域将所制作的组件从载体结构分离的方法的示意图。

图8是使用部分可溶解、部分残余牺牲界面区域将所制作的组件从载体结构分离的方法的示意图。

图9是包括在组件的主体与牺牲界面区域之间的界面材料的3d打印件的示意图。

图10是不锈钢、混合不锈钢/碳钢和碳钢样品在35wt％硝酸中的动电位极化曲线图。

图11是电流对时间的代表性切片的曲线图，电位计被设定为在四种不同环境条件下对样品施加900mvshe：循环钝化膜生长&溶解(无o2)，施加o2使连续阴极溶解(开始o2)，碳钢耗尽(dep)以及在末期观察到小的阳极电流。

图12是使用图2的技术蚀刻之前、期间和之后的样品的一系列透视图。

具体实施方式

在详细地解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明在它的应用中不限于在下面的描述中阐述的或在下列附图中示出的构造的细节和组件的布置。本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践或实施。

图1示出了使用3d打印技术制造圆形组件101的方法的示例。在该示例中，产生3d打印件，包括组件101和由相同材料(例如，不锈钢或钛)“打印”的载体结构103。在使用整体载体策略产生组件101和载体103之后，需要复杂且繁复的加工操作以从组件101移除载体103。这些加工操作增加了成本，并对部件施加设计限制。机床车间通常每小时加工时间收取$30-$100，并且整体结构必须被设计成使得刀具可接触载体结构103。这种可接触性要求限制了能够制作的形状的类型，且/或可能需要部件/载体上的附加特征，以便能够在加工载体的同时保持该部件。总的来说，这种过程成本高昂且增加了设计、制作和后处理步骤的不必要的复杂性。此外，当从某些类型的金属或陶瓷材料(例如，碳化硅)制造组件时，不能有效地使用一些加工技术。

图2-4示出用于通过将可溶解的(化学或电化学)元件结合到3d打印件的结构中来制造陶瓷金属的方法。这种新过程大大简化了金属的载体可去除过程，同时也通过移除所得到的载体结构必须是机器可接触的限制来开辟新的设计自由度——在图2-4的示例中，载体结构仅需要是流体可接触的。

图2示出了第一示例，其中产生了3d打印件，其包括圆形组件201、载体结构203以及在将该组件201联接到该载体结构203的位置处形成的一系列可溶解牺牲界面区域205。在该示例中，在3d打印过程期间，组件201和载体结构203两者都由相同材料(例如，不锈钢、钛、碳化硅等)形成，并且牺牲界面区域205由不同的材料诸如例如铁(fe)或铜(cu)形成。特别地，牺牲界面区域205由金属或陶瓷材料形成，其与组件201的材料相比具有较低的化学或电化学稳定性，并且将以比组件201的金属或陶瓷材料高的速度溶解在化学(或电化学)浴中。

例如，可以使用用于牺牲界面区域205的镍(ni)和用于组件201的钛(ti)来产生3d打印件(诸如图2中所示的3d打印件)。相对于ti(ti＝+0.7v，ni＝-0.26vshe)，ni的较低氧化还原(或标准)电位意味着：当被联接作为被设定在ti和ni之间的电位(例如～0.1vshe)的电化学蚀刻浴中的阳极时，ni切片将比ti组件201氧化和溶解快许多个数量级。在这些条件下，ni将在ti显著受蚀刻浴过程影响之前溶解——由此将ti组件201从载体结构203分离。

在另一示例中，可以使用用于牺牲界面区域205的氧化硅和用于组件201的碳化硅来产生3d打印件(诸如图2中所示的3d打印件)。因为碳化硅特别难以通过加工改变，所以图2中所示的过程(并在下文的其它示例中进一步示出)允许以显著提高的精度制造碳化硅组件。

在图2的示例中，牺牲界面区域205偏离组件201的主体以保持组件201的材料纯度。一旦被溶解，部件可能需要额外的加工或抛光操作以实现公差或表面光洁度，但通常不用于载体去除。图3示出了替换示例，其中通过将可溶解材料打印直到或几乎直到组件301的主体，在与组件301的主体的界面处形成牺牲界面区域305。这消除、减少或最小化在将组件301的主体从载体结构303分离之后对后处理的需要。

虽然上述示例提到了载体结构203/303、元件201/301和牺牲界面区域205/305的特定类型的材料，但是宽范围的金属、氧化物和陶瓷材料能够被用作“部件”材料或“牺牲”材料。通常，将选择比部件材料化学或电化学稳定性低的牺牲材料。另外，可以调节电解质和络合剂以控制所溶解的牺牲材料的溶解度。可以添加添加剂以改善组件材料的钝化或选择性地去除牺牲材料上的钝化。此外，可以使用多种不同的牺牲材料来形成不同的牺牲界面区域，以实现顺序去除技术，其中一次溶解一组载体或牺牲材料。例如，这能够用于去除结构内部的载体，同时留下用于计量、加工或其它用处的其它载体，直到随后的蚀刻浴去除这些载体。

图4示出两步过程，其中使用多种不同的可溶解材料使溶解成为可控的顺序过程，其中首先除去不太稳定的可溶解载体，然后在之后的步骤中溶解后续切片。特别地，3d打印结构包括：组件401；金属部件401内部的第一组载体结构403；以及组件401的主体之下的第二组载体结构405。在该示例中，组件的主体401和两组载体结构403、405由相同的材料(例如，不锈钢、钛、碳化硅等)制成。组件401的主体和第一组载体结构403之间的第一牺牲界面区域407由第一材料(例如，铜)形成，并且在组件401的主体和第二组载体结构404之间的第二牺牲界面区域409由第二材料(例如，铁)形成。第一化学或电化学浴在第一牺牲界面区域407处溶解第一材料(例如，铜)，由此将第一组载体结构403从组件401的主体分离。然而，第二组载体结构405在第一浴处理后仍然保持与组件401的主体联接。第二浴(例如，机床计量浴)随后在第二牺牲界面区域409处溶解第二材料，并从第二组载体结构405释放组件401的主体。

尽管图4的示例讨论了使用两种不同的可溶解材料的多步分离，但在其它实施中，这种技术能够通过改变载体的横截面来实现，使得较小的可溶解切片比较大的载体更快地溶解/蚀刻掉——出于一些机械或结构性优点而留下一些切片。图5-8示出了用于沉积可溶解材料以更直接控制金属部件如何成形和/或从载体结构分离的技术的一些示例。

在图5的示例中，可溶解材料503均匀地沉积在组件材料501之间，使得当去除可溶解材料503时，组件501彻底从载体结构(例如，空间505)分离。图6示出了一个示例，其中可溶解材料603被分散地沉积在组件材料601内，使得载体的切片是可溶解的，在组件的主体和载体结构之间留下弱化联接605。在各种实施中，这种弱化联接605能够通过另外处理进一步溶解或通过加工分离。图7示出了一个示例，该示例利用组件材料701内的可溶解材料703的梯度沉积的示例，从而引起类似的梯度分离705，并且该示例防止载体材料扩散到组件701的主体中。最后，在图8的示例中，可溶解的载体材料803仅形成组件材料801的部分横截面。溶解这种载体材料803仅部分地穿过组件材料(例如，空间805)。剩余件能够被机械或化学地去除。替换地，这种部分/残余载体技术能够用于制作金属部件801的小特征。

尽管上面给出的示例大致讨论了在每一个牺牲界面区域处仅使用两种不同的材料(即，“可溶解的”牺牲材料和用于形成组件的主要材料)，但在其它实施中，能够在相同的牺牲界面区域处使用多种不同类型的材料，以更好地控制(例如，加速)分离过程，或作为两种不同类型的材料之间的粘合促进剂。

图9示出了3d打印件的一部分的一个示例，其中在组件903的主体和牺牲界面区域905之间打印第一界面层901，并且在牺牲界面区域905和3d打印件的载体结构909之间打印第二界面层907。例如，在二氧化硅(sio2)被用作牺牲材料并且组件的主体&载体结构由金属形成的实施中，可以利用这种打印格式。在该示例中，由钛(ti)或铬(cr)形成的界面层901、907可被用作粘合促进剂，以改善二氧化硅与组件的金属之间的结合粘合性。

如上所讨论，在各种不同的实施中，使用多种不同材料打印3d打印件，其中在选定区域处结合有另外的牺牲材料，以用作在组件的主体和载体结构之间的牺牲界面区域。选择这些另外的牺牲材料，使其与正制作的组件的主要材料相比化学或电化学稳定性较差。一旦打印出3d打印件，就将该3d打印件置于被设计成选择性地去除牺牲材料的化学或电化学浴中。在一个示例中，打印具有ni可溶解切片的ti部件，然后将其浸入硫酸电解质(硫酸，硫酸镍等)中，在3d打印件(用作阳极)和阴极之间施加0.1vshe的电压。由于ni的标准氧化还原电位为she，所以ni将通过下列反应被氧化以形成ni[h2o]6⁺²so4^-2溶液：

示例阳极反应：

ni金属→ni⁺(aq)+2e^-e⁰ni/ni+＝0.26vvs.she

示例阴极反应：

2h⁺+2e^-→h2(气体)e⁰h+/h＝0.0vvs.she

ni⁺(aq)+2e→ni金属e⁰ni+/ni＝-0.26vvs.she

由于ti的标准氧化还原电位为0.7vshe，所以ti组件不会被电解质氧化或溶解，而ni可溶解载体则会被电解质氧化或溶解。能够合并添加具有不同标准氧化还原电位的另外合金，以使可溶解载体能够选择性且顺序溶解。例如(类似于图4的示例)，能够使用由cu和ni合金形成的分开的牺牲界面区域。由于cu的氧化还原电位高于ni但低于ti(e⁰cu+/cu＝0.34vvs.she)，因此施加～0.1vvs.she的电位能够首先溶解ni切片，从而使ti和cu切片保持完整。在任何所需处理之后，能够通过施加>0.34v(以溶解cu)但小于0.7v的电位(以保持ti完整)来去除cu载体/切片。此外，因为组件的主体、载体结构和牺牲界面区域都由金属或陶瓷材料形成，所以3d打印件能够经受否则将损坏其它类型的材料(例如，聚合物)的加热或其它加工处理，而不损坏3d打印件的牺牲界面区域。

能够施加化学和电化学溶解系统以在处理和测序方面提供灵活性。例如，能够首先使用化学溶解路径，然后使用电化学溶解路径(或其一些组合)。

在另一示例中，具体证明了能够使用碳钢作为溶解在硝酸溶液中的牺牲载体结构来制作具有90度悬垂的自立拱形结构的不锈钢组件。牺牲阳极通常用于无论何时两种不同的金属与电解质接触或者如果相同的材料暴露于不同的电解环境(例如船体吃水线的上方和下方)就保护重要部件免受电偶腐蚀。牺牲阳极是具有比将在部件材料上优先氧化的部件材料负还原电位更大的材料。例如，锌阳极(标准还原电位，eo^zn＝-0.76v)通常用于保护不锈钢船体，因为zn的标准还原电位低于原生铁(eo^fe＝-0.44v)，并且添加的铬形成氧化铬的保护钝化层，其具有甚至更高的正标准还原电位(eo^cr2o3＝1.3v)。只要锌可用并与不锈钢船体电气和电解接触，锌会优先被氧化成znaq²⁺而不是不锈钢船体氧化。

在一些实施中，选择合适的牺牲阳极取决于部件材料、电解质溶液和部件的几何形状。出于该示例的目的，为我们的3d打印牺牲阳极添加了另外的约束。具体地，对于该实例，牺牲阳极被选为与具有类似晶体结构、类似导热率、类似热膨胀系数的部件材料冶金相容，并且应避免形成不想要的金属间化合物，否则在牺牲阳极与部件之间的界面将太弱而无法应对在金属的ded中发生的极端热循环引起的应力。另外，必须确认腐蚀电解质，与部件材料相比，它将以相当高的选择性(优选>100：1)溶解牺牲阳极。考虑到这一点，我们选择不锈钢作为我们的组件材料，碳钢作为牺牲阳极载体材料，并选择35重量％的硝酸作为腐蚀电解质。不锈钢具有优异的耐硝酸性，而碳钢即使没有外部偏压也能迅速化学溶解于硝酸。收集ded打印不锈钢、碳钢和混合不锈钢/碳钢部件的动电位极化曲线以选择驱动电位，在该驱动电位，不锈钢能够被偏压在还原电位，同时碳钢将处于氧化电位。通过在中间打印具有碳钢载体的不锈钢拱来制作自立不锈钢拱，然后以相对于饱和银/氯化银电极0.7v的偏压在硝酸中蚀刻掉碳钢。

optomec激光工程化净成形(len)mr-7定向能量沉积系统用于金属沉积。该系统配备有500瓦的掺镱光纤激光器(ipgylr-500-sm)，其在基板上方20.7mm的距离处聚焦为0.62mm的二阶矩光斑直径。使用primes公司的focusmonitor进行光束尺寸测量。激光光斑尺寸在工作距离处为1.2mm，这对应于基板和四个径向对称的粉末输送喷嘴之间的9.3mm空间。喷嘴的出口孔直径为1.2mm，相对于激光束传播方向的取向为18.3°。粉末喷嘴的中心是一个6.4mm直径的中心吹扫喷嘴，通过该喷嘴流出30升/分钟的af。

在沉积期间，基板在x-y平面中，而激光处理头保持静止。在每一层沉积之后，激光头向上(在+z方向上)平移预定的层增量。

为了制备用于电化学表征和溶解的样品，使用带锯切割钢基底，使得样品大致在钢基底片上横向居中。钻出一个小孔，然后用4-40(英制)和16号标准丝用螺钉和垫圈连接到部件上。为了进行电化学表征测试，然后将样品封装在耐硝酸的环氧树脂(epoxysystems公司，633grey)中以覆盖底部、侧面、丝和打印部件。使用随机轨道砂光机使打印样品的顶部暴露，从60增加到1200目，直到观察到近镜面抛光。对于混合不锈钢/碳钢部件，只有残余钢基的底部和侧面涂有环氧树脂以保护丝。由于环氧树脂是脊状的并且当丝弯曲时易于破裂，因此将市售的硅树脂施加到丝的丝外部以提供额外的保护。在电化学测量期间或之后没有观察到电解质的侵入，并且在去除环氧树脂之后，丝和样品之间的所有电连接看起来都保持原样。将样品在丙酮中以超声处理，然后在异丙醇中超声处理，并使用n2气体干燥。

所有化学品均按原样使用。通过将70％重量的硝酸(sigmaaldrich公司，acs试剂，70重量％，产品号438073)与去离子水(18.2mω，purelabflex3)以1:1–hno3:h2o的体积比混合来形成200ml的最终体积，从而制作电解质溶液。加入8克kcl以改善电解质的导电性。紧接在电化学分析/溶解之前，将样品在丙酮中超声处理，然后在异丙醇中超声处理，并使用n2气体干燥。

使用pineresearchinstruments公司的wavenowusb恒电位仪/恒电流仪测量开路电位(opc)，收集动电位极化曲线，并施加恒定偏压以使混合不锈钢/碳钢部件电化学溶解。所有测量均相对于饱和银/氯化银电极在置于距工作电极(打印样品)0.5mm的玻璃烧结盐桥(4mkcl)中的4mkcl(alfaaesar公司，99％，产品号：a11662)中进行。测得的电位e被偏移+0.205mv，使得所有报告的值均是相对于饱和氢电极(she)。使用6mm直径石墨棒作为对电极。电极与工作电极和反电极之间的参考电极定位成一直线。收集数据后，电位e被偏移+0.197mv，并且相对于标准氢电极报告。

在0μa测量opc5分钟，在测量开始和结束时0μa的诱导期和弛豫期为10秒。极化曲线图的cv曲线以绕opc的增加幅度收集，直到测量的电流大于50ma。对于cv，步长设定为5mv/sec，启动电压低于opc100mv。

对于牺牲碳钢的电化学溶解，将工作电极设定在400mv和900mv之间，使得在测试的前半部分测得的电流在-100ma之间，然后，一旦不锈钢看起来稳定，则所施加的电位增加为正，将测得的电流减小至在-20ma至-10ma之间。接下来，将o2气体鼓泡到工作电极的碳钢切片上，以加速牺牲材料的电化学溶解。

以35重量％收集在暴露区域中具有约1cm²的不锈钢和碳钢打印样品的opc和动电位极化曲线。图10显示了不锈钢、碳钢和混合钢部件的动电位极化曲线。在1.113vshe、1.004vshe、0.197vshe测量这些部件的腐蚀电位ecorr。如所预期，不锈钢显示出比混合样品和碳钢样品大的ecorr。更重要的是，这些极化曲线表明，在宽范围的电位下，碳钢将比碳钢快许多个数量级被蚀刻。

通过设定恒定电位(通常在～800mvshe至900mvshe之间)进行电化学蚀刻混合的不锈钢/碳钢样品以产生轻微的阳极电流，约为-10ma至-50ma的数量级，无o2鼓泡。由于pinewavenow恒电位器被限制在105ma并且通常被驱动到最大电流，因此实际施加随着钝化层的形成、改变表面积和不锈钢拱内的气泡俘获而变化。

图11绘制了随着实验条件变化的代表性时间切片的测量电流与时间。在～800mvshe至900mvshe之间的电位下，在图11中观察到从阳极到阴极的循环移位，周期在50至500秒，随着碳钢上的钝化层形成并溶解。在这些条件下，不锈钢被很好地保护；然而，对于实际应用而言，蚀刻速度太慢，并且需要6小时去除2mm的碳钢。通过将o2气体鼓泡到部件的碳钢切片上，蚀刻速度显著增加。o2气体有助于分解钝化碳钢，产生阴极电流，并且蚀刻速度显著提高，其余的碳钢切片在6小时内被去除。当将o2鼓泡到样品的不锈钢切片上时，未观察到这种恒定的阴极电流。图11的蓝色切片和红色切片显示了蚀刻过程的结束，随着碳钢耗尽直到没有碳钢留下以溶解并观察到阳极电流，同时在另外10分钟暴露后，没有观察到气泡产生和不锈钢部件损伤。

图12显示蚀刻之前、期间和之后的样品。在图12的部分(a)中，定位正方形以粗略地示出蚀刻之前的碳钢切片的轮廓。如图12的部分(b)所示，在没有o2鼓泡的六小时蚀刻之后，已经去除2mm的碳钢。添加o2鼓泡增加了蚀刻速度，并且样品的其余部分在6小时内溶解，直到留下90°不锈钢拱形，如图12的部分(c)中所示。

图12的部分(d)中的插图显示了使用具有显著不同的铬含量的两种材料的影响。由于碳钢上的不锈钢焊接(或反之亦然)在碳/不锈钢界面附近显示出减小的耐腐蚀性，因此这种局部电阻降低归因于随着铬扩散到缺铬的碳钢中而在不锈钢内形成贫铬层。蚀刻到不锈钢组件侧壁中并进入不锈钢基底中的沟槽证实了这种现象在混合材料ded打印组件中发生。重要的是考虑到这种额外蚀刻，虽然没有观察到整个不锈钢组件的可观察的蚀刻，但是在不锈钢/碳钢界面处将去除几十微米的不锈钢。

因而，本发明尤其提供了使用3d打印技术制作金属或陶瓷组件并使用不同金属或陶瓷材料将牺牲界面区域结合到3d打印组件中的系统和方法。在以下权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。