基于熔融沉积模型的低温增材制造方法技术

一种制造物品的方法，包括以下步骤：I）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到载体上，从而获得一层构建材料，其对应于物品的第一选定横截面；II）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到预先施加的构建材料层上，从而获得另一层构建材料，其对应于物品的另一选定横截面并且与预先施加的层接合；III）重复步骤II）直至形成物品。至少步骤II）和III）在腔室内进行，并且构建材料具有可熔性聚合物。所述可熔性聚合物的熔化范围（DSC，差示扫描量热法；加热速率为5K/min的第二次加热）为≥20℃至≤100℃。此外，所述可熔性聚合物的复数粘度值|η*|（通过在100℃和1/s的剪切速率下根据ISO 6721‑10使用板/板振荡粘度计在熔体中的粘度测量法测定）为≥10Pas至≤1000000 Pas。最后，腔室内的温度为≤50℃。本发明专利技术同样涉及通过本发明专利技术方法制造的物品、具有基材和与基材接合的物品的制品（其中所述物品形成为粘合剂‑接头或漆‑区域）以及特定聚氨酯在基于熔融成层的增材制造方法中的用途。

Low Temperature Addition Manufacturing Method Based on Fused Deposition Model

A method for manufacturing articles includes the following steps: I) applying a wire of at least partially melted construction material to a carrier to obtain a layer of construction material corresponding to the first selected cross section of the article; II) applying a wire of at least partially melted construction material to a pre-applied layer of construction material to obtain another layer of construction material corresponding to another layer of the article. Select the cross section and join with the pre-applied layer; III) Repeat step II until the object is formed. At least steps II) and III) are carried out in the chamber, and materials with fusible polymers are constructed. The melting range of the fusible polymer (DSC, DSC, differential scanning calorimetry; second heating at a heating rate of 5K/min) is (> 20 (?) to (?) 100 (?). In addition, the complex viscosity value of the meltable polymer | _* | (determined by using plate/plate oscillating viscometer in melt viscosity measurement at 100 C and 1/s shear rate according to ISO 6721 10) is (>10Pas) to (<1000000 Pas). Finally, the temperature in the chamber is less than 50 C. The invention also relates to articles manufactured by the method of the invention, articles having a base material and articles joined with the base material (where the object is formed as an adhesive, joint or paint area) and the use of a specific polyurethane in a melt-layered material-adding manufacturing method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于熔融沉积模型的低温增材制造方法本专利技术涉及制造物品的方法，包括以下步骤：I）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到载体上，从而获得一层构建材料，其对应于物品的第一选定横截面；II）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到预先施加的构建材料层上，从而获得另一层构建材料，其对应于物品的另一选定横截面并且与预先施加的层接合；III）重复步骤II）直至形成物品；其中至少步骤II）和III）在腔室内进行，并且构建材料具有可熔性聚合物。本专利技术同样涉及通过本专利技术方法制造的物品、具有基材和与基材接合的物品的制品，其中所述物品形成为粘合剂-接头（Fuge）或漆-区域。增材制造方法是指逐层构建物品的方法。因此，它们与制造物品的其他方法（例如铣削，钻孔或切削）明显不同。在后者的方法中，加工物品，使其通过去除材料呈现其最终几何形状。增材制造方法使用不同的材料和工艺技术逐层构建物品。例如，在所谓的熔融沉积模型（FDM）或熔融成层方法中，将热塑性塑料丝液化并借助于喷嘴逐层沉积到可移动的构造平台上。凝固产生固体物品。喷嘴和构造平台基于物品的CAD图来控制。该技术的较早专利文件是US5,121,329。如果该物品的几何形状复杂，例如具有几何底切，则必须另外一起打印支撑材料和在制成物品之后再次将其移除。基于目前主要用于聚合物基增材制造方法的聚合物，形成的物品的机械性能可能与其他塑料加工方法（例如注塑）中已知的材料特性基本不同。当通过增材制造方法加工时，所使用的热塑性材料失去其特定的特性。聚酰胺12（PA12）是目前最常用于增材制造方法的材料之一。PA12的特征在于，当将其在注塑中或通过挤出加工时，具有高的强度和韧性。在熔化过程中，特别是在冷却过程中，产生所谓的半结晶聚合物（例如PA12以及PP）的不规则内部结构。半结晶聚合物的内部结构（形态）的部分特征在于高的有序性。一定比例的聚合物链在冷却过程中形成结晶的、紧密堆积的结构。在熔化和冷却过程中，这些微晶不规则地生长。由此形成的形态的不规则性在机械应力下促进了裂缝的形成。在粉末基增材方法中不可避免的残余孔隙度促进了裂缝蔓延。结果便是由此形成的构件的脆性性能。为了阐明这种效应，参考EuropeanPolymerJournal48（2012），第1611-1621页。WO2015/197575A1描述了一种热塑性粉末状组合物，其包含基于组合物总量0.02至0.5重量%的塑化剂和粉末状热塑性聚氨酯，其中至少90重量%的组合物具有小于0.25mm的粒径，其中热塑性聚氨酯可由如下组分的反应获得：a）至少一种有机二异氰酸酯，b）至少一种具有对异氰酸酯基团呈反应性的基团且数均分子量（Mn）为500g/mol至6000g/mol的化合物且b）下全部组分的数均官能度为1.8至2.5，c）至少一种分子量（Mn）为60至450g/mol的增链剂且c）下全部增链剂的平均官能度为1.8至2.5，此外存在d）任选的催化剂，e）任选的助剂和/或添加剂，f）任选的一种或多种链终止剂。根据WO2015/197515A1的热塑性聚氨酯具有20至170℃的熔化范围（DSC，差示扫描量热法；以5K/min的加热速率的第二次加热）和50至95的根据DINISO7619-1的肖氏A硬度，5至15cm3/10min的在温度T下根据ISO1133的熔体体积速率（MVR），和小于90cm3/10min的在该温度T增加20℃的情况下MVR的变化。使用目的是在粉末基增材制造方法中制造物品。WO2015/109141A1公开了用于自由形式制造固体的体系和方法，尤其是熔融成层方法，以及通过所述方法获得的各种制品。该体系和方法使用衍生自（a）多异氰酸酯组分、（b）多元醇组分和（c）任选的增链组分的特定热塑性聚氨酯，其中获得的热塑性聚氨酯聚合物具有大于80℃的结晶温度，并且相对于在20℃下的储能模量在100℃下保留了其储能模量的超过20%。WO98/53974A1涉及从热塑性材料快速原型构造实体模型，尤其涉及模型的快速原型构造方法，其中减少了卷曲倾向或卷曲和其他变形模式。要求保护的是一种在控制系统的控制下制造预定形状的三维物体的方法，其中所述方法采用具有固化温度和蠕变松弛温度的可热固化材料，其中所述方法包括以下步骤：a.将所述可热固化的材料以液态从挤出机分配到构建区域中，所述构建区域具有至少一个超过所述可热固化材料的固化温度的局部区域温度；b.在分配所述可热固化材料的同时和响应于所述控制系统，在挤出机和构建区域中的载体之间产生相对运动，使得所述可热固化材料积聚在所述载体上以形成三维物体；和c.通过冷却所述局部区域温度和所述材料至低于材料的固化温度来固化所述可热固化的材料。在实践中，熔融成层方法中腔室的加热会出现从腔室的内部区域到腔室的外部区域的不希望的温度梯度，因此在构件内也出现不希望的温度梯度。特别是在半结晶热塑性聚合物的情况下，由于不同的重结晶动力学，这种情况可导致成品构件内的材料性能的变化。在现有技术中，仍然需要这样的增材制造方法，其中可以使用具有低熔化范围的聚合物，并且其中所获得的构件具有均匀的材料性能。本专利技术的目的在于至少部分地克服现有技术中的缺点。本专利技术的目的尤其在于提供这种熔融成层方法。