三维(3D)印刷方法技术

在3D印刷方法中，施加可烧结材料并将其加热至约50℃至约400℃的温度。将聚结剂选择性地施加在所述可烧结材料的一部分上，并且将改性剂选择性地施加在所述可烧结材料的所述一部分上和/或另一部分上。所述改性剂由无机盐、表面活性剂、助溶剂、湿润剂、杀菌剂和水组成。将所述可烧结材料暴露于辐射，从而所述聚结剂至少部分地使与该聚结剂接触的可烧结材料的一部分固化，并且所述改性剂i)减少与聚结剂和改性剂两者接触的可烧结材料的一部分的固化、ii)防止与该改性剂接触的可烧结材料的另一部分的固化、或iii)i和ii两者。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景三维(3D)印刷是一种用于由数字模型制成三维固体对象的添加印刷工艺(additive printing process)。3D印刷通常用于快速产品成型、模具生成和母模(mold master) 生成中。因为它们涉及连续材料层的施加，所以3D印刷技术被认为是添加工艺。这不同于传统的加工工艺，其往往依赖于材料的去除以创建最终的对象。在3D印刷中使用的材料通常需要固化或熔化，这对于某些材料而言可使用热辅助的挤出或烧结来实现，而对于其他材料而言可使用数字光投影技术来实现。附图的简要说明本公开内容的实例的特征和优点将通过参考以下详细描述和附图来变得明确，其中类似的附图标记对应于类似的(尽管可能不相同的)组件。为简便起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以或可以不结合它们出现于其中的其他附图来描述。图1是例示了本文所公开的3D印刷方法的一个实例的流程图；图2A-图2F是在使用本文所公开的3D印刷方法的一个实例形成3D对象的一个或多个层中涉及的步骤的横截面图；图3是图2D的可烧结材料的顶部示意图，其中聚结剂施加在待形成的3D对象的横截面内的所述可烧结材料的一部分上，并且改性剂施加在边缘边界处的所述可烧结材料的另一部分上；图4是沿图3的线4-4截取的侧横截面图；图4A是图4的识别部分的放大视图，其示意性地例示了所述边缘边界内的改性剂和可烧结材料之间的接触角；图5是通过图2A-图2F中所示的方法形成的3D对象的透视图；图6是可以用于本文所公开的3D印刷方法的一个实例中的3D印刷系统的一个实例的简化等轴视图；和图7是表示部件的边缘粗糙度相对于用于形成该部件的技术的图。详细说明本文所公开的三维(3D)印刷方法的实例采用了光区域处理(LAP)。在光区域处理过程中，将可烧结材料的整个层暴露于辐射，但仅所述可烧结材料的选定区域被熔化和硬化以变成3D对象的层。在本文所公开的实例中，选择性地沉积与所述可烧结材料的选定区域接触的聚结剂。所述一种或多种聚结剂能够渗入所述可烧结材料的层中并且铺展在所述可烧结材料的外表面上。该聚结剂能够吸收辐射并将吸收的辐射转化为热能，所述热能反过来使与所述聚结剂接触的可烧结材料熔融或烧结。这导致所述可烧结材料熔化、粘结、固化等，以形成所述3D对象的层。在一些情况下，已经发现所述热能可以传播到周围的可烧结材料中。这可能导致并不旨在被固化的可烧结材料的一个或多个区域/一个或多个部分的随后固化，并且这种效应在本文中被称为聚结渗出(coalescence bleed)。例如，聚结渗出可能导致生成的三维对象的整体尺寸精度的降低。例如，边缘锐度可能是不期望地粗糙的、未确定的等。聚结渗出的影响可以通过在辐射暴露之前将本文所公开的改性剂的​​一个实例递送至所述可烧结材料的一个或多个适当的部分来控制。所述改性剂的实例用于降低聚结程度，或防止其上已递送或已渗透改性剂的可烧结材料的一部分的聚结。因此，本文所公开的改性剂有助于实时生成尺寸精确的3D对象，而无需生成对象后的机械精制工艺(例如，翻滚、石材抛光等)。3D印刷方法100的一个实例描绘在图1中。应该理解，图中1所示的方法100的每一个步骤都将在本文中详细地讨论，并且在一些情况下，图2A-图2F和图3以及图3A将结合图1进行讨论。如附图标记102所示，所述方法100包括沉积可烧结材料。该步骤102的一个实例以横截面形式示于图2A中。在图2A所示的实例中，已经沉积了可烧结材料16的一个层10，如将在下面更详细地讨论。可烧结材料16可以是粉末、液体、糊状物或凝胶。可烧结材料16的实例包括具有大于5℃的宽的处理窗口(即，熔点和重结晶温度之间的温度范围)的半结晶热塑性材料。可烧结材料16的一些具体实例包括聚酰胺(例如，PA或尼龙11、PA或尼龙12、PA或尼龙6、PA或尼龙8、PA或尼龙9、PA或尼龙66、PA或尼龙612、PA或尼龙812、PA或尼龙912等)。可烧结材料16的其他具体实例包括聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及这些材料的无定形变体。合适的可烧结材料16的其他实例包括聚苯乙烯、聚缩醛、聚丙烯、聚碳酸酯、聚酯、热聚氨酯、其他工程塑料和本文所列的聚合物中的任意两种或更多种的共混物。还可以使用这些材料的核壳聚合物颗粒。可烧结材料16可具有约50℃-约400℃的熔点。通常，期望的是可烧结材料16的熔点小于(低于)在所述改性剂(下面进一步讨论)中使用的无机盐的熔点。作为实例，可以使用具有180℃的熔点的聚酰胺12，或可以使用具有约100℃-约165℃的熔点的热聚氨酯。当在可烧结材料16中使用聚合物颗粒的组合时，至少一种颗粒具有比所述无机盐的熔点低的熔点。在一个实例中，在可烧结材料16中使用的多种聚合物颗粒中的每一种都具有比所述无机盐的熔点低的熔点。可烧结材料16可以由类似尺寸的颗粒或不同尺寸的颗粒组成。在本文所示的实例中，可烧结材料16包括三种不同尺寸的颗粒。粒度分布在图4中清楚地示出，其中第一颗粒16A的平均尺寸大于第二颗粒16B的平均尺寸，并且第二聚合物颗粒16B的平均尺寸大于第三聚合物颗粒16C的平均尺寸。如本文中所使用的术语“尺寸”是指球形颗粒的直径，或非球形颗粒的平均直径(即横跨所述颗粒的多个直径的平均值)。通常，可烧结材料16的颗粒的平均尺寸为5μm-约100μm。作为颗粒16A、16B、16C中的每一个的不同尺寸的实例，第一颗粒16A的平均尺寸可以大于50μm，第二颗粒16B的平均尺寸可以为10μm-30μm，并且第三颗粒16C的平均尺寸可以等于或小于10μm。在一个实例中，第一颗粒16A以约70wt%-约95wt%的量存在，第二颗粒16B以约0.5wt%-约21wt%的量存在，并且第三颗粒16C以大于0wt%至高达约21wt%的量存在。应该理解，除了聚合物颗粒16A、16B和/或16C之外，可烧结材料16还可包括充电剂、流动助剂或其组合。可添加一种或多种充电剂以抑制摩擦起电。合适的一种或多种充电剂的实例包括脂族胺(其可以是乙氧基化的)、脂族酰胺、季铵盐(例如，山嵛基三甲基氯化铵或椰油酰胺丙基内铵盐)、磷酸的酯、聚乙二醇酯或多元醇。一些合适的可商购的​​充电剂包括HOSTASTAT® FA 38(天然基于乙氧基化的烷基胺)、HOSTASTAT® FE2(脂肪酸酯)和HOSTASTAT® HS 1(烷烃磺酸盐)，其中的每一个可获自Clariant Int. Ltd.。在一个实例中，所述充电剂以基于所述聚合物颗粒的总wt%的大于0wt%至小于5wt%的量添加。可添加一种或多种流动助剂以改进可烧结材料16的涂层流动性。当颗粒16A、16B和/或16C的尺寸小于25μm时，一种或多种流动助剂可能是特别期望的。所述流动助剂通过减少摩擦、横向阻力和摩擦电荷积聚(通过增加颗粒导电性)来改进可烧结材料16的流动性。合适的流动助剂的实例包括磷酸三钙(E341)、粉状纤维素(E460(ii))、硬脂酸镁(E470b)、碳酸氢钠(E500)、亚铁氰化钠(E535)、亚铁氰化钾(E536)、亚铁氰化钙(E538)、骨磷酸盐(E542)、硅酸钠(E550)、二氧化硅(E551)、硅酸钙(E552)、三硅酸镁(E553a)、滑石粉(E553b)、铝硅酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维(3D)印刷方法，其包括：施加可烧结材料；将所述可烧结材料加热至约50℃至约400℃的温度；将聚结剂选择性地施加在所述可烧结材料的一部分上；将改性剂选择性地施加在所述可烧结材料的所述一部分上、另一部分上、或所述一部分和另一部分两者上，所述改性剂包含：无机盐；表面活性剂；助溶剂；湿润剂；杀菌剂；和水；以及将所述可烧结材料暴露于辐射，从而所述聚结剂至少部分地使与该聚结剂接触的可烧结材料的一部分固化，并且所述改性剂i)减少与聚结剂和改性剂两者接触的可烧结材料的一部分的固化，ii)防止与改性剂接触的可烧结材料的另一部分的固化，或iii)i和ii两者。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.三维(3D)印刷方法，其包括：施加可烧结材料；将所述可烧结材料加热至约50℃至约400℃的温度；将聚结剂选择性地施加在所述可烧结材料的一部分上；将改性剂选择性地施加在所述可烧结材料的所述一部分上、另一部分上、或所述一部分和另一部分两者上，所述改性剂包含：无机盐；表面活性剂；助溶剂；湿润剂；杀菌剂；和水；以及将所述可烧结材料暴露于辐射，从而所述聚结剂至少部分地使与该聚结剂接触的可烧结材料的一部分固化，并且所述改性剂i)减少与聚结剂和改性剂两者接触的可烧结材料的一部分的固化，ii)防止与改性剂接触的可烧结材料的另一部分的固化，或iii)i和ii两者。2.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其中所述无机盐具有比所述可烧结材料的熔点更高的熔点。3.如权利要求2中所述的3D印刷方法，其中所述无机盐选自碘化钠、氯化钠、溴化钠、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠、磷酸钠、碘化钾、氯化钾、溴化钾、氢氧化钾、硫酸钾、碳酸钾、磷酸钾、碘化镁、氯化镁、溴化镁、磷酸镁及其组合。4.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其中将所述可烧结材料施加在接触表面上，并且其中所述方法进一步包括：以待形成的三维对象的层的横截面的图案将聚结剂选择性施加在所述可烧结材料的一部分上，所述横截面平行于所述接触表面；和将改性剂选择性地施加在所述横截面的至少一部分的边缘边界处的可烧结材料的另一部分上。5.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其中将所述可烧结材料施加在接触表面上，并且其中所述方法进一步包括：以待形成的三维对象的层的横截面的图案将聚结剂选择性施加在所述可烧结材料的一部分上，所述横截面平行于所述接触表面；和将改性剂选择性地施加在所述横截面内的可烧结材料的一部分的至少一些上。6.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其进一步包括施加所述可烧结材料和改性剂，使得在目标区域内的可烧结材料的总体积与施加的改性剂的总体积的体积比为约2:1至约200:1。7.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其进一步包括：通过将无机盐、表面活性剂、助溶剂、湿润剂、杀菌剂和水混合来制备改性剂；和修改所述改性剂中的表面活性剂的量，以在施加的可烧结材料和其上选择性地施加的改性剂之间获得45°或更小的接触角。8.如权利要求7中所述的3D印刷方法，其中：所述无机盐选自碘化钠、氯化钠、溴化钠、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸钠、磷酸钠、碘化钾、氯化钾、溴化钾、氢氧化钾、硫酸钾、碳酸钾、磷酸钾、碘化镁、氯化镁、溴化镁、磷酸镁及其组合；所述表面活性剂选自四乙二醇；liponic乙二醇1；基于炔二醇化学的可自乳化的非离子润湿剂；非离子氟表面活性剂；及其组合；所述助溶剂选自2-羟乙基-2-吡咯烷酮、2-吡咯烷酮、1,6-己二醇及其组合；所述湿润剂选自二(​​2-羟乙基)-5,5-二甲基乙内酰脲；丙二醇；己二醇；丁二醇；三乙酸甘油酯；乙烯醇；新琼二糖；甘油；山梨糖醇；木糖醇；麦芽糖醇；聚葡萄糖；皂树皮；甘油；2-甲基-1,3-丙二醇；及其组合；和所述杀菌剂是1,2-苯并异噻唑啉-3-酮的水溶液。9.如权利要求1中所述的3D印刷方法，其中所述改性剂包含：以相对于所述改性剂的总重量的约5.0wt%至约50wt%的量存在的无机盐；以相对于所述改性剂的总重量的约0.1wt%至约10wt%的量存在的表面活性剂；以相对于所述改性剂的总重量的约1.0wt%至约20wt%的量存在的助溶剂；以相对于所述改性剂的总重量的约0.1wt%至约15wt%的量存在的湿润剂；以相对于所述改性剂的总重量的约0.01wt%至约5wt%的量存在的杀菌...

【专利技术属性】
技术研发人员：HS汤姆，HT吴，L赵，S加纳帕蒂亚潘，K瑙卡，Y赵，
申请(专利权)人：惠普发展公司有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US