用于生产打印质量提高的聚硅氧烷弹性体制品的方法技术

本发明专利技术提供从聚硅氧烷弹性体生产成形制品的增材3D打印方法，其特征在于，所述弹性体成形体是通过反复精确定位多份可交联聚硅氧烷材料并借助电磁辐射使其交联来逐步叠加。借助电离系统中和所述打印材料表面上存在的电荷。

Method for producing polysiloxane elastomer products with improved print quality

The invention provides a 3D printing method for the production of a forming product from a polysiloxane elastomer, which is characterized by the progressive superposition of the elastomer form by repeatedly accurately locating a plurality of cross - linked polysiloxane materials and crosslinking them with electromagnetic radiation. The charge on the surface of the printed material is neutralized by an ionization system.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产打印质量提高的聚硅氧烷弹性体制品的方法本专利技术涉及从辐射交联的聚硅氧烷材料生产弹性体成形制品的增材3D打印方法，其特征在于，所述弹性体成形体是通过反复精确定位多份可交联聚硅氧烷弹性体打印材料并借助电磁辐射使其交联来逐步构建的(buildup)。借助电离系统中和打印材料表面上存在的电荷。
技术介绍
有多种加工方法可用于从可交联聚硅氧烷橡胶化合物生产弹性体成形制品。根据聚硅氧烷弹性体化合物的稠度和交联机制，例如，可通过注塑法、压塑法、挤出法、浇铸法等生产成形制品。所形成的成形聚硅氧烷制品的性质(硬度、断裂强度、可扩展性、色彩等)主要取决于可交联聚硅氧烷橡胶化合物的物理组成(并且还取决于加工条件，例如压力和温度)；换言之，就机械和光学性质来说，这些工艺通常主要提供大量各向同性的成形聚硅氧烷制品。然而，在需要成形聚硅氧烷制品具有更复杂的几何形状、不同的材料组成和/或可变的性能特征时，现有的方法逐渐遇到了瓶颈。例如，适合于这一目的的注射模具的生产变得愈加费工费钱，或者基本上不可能生产。例如，在外假体和内假体领域，并且尤其在矫正术领域(例如，合成外耳，其较软和较硬部位(皮肤、软骨)彼此连续融合)，就存在这样的需求。借助常规加工方法也不可能实现从仿生学得知的极复杂结构。另外，消费制品趋向个性化和个体适应的大趋势需要较少产品数量，这意味着常规方法不再有效。原型(prototype)的生产也是如此。对于成形制品生产逐渐变得重要的方法是增材制造方法(3D打印方法)，包括多种不同的技术，其共同的因素就是成形制品的自动化增材式层累加(A.Gebhardt,GenerativeFertigungsverfahren[增材制造方法(AdditiveManufacturingMethods)],CarlHanserVerlag,Munich2013)。所有增材制造方法的前提是以数字3D数据集形式表示所需成形制品的几何形状和任何其他性质(色彩、材料组成)，所述数据集可视为成形制品的虚拟模型。这种建模优选地借助各种3D-CAD(计算机辅助设计)构建方法来实现。可用于创建3D-CAD模型的输入数据也可以是3D测量数据，例如从CT(计算机断层摄影术)测量或MRT(磁共振断层摄影术)测量获得。之后，3D-CAD数据集必须用材料-、工艺-和系统-特有数据来补充，这是通过将其以适当格式(例如，STL、CLI/SLC、PLY、VRML、AMF格式)经由接口输出到增材制造软件包来实现。