本专利技术提供一种制造物品的方法，包括以下步骤：I）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到载体上，从而获得一层构建材料，其对应于物品的第一选定横截面；II）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到预先施加的构建材料层上，从而获得另一层构建材料，其对应于物品的另一选定横截面并且与预先施加的层接合；III）重复步骤II）直至形成物品；其中至少步骤II）和III）在腔室内进行，并且构建材料具有可熔性聚合物。可熔性聚合物的熔化范围（DSC，差示扫描量热法，加热速率为5K/min的第二次加热）为≥20℃至≤100℃。可熔性聚合物还具有≥10Pas至≤1000000Pas的复数粘度值|η*|（通过在100℃和1/s的剪切速率下使用板/板振荡剪切粘度计在熔体中的粘度测量法测定）。最后，腔室内的温度为≤50℃。优选地，腔室内的温度特别理解为腔室中存在的材料的温度。进一步优选地，腔室内的温度与其中存在的材料的温度相同。在本专利技术的方法中，逐层构建物品。在这方面涉及熔融成层方法或熔融沉积模型（FDM）方法。如果施加的重复次数足够低，则还可以涉及构建二维物品。这种二维物品也可以表征为涂层。例如，对于其构建，可以进行≥2至≤20次重复的施加。待形成的物品的电子模型适当地存在于CAD程序中。然后，CAD程序可以计算模型的横截面，该横截面通过施加丝而成为物品的横截面。施加的单根丝可具有≥50μm至≤200μm的直径。进一步优选地，所述丝还可具有≥50μm至≤2000μm的直径。该方法的步骤I）涉及载体上的第一层的构建。随后，实施步骤II），其中在预先施加的构建材料层上继续施加层，直到获得物品形式的所需最终结果。至少部分熔融的构建材料与已经存在的材料层接合，从而在z方向上构建结构。施加至少部分熔融的构建材料的温度优选比可熔性聚合物的熔化温度高至少10℃，并且优选比可熔性聚合物的熔化范围的上限温度高<100℃。施加至少部分熔融的构建材料的温度优选比可熔性聚合物的熔化温度高至少10℃，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.制造物品的方法，包括以下步骤：I）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到载体上，从而获得一层构建材料，其对应于物品的第一选定横截面；II）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到预先施加的构建材料层上，从而获得另一层构建材料，其对应于物品的另一选定横截面并且与预先施加的层接合；III）重复步骤II）直至形成物品；其中至少步骤II）和III）在腔室内进行，并且构建材料具有可熔性聚合物;其特征在于，所述可熔性聚合物的熔化范围（DSC，差示扫描量热法；加热速率为5K/min的第二次加热）为≥20℃至≤100℃，所述可熔性聚合物的复数粘度值|η*|（通过在100℃和1/s的剪切速率下使用板/板振荡剪切粘度计在熔体中的粘度测量法测定）为≥10Pas至≤1000 000 Pas，并且腔室内的温度为≤50℃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.12 EP 16188416.81.制造物品的方法，包括以下步骤：I）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到载体上，从而获得一层构建材料，其对应于物品的第一选定横截面；II）将至少部分熔融的构建材料的丝施加到预先施加的构建材料层上，从而获得另一层构建材料，其对应于物品的另一选定横截面并且与预先施加的层接合；III）重复步骤II）直至形成物品；其中至少步骤II）和III）在腔室内进行，并且构建材料具有可熔性聚合物;其特征在于，所述可熔性聚合物的熔化范围（DSC，差示扫描量热法；加热速率为5K/min的第二次加热）为≥20℃至≤100℃，所述可熔性聚合物的复数粘度值|η*|（通过在100℃和1/s的剪切速率下使用板/板振荡剪切粘度计在熔体中的粘度测量法测定）为≥10Pas至≤1000000Pas，并且腔室内的温度为≤50℃。2.根据权利要求1所述的方法，其中腔室的内部至少有时被冷却。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中腔室的内部至少有时不被加热。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可熔性聚合物的肖氏硬度（DINISO7619-1）为≥40肖氏A至≤80肖氏D。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可熔性聚合物选自：聚氨酯，聚酯，聚氧化烯，增塑PVC，聚酰胺，蛋白质或这些中至少两种的组合。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：D阿克滕，T比斯根，D迪克斯特拉，N德乔治，R瓦格纳，L阿克巴斯，P赖歇特，J比希纳，
申请(专利权)人：科思创德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE