用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物与流程

包括快速原型制作方法和快速加工方法的增材制造方法的示例，以“选择性激光烧结”和“选择性激光熔化”的名称已知的。在这些方法中，重复施涂粉末形式的薄层构建材料，并且通过使用激光束进行选择性辐射，在与三维物体的横截面相对应的位置处选择性地固化每层中的构建材料，即构建材料在这些位置处熔化或部分熔化，并然后固化。

例如，在ep1762122a1中描述了通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制备三维物体的方法以及用于实施该方法的装置。

在《应用表面科学》(255卷，第1880页至第1887页(2008年出版))的dongdonggu等人的文章中公开了使用不锈钢进行激光烧结。然而，由不锈钢制成的三维物体的性能，尤其是机械性能通常不令人满意。

为了改善三维物体的性质，本领域已知通过常规烧结方法和浇铸方法由钢和增强颗粒(例如碳化硅颗粒)制备三维物体。然而，例如，由于在处理时间期间增强颗粒在铁水中的溶解，增强效果受到限制。

本发明的一个目的是提供一种粉末混合物，其用途改善了增材制造方法，一种用于制备这种粉末混合物的方法，用于使用粉末混合物来制造三维物体的改善的方法，由粉末混合物制造的改善的三维物体，例如具有改善的机械性能的三维物体，以及用于使用该粉末混合物制造三维物体的装置的控制单元。

该目的通过以下权利要求实现：根据权利要求1所述的粉末混合物，根据权利要求13所述的用于制备粉末混合物的方法，根据权利要求14和21所述的制造三维物体的方法，根据权利要求16所述的三维物体，和根据权利要求20所述的控制单元。在从属权利要求中详细说明了本发明的增强材料。从属权利要求中阐述的任何特征以及以下本发明示例性实施例的描述中阐述的任何特征可以理解为适于改善粉末混合物的特征、用于制备粉末混合物的方法、用于制造三维物体的方法、三维物体和控制单元。

粉末混合物理解为两种或更多种组分的粒状混合物。根据本发明的粉末混合物包括第一材料和第二材料。第二材料包括增强材料。粉末混合物用于增材制造方法。如此制造的三维物体包括复合材料。复合材料是具有基质材料的材料，其中嵌入有增强材料。与基质材料和/或增强材料相比，复合材料通常具有改善的(机械)性能。

根据本发明的粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括粉末形式的钢，其中第二材料包括不同于第一材料的增强材料，并且其中粉末混合物在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时，适于形成复合物体。第一材料和/或第二材料可包括其他材料。使用这种粉末混合物，例如提供了改善的增材制造方法，特别是导致三维物体的增材制造方法，所述三维物体包括与纯基质材料相比具有改善的性能的复合材料。

优选地，增强材料至少部分地以化学上未改性的形式嵌入复合物体的基质中。这意味着由第二材料构成的至少一部分增强材料在嵌入基质之前不会发生其化学组分的变化。

钢优选含有fe和最多0.10wt％的c、2.00wt％-3.00wt％的mo、10.00wt％-15.00wt％的ni和16.00wt％-19.00wt％的cr；更优选地，其还含有最多0.030wt％的s、最多0.045wt％的p、最多0.16wt％的n、最多0.50wt％的cu、最多1.00wt％的si和最多2.00wt％的mn。

优选地，第一材料的中值粒径为1μm或更大，更优选为5μm或更大，还更优选为10μm或更大，和/或150μm或更小，更优选为75μm或更小。

优选地，第一材料的颗粒实质上是球形的。

优选地，增强材料包括至少一种非金属材料，其中更优选地，非金属材料是硼化物和碳化物和氮化物和氧化物和硅化物以及石墨中的一种。

优选地，增强材料包括碳化硅，其中更优选地，增强材料是碳化硅。

优选地，增强材料包括碳化钛，其中更优选地，增强材料是碳化钛。

优选地，增强材料包括碳化钨，其中更优选地，增强材料是碳化钨。

优选地，增强材料是粉末，其中增强材料的中值粒径为0.5μm或更大，优选为1μm或更大。

优选地，增强材料的中值粒径为100μm或更小，优选为50μm或更小。

优选地，增强材料的颗粒具有实质上球形或实质上有角的或实质上不规则的形状。

优选地，粉末混合物中的增强材料的含量为0.05wt％或更多，优选为0.1wt％或更多，更优选为0.3wt％或更多，还更优选为0.5wt％或更多。

优选地，粉末混合物中增强材料的含量为40wt％或更少，优选为10wt％或更少，更优选为5wt％或更少，还更优选为4wt％或更少。例如，如果增强材料包括碳化钨，则增强材料的含量特别优选为40wt％或更少，甚至更优选为10wt％或更少。

根据本发明的用于制备粉末混合物的方法是用于通过增材制造方法制备三维物体的粉末混合物的制备方法，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括粉末形式的钢，其中第二材料包括不同于第一材料的增强材料，并且其中粉末混合物适于在通过在增材制造方法中的电磁辐射和/或粒子辐射固化时，形成复合物体，其中通过以预定的混合比率混合第一材料和第二材料来制备粉末混合物。使用该方法，可以制备根据本发明的粉末混合物。

优选地，该混合是干混。

根据本发明的用于三维物体制造的方法是用于通过电磁辐射和/或粒子辐射在与相应层中的物体的横截面相对应的位置处选择性地逐层固化粉末混合物来由粉末混合物制造三维物体的方法，其中所述粉末混合物是用于通过增材制造方法来制造三维物体的粉末混合物，其中所述粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括粉末形式的钢，其中第二材料包括不同于第一材料的增强材料，并且其中粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体。使用该方法，例如可以制造具有改善的材料性能的三维物体。

优选地，用于制造三维物体的方法包括以下步骤：

在基板上或构建平台上或先前施涂的层上施涂一层粉末混合物，

在与该层中的三维物体的横截面相对应的位置处选择性地固化粉末混合物，以及

重复施涂和固化的步骤，直到完成三维物体。

根据本发明的三维物体是由粉末混合物制造的三维物体，其通过电磁和/或粒子辐射在与相应层中的物体的横截面对应的位置处选择性地逐层固化粉末混合物来制造，其中粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括粉末形式的钢，其中第二材料包括不同于第一材料的增强材料，并且其中粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体。与由第一材料制造的三维物体相比，三维物体具有例如改善的机械性能和/或改善的腐蚀性质和/或这些性能之间的改善的平衡。

优选地，增强材料至少以化学上未改性的形式嵌入复合物体的基质中。

优选地，三维物体的材料具有500mpa或更高的拉伸强度，更优选800mpa或更高，最优选900mpa或更高。

优选地，三维物体的材料具有170mpa或更高的屈服强度，优选400mpa或更高，最优选600mpa或更高。

如果增强材料包括碳化钨，则三维物体的材料具有500mpa或更高的拉伸强度，更优选750mpa或更高，最优选1000mpa或更高。

如果增强材料包括碳化钨，则三维物体的材料具有200mpa或更高的屈服强度，优选500mpa或更高，最优选800mpa或更高。

优选地，与通过电磁和/或粒子辐射在与相应的层中的物体的横截面对应的位置处选择性地逐层固化第一材料而由第一材料制成的三维物体的磨损测试中的销质量损失相比，所述三维物体的磨损测试中的销质量损失的减少为25％或更多，优选地50％或更多，更优选地75％或更多。