这个软件最终从几何信息生成虚拟切片，并考虑到组件在构建空间中的最佳取向、支持结构等。完整数据集最终使得可直接启动用于增材制造的机器(3D打印机)。例如，软件程序如下：1.以CAD格式构建组件2.输出为STL数据格式3.将3D模型分为与打印平面平行的多个层并生成GCode4.把GCode传输至打印控制器增材制造方法可用于多种材料和材料组合(例如，金属、塑料、陶瓷、玻璃)。例如，对于工件的增材制造，已建立多种现有方法，例如-熔融沉积建模(FDM)，用于塑料和特殊合成树脂-光固化立体成型，用于液体合成树脂-激光烧结，用于金属、聚合物和陶瓷-电子束熔化，用于金属在FDM打印情况下，借助挤出机熔化固体塑料并逐片叠加工件。这类仪器的实例是GermanReprapNEO。在立体光固化成型情况下，借助激光使液体合成树脂逐层硬化。这种设计的打印机的一个实例是来自制造商3DSystems的Projekt系列。激光烧结和电子束熔融以类似原理工作。在两种方法中，呈粉末形式的材料逐层熔融，并因此叠加成工件。差异仅在于如何使材料熔融，是借助激光还是借助电子束。WO2015/059502A1描述从聚硅氧烷基材浴生产聚硅氧烷零件的方法。在这个浴中，借助针形喷嘴逐点施加的第二组分使得基于聚硅氧烷的材料可以局部化方式固化。借助CAD数据在三维空间中控制喷嘴的移动。在打印完成后，从浴中移出生成的元件，并从元件上除去尚未固化的基材。该方法的缺点在于打印速度低，并且随后清洁所打印组件以除去粘附的未交联打印材料很耗时。DE202013011396U1描述应用电子摄影术原理的增材式装置。这种装置涉及将带电荷的颗粒/液体用图像载体辊逐层施加至成形制品。通过热熔融或UV光交联来实现各层的凝固或固化。通过用支撑材料插入分离区使底切或自支撑层成为可能。这种方法不适用于聚硅氧烷。DE202016000367U1描述用于液压多级压机的复合加压垫的生产和构建。在这种情况下，通过用3D打印方法进行金属载体编织来施加聚硅氧烷垫层。在该生产方法中，引用交联铂催化聚硅氧烷，其是用UV光来交联或完全硫化。这里将UV光源描述为以与打印头类似的方式来执行。GB2508204A描述产生贴体鞋垫的方法。这种方法涉及使用从足部扫描的3D数据创建最佳形状。还提到用各种不同硬度的聚硅氧烷来打印，且设计有可变坚硬区。还描述了可借助不同几何形状改变向外延性的策略。这里应当特别强调的是在聚硅氧烷打印中的应用。使用聚硅氧烷作为打印材料需要额外的扩展或技术修改。WO2015/107333描述用于打印聚硅氧烷弹性体制品的装置和方法。在这种情况下，借助多个喷嘴，在整合至3D打印机中的混合器室内混合多组分聚硅氧烷，并使用股线来增材制造成形制品。现有技术中已知的工艺仅涉及生产成形聚硅氧烷制品，不涉及通过补偿和避免成形聚硅氧烷制品3D打印期间的不期望效应来提高打印准确度和更精确地沉积打印材料。在聚硅氧烷3D打印中，例如借助液滴配量(称为喷射)或借助连续挤出股线(在所谓分配法中)，打印材料可在形成时沉积在成形制品上。可能使用不同类型的聚硅氧烷弹性体。WO2016/071241A1中详细说明关于借助液滴配量实施3D聚硅氧烷打印方法的更具体描述。在3D打印/增材制造中提到的用于沉积聚硅氧烷打印材料的两种配量工艺中，可因在喷射配量法和分配配量法二者中的静电带电而出现不期望效应。在配量期间，随着剪切能输入增加，这种摩擦电效应增加。在配量操作期间，打印材料以及因此已沉积的打印体在配量工艺中由于摩擦电而带电。特别是在具有高产量的喷射工艺中，这种静电带电变得可感知。摩擦电效应导致打印材料和组件的静电带电。这同样出现在分配工艺中，达到超过大于10g/h的打印材料产量的增强程度，达到超过30g/h的增强程度，且达到超过50g/h的特别增强的程度。在分配工艺中，静电带电的影响在于，施加至所沉积成形制品上的所挤出打印材料变得不规则。则不可能在直线方向上线性施加打印材料，并导致刚沉积在成形制品表面上的打印材料呈现波浪线和横向漂移。不受限于理论，摩擦电效应的可能的物理解释如下：液体打印材料在喷嘴中的剪切或块体移动导致电荷分离，并且每个被排出的液滴或股线都带有某种未知的电荷。