用于基于电子照相术的增材制造的ABS部件材料

摘要

一种用于利用基于电子照相术的增材制造系统(10)打印三维部件(80)的部件材料，所述部件材料包含：具有共聚物(包含丙烯腈单元、丁二烯单元、和芳族单元)的组合物、电荷控制剂、和热吸收剂。部件材料以具有受控粒径的粉末形式提供，并且被配置为在具有层转输组件(20)的基于电子照相术的增材制造系统(10)中用于以逐层方式打印三维部件(80)。

说明书

背景

本公开涉及用于打印三维(3D)部件和支撑结构的增材制造系统。尤其是，本公开涉及用于使用成像工艺(如电子照相术)打印3D部件和支撑结构的消耗材料。

增材制造系统用于使用一种以上增材制造技术根据3D部件的数字表示(例如，AMF和STL格式文件)构建3D部件。商业上可行的增材制造技术的实例包括基于挤压的技术、喷墨、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束熔化和立体光刻工艺。对于这些技术中的每一种来说，首先将3D部件的数字表示分成多个水平层。对于每个分成的层，随后产生工具路径，这为具体增材制造系统的提供指令以形成给定层。

例如，在基于挤压的增材制造系统中，可以通过挤出可流动的部件材料，根据3D部件的数字表示以逐层方式打印3D部件或模型。部件材料通过由该系统的打印头携带的挤出端挤出，并且作为一系列路径沉积在x-y平面中的基板上。挤出的部件材料熔合至先前沉积的部件材料，并在温度下降后凝固。之后打印头相对于基板的位置沿着z轴(垂直于x-y平面)递增，并且随后重复该过程以形成类似所述数字表示的3D部件。

在通过沉积部件材料的层制造3D部件中，在未被部件材料本身支撑的正在修建中的突出部的下面或物体的空腔中，通常构建支撑层或结构。可以利用沉积部件材料所采用的相同的沉积技术来构建支撑结构。主机产生充当用于正在形成的3D部件的突出或自由空间区段(并且在一些情况下用于正在形成的3D部件的侧壁)的支撑结构的附加几何结构。支撑材料在制造期间粘附至部件材料，并且在打印过程完成时可从所完成的3D部件移除。

在二维(2D)打印中，电子照相术(即，静电复印术)是用于在平坦基板如打印纸和透明基板上形成2D图像的技术。电子照相术系统通常包括涂布有光电导材料层的导电支撑鼓，在那里，通过静电带电且随后由光源对光电导层进行逐图像(image-wise)曝光，形成静电潜像(latentelectrostaticimage)。随后将静电潜像移动至显影站，在那里将调色剂涂敷至光电导绝缘体的带电区域(或者备选地至不带电区域)以形成可见图像。随后将所形成的调色剂图像转移至基板(例如，打印纸)并利用热和/或压力固定至基板。

概述

本公开的一个方面涉及用于利用基于电子照相术的增材制造系统打印3D部件的部件材料。所述部件材料具有组合物，所述组合物包含含有丙烯腈单元、丁二烯单元和芳族单元的共聚物，电荷控制剂，以及热吸收剂。所述部件材料以具有受控粒径(例如，在约5微米至约30微米范围内的D50粒径)的粉末形式提供，并且被配置为在用于以逐层方式打印3D部件的具有层转输(transfusion)组件的基于电子照相术的增材制造系统中使用。

本公开的另一个方面涉及用于利用基于电子照相术的增材制造系统打印3D部件的部件材料，其中所述部件材料具有组合物，所述组合物包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物、电荷控制剂、流动控制剂、和热吸收剂。所述部件材料以具有受控粒径和窄粒径分布的粉末形式提供，并且被配置为在用于以逐层方式打印三维部件的具有层转输组件的基于电子照相术的增材制造系统中使用。

在一些实施方案中，以上讨论的部件材料可以连同载体粒子一起设置在可互换的盒(cartridge)或其他类似装置中，用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用。

本公开的另一个方面涉及用于利用基于电子照相术的增材制造系统打印3D部件的方法，所述基于电子照相术的增材制造系统具有电子照相术引擎(engine)、转移介质和层转输组件。所述方法包括向所述基于电子照相术的增材制造系统提供部件材料，其中所述部件材料在组成上包含电荷控制剂、热吸收剂、以及具有丙烯腈单元、丁二烯单元和芳族单元的共聚物，并且具有粉末形式。

所述方法还包括使所述部件材料摩擦带电至所需的摩擦电荷(例如，使Q/M比具有负电荷或正电荷并且大小在约5微库伦/克至约50微库伦/克范围内)，以及利用所述电子照相术引擎从所述带电的部件材料显影所述3D部件的层。所述方法还包括将所述显影层从所述电子照相术引擎静电吸引至所述转移介质，利用所述转移介质将所述被吸引的层移动至所述层转输组件，以及利用所述层转输组件将所述被移动的层转输至所述3D部件的之前打印的层。

定义

除非另外指定，如在本文中所使用的以下术语具有下面提供的含义：

术语“共聚物”是指具有两种以上单体物种的聚合物，并且包括三元共聚物(即，具有三种单体物种的共聚物)。

术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明的实施方案。然而，在相同的或其他情况下，其他实施方案也可以是优选的。此外，提及一个以上优选实施方案并非意味着其他实施方案是不可用的，并且并非意在从本公开的发明范围内排除其他实施方案。

提及“一种”化合物是指化合物的一种以上分子，而不限于化合物的单一分子。此外，所述一种以上分子可以是或可以不是相同的，只要它们落在该化合物的类型下即可。因此，例如，“一种”ABS共聚物被解释为包括ABS共聚物的一种以上聚合物分子，其中聚合物分子可以是或可以不是相同的(例如，不同的分子量和/或异构体)。

术语“至少一种”和“一种以上”要素是可互换使用的，并且具有相同的含义，即包括一种要素和多种要素，并且也可以由在该要素末尾的后缀“(s)”(一种或多种)表示。例如，“至少一种ABS共聚物”、“一种以上ABS共聚物”和“一种或多种ABS共聚物”可以是可互换使用的并且具有相同的含义。

方向朝向，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，参照沿着3D部件的打印轴的方向。在其中打印轴是垂直的z轴的实施方案中，层打印方向是沿着垂直z轴的向上方向。在这些实施方案中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是基于垂直的z轴。然而，在其中沿着不同轴打印3D部件的层的实施方案中，术语“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等是相对于给定的轴。

术语“提供”，如对于“提供材料”等来说，当在权利要求中叙述时，并非意在需要所提供的项目的任何具体的递送或接收。相反，术语“提供”仅用于出于清楚和容易阅读的目的叙述将会在随后的一个或多个权利要求的要素中提及的项目。

除非另外指定，在本文中提及的温度是基于大气压(即一个大气压)。

由于本领域技术人员已知的预期变化(例如，测量中的限制和可变性)，术语“约”和“基本上”在本文中关于可测量的值和范围使用。

附图简述

图1是本公开的用于由部件材料和支撑材料打印3D部件和支撑结构的实例基于电子照相术的增材制造系统的正视图。

图2用于将部件材料和支撑材料的层显影的系统的一对电子照相术引擎的示意性正视图。

图3是包括中间鼓或带的备选的电子照相术引擎的示意性正视图。

图4是用于利用显影层进行层转输步骤的系统的层转输组件的示意性正视图。

图5是本公开的实例部件材料的动态粘度相对于温度的曲线，其图示了部件材料的熔体流变行为。

详细描述

本公开涉及消耗材料，如部件材料和支撑材料，其被加工用于在基于电子照相术的增材制造系统中使用，从而以高分辨率和快打印速率打印3D部件和支撑结构。在打印操作期间，电子照相术(EP)引擎可以使用电子照相术工艺将部件材料和支撑材料的每个层显影或成像。之后显影层被转移至层转输组件，在那里它们被转输(例如，使用热和/或压力)，从而以逐层方式打印一种以上3D部件和支撑结构。

与其中可以通过安排穿过打印纸的电势使显影的调色剂粒子静电转移至打印纸的2D打印相比，在3D环境中多个打印层有效地阻止了部件材料和支撑材料在打印给定数量的层(例如，约15层)之后的静电转移。代替地，可以将每个层加热至提高的转移温度，并且之后对着之前打印的层挤压(或至构建平台)以在转输步骤中一起将层转输。这允许垂直地构建多层3D部件和支撑结构，超出经由静电转移可实现的范围。

如以下讨论的，部件材料是基于粉末的、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)部件材料，其可以利用有限聚结过程制备。ABS部件材料包含ABS共聚物，电荷控制剂(例如，内部摩擦电荷控制剂)，优选的热吸收剂(例如，红外吸收剂)，和任选的一种以上额外材料，如流动控制剂，其还可以起外表面处理摩擦电荷控制剂和/或摩擦电改性添加剂的作用。ABS部件材料被改造用于与基于电子照相术的增材制造系统一起使用以打印具有高部件分辨率和良好物理性能(例如，良好的部件强度、密度、耐化学性、可用的温度范围等)的3D部件。如果需要的话，这允许所得到的3D部件起最终用途部件的作用。

图1-4图示了系统10，其为用于由本公开的ABS部件材料打印3D部件并且由牺牲性支撑材料打印相关支撑结构的实例基于电子照相术的增材制造系统。如以下进一步讨论的，用于与ABS部件材料一起使用的优选的支撑材料的实例包括如在Martin，美国专利申请号13/944,478中公开的可溶性支撑材料。

如在图1中所示，系统10包括一对EP引擎12p和12s、带转移组件14、偏置机构16和18、和层转输组件20。用于系统10的适合的组件和功能性操作的实例包括在Hanson等人，美国公布号2013/0077996和2013/0077997以及Comb等人，美国公布号2013/0186549和2013/0186558中公开的那些。

EP引擎12p和12s是用于分别将部件材料和支撑材料的层成像或显影的成像引擎，在那里部件材料和支撑材料各自优选加工为用于与EP引擎12p或12s的特定结构一起使用。如以下讨论的，之后可以用偏置机构16和18将成像的层转移至带转移组件14(或其他转移介质)，并且输送至层转输组件20，从而以逐层方式打印3D部件和相关的支撑结构。

在示出的实施方案中，带转移组件14包括转移带22、带驱动机构24、带拖曳机构26、回路限制传感器28、惰辊30、和带清洁器32，它们被配置为当带22以箭头34的旋转方向旋转时在带22上维持张力。尤其是，带驱动机构24接合并驱动带22，并且带拖曳机构26可以起制动器的作用，以提供用于保护带22免受张力应力影响的服务回路设计，其基于经由回路限制传感器28的监测的读数。

系统10还包括控制器36，其为一个以上控制电路、基于微处理器的引擎控制系统、和/或数控光栅成像处理器系统，并且其被配置为基于从主机38接收的打印指令以同步方式运行系统10的部件。主机38是被配置为用于与控制器36通信以提供打印指令(和其它运行信息)的一个以上基于计算机的系统。例如，主机38可以将信息传递至涉及3D部件和支撑结构的分开的层的控制器36，从而允许系统10以逐层方式打印3D部件和支撑结构。

系统10的部件可以由一个以上框架结构，如框架40维持。此外，优选将系统10的部件维持在运行期间防止环境光透射至系统10的部件的可封闭外壳(未示出)内。

图2示出了EP引擎12p和12s，其中EP引擎12s(即，相对于带22的旋转方向的上游EP引擎)将支撑材料的层显影，并且EP引擎12p(即，相对于带22的旋转方向的下游EP引擎)将部件材料的层显影。在备选的实施方案中，EP引擎12p和12s的构造可以反转，从而EP引擎12p在EP引擎12s相对于带22的旋转方向的上游。在另外备选的实施方案中，系统10可以包括三个以上用于打印额外材料的层的EP引擎。

在示出的实施方案中，EP引擎12p和12s可以包括相同的部件，如具有导电鼓主体44和光电导表面46的光导体鼓42。导电鼓主体44是电接地并且被配置为围绕轴48旋转的导电鼓(例如，由铜、铝、锡等制造)。轴48相应地连接至驱动马达50，其被配置为使轴48(和光导体鼓42)以箭头52的方向以恒定速率旋转。

光电导表面46是围绕导电鼓主体44的圆周表面延伸的薄膜，并且优选源自一种以上光电导材料，如无定形硅、硒、氧化锌、有机材料等。如以下讨论的，表面46被配置为接受3D部件或支撑结构的分开的层的带电潜像(或负图像)，并且将本公开的部件或支撑材料的带电粒子吸引至带电或不带电的图像区域，从而产生3D部件或支撑结构的层。

如进一步示出的，EP引擎12p和12s还包括电荷感应器(chargeinducer)54、成像器56、显影站58、清洁站60、和放电设备62，其每一个可以与控制器36信号通信。电荷感应器54、成像器56、显影站58、清洁站60、和放电设备62因此限定了在驱动马达50和轴48使光导体鼓42以箭头52的方向旋转时用于表面46的成像组件。

在示出的实例中，用于EP引擎12s的表面46的成像组件用于形成支撑材料(被称为支撑材料66s)的层64s，在那里可以通过(EP引擎12s的)显影站58维持支撑材料66s的与载体粒子一起的供给。类似地，用于EP引擎12p的表面46的成像组件用于形成部件材料(被称为部件材料66p)的层64p，在那里可以通过(EP引擎12p的)显影站58维持部件材料66p的与载体粒子一起的供给。

电荷感应器54被配置为在表面46以箭头52的方向旋转经过电荷感应器54时在表面46上产生均匀的静电荷。对于电荷感应器54来说适合的装置包括电晕充电器(corotron)、栅极电晕充电器(scorotron)、充电辊、和其他静电充电设备。

成像器56是数控、逐像素(pixel-wise)曝光装置，其被配置为在表面46以箭头52的方向旋转经过成像器56时向表面46上的均匀静电荷选择性地发射电磁辐射。电磁辐射向表面46的选择性曝光由控制器36导向，并且导致静电荷的离散的逐像素位置被移除(即，向地面放电)，从而在表面46上形成潜像电荷图案。

对于成像器56来说适合的设备包括扫描激光器(例如，气体或固态激光器)光源、发光二极管(LED)阵列曝光设备、和其他常规用于2D电子照相术系统的曝光设备。在备选实施方案中，对于电荷感应器54和成像器56来说适合的设备包括离子沉积系统，其被配置为将带电离子或电子选择性地直接沉积至表面46以形成潜像电荷图案。因此，如在本文中所使用的，术语“电子照相术”包括离子谱法(ionography)。

每个显影站58是保持部件材料66p或支撑材料66s(优选粉末形式的)的与载体粒子一起的供给的静电和磁性显影站或盒。显影站58可以以与在2D电子照相术系统中使用的单组分或双组分显影系统和调色剂盒类似的方式发挥作用。例如，每个显影站58可以包括用于固定部件材料66p或支撑材料66s和载体粒子的外壳。如以下讨论的，当搅拌时，载体粒子生成摩擦电荷以吸引部件材料66p或支撑材料66s的粉末，这使被吸引的粉末带电为所需的符号和大小。

每个显影站58还可以包括一个以上用于将带电的部件材料66p或支撑材料66s转移至表面46的设备，如传送器、毛刷、桨轮、辊、和/或磁性刷。例如，在表面46(含有带电潜像)以箭头52的方向从成像器56旋转至显影站58时，利用带电区域显影或不带电区域显影(根据所使用的电子照相术方式)，带电的部件材料66p或支撑材料66s被吸引至表面46上的潜像的适当带电的区域。这在光导体鼓12继续以箭头52的方向旋转时产生了连续层64p或64s，其中连续层64p或64s对应于连续的3D部件或支撑结构的数字表示的分开的层。

如以下讨论的，连续层64p或64s之后随表面46以箭头52的方向旋转至转移区域，其中层64p或64s从光导体鼓42连续转移至带22。尽管作为光导体鼓42和带22之间的直接接合示出，但如以下进一步讨论的，在一些优选实施方案中，EP引擎12p和12s还可以包括中间转移鼓和/或带。

在将给定层64p或64s从光导体鼓42转移至带22(或中间转移鼓或带)之后，驱动马达50和轴48继续使光导体鼓42以箭头52的方向旋转，使得之前维持层64p或64s的表面46的区域经过清洁站60。清洁站60是被配置为移除部件材料或支撑材料66p或66s的任何剩余的、未转移的部分的站。对于清洁站60来说适合的设备包括刮板清洁器、刷清洁器、静电清洁器、基于真空的清洁器、以及它们的组合。

在经过清洁站60之后，表面46继续以箭头52的方向旋转，从而表面46的清洁区域通过放电设备62以在开始下一个循环之前移除表面46上的任何剩余的静电荷。对于放电设备62来说适合的设备包括光学系统、高压交流电晕充电器和/或栅极电晕充电器、一个以上具有施加了高压交流电的导电芯体的旋转电介质辊、以及它们的组合。

转移带22是用于将显影的连续层64p和64s从光导体鼓42(或中间转移鼓或带)转移至层转输组件16的转移介质。对于带22来说适合的转移带的实例包括在Comb等人，美国公布号2013/0186549和2013/0186558中公开的那些。带22包括正表面22a和背表面22b，其中正表面22a面向光导体鼓42的表面46并且背表面22b与偏置机构16和18接触。

偏置机构16和18被配置为引起经过带22的电势以将层64p和64s从EP引擎12p和12s静电吸引至带22。因为层64p和64s在过程中在此时各自仅是厚度上单层增加，静电吸引适用于将层64p和64s从EP引擎12p和12s转移至带22。

控制器36优选使EP引擎12p和12s的光导体鼓36以与带22的线速度和/或与任何中间转移鼓或带同步的相同旋转速率旋转。这允许系统10将层64p和66s由分开的显影剂图像彼此协同地显影和转移。尤其是，如示出的，可以将每个部件层64p在与每个支撑层64s适当对准的情况下转移至带22，以优选地制造组合的部件材料和支撑材料层64。这允许层64p和64s一起转输，需要部件材料和支撑材料具有相似或基本上相同的热学性质和熔体流变性。如可以理解的，根据具体的支撑结构和3D部件几何形状以及分层，转移至层转输组件20的一些层可以仅包括支撑材料66s或者可以仅包括部件材料66p。

在备选的且较不优选的实施方案中，可以任选地将部件层64p和支撑层64s沿着带22分别显影和转移，如在使层64p和64s交替的情况下。之后可以将这些连续、交替的层64p和64s转移至层转输组件20，在那里可以将它们分别转输以打印3D部件和支撑结构。

在一些优选的实施方案中，EP引擎12p和12s之一或二者还可以包括在光导体鼓42和带22之间的一个以上中间转移鼓和/或带。例如，如在图3中所示，EP引擎12p还可以包括在马达50a的旋转力下以如由箭头52a图示的与箭头52相反的旋转方向旋转中间鼓42a。中间鼓42a与光导体鼓42接合以接收来自光导体鼓42的显影层64p，并且之后输送接收的显影层64p并且将它们转移至带22。

EP引擎12s可以包括中间鼓42a的相同排布，用于将显影层64s从光导体鼓42输送至带22的。如果需要，用于EP引擎12p和12s的这样的中间转移鼓或带的使用对于将光导体鼓42与带22隔热来说可以是有益的。

图4图示了用于层转输组件20的实例实施方案。如示出的，层转输组件20包括构建平台68、压料辊(niproller)70、加热器72和74、融合后加热器76、和空气喷射器78(或其他冷却单元)。构建平台68是系统10的平台组件或台板，其被配置为接收用于以逐层方式打印被称为3D部件80和支撑结构82的3D部件和支撑结构的加热的组合层64(或分开的层64p和64s)。在一些实施方案中，构建平台68可以包括用于接收打印的层64的可移除的膜基板(未示出)，其中可以使用任何适合的技术(例如，真空牵引、可移除粘合剂、机械紧固件等)将可移除的膜基板限制在构建平台上。

构建平台68由台架84支撑，其为被配置为使构建平台68沿着z轴和x轴移动以产生往复式矩形图案的台架机构，其中主要运动是沿着x轴的前后运动(由虚线86图示)。台架84可以由马达88基于来自控制器36的命令运行，其中马达88可以是电动马达、液压系统、气动系统等。

在示出的实施方案中，构建平台68可用加热元件90(例如，电加热器)加热。如在Comb等人，美国公布号2013/0186549和2013/0186558中讨论的，加热元件90被配置为将构建平台68加热并维持在大于室温(25℃)的高温下，如在3D部件80和/或支撑结构82的所需平均部件温度下。这允许构建平台68有助于将3D部件80和/或支撑结构82维持在此平均部件温度。

压料辊70是实例可加热元件或可加热层转输元件，其被配置为借助带22的移动围绕固定轴旋转。尤其是，压料辊70可以在带22以箭头34的方向旋转的同时以箭头92的方向朝背表面22b滚动。在示出的实施方案中，压料辊70可用加热元件94(例如，电加热器)加热。加热元件94被配置为将压料辊70加热并维持在大于室温(25℃)的高温下，如层64所需的转移温度。

加热器72是一个以上加热装置(例如，红外加热器和/或加热空气喷射器)，其被配置为，优选在达到压料辊70前，将层64加热至在部件材料和支撑材料的预期的转移温度附近的温度，如部件材料和支撑材料的至少一个熔融温度。希望每个层64经过(或通过)加热器72足够的停留时间以将层64加热至预期的转移温度。加热器74可以以与加热器72相同的方式发挥作用，并且将3D部件80和支撑结构82的顶部表面加热至高温，如与加热的层64相同的转移温度(或其他适合的高温)。

如上所述，用于打印支撑结构82的支撑材料66s优选具有与用于打印3D部件80的部件材料66p的热学性质和熔体流变性相似或基本相同的热学性质(例如，玻璃化转变温度)和熔体流变性。这允许用加热器74将层64p和64s的部件材料和支撑材料一起加热至基本相同的转移温度，并且还允许用加热器74将在3D部件80和支撑结构82的顶部表面的部件材料和支撑材料一起加热至基本相同的温度。因此，可以在单个转输步骤中将部件层64p和支撑层64s一起作为组合层64转输至3D部件80和支撑结构82的顶部表面。据信这个用于转输组合层64的单个转输步骤在不匹配部件材料和支撑材料的热学性质和熔体流变性的情况下是不可行的。

融合后加热器76位于压料辊70的下游和空气喷射器78的上游，并且被配置为在融合后或热固化步骤中将被转输的层加热至高温。同样地，部件材料和支撑材料的相似的热学性质和熔体流变性允许融合后加热器76在单个融合后步骤中将3D部件80和支撑结构82的顶部表面一起后加热。

在打印3D部件80和支撑结构82前，可以将构建平台68和压料辊70加热至它们所需的温度。例如，可以将构建平台68加热至3D部件80和支撑结构82的平均部件温度(归因于部件材料和支撑材料的接近的熔体流变性)。相比之下，可以将压料辊70加热至层64的所需的转移温度(也归因于部件材料和支撑材料的相似的热学性质和熔体流变性)。

在打印操作期间，带22输送层64经过加热器72，其可以将层64和带22的相关区域加热至转移温度。对于部件材料和支撑材料来说适合的转移温度包括超过部件材料和支撑材料的玻璃化转变温度的温度，它们优选是相似或基本相同的，并且其中层64的部件材料和支撑材料软化但不熔化(例如，对于ABS部件材料来说在约140℃至约180℃范围内的温度)。

如在图4中进一步示出的，在操作期间，台架84可以使构建平台68(具有3D部件80和支撑结构82)以往复式矩形图案86移动。尤其是，台架84可以使构建平台68沿着x轴在低于、沿着或通过加热器74移动。加热器74将3D部件80和支撑结构82的顶部表面加热至高温，如部件材料和支撑材料的转移温度。如在Comb等人，美国公布号2013/0186549和2013/0186558中讨论的，加热器72和74可以将层64以及3D部件80和支撑结构82的顶部表面加热至约相同的温度以提供一致的转输界面温度。备选地，加热器72和74可以将层64以及3D部件80和支撑结构82的顶部表面加热至不同的温度以获得所需的转输界面温度。

带22的连续旋转和构建平台68的移动使加热的层64与3D部件80和支撑结构82的加热的顶部表面在沿着x轴适当对准的情况下对齐。台架84可以持续使构建平台68沿着x轴以与带22的箭头34的方向上旋转速率同步的速率(即，相同的方向和速度)移动。这引起带22的背表面22b围绕压料辊70旋转以将带22和加热的层64压夹向3D部件80和支撑结构82的顶部表面。这将加热的层64挤压在压料辊70的位置处的3D部件80和支撑结构82的加热的顶部表面之间，这至少部分地将加热的层64转输至3D部件80和支撑结构82的顶部层。

在被转输的层64经过压料辊70的辊隙(nip)时，带22围绕压料辊70卷绕以与构建平台68分离和脱开。这有助于将被转输的层64从带22释放，允许被转输的层64保持与3D部件80和支撑结构82粘附。将转输界面温度维持在高于部件材料和支撑材料的玻璃化转变温度、但是低于它们的熔融温度的转移温度允许加热的层64足够热以粘附至3D部件80和支撑结构82，同时也足够冷以容易地从带22释放。此外，如以上所讨论的，部件材料和支撑材料的相似的热学性质和熔体流变性允许将它们在相同的步骤中转输。

在释放之后，台架84持续使构建平台68沿着x轴移动至融合后加热器76。在融合后加热器76，然后可以在融合后或热固化步骤中将3D部件80和支撑结构82的最顶层(包括被转输的层64)加热至至少部件材料和支撑材料的熔融温度。这将被转输的层64的部件材料和支撑材料熔化至高度熔融状态，从而被转输的层64的聚合物分子迅速相互扩散以得到与3D部件80和支撑结构82的高水平的界面交联(interfacialentanglement)。

此外，在台架84持续使构建平台68沿着x轴经过融合后加热器76移动至空气喷射器78时，空气喷射器78将冷却空气吹向3D部件80和支撑结构82的顶部层。如在Comb等人，美国公布号2013/0186549和2013/0186558中讨论的，这将被转输的层64主动冷却至平均部件温度。

为了辅助将3D部件80和支撑结构82保持在平均部件温度，在一些优选实施方案中，加热器74和/或后加热器76可以运行以仅加热3D部件80和支撑结构82的最顶层。例如，在其中加热器72、74和76被配置为发射红外线的实施方案中，3D部件80和支撑结构82可以包括被配置为限制红外线波长穿透至最顶层内的热吸收剂和/或其他着色剂。备选地，加热器72、74、和76可以被配置为在3D部件80和支撑结构82的整个顶部表面吹送加热的空气。在任何一种情况中，限制热穿透至3D部件80和支撑结构82中允许充分转输最顶层，同时还降低了将3D部件80和支撑结构82保持在平均部件温度所需的冷却的量。

台架84之后可以驱动构建平台68向下，并且按照往复式矩形图案86将构建平台68沿着x轴向后移动至沿着x轴的起始位置。希望构建平台68到达起始位置，用于与下一个层64适当对准。在一些实施方案中，台架84可以还可以驱动构建平台68和3D部件80/支撑结构82向上，用于与下一个层64适当对准。对于3D部件80和支撑结构82的每个剩余的层64，之后可以重复相同的过程。

在一些优选的实施方案中，如在图4中所示，所得的3D部件80被横向(即，与构建平面水平)包围在支撑结构82中。据信这在使用往复式构建台板68和压料辊70的同时为3D部件80提供了良好的尺寸完整性和表面质量。

在打印操作完成之后，可以将所得的3D部件80和支撑结构82从系统10中移除并且经历一个以上打印后操作。例如，可以将源自本公开的支撑材料的支撑结构82从3D部件80中牺牲性地移除，如通过使用水系溶液(例如，碱性水溶液)。例如，用于与ABS部件材料一起使用的优选的支撑材料的实例包括如在Martin，美国专利申请号13/944,478中公开的可溶性支撑材料。在这种优选的可溶性技术的情况下，支撑结构82可以至少部分地在溶液中溶解，将其以不插手的(hands-free)方式与3D部件80分离。

相比之下，部件材料如ABS部件材料对水性碱溶液具有化学抗性。这允许所采用的碱性水溶液用于移除牺牲性支撑结构82而不使3D部件80的形状或质量变差。用于以这种方式移除支撑结构82的适合的系统和技术的实例包括以下公开的那些：Swanson等人，美国专利号8,459,280；Hopkins等人，美国专利号8,246,888；和Dunn等人，美国公布号2011/0186081；其每一个通过以它们不与本公开冲突的程度引用而结合。

此外，在将支撑结构82移除之后，3D部件80可以经历一个以上额外的打印后过程，如表面处理过程。适合的表面处理过程的实例包括在Priedeman等人，美国专利号8,123,999；和在Zinniel，美国公布号2008/0169585中公开的那些。

如以上简要讨论的，本公开的部件材料，在本文中被称为“ABS部件材料”，在组成上包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物，电荷控制剂，优选的热吸收剂(例如，红外吸收剂)，和任选的一种以上额外材料，如流动控制剂。如上所述，ABS部件材料优选被加工用于与EP引擎12p的特定结构一起使用。

ABS共聚物由优选包含丙烯腈、丁二烯、和芳族单体如苯乙烯的单体聚合。实例丙烯腈单体具有以下结构：

N≡C-CH＝CH₂

(式1)

其中，在一些实施方案中，式1中的氢原子可以独立地被一个以上任选的低原子量基团如具有1-3个碳原子的烷基或醚基取代。此外，在一些实施方案中，可以通过任选的链连接，如具有1-8个碳原子的烃或醚连接将烯键式不饱和基团和氰基隔开。更优选地，丙烯腈单体包含以上式1中所示的结构，具有从氰基直接延伸的烯键式不饱和乙烯基团。

实例丁二烯单体具有以下结构：

H₂C＝CH-CH＝CH₂

(式2)

其中，在一些实施方案中，式2中的氢原子可以独立地被一个以上任选的低原子量基团如具有1-3个碳原子的烷基或醚基取代。此外，在一些实施方案中，可以通过任选的链连接，如具有1-8个碳原子的烃或醚连接将一对烯键式不饱和基团隔开。更优选地，丁二烯单体包含以上式2中所示的结构，具有从彼此直接延伸的一对烯键式不饱和乙烯基团。

实例芳族单体具有以下结构：

其中，在一些实施方案中，式3中的氢原子可以独立地被一个以上任选的低原子量基团如具有1-3个碳原子的烷基或醚基取代。此外，在一些实施方案中，可以通过任选的链连接，如具有1-8个碳原子的烃或醚连接将烯键式不饱和基团和芳族基隔开。在一些另外的实施方案中，芳族基的一个以上氢原子可以独立地被一个以上任选的低原子量基团如具有1-3个碳原子的烷基或醚基取代。更优选地，芳族单体包含以上式3中所示的结构，具有从芳族基(即，苯乙烯)直接延伸烯键式不饱和乙烯基团。

单体可以借助自由基聚合反应使用任何适合的自由基引发剂聚合。例如，可以首先将丁二烯单体中的至少一部分聚合以制备聚丁二烯。之后可以将丙烯腈和芳族单体在聚丁二烯的存在下聚合以制备与来自丙烯腈和芳族单体的较短链(例如，聚(苯乙烯-丙烯腈)链)连接的长聚丁二烯链。相邻链的腈基团据信将链吸引并结合在一起，为所得的ABS共聚物提供良好的强度。ABS共聚物可以作为具有聚合的丙烯腈和芳族单体的连续相以及在连续相中分散或分布的聚丁二烯的分散相的无定形两相体系存在。

基于用于制备ABS共聚物的单体的全部重量，用于制备ABS共聚物的丙烯腈单体可以占约10重量％至约45重量％，并且更优选约15重量％至约35重量％。基于用于制备ABS共聚物的单体的全部重量，丁二烯单体可以占约1重量％至约50重量％，并且更优选约5重量％至约35重量％。类似地，基于用于制备ABS共聚物的单体的全部重量，芳族单体(例如，苯乙烯)可以占约30重量％至约75重量％，并且更优选约40重量％至约60重量％。

在一些实施方案中，用于聚合ABS共聚物的单体可以包括优选不明显减损ABS共聚物的强度、化学性质、或热学性质的一种以上额外的单体化合物。例如，ABS共聚物可以包括起用于聚丁二烯骨架和/或聚(苯乙烯-丙烯腈)链的链延伸单元(例如，乙烯单元)的作用的单体。

因此，基于用于制备ABS共聚物的单体的全部重量，额外的单体可以合计占0重量％至约10重量％。在一些实施方案中，基于用于制备ABS共聚物的单体的全部重量，额外的单体可以为约0.1重量％至约5重量％。用于聚合ABS共聚物的其余的单体因此由以上讨论的丙烯腈单体、丁二烯单体、和芳族单体(例如，苯乙烯)组成。

在其他优选的实施方案中，用于聚合ABS共聚物的单体基本上或完全由丙烯腈单体、丁二烯单体、和芳族单体(例如，苯乙烯)组成。在更优选的实施方案中，用于聚合ABS共聚物的单体基本上或完全由具有如以上式1-3中所示的结构的单体组成。

此外，在一些实施方案中，当制备ABS共聚物时可以做出改进从而改变抗冲击性、韧性、和/或耐热性。例如，可以通过增加丁二烯单体相对于丙烯腈和芳族单体的比例来增加抗冲击性。

ABS共聚物优选具有提供在基于EP的增材制造系统(例如，系统10)中使用的适合的熔体流变性以打印3D部件(例如，3D部件80)的分子量，其特征可以在于ABS共聚物的玻璃化转变温度、熔体流动速率、和/或动态粘度。ABS共聚物的优选的玻璃化转变温度的实例在约100℃至约115℃，更优选约105℃至约110℃的范围内。

对于ABS共聚物来说适合的动态粘度为，在180℃下在约17千帕斯卡-秒至约24千帕斯卡-秒的范围内，在190℃下在约6千帕斯卡-秒至约10千帕斯卡-秒的范围内，并且在200℃下在约3.5千帕斯卡-秒至约4.5千帕斯卡-秒的范围内。在本文中提及的动态粘度根据下文所述的熔体流变性测试确定。

如上所述，ABS部件材料被改造用于在基于EP的增材制造系统(例如，系统10)中使用以打印3D部件(例如，3D部件80)。因此，ABS部件材料还可以包含一种以上材料，以有助于利用EP引擎12p将层显影，有助于将显影层从EP引擎12p转移至层转输组件20，和有助于利用层转输组件20将显影层转输。

例如，在利用系统10的电子照相术工艺中，ABS部件材料优选通过与载体粒子在显影站58摩擦接触带电的机构摩擦带电。这种ABS部件材料带电可以通过摩擦电荷质(Q/M)比(triboelectriccharge-to-massratio)表示，其可以是正或负电荷并且具有所需的大小。Q/M比与可以通过其质量/单位面积(M/A)值表示的ABS部件材料的粉末密度成反比。对于给定的施加的显影区域，随着ABS部件材料的Q/M比的值从给定的值增加，ABS部件材料的M/A值降低，并且反之亦然。因此，部件材料的每个显影层的粉末密度是ABS部件材料的Q/M比的函数。

已经发现，为了提供ABS部件材料向显影鼓44上的成功且可靠的显影和向层转输组件20的转移(例如，经由带22)，并且为了打印具有良好材料密度的3D部件80，对于EP引擎12p和带22的特定结构，ABS部件材料优选具有适合的Q/M比。对于ABS部件材料的优选的Q/M比率的实例在约-5微库伦/克(μC/g)至约-50μC/g的范围内，更优选约-10μC/g至约-40μC/g，并且再更优选约-15μC/g至约-35μC/g，并且再更优选约-25μC/g至约-30μC/g。

在这个实施方案中，Q/M比基于负摩擦电荷。然而，在备选的实施方案中，系统10可以以使得ABS部件材料的Q/M比具有拥有以上讨论的大小的正摩擦电荷的方式运行。在任何一个实施方案中，这些Q/M比的大小都防止将ABS部件材料约束至载体表面的静电力过大，并且防止将任何水平的“错误符号”的粉末最小化。这减少了ABS部件材料在EP引擎12p处显影的低效率，并且有助于具有所需M/A值的每个层64p的显影和转移。

此外，如果需要3D部件80的一致的材料密度，在利用系统10的整个打印操作期间优选将所需的Q/M比(和相应的M/A值)维持在稳定水平。然而，经过长时间利用系统10的打印操作，可能需要用额外量的ABS部件材料补充EP引擎12p的显影站58。这可能会存在问题，因为当出于补充目的将额外量的ABS部件材料引入至显影站58时，ABS部件材料在最初是不带电的状态，直到与载体粒子混合。因此，ABS部件材料还优选以快速的速率填充至所需Q/M比以维持利用系统10的连续打印操作。

因此，在打印操作起始期间以及在整个打印操作的持续时间控制和维持Q/M比将会控制所得的速率和ABS部件材料的M/A值的一致性。为了经过长时间的打印操作仍重复且稳定地获得所需的Q/M比和因此的所需M/A值，ABS部件材料优选包含一种以上电荷控制剂，其可以在ABS部件材料的制造过程期间加入至ABS共聚物。

在其中ABS部件材料的Q/M比具有负电荷的实施方案中，用于在ABS部件材料中使用的适合的电荷控制剂包括酸金属配合物(例如，铬、锌和铝的羟基羧酸(oxycarboxylicacid)配合物)，偶氮金属配合物(例如，铬偶氮配合物和铁偶氮配合物)，它们的混合物等。

备选地，在其中ABS部件材料的Q/M比具有正电荷的实施方案中，用于在ABS部件材料中使用的适合的电荷控制剂包括吖嗪系化合物，和季铵盐，它们的混合物等。这些试剂当与适合的载体粒子摩擦接触带电时有效地使ABS共聚物带正电。

基于ABS部件材料的全部重量，电荷控制剂优选占ABS部件材料的约0.1重量％至约5重量％，更优选约0.5重量％至约2重量％，并且再更优选约0.75重量％至约1.5重量％。如以上所讨论的，这些电荷控制剂优选增加ABS共聚物与载体的带电速率，并且在利用系统10的打印操作的长时间连续期间内使Q/M比稳定。

在许多情况中，系统10在打印操作的持续时间内以基本上一致的材料密度打印层64p。具有拥有受控且一致的Q/M比的ABS部件材料允许将此实现。然而，在一些情况中，可能所需的是在相同的打印操作中调节各种层64p之间的材料密度。例如，如果需要，对于3D部件80的一个以上的部分，可以使操作系统10以降低的材料密度的灰度方式运行。

除了结合电荷控制剂，为了EP引擎12p的高效运行，并且为了确保在ABS部件材料补充期间快速且高效的摩擦带电，ABS部件材料的混合物优选展现出良好的粉末流动性。这是优选的，因为通过螺旋加料器、重力、或其他类似机构将ABS部件材料进料至显影站58的显影槽(例如，漏斗)中，在那里ABS部件材料经历与载体粒子的混合和摩擦接触带电。

如可以理解的，在补充进料期间ABS部件材料的堵塞或流动限制可能会抑制ABS部件材料向载体粒子的供给。类似地，部分ABS部件材料不应当粘着在显影站58中的隐蔽腔室中。这些情况中的每一个均可能会改变ABS部件材料与载体粒子的比，如以上所讨论的，优选将该比维持在恒定水平以提供带电ABS部件材料所需的Q/M比。

例如，基于ABS部件材料和载体粒子的组合重量，ABS部件材料可以占约1重量％至约30重量％，更优选约5％至约20％，并且再更优选约5％至约10％。载体粒子因此占相加的重量的其余部分。

可以利用一种以上流动控制剂，如无机氧化物，提高或改进ABS部件材料的粉末流动性。适合的无机氧化物的实例包括疏水气相无机氧化物，如气相二氧化硅、气相二氧化钛、气相氧化铝、它们的混合物等，其中可以通过硅烷和/或硅氧烷处理工艺使得气相氧化物疏水。用于在ABS部件材料中使用的可商购的无机氧化物的实例包括来自EvonikIndustriesAG，Essen，Germany的商品名为“AEROSIL”的那些。

基于ABS部件材料的全部重量，流动控制剂(例如，无机氧化物)优选占ABS部件材料的约0.1重量％至约10重量％，更优选约0.2重量％至约5重量％，并且再更优选约0.3重量％至约1.5重量％。

如以上所讨论的，一种以上电荷控制剂适用于使ABS共聚物带电为所需的Q/M比，用于将ABS部件材料的层在EP引擎12p显影，以及用于将显影层(例如，层64)转移至层转输组件20(例如，经由带22)。然而，3D环境中的打印的多个层有效地防止了在打印给定数量的层之后的ABS部件材料的静电转移。代替地，层转输组件20使用热和压力以在转输步骤中将显影层一起转输。

尤其是，加热器72和/或74可以将层64和3D部件80和支撑结构82的顶部表面加热至在ABS部件材料的预期的转移温度附近的温度，如在到达压料辊70前的ABS部件材料的至少一个熔融温度。类似地，融合后加热器76位于压料辊70的下游和空气喷射器78的上游，并且被配置为在融合后或热固化步骤中将被转输的层加热至高温。

因此，ABS部件材料还可以包含一种以上热吸收剂，其被配置为增加ABS部件材料当暴露于加热器72、加热器74和/或后加热器76时被加热的速率。例如，在其中加热器72、74和76是红外加热器的实施方案中，在ABS部件材料中使用的一种或多种热吸收剂可以是一种以上红外(包括近红外)波长吸收材料。如以下讨论的，可以在ABS部件材料的制造期间将这些热吸收剂结合至ABS共聚物的粒子中。红外光的吸收引起在粒子中出现能量的无辐射衰减，这在ABS部件材料中产生了热量。

如以下讨论的，热吸收剂优选是在用于利用有限聚结过程的ABS部件材料制备中的溶剂化的ABS共聚物中可溶的或可分散的。此外，热吸收剂还优选在制造过程期间不干扰ABS共聚物粒子的形成或这些粒子的稳定。此外，热吸收剂优选在制造过程期间不干扰对ABS共聚物粒子的粒径和粒径分布的控制或ABS共聚物粒子的产率。

用于在ABS部件材料中使用的适合的红外吸收材料可以根据ABS部件材料的所需颜色而变化。适合的红外吸收材料的实例包括炭黑(其也可以起用于ABS部件材料的黑色颜料的作用)，以及各种类型的红外吸收颜料和染料，如在约650纳米(nm)至约900nm范围内的波长中展现出吸收的那些，在约700nm至约1,050nm范围内的波长中展现出吸收的那些，和在约800nm至约1,200nm范围内的波长中展现出吸收的那些。这些颜料和染料类型的实例包括蒽醌染料、聚菁蓝(polycyanine)染料、金属二硫纶(dithiolene)染料和颜料、三胺染料、四胺染料、它们的混合物等。

红外吸收材料还优选不明显增强或改变ABS共聚物的熔体流变性，如ABS共聚物的相对于温度的零剪切粘度的廓线。例如，这可以以相对于ABS共聚物的低浓度使用非强化型炭黑或“低结构”型炭黑来实现。因此，对于ABS部件材料来说适合的动态粘度包括以上对于ABS共聚物所讨论的在180℃、190℃、和200℃的那些。

因此，在结合了热吸收剂的实施方案中，基于ABS部件材料的全部重量，热吸收剂(例如，红外吸收剂)优选占ABS部件材料的约0.5重量％至约10重量％，更优选约1重量％至约5重量％，并且在一些更优选的实施方案中，为约2重量％至约3重量％。

ABS部件材料还可以包含一种以上额外添加剂，其优选是在用于利用有限聚结过程的ABS部件材料制备中的溶剂化的ABS共聚物中可溶的或可分散的，其优选在制造过程期间不干扰ABS共聚物粒子的形成或这些粒子的稳定，并且其优选在制造过程期间不干扰对ABS共聚物粒子的粒径和粒径分布的控制或ABS共聚物粒子的产率。

适合的额外添加剂的实例包括着色剂(例如，除热吸收剂之外的或作为热吸收剂的备选的颜料和染料)、聚合物稳定剂(例如，抗氧化剂、光稳定剂、紫外吸收剂、和抗臭氧剂)、生物可降解添加剂、以及它们的组合。在结合了额外添加剂的实施方案中，基于ABS部件材料的全部重量，额外添加剂可以合计占ABS部件材料的约0.1重量％至约20重量％，更优选约0.2重量％至约10重量％，并且再更优选约0.5重量％至约5重量％。

为了在基于电子照相术的增材制造系统(例如，系统10)中使用，ABS部件材料优选具有受控的平均粒径和窄粒径分布，如以下在粒径和粒径分布标准中所述的。例如，优选的D50粒径包括高达约100微米的那些(如果需要的话)，更优选约10微米至约30微米，更优选约10微米至约20微米，并且再更优选约10微米至约15微米。

此外，如通过参数D90/D50粒径分布和D50/D10粒径分布所规定的，粒径分布各自优选在约1.00至1.40、更优选约1.10和至约1.35、并且再更优选约1.15至约1.25的范围内。此外，优选以使得几何标准差σ_g优选满足根据以下方程式1的标准的方式设定粒径分布：

$>\sigma g~\frac{D90}{D50}~\frac{D50}{D10}$>

换句话说，D90/D50粒径分布和D50/D10粒径分布优选是相同的值或接近相同的值，如彼此相差不超过约10％，并且更优选彼此相差不超过约5％。

ABS部件材料优选通过以下方式制造：聚合ABS共聚物或提供ABS共聚物，并且之后由具有以上讨论的粒径和粒径分布ABS共聚物(和其他组分)配制ABS部件材料。ABS共聚物展现出良好的抗冲击性和韧性。遗憾的是，这些所需的工程性能使其难以将共聚物机械研磨为可用于EP引擎12p中的电子照相术显影过程的尺寸，尤其是对于以上讨论的粒径和粒径分布来说。事实上，常规研磨和粉碎方法通常仅能够得到大约30-60微米的粒径，并且是以低产率和生产成本低效的方式。

已经检查了各种其他制造方法，来解决这个问题，如低温研磨和碾磨，其中使用液氮、干冰(固体二氧化碳)将ABS共聚物脆化，接着机械粉碎，以及粒料预研磨，接着空气喷射碾磨。如果研磨速率特别缓慢，使用这些技术也可以证明是成本低效的。

代替地，优选由ABS共聚物利用有限聚结过程配制ABS部件材料，如在Bennett等人，美国专利号5,354,799中公开的方法。例如，可以在有机溶剂中将ABS部件材料的成分(例如，ABS共聚物和电荷控制剂、热吸收剂、和/或额外添加剂)溶解或悬浮至适合的浓度范围，如在有机溶剂中以ABS共聚物的重量计约10％至约20％。适合的有机溶剂的实例包括乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、甲基乙基酮、环己烷、甲苯、它们的混合物等。

可以单独地制备缓冲酸性水溶液，其含有分散剂如胶体二氧化硅，并且优选水滴界面助聚剂，如聚(己二酸-共-甲基氨基乙醇)。之后可以将有机溶剂溶液缓慢地(例如，逐渐增加地)加入至缓冲酸性水溶液中，同时对整个混合物进行高剪切混合，如用均化器。这形成了受控的尺寸和尺寸分布的有机相的液滴，其通过水相中的胶体二氧化硅稳定。优选继续进行该混合，直到完成液滴生长和形成。

之后可以使稳定的溶剂化液滴悬浮液经过闪蒸器，在那里可以使用施加的真空将有机溶剂移除至冷凝物槽。之后可以将在水相中保持分散的所得ABS部件材料的固体粒子转移至被搅拌的盛放容器，并且可以移除胶体二氧化硅，如使用氢氧化钠水溶液、过滤、和水。

之后可以将ABS部件材料干燥以制备其粉末形式。如果需要，在粒径分析之后，可以对ABS部件材料的干粉进行进一步的筛分以移除过大的粒子，和/或分级以移除任何水平的被认为对随后系统10中的性能有害的细粒。基于所使用的ABS共聚物的初始量，该过程通常以在约90重量％至约99重量％范围内的产率制备ABS部件材料。

ABS部件材料还具有如以上所讨论的粒径和粒径分布。在一些实施方案中，可以用一种以上如以上所讨论的外部流动控制剂对所得ABS部件材料进行表面处理，以增加ABS部件材料的粉末流动性。例如，可以优选在25℃利用一种以上外部流动控制剂，在高速和高剪切旋风式混合装置中将ABS部件材料干燥共混。这使一种或多种流动控制剂均匀地分布、覆盖、并且部分地嵌入至ABS部件材料的单独的粒子中，而不明显地改变粒径或粒径分布。

之后可以将配制的ABS部件材料填充至用于与系统10中的EP引擎12p一起使用的盒或其他适合的容器中。例如，可以在可以可互换地与显影站58的漏斗连接的盒中提供配制的ABS部件材料。在这个实施方案中，可以将配制的ABS部件材料填充至显影站58中，用于与可以保留在显影站58中的载体粒子混合。显影站58还可以包括标准调色剂显影盒部件，如外壳、递送机构、通信电路等。

显影站58中的载体粒子可以是使ABS部件材料带电的任何适合的可磁化载体粒子，如具有拥有聚合物涂层的铁酸锶芯体的载体粒子。芯体通常尺寸比ABS部件材料的粒子大，如直径平均为约20微米至约25微米。聚合物涂层可以根据ABS部件材料所需的Q/M比变化。适合的聚合物涂层的实例包括用于带负电的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或用于带正电的聚(偏二氟乙烯)(PVDF)。显影站或盒58中适合的ABS部件材料与载体粒子的重量比包括以上讨论的那些。

备选地，显影站58本身可以是保持ABS部件材料的供给的可互换的盒设备。在另外备选的实施方案中，EP引擎12p本身可以是保持ABS部件材料的供给的可互换的设备。

当将ABS部件材料加载至系统10时，系统10之后可以利用ABS部件材料进行打印操作以打印3D部件(例如，3D部件80)，优选利用适合的支撑结构(例如，支撑结构82)。例如，可以利用EP引擎12s将支撑结构82的层64s由支撑材料66s显影并且连同显影的部件材料66p的层64p经由带22转移至层转输组件20。在到达层转输组件时，将(层64p和64s的)组合层64加热并且转输，从而使用增材制造技术以逐层方式打印3D部件80和支撑结构82。

在组成上，所得的3D部件(例如，3D部件80)包含ABS部件材料，如ABS共聚物、电荷控制剂、热吸收剂、流动控制剂、和/或任何额外添加剂。此外，利用层转输组件20的转输步骤可以提供大于由ABS共聚物利用其他基于熔融的增材制造技术(如由Stratasys，Inc.，EdenPrairie，MN开发的商标为“FUSEDDEPOSITIONMODELING”和“FDM”的基于挤出的技术)得到的那些的部件密度。

例如，在构建平面的方向上，所得的3D部件可以展现出大于约5,000磅/平方英寸(psi)、并且更优选大于约5,300psi的峰值抗张应力。在一些实施方案中，3D部件可以在构建平面的方向上展现出大于约5,800psi的峰值抗张应力。如在本文中所使用的，根据ASTMD638-10测量峰值抗张应力。因此，打印的3D部件可以具有高部件分辨率和良好物理性能(例如，良好的部件强度、密度、耐化学性、可用的温度范围等)，如果需要，允许它们起最终用途部件的作用。

性能分析和特征描述过程

可以通过如以下所述的各种测试过程来评价在本文中所描述的部件材料和支撑材料的各种性能和特征：

1.玻璃化转变温度

使用传统ASTM方法，采用差示扫描量热法(DSC)ASTMD3418-12e1确定玻璃化转变温度并且以摄氏度报告。利用可以从SeikoInstruments，Inc.，Tokyo，Japan以商品名“SEIKOEXSTAR6000”商购的DSC分析仪，以10毫克的支撑材料共聚物样品进行测试。使用同样可以从SeikoInstruments，Inc.，Tokyo，Japan以商品名“DSCMeasurementV5.7”和“DSCAnalysisV5.5”商购的软件分析数据。测试的温度廓线包括(i)25℃至160℃，加热速率10开尔文/分钟(第一加热阶段)，(ii)160℃至20℃，冷却速率10开尔文/分钟，和(iii)20℃至260℃，加热速率10开尔文/分钟(第二加热阶段)。仅使用第二加热阶段(iii)的热流量特征确定玻璃化转变温度。

2.粒径和粒径分布

使用可以从BeckmanCoulter，Inc.，Brea，CA以商品名“COULTERMULTISIZERIIANALYZER”商购的粒径分析仪测量粒径和粒径分布。基于体积，基于D50粒径、D10粒径、和D90粒径参数，测量粒径。例如，粒子样品的10.0微米的D50粒径意指样品中50％的粒子大于10.0微米，并且样品中50％的粒子小于10.0微米。类似地，粒子样品的9.0微米的D10粒径意指样品中10％的粒子小于9.0微米。此外，粒子样品的12.0微米的D90粒径意指样品中90％的粒子小于12.0微米。

基于D90/D50分布和D50/D10分布来确定粒径分布。例如，10.0微米的D50粒径、9.0微米的D10粒径、和12.0微米的D90粒径提供了1.2的D90/D50分布和1.1的D50/D10分布。

如上所述，几何标准差σ_g优选满足根据以上所示的方程式1的标准，其中D90/D50分布和D50/D10分布优选是相同的值或接近相同的值。D90/D50分布和D50/D10分布的相近性(closeness)通过分布的比来确定。例如，1.2的D90/D50分布和1.1的D50/D10分布提供了1.2/1.1＝1.09的比，或约9％的差异。

3.摩擦带电

可以利用以下技术确定用于在基于电子照相术的增材制造系统如系统10中使用的基于粉末的材料的摩擦或静电带电性能。将基于粉末的材料的7重量份的测试样品在洁净的干燥玻璃瓶中与93重量份的载体粒子搅拌。载体粒子包括涂布有1.25重量％的用于带负电的聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)或用于带正电的聚(偏二氟乙烯)(PVDF)的聚合物涂层的磁化的22微米铁酸锶芯体。

将基于粉末的材料和载体粒子的混合物在25℃在罐辊上搅拌45分钟以确保载体粒子和基于粉末的材料的完全混合，并且确保Q/M比的平衡。该混合模仿了当将部件或支撑材料加入至载体粒子时在电子照相术引擎的显影站中发生的混合过程。

之后利用TEC-3摩擦电荷分析仪(TriboelectricChargeAnalyzer)(可从TorreyPinesResearch，Fairport，NY获得)对混合物的样品进行定量分析。该分析仪使用电场将静电粉末从载体粒子表面剥离，并且使用旋转的高强度、平面多极磁体将(可磁化的或永磁化的)载体珠限制在底部电极上。

将0.7克的混合物样品(样品粉末和载体粒子)放置在洁净的不锈钢圆盘上，其在所施加的电场的影响下充当横跨间隙的静电分离(plate-out)实验中的底部电极。该底部电极安装并且放置在旋转的多极磁体上方，并且洁净的顶板圆盘电极牢固地安装在底板上方并且与其平行，从而在电极的外周使用绝缘聚四氟乙烯(PTFE，商品名为“TEFLON”)间隔体提供在顶部电极板和底部电极板之间的5毫米的间隙。

如果预期粉末带负电，则对整个电极施加+1,500伏特的直流电压，并且驱动磁力搅拌器以1500rpm旋转，从而轻轻地保持测试中的载体和粉末受到约束，而且还在测量期间在底部电极上轻微地搅拌。备选地，如果预期粉末带正电，则施加-1,500伏特的负偏压。在任何一种情况中，施加的电场均引起粉末从粉末/载体混合物中的载体剥离，并且在限定的时间周期内转移至顶部电极。

测试中剥离的粉末沉积在顶部电极上，并且使用静电计测量顶板上的感应的积聚电荷。称重转移至顶部电极的粉末的量，并且与初始载体粉末混合物中的理论百分比进行比较。载体由于约束其的磁力而留在底板上。

根据最初与载体珠混合的理论量，使用顶板上的总电荷和已知的转移的静电粉末的重量计算测试粉末的Q/M比，并且此外检查是否全部静电粉末已经从载体转移。还测量了粉末完全转移至顶板所花费的时间以及粉末转移过程的百分数效率。

4.粉末流动性

如以上所讨论的，本公开的部件材料和支撑材料优选展现出良好的粉末流动性。这减少或防止了在补充进料期间部件或支撑材料的堵塞或流动限制，否则可能会抑制部件或支撑材料向显影站中载体粒子的供给。通过视觉观察粉末与被评级为具有“良好的流动”或“非常良好的流动”的在二维电子照相术工艺中使用的可商购的调色剂相比的流动性来定性测量样品材料的粉末流动性。

5.熔体流变性

优选地，部件材料和支撑材料的熔体流变性与它们各自的共聚物的熔体流变性基本相同，并且优选不受其他添加剂不利地影响。此外，如以上所讨论的，用于与基于电子照相术的增材制造系统(例如，系统10)一起使用的部件材料和支撑材料优选具有相似的熔体流变性。

基于它们的熔体流动指数在一定的温度范围内，测量本公开的部件材料和支撑材料以及它们各自的共聚物的熔体流变性。使用可以从ShimadzuCorporation，Tokyo，Japan以商品名“SHIMADZUCFT-500D”流量测试仪毛细流变计(FlowtesterCapillaryRheometer)商购的流变计测量熔体流动指数。在每次测试期间，将2克样品加载至根据流变计标准运行的流变计，并且将样品的温度增加至50℃，以使样品轻微压实。

之后以5℃/分钟的速率将温度从50℃增加，以使样品首先软化并且之后流动。在通过气缸驱动流变计的活塞时，流变计使用熔体流经小模孔的流动阻力测量样品粘度。流变计记录软化点、流动开始时的温度、和流动由于温度增加而增加的速率，直到将气缸的样品熔体排尽。流变计还计算在升温中的每个温度点处以帕斯卡-秒表示的表观粘度。根据这个数据，例如，可以确定相对于温度廓线的表观粘度，如图5中所示。

实施例

在以下仅意在作为说明的实施例中更具体地描述了本公开，因为在本公开的范围内的许多改进和变化对本领域技术人员来说将会是显而易见的。

1.实施例1

使用有限聚结过程制备实施例1的ABS部件材料，其包含ABS共聚物，但是不包含任何电荷控制剂、流动控制剂或红外吸收剂。将ABS共聚物在有机溶剂(乙酸乙酯)中溶解至15重量％的浓度。

单独地制备含有胶体二氧化硅和聚(己二酸-共-甲基氨基乙醇)的缓冲酸性水溶液。使用稀盐酸将pH调节为pH4.0。之后将溶剂溶液缓慢地加入至缓冲酸性水溶液，同时用均化器对整个混合物进行高剪切混合。这形成了受控的尺寸和尺寸分布的有机相的液滴，其通过水相中的胶体二氧化硅稳定。

有机相液滴尺寸的目标为递送11微米的最终尺寸的干燥ABS部件材料。之后使稳定的溶剂化液滴悬浮液经过闪蒸器，在那里使用施加的真空将有机溶剂移除至冷凝物槽。

之后将在水相中保持分散的所得ABS部件材料的固体粒子转移至搅拌盛放容器。之后加入0.1％氢氧化钠溶液以移除胶体二氧化硅。之后将所得的水性浆液通过粒子过滤设备泵送并且在过滤器上用0.1％氢氧化钠洗涤，接着用去矿物质水洗涤，以移除任何剩余的胶体二氧化硅粒子。

之后使用热空气在托盘干燥装置中将所得的不包含任何电荷控制剂、流动控制剂或红外吸收剂的无色ABS部件材料干燥，这得到了相对于ABS共聚物的初始量的94％的产率，以及如以下在表1中列出的粒径和粒径分布。

2.实施例2

使用与以上对于实施例1所讨论的相同的有限聚结过程制备实施例2的ABS部件材料，其中实施例2的ABS部件材料除了ABS共聚物之外还包含电荷控制剂(二叔丁基水杨酸盐的锌配合物)，但是不包含任何流动控制剂或红外吸收剂。有限聚结过程按照与以上对于实施例1所讨论的相同的步骤进行，其中还向具有ABS共聚物的有机溶剂中加入电荷控制剂。

所得的ABS部件材料的粉末包含ABS共聚物和1重量％的电荷控制剂。这得到了相对于ABS共聚物的初始量的93％的产率，以及如以下在表2中列出的粒径和粒径分布。

3.实施例3

使用与以上对于实施例1所讨论的相同的有限聚结过程制备实施例3的ABS部件材料，其中实施例3的ABS部件材料除了ABS共聚物之外还包含另一种电荷控制剂(二叔丁基水杨酸盐的铬配合物)，但是不包含任何流动控制剂或红外吸收剂。有限聚结过程按照与以上对于实施例1所讨论的相同的步骤进行，其中还向具有ABS共聚物的有机溶剂中加入电荷控制剂。

所得的ABS部件材料的粉末包含ABS共聚物和1重量％的电荷控制剂。这得到了相对于ABS共聚物的初始量的93％的产率，以及如以下在表3中列出的粒径和粒径分布。

4.实施例4

使用与以上对于实施例1所讨论的相同的有限聚结过程制备实施例4的ABS部件材料，其中实施例4的ABS部件材料除了ABS共聚物之外还包含实施例2的电荷控制剂(二叔丁基水杨酸盐的锌配合物)和炭黑红外吸收剂，但是不包含任何流动控制剂。

有限聚结过程按照与以上对于实施例1所讨论的相同的步骤进行，其中还向具有ABS共聚物的有机溶剂中加入电荷控制剂和炭黑。尤其是，炭黑是可以从CabotCorporation，Boston，MA以商品名“REGAL330”商购的，并且使其经过微流化器以分散至有机溶剂溶液中。此外，有机相液滴尺寸的目标为递送12微米的最终尺寸的干燥ABS部件材料。

所得的ABS部件材料的粉末包含ABS共聚物、1重量％的电荷控制剂、和2.5重量％的炭黑。这得到了相对于ABS共聚物的初始量的97％的产率，以及如以下在表4中列出的粒径和粒径分布。

5.实施例5

对实施例4的ABS部件材料进一步通过300微米筛网进行筛分并且使用以13,000rpm运行的分级器进行分级，其中分级器可商购自HosokawaMicronLtd.，Cheshire，England。在筛分和分级之后，所得的产率相对于进行筛分和分级的ABS部件材料的初始量为92％。所得的粒径和粒径分布如以下在表5中列出。

之后用流动控制剂对所得的ABS部件材料进行表面处理，所述流动控制剂为可以从EvonikIndustriesAG，Essen，Germany以商品名“AEROSILR972”商购的二甲基二氯硅烷处理的气相二氧化硅。这制备了具有ABS共聚物、1重量％的电荷控制剂、0.5重量％的流动控制剂、和2.5重量％的炭黑的实施例5的ABS部件材料。

6.实施例6

使用与以上对于实施例1所讨论的相同的有限聚结过程制备实施例6的ABS部件材料，其中实施例6的ABS部件材料除了ABS共聚物之外还包含实施例4的炭黑红外吸收剂，但是不包含任何电荷控制剂或流动控制剂。有机相液滴尺寸的目标为递送11微米的最终尺寸的干燥ABS部件材料。

所得的ABS部件材料的粉末包含ABS共聚物和2.5重量％的炭黑。这得到了相对于ABS共聚物的初始量的96％的产率，以及如以下在表6中列出的粒径和粒径分布。

7.实施例7

使用与以上对于实施例1所讨论的相同的有限聚结过程制备实施例7的ABS部件材料，其中实施例7的ABS部件材料除了ABS共聚物之外还包含实施例4的炭黑红外吸收剂，但是不包含任何电荷控制剂或流动控制剂。在本实施例中，与实施例6相比，炭黑浓度为两倍。有机相液滴尺寸的目标为递送12微米的最终尺寸的干燥ABS部件材料。

所得的ABS部件材料的粉末包含ABS共聚物和2.5重量％的炭黑。这得到了相对于ABS共聚物的初始量的93％的产率，以及如以下在表7中列出的粒径和粒径分布。

如以上在表1-7中所示，用于制备实施例1-7的ABS部件材料的有限聚结过程提供了对粒径和粒径分布的良好控制，并且很大程度不依赖于ABS粉末配方的变化。粒径中位数与目标值相差不超过约0.5微米，并且粒径分布以D90/D50和D50/D10分布计在目标规格之内。以下所示的表8提供了实施例1-7的部件材料的配方的概述，其中值是基于重量百分数的。

8.实施例1-7的摩擦带电测试

根据上述摩擦电带电测试对实施例1-7的ABS部件材料进行摩擦带电分析。用具有提供负电荷的PMMA涂层的载体粒子测试每个样品。此外，还用具有提供正电荷的PVDF涂层的载体粒子测试实施例1的样品。表9列出了实施例1-7的ABS部件材料的摩擦带电测试的结果。

如在表9中所示，ABS部件材料的Q/M比取决于所使用的载体粒子的类型。此外，使用电荷控制剂和炭黑的组合作为内部添加剂以及流动控制剂作为粉末流动表面添加剂(即，实施例5)得到最快的转变时间和最大的粉末转变效率。

此外，通过在粉末显影站(例如，显影站58)中将混合物操作数小时来研究Q/M比和粉末流动性的长期稳定性。如还在表9中所示的，由实施例5的ABS部件材料展现出Q/M比和粉末流动性二者的最大稳定性。

9.实施例1-7的粉末流动性测试

还根据上述粉末流动性测试定性测量实施例1-7的ABS部件材料的粉末流动性。表10列出了实施例1-7的ABS部件材料的粉末流动性测试的结果。

如在表10中所示，结合了炭黑的实施例4-7的ABS部件材料展现出适合水平的粉末流动性。尤其是，实施例4的ABS部件材料(1％电荷控制剂和2.5％炭黑)展现出良好的流动性，并且实施例5的ABS部件材料(1％电荷控制剂、0.5％流动控制剂、和2.5％炭黑)展现出非常良好的流动性。

因此，炭黑和电荷控制剂的结合，以及更重要地，流动控制剂，可以组合以增加ABS部件材料的粉末流动性。如以上所讨论的，这减少或防止了在补充进料期间否则可能会抑制ABS部件材料向显影站中载体粒子的供给的ABS部件材料的堵塞或流动限制。

10.实施例1、4、6、和7的熔体流变性测试

还根据上述熔体流变性测试来测试实施例1、4、6、和7的ABS部件材料，以确定添加剂如电荷控制剂和炭黑是否对ABS共聚物的熔体流变性具有不利影响。图5是测试的所得的动态粘度相对于温度的曲线，其中还测试了ABS共聚物原料的结果用于比较。

如在图5中所示，结合电荷控制剂(1重量％)和炭黑(2.5重量％和5.0重量％)对ABS共聚物的熔体流变性不具有任何明显的不利影响。因此，以显示出有效用于在基于电子照相术的增材制造系统中使用的浓度包含电荷控制剂和炭黑允许所得的ABS部件材料具有与ABS共聚物原料基本相同的熔体流变行为。

11.实施例5的打印操作

还使用实施例5的ABS部件材料，利用或不利用相关的支撑材料，利用对应于系统10(不具有加热器74)的基于电子照相术的增材制造系统，打印不同几何形状的多个3D部件。如在Martin，美国专利申请号13/944,478的实施例16中描述的，在利用支撑材料的打印操作中，支撑材料包含苯乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸的热塑性共聚物、2.5重量％的炭黑热吸收剂、和1重量％的电荷控制剂、2.5重量％的炭黑热吸收剂、和0.5重量％的流动控制剂。

在给定的打印操作期间，将3D部件的数字模型分为多个层，并且之后产生支撑层以支撑3D部件的突出区域。之后将分开的层的打印信息传输至基于电子照相术的增材制造系统，之后运行其以打印3D部件。

在打印操作期间，使ABS部件材料和支撑材料各自带电并且在多个连续层中用系统的EP引擎显影，其中显影鼓各自以-500伏特带电。电荷控制剂和流动控制剂足以显影具有良好材料密度的层。之后将显影层转移至以+450伏特带电的中间鼓，并且之后转移至具有以+2,000伏特带电的偏置辊的系统的传送带。之后将部件材料和支撑材料层一起转移至系统的层转输组件，其中部件材料和支撑材料的Q/M比也足以维持显影层到带的静电吸引。

在预加热器(对应于加热器72)处，通过红外线将每个层加热至在约180℃至约200℃范围内的温度。之后在压料辊和往复式构建台板(具有3D部件的之前打印的层)之间挤压加热的层，其中将压料辊维持在200℃的温度和约40磅/平方英寸(psi)的平均压夹压力(nippressure)。每个层成功地从带转移并且保持粘附至3D部件/支撑结构的上表面。在经过压料辊之后，随后将3D部件/支撑结构的上表面用后加热器(对应于后加热器76)加热以将层进一步转输，并且之后用空气喷射器冷却。之后对于3D部件/支撑结构的每个层重复该过程。

在完成打印操作之后，将3D部件/支撑结构从系统中移除并且在肉眼观察时展现出良好的部件分辨率。之后将3D部件/支撑结构置于可以从Stratasys，Inc.，EdenPrairie，MN以商品名“WAVEWASH”商购的支撑移除系统中。支撑移除系统使组合的3D部件/支撑结构在搅拌下在标准运行持续时间内经过碱性水溶液。在完成时，将支撑结构(来自实施例16的支撑材料)溶解以与ABS部件材料的3D部件分开。

因此，基于电子照相术的增材制造系统成功地由实施例5的ABS部件材料和支撑材料打印了3D部件和支撑结构。这据信部分归因于部件材料和支撑材料的相对于温度廓线的几乎相同的熔体粘度，几乎相同的玻璃化转变温度，以及几乎相同的摩擦带电性能。此外，在快速打印速率下以良好的粘附将层显影并转输，允许3D部件和支撑结构以短打印持续时间并且利用薄层打印。

还测试了由实施例5的ABS部件材料打印的额外的3D部件的峰值应力，以确定它们在构建平面上对拉伸负荷的耐受性。表11列出了实施例5的ABS部件材料的四个不同样品(被称为实施例5A-5D)的峰值应力。

如在表11中所示，实施例5的ABS部件材料成功地打印了在构建平面上具有对拉伸负荷的良好耐受性的3D部件。这据信归因于可获得的材料密度和在连续层之间的良好的转输。此外，据信良好的转输部分归因于包含2.5重量％负载量的炭黑红外吸收剂，其允许ABS部件材料迅速被加热器加热以将层一起转输。

尽管已经参照优选的实施方案描述了本公开，本领域技术人员将会认识到，可以做出形式和细节上的变化而不背离本公开内容的精神和范围。