优选地，与通过电磁和/或粒子辐射在与相应的层中的物体的横截面对应的位置处选择性地逐层固化第一材料而由第一材料制成的三维物体的磨损测试中的盘质量损失相比，所述三维物体的磨损测试中的盘质量损失的增加为15％或更多，优选为50％或更多，更优选为70％或更多。

根据本发明的控制单元是用于装置的控制单元，所述装置用于通过逐层施涂和选择性地固化粉末混合物来制造三维物体，其中所述粉末混合物是用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中所述粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括粉末形式的钢，其中第二材料包括不同于第一材料的增强材料，其中所述粉末混合物适于在增材制造方法中通过电磁和/或粒子辐射固化时形成复合物体，并且其中所述控制单元适于控制通过电磁和/或粒子辐射，将预定量的能量引入限定体积的粉末混合物(definedvolumeofthepowdermixture)。例如，这提供了用于装置的控制单元，所述装置用于制造具有改善的材料性能的三维物体。

优选地，选择预定量的能量的上限，使得在将预定量的能量施涂到限定体积的粉末混合物的时间期间，增强材料不会完全溶解。

优选地，限定预定量的能量的上限，使得在预定量的能量施涂到限定体积的粉末混合物的时间期间，粉末混合物的增强材料溶解至70wt％或更少，优选50wt％或更少，更优选30wt％或更少，甚至更优选5wt％或更少。

根据本发明的用于制造三维物体的方法是用于通过电磁和/或粒子辐射在与相应层中的物体的横截面对应的位置处粒子辐射选择性地逐层固化粉末混合物而由粉末混合物制造三维物体的方法，其中所述粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中所述第一材料包括粉末形式的金属，其中所述第二材料包括增强材料，其中通过电磁和/或粒子辐射在与形成复合材料的相应层中的物体的横截面对应的位置处粒子辐射选择性地固化粉末混合物，并且其中90wt％或更少、优选70wt％或更少、更优选50wt％或更少、还更优选30wt％或更少、甚至更优选5wt％或更少的增强材料在金属中溶解。使用该方法，例如可以制造具有改善的材料性能的三维物体。

借助于附图，可以在示例性实施例的描述中找到本发明的其他特征和优点。

图1是根据本发明的实施例的用于逐层制造三维物体的装置的示意图(部分地以剖面示出)。

图2示出了根据本发明的实施例的用于制备粉末混合物的第一材料和第二材料的fe-sem图像。

图3示出了根据本发明的该实施例的两种粉末混合物的bsefe-sem图像。

图4示出了根据本发明的该实施例的三个示例的测量密度和计算理论密度。

图5示出了这三个示例的测量拉伸强度和屈服强度及它们的标准偏差。

图6示出了这三个示例的测量硬度以及其标准偏差。

图7示出了由对于这三个示例的磨损测试所测量的销质量损失和盘质量损失。

图8示出了根据本发明的另一实施例的用于制备粉末混合物的第二材料的fe-sem图像。

图9示出了根据该实施例的用于制备粉末混合物的第一材料的fe-sem图像。

图10示出了根据该实施例的固体材料样品的四个示例的测量密度、计算理论密度和相对密度。

图11示出了根据该实施例的制造的三维物体的复合结构中的tic颗粒的fe-sem图像。

图12示出了针对四个示例的拉伸强度和屈服强度以及断裂后的延伸率，所述四个示例的数据在图10中示出。

图13示出了针对这四个示例的拉伸强度和屈服强度以及冲击能量。

图14示出了由针对这四个示例的磨损测试所测量的销质量损失。

图15示出了针对这四个示例所测量的硬度。

图16示出了根据本发明的另一实施例的用于制备粉末混合物的第二材料的fe-sem图像。

图17示出了根据该实施例的固体材料样品的四个示例的测量密度、计算理论密度以及相对密度。

图18示出了根据该实施例的制造的三维物体的复合结构中的wc颗粒的fe-sem图像。

图19示出了针对四个示例的拉伸强度和屈服强度以及断裂后的延伸率，所述示例的数据在图17中示出。

图20示出了由针对这四个示例中的两个的磨损测试测量的销质量损失。

图21示出了针对这四个示例所测量的硬度。

图1中所示的装置是用于制造三维物体2的激光烧结或激光熔化装置1。

装置1包括具有室壁4的处理室3。在处理室3中布置有容器5，所述容器在顶部开口且具有容器壁6。容器5的顶部的开口限定工作平面7。位于容器5的开口内的工作平面7的可用于构建物体2的部分被称为构建区域8。在容器5中布置有支撑件10，其可以在垂直方向v上移动，并且在所述支撑件10上附接有基板11，所述基板11朝向底部封闭容器5并因此形成容器5的基部。基板11可以是与支撑件10分开形成并固定在支撑件10上的板，或者可以形成为与支撑件10成一体。物体2在其上构建的构建平台12也可以被附接到基板11。然而，物体2也可以构建在基板11上，于是基板11本身用作构建平台。

在图1中，待制造的物体2以中间状态示出。它由多个固化层组成，并被保持未固化的构建材料13包围。

装置1还包括用于粉末形式的构建材料15的储存容器14，所述构建材料可以通过电磁辐射(例如激光)和/或粒子辐射(例如电子束)固化。装置1还包括可在水平方向h上移动的重涂覆器16，用于在构建区域8内施涂构建材料15的层。可替代地，用于加热所施涂的构建材料15的辐射加热器17，例如，红外线加热器，可布置在处理室中。

装置1还包括具有激光器21的辐射装置20，所述激光器21产生激光束22，激光束22借助于偏转装置23偏转并借助于聚焦装置24通过进入窗口25聚焦到工作平面7上，其布置在室壁4中的处理室3的顶侧处。

装置1还包括控制单元29，借助于该控制单元，装置1的各个部件以协调的方式被控制，以执行用于制造三维物体的方法。控制单元29可以包含cpu，其操作由计算机程序(软件)控制。

在设备1的操作期间，重复执行以下步骤：对于每个层，支撑件10降低高度，该高度优选地对应于构建材料15的层的期望厚度。重涂覆器16移动到储存容器14，其中其接纳的构建材料15的量足以施涂至少一层。然后，重涂覆器16在构建区域8上移动，并将粉末形式的薄层构建材料15施涂在基板11上或构建平台12上或先前施涂的层上。该层至少横跨物体2的横截面施涂，优选横跨整个构建区域8。可替代地，通过至少一个辐射加热器17将构建材料15加热到操作温度。然后，通过激光束22扫描待制作的物体2的横截面以选择性地固化该施涂的层的区域。执行这些步骤直到完成物体2。然后可以从容器5中取出物体2。

根据本发明，粉末混合物用作构建材料15。粉末混合物包括第一材料和第二材料。根据下面描述的实施例，第一材料包括粉末形式的钢。第二材料包括增强材料。

根据下面描述的实施例，通过直接金属激光烧结(dmls)方法处理粉末混合物。

在选择性激光烧结或选择性激光熔化方法中，制造物体所需的全部量的粉末的一小部分被同时加热到允许这些部分烧结和/或熔化的温度。这种制造物体的方式通常可以表征为连续的和/或-在微观层面上-经常是渐进的过程，由此通过小粉末体积的多个加热循环来获取物体。这些小粉末部分的固化通过选择性地进行，即在粉末贮存器的选定位置处，这些位置对应于待制造物体的部分。如在选择性激光烧结或选择性激光熔化中，固化过程通常逐层进行，每层中的固化粉末与待构建物体的横截面相同。由于在给定时间跨度内固化的粉末的体积或质量小，例如，每秒1mm³或更小，并且由于这种增材制造机器的处理室中的条件(其有利于在临界温度以下快速冷却)，所以材料通常在加热后快速固化。

在传统的烧结和浇铸方法中，同时将同一部分构建材料加热到所需温度。将产生物体所需的材料的所有部分以液体形式浇铸到模具中。因此，与选择性激光烧结或选择性激光熔化方法相比，该体积的构建材料保持在熔化或烧结所需的温度水平之上更长的时间。大量的热材料导致加热后低的冷却速率和构建材料的缓慢固化过程。

换言之，选择性激光烧结或选择性激光熔化方法可以通过处理较小体积的构建材料、较快的热循环和较少需要加热具有高公差的构建材料来避免该材料的过早凝固而区别于传统的烧结和铸造方法。这些可以计入在选择性激光烧结或选择性激光熔化方法中可以更精确地控制引入构建材料中的能量的量以达到所需温度的原因。这些条件允许设定输入到待处理的粉末部分中的能量的上限，这决定了粉末部分中产生的温度，更具体地，确定了比传统烧结或浇铸方法中更低和更接近相应材料的熔点的温度。该优点使得可以最小化传统烧结和浇铸方法的常见问题。一种这样的现象是在制造期间，增强材料在钢熔体中的溶解，特别是如果所得复合材料在热力学上不稳定。选择性激光烧结或选择性激光熔化方法允许通过降低加热温度，例如由激光和/或电子束产生的加热温度，在粉末床的限定区域中减少溶解并在加热后提高冷却速率。因此，增强材料的增强质量，即其以有利的方式改变物体(机械的)性能的能力，可以变得更加明显。在本文中，短语“物体的机械性能”被理解为源自物体的材料性能而不是物体的特定形状和/或几何的性能。例如，物体的机械性能可以是拉伸强度或屈服强度。由根据本发明的粉末混合物生成的物体可以显示各种机械性能的变化。与不含增强材料制造的物体相比，通过改善所选择的机械性能，制造三维物体的有创造性的方法提供了相当大的优点。

将构建材料或所形成的复合材料相对较短地暴露于高温导致增强材料在第一材料中的溶解最小化。此外，增强材料与第一材料的化学反应被最小化。这是重要的，因为反应产物通常是易碎的。如果反应产物的层厚，则会发生材料的显著弱化。在不锈钢的情况下，反应还可导致增强颗粒周围的结构中游离铬的消耗和这些区域中耐腐蚀性的损失。

在本发明的一个具体实施例中，第一材料是根据sae钢级系统(以下简称“316l”)的316l级钢。该钢含有fe和至多0.03重量百分比(wt％)的碳，至多0.10wt％的氮，至多0.50wt％的铜，至多0.75wt％的硅，至多2.00wt％的锰，在2.25至3.00wt％之间的钼，在13.00至15.00wt％之间的镍，和17.00至19.00wt％之间的铬。

该钢用作具有基本球形粉末颗粒的粉末，这意味着至少大部分粉末颗粒具有高球形度。

钢颗粒可以具有规则的圆形形状和/或光滑的表面，但是它们也可以具有有粗糙表面和其他偏差的区域。粉末的中值粒径(d50值)在33和40μm之间。该材料例如可以从易欧司(eos)光电技术有限公司的商品名“eosstainlesssteel316l”获得。

术语“中值粒径”，也表示为“d50值”，应理解为对应于颗粒体积分布的中值的粒径。中值粒径可通过激光散射或激光衍射确定。

第二材料是根据该实施例的碳化硅(sic)粉末。碳化硅粉末颗粒的中值粒径(d50值)介于25和35μm之间。碳化硅粉末颗粒具有实质上有角的形状，即至少大部分粉末颗粒具有边缘和顶点。优选地，它们不具有腔，但是它们可以具有凹入部分。优选地，它们不是细长颗粒。该材料例如可以从圣戈班公司的商品名“sikaabrif320”获得。根据对于宏观晶粒(macro-grains)的fepa标准42-1：2006以及对于微晶粒(micro-grains)的标准42-2：2006来测量该材料的粒径分布。

在图2中，示出了316l粉末(左侧图像)和碳化硅粉末(右侧图像)的fe-sem图像。图像示出316l粉末的颗粒具有实质上球形的形状，并且碳化硅粉末的颗粒具有角形状。

使用配备有两个单独的二次电子(se)检测器和背散射电子(bse)检测器的蔡司ultraplusfe-sem系统进行fe-sem成像。将少量的每种样品粉末均匀地涂布在一块导电碳带上并安装到样品保持器上。使用bse成像模式和电子束的15.00kv加速电压以100倍放大率捕获图像。

可替代地，可以使用不同类型的钢作为第一材料，例如马氏体时效钢，例如x3ni-comotil8-9-5(根据dinen10027-1分类)，其例如可从eos光电技术有限公司的商品名“eosmaragingsteelms1”获得。

可替代地，第二材料可包括具有实质上球形的颗粒的增强材料。它还可以包括带有不规则形状的颗粒的增强材料，例如，带有长宽比高达200：1的细长颗粒。

可替代地，增强材料可以是不同于碳化硅的材料。

通常优选的是，增强材料具有比第一材料的钢更高的熔点。如果将根据本发明的粉末混合物加热到钢粉熔化的温度，则如果温度保持低于增强材料的熔点，增强材料可以保持固态，例如以结晶形式。通过该方法制造的复合物体可以获得特别有利的性能，例如机械性能。

可以选择碳化钛、碳化钨、其他碳化物、硼化物、氮化物、氧化物、硅化物、石墨和其它具有高熔点的非金属材料(尤其是陶瓷)，作为增强材料。

根据该示例，通过使用干混合过程用单轴旋转混合器混合316l粉末和碳化硅粉末来制备粉末混合物。将粉末组分称重并密封在圆柱形玻璃广口瓶中。将广口瓶以15rpm的旋转速度旋转20分钟。选定的旋转速度允许粉末在每次旋转期间流到部分填充的广口瓶的相对端，以确保碳化硅分散在钢粉中。所选择的混合时间确保碳化硅分散在钢粉中并且使混合物内的静电力的累积最小化。使用该混合方法，获得均匀的粉末混合物。这意味着碳化硅颗粒可以均匀地分布在316l颗粒中，使得可以在一定体积和/或重量的粉末混合物的任何部分中测量基本相同的混合比率(颗粒数和/或重量百分比)。

使用具有yb光纤激光器的eosm100dmls系统作为激光烧结或激光熔化装置1，通过选择性激光烧结或选择性激光熔化，将根据该实施例的粉末混合物用作制造三维物体的构建材料。

制造的三维物体由复合材料构成，该复合材料由基质构成，该基质至少主要是具有sic增强颗粒的钢基质。

优选地，选择选择性激光烧结或选择性激光熔化过程的工艺参数，使得通过电磁辐射(例如激光)和/或粒子辐射(例如电子束)引入到限定体积的粉末混合物中的能量的量等于或低于预定的上限。预定上限使得在电磁辐射和/或粒子辐射加热限定体积的时间期间，确保增强材料不完全溶解在第一材料的熔体中。激光或电子束的功率，例如，作为粉末部分中产生的热量的主要决定因素，可以通过作为增材制造机器的一部分的控制单元来控制。控制单元可以连接到数据库，其中存储过程参数之间的相关性，并且基于预定的参数或阈值生成具体值，例如激光或电子束的功率输入。这些值可以馈送入控制单元，该控制单元生成控制信号，用于相应地调节作为增材制造机器的一部分的激光或电子束的功率。控制单元还可以基于主动处理监控系统的传感器数据工作，该主动处理监控系统检测加热和/或固化过程是否在规定的操作参数内运行。

如果增强材料的结构元件从增强材料结构分离并在第一材料中扩散，则认为增强材料是溶解的，无论增强材料和第一材料是否发生化学反应。溶解的增强材料的量优选为70wt％或更少，更优选为50wt％或更少，还更优选为30wt％或更少，并且仍更优选为5wt％或更少。激光烧结或熔化装置1的控制单元29可适于控制装置1，使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入到限定体积的粉末混合物中的能量的量等于或低于上限。

优选地，选择选择性激光烧结或选择性激光熔化过程的工艺参数，使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入到限定体积的粉末混合物中的能量的量等于或高于预定的下限。预定下限，使得在电磁辐射和/或粒子辐射将能量引入所限定体积的粉末混合物的时间期间，确保第一材料完全熔化，由此能量输入可以通过控制单元控制，所述控制单元可以根据由数据库和/或由主动处理监控系统提供的数据工作。激光烧结或熔化装置1的控制单元29可以适于控制装置1，使得通过电磁辐射和/或粒子辐射引入到限定体积的粉末混合物中的能量的量等于或高于下限。

在第一材料的熔体中的增强材料的部分溶解或增强材料与第一材料的反应实际上是有益的，因为其可以改善增强材料和钢之间的结合，这又改善了从第一材料到增强材料的载荷传递。在没有载荷传递的情况下，增强材料不能有助于材料的强度性能。在第一材料的熔体中的增强材料的溶解/增强材料与第一材料的反应通常是常规烧结和浇铸方法的问题。因此，有必要找到粘合强度和增强材料在第一材料的熔体中的溶解/增强材料与第一材料的反应之间的折衷。在这种情况下，可以选择引入限定体积的粉末混合物中的能量的量的下限，使得确保在电磁辐射和/或粒子辐射将能量引入该限定体积的时间期间，增强材料在第一材料的熔体中部分溶解，其中溶解的增强材料的量优选为1wt％或更多，更优选为3wt％或更多。

可以改变以便控制引入限定体积的粉末混合物中的能量的量的工艺参数是，例如，激光光斑尺寸、激光束轮廓、激光输出功率(例如，辐射能量，所述辐射能量可以在过程中其实际使用前通过光学系统传输)、粉末层的厚度、例如激光或电子束的各扫描线之间的距离，以及例如在待固化的预定区域上的激光或电子束的扫描速度。人们必须考虑到这些参数中的一些的可能的相互依赖性。例如，对于给定的激光束轮廓，例如高斯光束轮廓和给定的光束直径，舱口(hatch)距离可以位于上限和下限之间，以确保输入到构建材料中的能量在所有待固化的位置处是足够的，不会使构建材料过热并且不会使烧结或熔化过程不完全。

由增强材料引起的增加的孔隙率也可能是使用常规烧结和浇铸方法不成功增强的原因。使用选择性激光烧结或选择性激光熔化方法可以避免这个问题。

优选地，选择选择性激光烧结或选择性激光熔化过程的工艺参数，使得热输入因子q和激光的光斑尺寸在一定的预选范围内，以便确保第一材料充分熔化并避免增强材料完全溶解在第一材料中。热输入因子应该在这些范围内，与其他参数无关，例如粉末床上激光的光斑尺寸，其可以根据激光束到达构建区域8中的不同位置的不同角度而变化，其中单个粉末部分是待固化的。热输入因子是通过激光束引入限定体积的粉末混合物中的能量的量的近似量度。更具体地，热输入因子是每体积粉末混合物引入的能量的量的量度。例如，其以j/mm³为单位进行测量。根据公式，基于激光输出功率p、舱口距离、舱口速度v、以及层厚s，计算热输入因子q。

q＝p/(d*v*s)。

已经发现，位于30和150j/mm³之间的热输入因子和位于35μm和120μm之间的激光的光斑尺寸导致具有有利性能(例如有利的机械性能)的三维物体。

在使用碳化硅作为增强材料的情况下，已发现以下值是非常有利的工艺参数：p＝105w、d＝0.07mm、v＝830mm/s、s＝0.02mm。这些值对应于q＝90.4j/mm³。这些参数已经用于使用下面将描述的混合物a、b和c制造三维物体。

通过根据上述本发明的实施例的方法制造的三维物体的特征在于各种性能。用于表征的方法描述如下。

1、根据标准iso3369、使用阿基米德原理，确定密度：对于通过选择性激光烧结或选择性激光熔化而制造为密度立方体样品的三维物体，使用“不可渗透的烧结金属材料和硬质金属-密度的确定”来进行密度测试。在该密度测试方法中，在空气中和浸入水中确定样品的质量，并且然后将所测量的两个测量值之间的质量差用于基于已知的水密度的样品体积的估计。根据测量的样品重量和体积，然后可以计算其密度。对于试验，使用struerslabo-pol-5样品制备系统、使用struerssic#320砂纸手动打磨密度立方体样品的所有面，以减少表面粗糙度，并且由于样品表面上捕获的空气泡，从而导致测试结果劣化的可能性。离子交换水用于水浸法中的称重，并且将少量洗碗液添加到水中以降低其表面张力。使用内置密度计算程序，用实验室天平(kernplt650-3m)进行该过程。对于自动计算，在试验之前测量水温。对于每个样品在每次测量之间切换样品，重复测量三次，并且在每次新测量之前，将样品彻底干燥。下面呈现的结果是三次测量的平均值。

由于与所选择的第一材料相比，碳化硅的密度显著降低，可以预期一定程度的密度降低与样品中碳化硅含量的增加有关。为了评估碳化硅添加对材料的结构完整性的影响，计算这种直接密度降低效果，并将理论复合材料密度与测量的密度值进行比较。计算基于固体碳化硅的理论密度(3.21g/cm³)以及由不含增强材料的316l(7.99g/cm³)制造的样品的测量密度。这些密度用于估计材料中碳化硅的体积分数。然后，基于这些理论体积分数和固体材料成分的标示的密度，计算固体复合材料的理论密度。所描述的过程可以用以下等式表示，

sic体积分数＝sicwt％/sic密度/(sicwt％/sic密度+316lwt％/316l密度)

316l体积分数＝316lwt％/316l密度/(sicwt％/sic密度+316lwt％/316l密度)

复合密度＝sic体积分数*sic密度+316l体积分数*316l密度。

从等式中可以明确，这些理论复合密度是基于碳化硅颗粒不向复合材料结构添加任何空体积的假设，并且原始316l样品中存在的相同水平的缺陷将也存在于复合材料中。

2、拉伸测试根据标准iso6892-1：2009：b10“金属材料-拉伸测试-第1部分：室温试验方法”进行。通过选择性激光烧结或选择性激光熔化所制造的作为拉伸试样(样品)的三维物体用于拉伸试验。使用车床减小每个样品的横截面直径，使其在样品中间达到其最小值，大约4.0mm。该直径用微米验证。样品的末端带有螺纹以便紧固。使用zwick/roellz400试验机(兹维克-罗尔集团(zwickroellgroup))进行测试。在材料行为的弹性阶段期间拉伸力增加10mpa/s，并且在塑性变形阶段开始时所述增加减小到0.375mpa/s。在试验期间，记录了断裂时样品的最大载荷、偏移屈服强度(rp0.2-极限)、拉伸强度和延伸率，并且然后用滑尺来测量在断裂点处的横截面面积的减小。

3、在该实施例的情况下，使用洛氏方法对通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制造为样品的三维物体进行硬度测试。根据标准en-iso6508-1：2005“金属材料-洛氏硬度试验-第1部分：试验方法”进行试验。密度立方体样品用于测试。对每个样品进行五次试验，并以0.1hrb的精度报告测量值。在洛氏试验方法中，通过两步过程以确定的力将规定了形状、尺寸和材料的压头压在样品表面上。通过在压头上添加规定的负载来施加力。首先，用较小的初始力按压压头，并测量所得的最初压痕深度，在施加更大的附加力后，然后移除。返回初步力水平后，测量最终的压痕深度，并通过等式，基于最初和最终压痕深度的差异计算样品的硬度，

硬度＝n-h/s

其中h是压痕深度的测量差异，以及n和s是标准中规定的尺度特定常数。该标准还规定了压头的类型，并且其形状和材料根据试验材料的硬度而变化。试验过程偏离标准，因为当测量硬度值超过100hrb时，也使用碳化钨(wc)球压头，而不是标准中规定的金刚石锥。由于压头的形状变形和压痕的小深度，这种偏差可能导致测量误差增加。然而，由于在当前情况下没有显著超过100hrb硬度极限，因此不认为这些因素在很大程度上影响试验结果。试验中使用的碳化钨球压头的直径为1.5875mm(1/16英寸)，并且施加的初始力和总力分别为98.07n和980.70n，相当于10.0kg和100.0kg的施加负载。

4、根据标准astmg99-95a“用销盘式装置进行磨损测试的标准试验方法”，通过球盘式方法测试耐磨性。在该方法中，具有球形头部的销试样被垂直地压靠在预定的材料和表面光洁度的水平旋转盘上。销滑动速度和滑动距离以及接触表面之间的法向力也将在测试装置中定义。试验在室温下进行。在试验之后，基于销和盘试样的质量或体积损失、接触表面表征和使用cetrumt-2摩擦计的试验期间记录的摩擦力数据进行材料分析。

使用由马氏体时效钢粉eosmaragingsteelmsi制成的盘试样进行试验，所述盘试样使用具有yb光纤激光器和由制造商提供的eosm290dmls系统的默认工艺参数、通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制造。通过struerslabopol-5样品制备系统，用struerssic#80和#320砂纸以相应的顺序手动打磨盘样品的试验表面。用表面粗糙度测试仪(mitutoyosurftestsj-210)测量样品的表面粗糙度值，并从每个盘的不同位置重复测量四次。在当前情况下，测量的粗糙度值通常约为1μm量级。

5、根据标准nacetm0169/g31-12a“金属的实验室浸入式腐蚀测试的标准指南”测试通过选择性激光烧结或选择性激光熔化制成为样品的三维物体的耐腐蚀性。将试验周期设定为30天，之后通过目视检查和样品质量变化测量来评估试验结果。首先使用struerslabopol-5样品制备系统，使用struerssic#80和#320砂纸手动打磨所有样品表面。然后使样品在室内气氛中氧化24小时，以模拟试验材料的可能的实际操作条件。然后首先通过用纸和乙醇对样品冲刷，然后通过使用离子交换水在超声波清洗器(retschur1，retschgmbh)中冲洗5分钟，以对样品进行清洗。然后用滑动卡尺(absoluteaosdigimaticcaliper500-123u，mitutoyoukltd)测量样品尺寸以便确定它们的表面积，并用实验室天平(kernplt650-3m)对它们进行称重。该试验在标准海水环境中进行，其中电解质是离子交换水和3.56wt％试剂级氯化钠(nacl，bakeranalyzed，j.t.baker)的混合物。通过用实验室天平(kernplt650-3m)分别测量900g水和33.22gnacl并将它们结合在塑料试验容器中来制备溶液。通过手动旋转容器30秒来搅拌nacl的溶解。容器由高密度聚乙烯(pe-hd)制成，并且体积为1000ml。将样品用聚合物线附接到容器的盖子上，使得它们在垂直方向上大致定位在容器的中间。在试验期间，不允许样品与容器壁接触。试验在室温(20-25℃)和环境压力下进行。30天后，通过以下两步过程，冲洗和清洗样品。在第一步中，将它们在离子交换水中冲洗并吹干，并且在第二步中，用电动牙刷在离子交换水下刷洗它们，然后在超声波清洗器中冲洗3分钟。在每个清洁步骤后用实验室天平(kernplt650-3m)将样品称重三次。

假设样品表面上的腐蚀在整个表面区域上以均匀的速率增长，则可以基于所测量的重量损失和已知的样品表面积来估计均匀腐蚀渗透的速率。计算由以下等式执行：

均匀腐蚀渗透率＝(k*w)/(a*t*d)，

其中k是测量单位特定常数，其值为8.76*10⁴，用于计算均匀腐蚀渗透率(毫米每年(mm/yr))，w是样品质量损失(克)，a为样品表面积(cm²)，t是曝光时间(小时)，并且d是样品材料的密度。

对于磨损测试，通过选择性激光烧结或选择性激光熔化将三维物体制成销试样。没有进行额外的表面处理。为试验选择了以下参数：法向力＝40.0n，滑动速度＝0.2m/s，滑动距离＝450.0m，试验时间＝30.0min。由于盘样品表面的轻微不均匀性，因此法向力值可以在每次盘旋转期间从预设值波动大约5.0n。这种法向力波动的程度对于所描述的测试设置是典型的，并且不能显著降低。还监测试验试样保持器的温度，并且在试验过程期间可以记录温度的轻微升高。可以认为这种增加太微不足道，不会对试验结果产生任何显著影响。在每次试验之前，通过用乙醇冲洗它们，用纸擦拭并用加压空气吹扫来清洁销和盘试样，并且此后用实验室天平(precisagravimetricsxt1220m，precisagravimetricsag)称重它们。在试验之后，将样品小心地从试验机器上取下，并且目视观察并记录接触表面。然后通过与上述相同的过程小心地从样品中除去磨屑。然后再次称重样品并根据结果计算质量变化。

上述根据本发明的该实施例的粉末混合物的三个具体示例称为“混合物a”、“混合物b”和“混合物c”。

混合物a含有0.5wt％的碳化硅，混合物b含有1.0wt％的碳化硅，以及混合物c含有2.0wt％的碳化硅。

在图3中，示出了混合物a(左侧图像)和混合物c(右侧图像)的fe-sem图像。钢颗粒以浅色表示，和碳化硅颗粒以深色表示。图像示出碳化硅颗粒分散在钢粉中。

使用上述蔡司ultraplusfe-sem系统完成了图2和图3中所示的fe-sem成像。将少量的每种样品粉末均匀地散布在一块导电碳带上并安装到样品保持器上。使用bse成像模式和电子束的15.00kv加速电压以100倍放大率捕获图像。

通过上述方法使用混合物a、b和c作为用于上述试验方法的样品制造三维物体。

对于比较实验，使用与使用混合物a、b和c制造三维物体相同的方法，用不含增强材料的316l制造三维物体。

选择三维物体的形状，使得它们适合于相应的试验方法。

在图4中，示出了测量的密度和计算的理论密度。

测量的密度值与所有混合物a、b和c的计算密度值非常相似。

在图5中，示出了测量的拉伸强度和屈服强度及其标准偏差。

测量的拉伸强度值的增加与增强材料的浓度具有几乎线性的相关性。这意味着与通过不含增强材料的316l粉末的选择性激光烧结或选择性激光制造的三维物体相比，316l和碳化硅的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致制造的三维物体的有效材料强化。使用常规烧结方法尚未获得相当有利的结果。这可归因于选择性激光烧结或选择性熔化过程的快速热循环特性和少量保留的孔隙率。

在图6中，示出了测量的硬度及其标准偏差。

测量的硬度值的增加与增强材料的浓度具有几乎线性的相关性。这意味着与通过不含增强材料的316l粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316l和碳化硅的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致制造的三维物体的材料硬化。

在图7中，示出了由磨损测试所测量的销质量损失和盘质量损失。

在混合物b和c的情况下，显著减小的销质量表明，与通过不含增强材料的316l粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316l和碳化硅的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致所制造的三维物体的耐磨性增加。

测量的盘质量损失值的增加与增强材料的浓度具有几乎线性的相关性。这意味着与通过不含增强材料的316l粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，316l和碳化硅的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化导致制造的三维物体的磨耗性增加。

对于通过混合物a、混合物b、混合物c和316l的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造为样品的三维物体，均匀腐蚀渗透腐蚀的速率的测量值为0.0035mm/yr或更低。它们与增强材料的浓度没有显示出相关性。这意味着与通过不含增强材料的316l粉末的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体相比，通过316l和碳化硅的粉末混合物的选择性激光烧结或选择性激光熔化制造的三维物体的耐腐蚀性可能没有降低或没有显著降低。

在本发明的另一具体实施例中，第一材料是316l级钢，并且第二材料是碳化钛(tic)粉末。

根据该实施例的包括316l粉末和tic粉末的粉末混合物用作构建材料，用于通过使用具有yb光纤激光器的eosm100dmls系统作为激光烧结或激光熔化装置1进行选择性激光烧结或光熔化来制造三维物体。

可替代地，可以使用其他增材制造技术，例如通过使用电子束进行选择性烧结或熔化。

根据该实施例制造的三维物体由复合材料构成，该复合材料由基质构成，该基质至少主要是具有tic增强颗粒的钢基质。

用于控制增材制造过程的工艺参数的选择(例如，激光束或电子束的光斑尺寸、光束轮廓、激光输出功率、粉末层的厚度、光束的各个扫描线之间的距离、在待固化的预定区域上的光束的扫描速度)遵循上述原理。如上所述，因此可以使用可以连接到数据库和/或过程监测系统的控制单元。

此外，可以选择参数以及第一材料和第二材料，使得能够通过液态金属适当润湿增强颗粒，导致高材料密度和高增强颗粒粘附。同时，可以保持高温处理时间短，以防止增强颗粒溶解以及与用作基体金属的钢发生化学反应。与其他第一材料和第二材料例如316l和sic相比，选择316l和tic作为第一材料和第二材料导致溶解减少和反应性降低。低溶解性和反应性对于某些应用可以是有利的，而高溶解性和反应性对于其他应用可以是有利的。因此，增强材料的选择可取决于给定应用所需的溶解度和反应性。

已经发现，由eos光电技术有限公司提供的商业316l20umflexline默认工艺参数(如2016年6月所规定的)导致具有优选性能的三维物体，例如优选的机械性能。在本实施例的具体示例中，这些工艺参数已用于三维物体的制造。

用于该实施例的具体示例的增强材料是tic粉末产品，其中值粒径为约30μm，整个粒径范围在约0.5μm和100μm之间。该粒径范围的tic粉末例如由sigma-aldrich和h.c.starck公司提供。

tic粉末含有少量杂质(总共<0.50wt％)，例如氧和游离碳。

使用microtracs3500激光衍射分析仪，按照标准iso13320：2009-10“粒径分析-激光衍射法”，通过激光衍射确定tic粉末产品的粒径分布。由此，粉末颗粒已经分散在液体中用于分析。根据所选择的试验参数，加载因子和透射值对于方法的精度是至关重要的，并且这些已被设置为0.0899的加载因子(颗粒浓度)和0.906的透射值。

进一步的试验参数如下：

流体折射率：1.333

超声波分散功率：40w

超声波分散时间：300s

3激光系统，激光波长：780nm

在图8中，示出了用于根据该实施例的具体示例的tic粉末的fe-sem图像。图像示出tic粉末的颗粒具有角形状。

在图9中，示出了用于具体示例的316l粉末的fe-sem图像。该图像示出316l粉末的颗粒具有实质上球形的形状。

对于图8和图9中所示的fe-sem成像，使用与图2和图3中所示的fe-sem成像的情况相同的样品制备技术。图8中所示的图像已经由jeoljsm6335ffe-sem装置以500倍放大率使用se成像模式和电子束的20.00kv加速电压来捕获。图9中所示的图像已经由用上述蔡司ultraplusfe-sem系统以500倍放大率使用bse成像模式和电子束的15.00kv加速电压来捕获。

316l粉末例如可以从eos光电技术有限公司的商品名“eosstainlesssteel31sl”获得。

将tic粉末316l基体金属粉末以不同浓度混合，得到根据该实施例的四个具体示例，分别为0.75wt％的tic、1.5wt％的tic、3.0wt％的tic和4wt％的tic。

使用单轴混合器以及相当于用于使用316l粉末和sic粉末的实施例的上述混合过程的混合过程，通过干式机械混合来混合粉末组分。以15rpm的转速连续混合20分钟。

由粉末混合物制造的三维物体的特征在于各种性能。结果如下。示出由纯316l制造的三维物体(即由未增强材料组成的物体)的结果用于比较。

图10示出了根据该实施例的四个示例的测量密度、计算理论密度和相对密度。

测量密度已经根据标准iso3369利用阿基米德原理确定。该方法如上所述。

基于固体tic的理论密度(4.93g/cm³)和由不含增强材料的316l(7.99g/cm³)制造的样品的测量密度计算理论密度。这些密度用于估计材料中tic的体积分数。然后，基于这些理论体积分数和固体材料成分的规定密度，计算复合材料的理论密度。所描述的过程可以由等式表示：

tic体积分数＝ticwt％/tic密度/(ticwt％/tic密度+316lwt％/316l密度)

316l体积分数＝316lwt％/316l密度/(ticwt％/tic密度+316lwt％/316l密度)

复合材料的理论密度＝tic体积分数*tic密度+316l体积分数*316l密度

相对密度定义为测量密度与理论密度的比率。

所选择的激光烧结或激光熔化过程的参数以及所选择的第一材料和第二材料导致所制造的复合材料物体的高相对密度值。对于所有材料组合物，已经测量了超过99.0％的相对密度值。

已经发现所制造的三维物体的结构没有裂缝或其他结构缺陷。在这些结构中尚未检测到tic颗粒溶解。使用光学显微镜、扫描电子显微镜(sem)和能量色散x射线光谱(eds)进行结构表征。

在图11中，示出了根据tic含量为3.0wt％的示例的粉末混合物制造的三维物体的复合结构中的tic颗粒的sem图像。使用上述蔡司ul-traplusfe-sem系统以15.0kv的加速电压、se成像模式和2500倍放大率捕获图像。对于tic颗粒，没有可见的颗粒破裂或反应相生成。

根据标准iso6892-1：2009：b10进行拉伸测试。该方法如上所述。冲击测试已根据标准eniso148-1：2010“金属材料-夏比摆锤(charpypendulum)冲击试验-第1部分：试验方法”进行。

在图12和图13中示出了根据该实施例的四个示例的拉伸强度和屈服强度以及断裂后的延伸率和冲击能量，其中为了比较，tic颗粒用于由316l制造的三维物体(拉伸强度和屈服强度的数据显示在两个图中)。这些结果表示每种材料的三次测量的平均值。

由于tic颗粒的添加(复合材料形成)，已发现316l钢的拉伸强度和屈服强度的显著增加。与未增强的eos316l钢相比，本发明还测量了增加的磨损强度和硬度性能。

在添加sic颗粒和类似的增强体积分数的情况下(参见上文所述的混合物a、b和c)，已经发现了拉伸强度和屈服强度的类似增加。

从图12和图13中可以看出，复合材料的显示性能相当线性地响应于tic颗粒浓度。这些结果可以与使用sic颗粒增强获得的结果进行比较，参见图5和上文的相关描述。该比较表明，在tic增强材料的情况下，复合材料的延展性和冲击韧性性能高于sic增强材料的情况。相对低的延展性和冲击韧性对于某些应用可以是有利的，而相对高的延展性和冲击韧性对于其他应用可以是有利的。因此，增强材料的选择可取决于给定应用所需的延展度和冲击韧性。

在含有sic增强材料的混合物a、b和c的情况下以及根据使用tic颗粒的该实施例的四个示例获得的屈服强度、拉伸强度、断裂后的延伸率和冲击能量的结果的数值示于表1中。

表1

根据标准astmg99-95a，通过球盘式方法测试了耐磨性。该方法如上所述。通过选择性激光烧结或选择性激光熔化将三维物体制成为销试样。没有进行额外的表面处理。为试验选择了以下参数：法向力＝40.0n、滑动速度＝0.25m/s、滑动距离＝450.0m、试验时间＝30.0min。

根据使用tic颗粒的该实施例的四个示例的结果示于图14。结果表示为测试期间复合销样品的质量损失。较小的质量损失表明更好的耐磨性。标有“参照(ref)”的条表示由不含增强材料的316l材料制成的试样的销质量损失。

在含有sic增强材料的混合物a、b和c的情况下以及根据使用tic颗粒的该实施例的四个示例的销质量损失获得的结果的数值示于表2中。标记“1.2vol％增强样品”代表混合物a以及316l和0.75wt％tic的混合物。标记“2.5vol％增强样品”代表混合物b以及316l和1.75wt％tic的混合物。标记“4.8vol％增强样品”代表混合物c以及316l和3.0wt％tic的混合物。

表2

通过tic颗粒的添加，316l钢的耐磨性也显著提高。

在该实施例的情况下，硬度测试已在eos芬兰公司使用struersduravision20硬度测试机进行。试验过程遵循标准iso6507-1：2005“金属材料-维氏(vickers)硬度测试-第1部分：测试方法”和iso6508-1：2015“金属材料-洛氏硬度测试-第1部分：测试方法”。通过洛氏和维氏方法测量硬度。结果以hrc和hv10硬度单位表示，并且数值分别以0.1hrc和1hv10的精度报告。使用两种方法对每个样品测量5次硬度。在测试之前，使用struerssic#80和#320砂纸并用struerslabopol-5打磨和抛光机打磨试验样品。

在使用c级金刚石锥的洛氏方法中，将压头压入试验材料中。首先施加规定的初始力并测量最初压痕深度。在此之后，施加额外的力并移除，并测量最终的压痕深度。洛氏硬度值则来自以下等式：

其中h是最终和最初压痕深度之间的差异并且n和s是常数。该标准规定，只有在20至70hrc之间的值可适用于该方法，并且在本研究中，一些样品比20hrc更软。这不是考虑的问题，因为硬度也能通过维氏方法测量，并且结果已用于表示趋势而不是比较精确值。

在维氏方法中，在相对面之间具有136°角的金字塔形金刚石压头被迫使进入样品的表面，并且在去除试验力之后，测量表面中的压痕的对角线长度。在hv10中，使用的试验力为98,07n。硬度维氏值可以由下公式确定

其中f是试验力，并且d是两个对角线长度的平均值。

根据该实施例的四个示例的结果示出在图15中。通过用每个样品和测试方法计算5次测量的平均值而获得结果。

在含有sic增强材料的混合物a、b和c的情况下以及根据使用tic颗粒的该实施例的四个示例获得的硬度结果的数值示于表3中。

表3

通过tic颗粒的添加也显著提高了316l钢的硬度。

根据标准nacetm0169/g31-12a“金属的实验室浸入式腐蚀测试的标准指南”，通过盐水浸泡30天来分析根据使用tic颗粒的该实施例的包括tic的粉末混合物的激光烧结或激光熔化制成的复合材料的耐腐蚀性。该方法如上所述。在浸入盐水中30天后，在根据该实施例的任何样品上未观察到可见或可测量的腐蚀，在盐水浸泡30天后测量的所有样品的质量变化为0,000g，其中样品用p320sic纸打磨。

在本发明的另一具体实施例中，第一材料是316l级钢，并且第二材料是碳化钨(wc)粉末。

根据该实施例的包括316l粉末和wc粉末的粉末混合物用作构建材料，用于使用具有yb纤维激光器的eosm100dmls系统作为激光烧结或激光熔化装置1、通过选择性激光烧结或选择性激光熔化来制造三维物体。

可替代地，可以使用其他增材制造技术，例如通过使用电子束进行选择性烧结或熔化。

根据该实施例制造的三维物体由复合材料构成，该复合材料由基质构成，该基质至少主要是具有wc增强颗粒的钢基质。

用于控制增材制造过程的工艺参数的选择(例如，激光束或电子束的光斑尺寸、光束轮廓、激光输出功率、粉末层的厚度、光束的各个扫描线之间的距离、待固化的预定区域上的光束的扫描速度)遵循上述原理。如上所述，因此可以使用可以连接到数据库和/或过程监控系统的控制单元。

此外，已经选择参数和/或第一材料和/或第二材料使得通过液态金属对增强颗粒的润湿是足够的，导致高材料密度和高增强颗粒粘附。同时，可以保持高温处理时间短，以防止增强颗粒溶解和与用作基体金属的钢发生化学反应。与其他第一材料和第二材料(例如316l和sic)相比，选择316l和wc作为第一材料和第二材料可导致溶解减少和反应性降低。低溶解性和反应性对于某些应用可以是有利的，而高溶解性和反应性对于其他应用可以是有利的。因此，增强材料的选择取决于给定应用所需的溶解度和反应性。

已经发现，由eos光电技术有限公司提供的商业316l20umflexline默认工艺参数(如2016年6月所规定的)导致具有优选性能的三维物体，例如优选的机械性能。这些工艺参数已用于该实施例的特定示例中的三维物体的制造。

用于该实施例的具体示例的增强材料是wc粉末产品，其中值粒径为约25μl，整个粒径范围在约5μm和125μm之间。该粒径范围的wc粉末例如由h.c.斯塔克公司提供。

使用microtracs3500激光衍射分析仪，遵循标准iso13320：2009-10“粒径分析-激光衍射法”，通过激光衍射确定wc粉末产品的粒径分布。由此，粉末颗粒已经分散在液体中用于分析。根据所选择的测试参数，加载因子和透射值对于该方法的精度是关键的，并且这些已被设定为0.0573的加载因子(颗粒浓度)和0.948的透射值。

进一步的测试参数如下：

流体折射率：1.333

超声波分散功率：40w

超声波分散时间：300秒

3激光系统，激光波长：780nm

wc粉末可含有少量杂质(优选总计<0.10wt％)，例如氧和游离碳。

在图16中，示出了用于根据该实施例的具体示例的wc粉末的fe-sem图像。图像示出wc粉末的颗粒具有球形形状。对于fe-sem成像，使用与图2和图3中所示的fe-sem成像相同的样品制备技术。图16中所示的图像是用hitachis-3500nfe-sem装置以500倍的放大率使用se成像模式以及电子束的20.00kv加速电压所捕获的。

用于具体示例的316l粉末的fe-sem图像在图9中示出。

316l粉末例如可以从eos光电技术有限公司的商品名“eosstainlesssteel316l”获得。

将wc粉末与316l基体金属粉末以不同浓度混合，得到根据该实施例的四个具体示例，其分别具有2.5wt％的wc、5.0wt％的wc、7.5wt％的wc和10.0wt％的wc。

使用单轴混合器以及相当于用于使用316l粉末和sic或tic粉末的所述实施例的上述混合过程的混合过程，通过干式机械混合将粉末组分混合。以15rpm的转速连续混合20分钟。

由粉末混合物制造的三维物体的特征在于各种性能。结果如下。呈现由纯316l制造的三维物体(即，由未增强材料组成的物体)的结果用于比较。

根据该实施例的四个示例的测量密度、计算的理论密度和相对密度示出在图17中。

测量的密度已经根据标准iso3369利用阿基米德原理确定。该方法如上所述。

基于固体wc的理论密度(15.63g/cm³)和由不含增强材料的316l(7.99g/cm³)制造的样品的测量密度计算理论密度。这些密度用于估计材料中wc的体积分数。然后，基于这些理论体积分数和固体材料成分的规定密度，计算复合材料的理论密度。所描述的过程可以由等式表示：

wc体积分数＝wcwt％/wc密度/(wcwt％/wc密度+316lwt％/316l密度)

316l体积分数＝316lwt％/316l密度/(wcwt％/wc密度+316lwt％/316l密度)

复合材料的理论密度＝wc体积分数*wc密度+316l体积分数*316l密度

所选择的激光烧结或激光熔化过程的参数以及所选择的第一材料和第二材料导致所制造的复合材料物体的高相对密度值。计算的相对密度值略高于100％可以通过假设钢材料和wc材料的体积在四个示例中不是严格相加、与理论密度的计算的假设相反来解释。

已经发现所制造的三维物体的结构没有裂缝或其他结构缺陷，这表明金属和wc颗粒之间的界面的性质是有利的。在这些结构中未检测到wc颗粒溶解。使用光学显微镜和扫描电子显微镜(sem)进行结构表征。

在图18中，示出了sem图像，其示出了由根据wc含量为5.0wt％的示例的粉末混合物制造的三维物体的复合结构中的wc颗粒。用具有se检测器和bse检测器的hitachis-3500nsem系统，使用se模式，2500倍放大率和15,0kv加速电压来捕获图像。wc颗粒没有可见的颗粒破裂或反应相形成。

根据标准iso6892-1：2009：b10进行拉伸测试。该方法如上所述。冲击测试已根据标准eniso148-1：2010进行。

图19示出了根据该实施例的四个示例的拉伸强度和屈服强度以及断裂后的延伸率，并且其中为了比较，wc颗粒用于由316l制造的三维物体。这些结果示出了每种材料的三个测量的平均值。

由于wc颗粒的添加(复合材料形成)，已发现316l钢的拉伸强度和屈服强度显著增加。与未增强的eos316l钢相比，本发明还测量了增加的磨损强度和硬度性能。

从图19中可以看出，复合材料的显示的性能相当线性地响应于wc颗粒浓度。这些结果可以与sic颗粒增强和wc颗粒增强获得的结果进行比较，参见图5、图12和图13以及上面的相关描述。该比较表明，在wc增强材料的情况下，复合材料的延展性和强度性能高于sic增强材料的情况，并且与tic增强材料的性能不相上下。应该注意的是，由于wc、sic和tic颗粒的不同的固有密度性质，这些颗粒以wt％表示的相似浓度与它们的相似体积浓度(vol％)不对应。相对低的延展性和冲击韧性对于某些应用可以是有利的，而相对高的延展性和冲击韧性对于其他应用可以是有利的。因此，增强材料的选择可取决于给定应用所需的延展度和冲击韧性。

对于根据使用wc颗粒的实施例的四个示例的屈服强度、拉伸强度、断裂后的延伸率和冲击能量获得的结果的数值示于表4中。

表4

根据标准astmg99-95a，通过球盘式方法测试了耐磨性。该方法如上所述。通过选择性激光烧结或选择性激光熔化将三维物体制成为销试样。没有进行额外的表面处理。为试验选择了以下参数：法向力＝40.0n，滑动速度＝0.25m/s，滑动距离＝450.0m，试验时间＝30.0min。

根据使用5.0wt％和10wt％wc颗粒的所述实施例的示例的结果呈现在图20中。结果表示每种材料的三次重复试验的平均值。结果表示为测试期间复合销样品的质量损失。较小的质量损失表明更好的耐磨性。标有“参照(ref)”的条表示由不含增强材料的316l材料制成的试样的销质量损失。

通过添加wc颗粒，316l钢的耐磨性也显著增加。

在使用wc颗粒的该实施例的情况下，在eos芬兰公司使用struersduravision20硬度测试机进行硬度测试。试验过程遵循标准iso6507-1：2005“金属材料-维氏硬度试验-第1部分：测试方法”和iso6508-1：2015“金属材料-洛氏硬度试验-第1部分：试验方法”。以上描述了关于洛氏方法的进一步细节。通过洛氏和维氏方法测量硬度。结果以hrc和hv10硬度单位表示。使用两种方法对每个样品测量5次硬度。在测试之前，使用struerssic#80和#320砂纸，用struerslabopol-5打磨和抛光机打磨试验样品。

根据使用wc颗粒的该实施例的四个示例的结果示出在图21中。通过计算每个样品的5次测量的平均值以及试验方法获得结果。结果的数值示于表5中。

表5

从结果可以看出，通过wc颗粒的添加，316l钢的硬度也显著增加。

根据标准nacetm0169/g31-12a“金属的实验室浸入式腐蚀测试标准指南”，通过盐水浸泡30天来分析通过激光烧结或激光熔化根据该实施方案的包括wc的粉末混合物制备的复合材料的耐腐蚀性。该方法如上所述。在浸入盐水中30天后，在根据该实施例的任何样品上未观察到可见或可测量的腐蚀，在盐水浸泡30天后测量的所有样品的质量变化为0.000g，其中用p320sic纸打磨样品。

根据本发明，可以根据所制造的三维物体的所需性能选择合适的第一材料和合适的第二材料。例如，通过添加sic、tic或wc，可以提高316l的拉伸强度和屈服强度。对于这些增强材料，对延展性的影响是不同的。取决于是否需要高延展性，可以选择wc、tic、sic或其混合物作为用于316l的增强材料。

虽然已经分别通过选择性激光烧结或选择性激光熔化描述了本发明，但是本发明不限于选择性激光烧结或选择性激光熔化。本发明可以应用于通过逐层施涂以及凭借电磁和/或粒子辐射选择性地固化粉末形式的构建材料来制备三维物体的任何可能的方法。辐射装置可包括一个或多个激光器。激光器可以是气体激光器、固态激光器或任何其他类型的激光器，例如激光二极管，尤其是具有vcsel(垂直腔面发射激光器)或vecsel(垂直外腔表面发射激光器)或其任何组合的阵列。通常，可以使用任何辐射装置，通过该辐射装置可以选择性地将能量施加到构建材料的层上并且适于固化构建材料。这可以是与激光、电子束或任何其他合适的能量源或辐射源不同的光源。本发明还可以应用于选择性掩模烧结，其中使用掩模和扩展光源代替偏转激光束，或者用于吸收烧结或抑制烧结。