液滴或股线击中打印体，再次导致电荷分离。逐层叠加的成形制品的表现与一系列带电荷板相当，并带电至极高电势，与层状电容器相当。带电产生从成形制品散发的电场。这个电场对离开配量喷嘴并沉积至成形制品上的液体或股线产生电磁力。刚配量的具有流体粘度的未交联聚硅氧烷打印材料的弛豫特征(流动特征/分流特征)会受到影响且/或所述打印材料会部分变形。在本专利技术情况下，“弛豫”应理解为意指所沉积聚硅氧烷材料在固化前分流。“弛豫时间”或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逐层产生成形聚硅氧烷弹性体制品的方法，其包括以下步骤：1)借助空间上可独立控制的3D打印装置，在x,y工作平面中，将两种或更多种打印材料(2)以液滴或连续股线形式经由一或多个打印喷嘴(1)施加至空间上可独立控制的载体板(4)、施加至定位在所述载体板(4)上的外来组件(38)、或施加至事先放置的打印材料层，其中所述打印材料(2)中的至少一种包含可通过电磁辐射固化的聚硅氧烷弹性体；2)借助至少一个空间上可独立控制的电磁辐射源，将施加的所述打印材料(2)交联或部分交联，以形成固化或部分固化的成形聚硅氧烷弹性体制品的层(3)；3)所述3D打印装置的所述打印喷嘴(1)或所述载体板(4)在z方向上以限定方式移动，使得可在所述x,y工作平面中施加下一打印材料层；4)重复进行步骤1)至3)，直到完全构建所述成形聚硅氧烷弹性体制品，其中步骤1)、2)和3)是彼此独立地同时或以任一顺序相继地实现或彼此结合，所述方法的特征在于，所述打印材料(2)在离开所述打印喷嘴(1)后穿过借助电离系统生成的放电区(7)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种逐层产生成形聚硅氧烷弹性体制品的方法，其包括以下步骤：1)借助空间上可独立控制的3D打印装置，在x,y工作平面中，将两种或更多种打印材料(2)以液滴或连续股线形式经由一或多个打印喷嘴(1)施加至空间上可独立控制的载体板(4)、施加至定位在所述载体板(4)上的外来组件(38)、或施加至事先放置的打印材料层，其中所述打印材料(2)中的至少一种包含可通过电磁辐射固化的聚硅氧烷弹性体；2)借助至少一个空间上可独立控制的电磁辐射源，将施加的所述打印材料(2)交联或部分交联，以形成固化或部分固化的成形聚硅氧烷弹性体制品的层(3)；3)所述3D打印装置的所述打印喷嘴(1)或所述载体板(4)在z方向上以限定方式移动，使得可在所述x,y工作平面中施加下一打印材料层；4)重复进行步骤1)至3)，直到完全构建所述成形聚硅氧烷弹性体制品，其中步骤1)、2)和3)是彼此独立地同时或以任一顺序相继地实现或彼此结合，所述方法的特征在于，所述打印材料(2)在离开所述打印喷嘴(1)后穿过借助电离系统生成的放电区(7)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除了所述聚硅氧烷弹性体打印材料以外，施加第二打印材料作为支撑材料，所述第二打印材料在所述成形聚硅氧烷弹性体制品完成后可除去。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，所述放电区(7)覆盖所述载体板(4)、所述外来组件(38)或所述预先放置的打印材料层的部分或全部表面。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，从所述电离系统向着所述放电区(7)的方向上生成可电离气体的受控气体流。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，首先打印所述成形聚硅氧烷弹性体制品的外部边界，然后用打印材料(2)完全或部...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·埃勒，S·多尔迈尔，E·泽尔贝尔廷格尔，
申请(专利权)人：瓦克化学股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE