官能性无机物和陶瓷增材制造
【专利说明】官能性无机物和陶瓷増材制造发明领域
[0001]本公开涉及增材制造，并且更具体地说，涉及用于陶瓷相结构的增材制造的系统、方法和树脂。
【背景技术】
[0002]使用常规方法制造用于高温应用的陶瓷部件是困难的。举例来说，由于硬度，一些材料对于机械加工来说是困难且昂贵的。针对致密材料，机械加工可能需要延长的时间段。此外，使用常规方法来提供复杂的几何结构并且同样地产生特定形状可能尤其具有挑战性。
[0003]存在对从致密材料制备组分并且同样地用于产生高温应用的组分的系统和方法的需要。
【发明内容】
[0004]本文公开和要求的是用于陶瓷结构的增材制造的系统、方法和树脂。一个实施方案涉及一种用于陶瓷结构的增材制造的方法，所述方法包括提供树脂，所述树脂包括陶瓷前体聚合物和分散在陶瓷前体聚合物中的无机陶瓷填料颗粒，其中陶瓷前体聚合物被配置来转化成陶瓷相，并且其中无机陶瓷填料颗粒利用反应基团官能化并且被配置来转化成陶瓷相。所述方法还包括将能量源施加到树脂以从树脂产生至少一层陶瓷相。
[0005]在一个实施方案中，陶瓷前体聚合物是聚碳硅烷。
[0006]在一个实施方案中，陶瓷相是碳化娃。
[0007]在一个实施方案中，无机陶瓷填料颗粒利用反应基团官能化。
[0008]在一个实施方案中，能量源是用于固化陶瓷前体聚合物和陶瓷填料颗粒中的至少一种的激光源。
[0009]在一个实施方案中，树脂被设置在用于增材制造的液槽中。
[0010]在一个实施方案中，无机陶瓷填料颗粒包括被配置来分解的官能团和陶瓷相，其中在制造过程中保留陶瓷相。
[0011]在一个实施方案中，将能量源施加到树脂包括由碳化硅形成的三维制品的自由成形制造。
[0012]所述方法还包括通过热、等离子体、微波和辐射固化中的至少一种以及常规固化方法加工由层和一个或多个附加层所形成的制品。
[0013]另一个实施方案涉及用于陶瓷的增材制造的系统，所述系统包括被配置来容纳树脂的液槽，所述树脂包括陶瓷前体聚合物和分散在陶瓷前体聚合物中的无机陶瓷填料颗粒。陶瓷前体聚合物被配置来转化成陶瓷相，并且无机陶瓷填料颗粒利用反应基团官能化并且被配置来转化成陶瓷相。所述系统还包括紧邻液槽的能量源，和联接至能量源并且被配置来将能量源施加到树脂以从树脂产生至少一层陶瓷相的控制器。
[0014]另一个实施方案涉及用于陶瓷的增材制造的树脂，所述树脂包括陶瓷前体聚合物，其中陶瓷前体聚合物被配置来转化成陶瓷相；和分散在陶瓷前体聚合物中的无机陶瓷填料颗粒，其中无机陶瓷填料颗粒利用反应基团官能化并且被配置来转化成陶瓷相。
[0015]在一个实施方案中，陶瓷相是碳化娃
[0016]鉴于以下对本实施方案的详细说明，其他方面、特征和技术对于相关领域中的技术人员来说将是显而易见的。
【附图说明】
[0017]当结合附图，本公开的特征、目标和优点通过下面提出的详细说明将变得更加明显，其中全文用相同的参考符号对应地标识，并且其中:
[0018]图1示出根据一个或多个实施方案的简化系统图；
[0019]图2示出根据一个或多个实施方案的颗粒官能化的图形表示；
[0020]图3示出根据一个或多个实施方案的用于增材制造的过程；并且
[0021]图4示出根据一个或多个实施方案的用于提供官能化颗粒的过程。
【具体实施方式】
[0022]概沭和术语
[0023]本公开的一个方面涉及增材制造，并且具体地说，涉及使用官能化颗粒的增材制造。一个实施方案涉及树脂，所述树脂包括陶瓷前体聚合物和官能化颗粒。其他实施方案涉及用于利用官能化颗粒(如官能化无机颗粒)的增材制造的系统和方法。在示例性实施方案中，碳化硅(SiC)粉末是官能化的(例如，改性的)以使得碳化硅粉末颗粒的表面被利用化学基团官能化，所述化学基团具有转化成选择的非氧化物陶瓷并且选择性地与能量源交互的能力。以这种方式，颗粒的官能化表面可以被固化或通电以通过激光起反应，并且被热后处理成具有含碳化硅的结构。官能化还包括添加粘合材料到粉末。根据一个实施方案，粉末的官能化是与结构的建立和固化不同的步骤。
[0024]除了官能化颗粒，另一方面是提供了将转化成选择的陶瓷相的树脂。
[0025]如本文所用，陶瓷相涉及一种具有均匀的物理和化学特性的固态和结构。
[0026]陶瓷前体聚合物涉及用于制造硅基陶瓷的前体。
[0027]无机陶瓷填料颗粒是颗粒或粉末。无机陶瓷填料颗粒可以是干燥的或者处于具有树脂的悬浮液中。
[0028]反应基团元素涉及被配置来提供硅基陶瓷颗粒的粘合的表面组分。
[0029]光敏基团元素涉及被配置来提供硅基陶瓷颗粒的粘合的表面组分，并且所述表面组分通过光源固化。
[0030]如本文所用，术语“一个”或“一种”应表示一个或一个以上。术语“多个”应表示两个或两个以上。术语“另一个”被定义为第二个或更多。术语“包括”和/或“具有”是开放性的(例如，包含)。如本文所用的术语“或者”应当被解释为包括的或者表示任何一个或任何组合。因此，“A、B或C，，表示“以下任何一种:A ；B ；C ；A和B ;A和C ；B和C ;A、B和C”。这种定义的例外将仅出现在当元件、功能、步骤或动作的组合处于内在相互排斥的某种方式中时。
[0031 ] 整个文档中提到的“ 一个实施方案”、“某些实施方案”、“实施方案”或类似术语表示结合实施方案所描述的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施方案中。因此，在本说明书全文的各种位置出现的此类短语不一定都是指相同的实施方案。此外，具体特征、结构或特性可以在没有限制的情况下以任何合适的方式组合在一个或多个实施方案中。
[0032]示例性实施方案
[0033]现参考附图，图1示出根据一个或多个实施方案的系统100的简化系统图。系统100可以被配置用于使用可固化树脂的陶瓷的增材制造。举例来说，系统100可以采用官能性无机物以使用激光扫描过程(如光固化快速成型(SLA))或者可替代地使用数字光处理(DLP)中的发光二极管(LEDS)或激光来生产陶瓷。系统100包括控制器105、能量源110、平台120和液槽125。
[0034]控制器105被联接至能量源110，并且被配置来控制将能量源110应用到树脂130以从树脂产生至少一层陶瓷相。能量源110的应用包括产生激光(示出为能量源射束115)，可以采用所述激光以形成陶瓷相层来产生三维结构。能量源110可以是用于固化或反应性地键合陶瓷前体聚合物和陶瓷填料颗粒中的至少一种的激光源。能量源110可以是光(例如，光电)、紫外线(UV)、红外线(IR)、电子束源中的一种或多种或电磁波谱的其他可用区域。系统100可以包括多个射束或一个以上能量源的使用。例如，在某些实施方案中，系统100可以包括一个或多个能量源以提供不同能量来与树脂交互。能量源110可以紧邻液槽125和树脂130定位，如在树脂130上方和/或其附近，用于将射束和所述源中的至少一个应用