包括粘合剂的用于自由成型制造法的粘固剂系统技术方案

用于自由成型制造法的粘固剂系统包括粘合剂组合物，它包含有机酸和／或无机酸（包含磷酸根离子）、多酸和高含水性溶剂。

【技术实现步骤摘要】

自由成型制造法越来越成为制造三维物品和加工机具时普遍采用的方法，三维物品包括制成品、原型部件或模型。比如，自由成型制造法可用来制造这类产品，比如结构陶瓷制品或陶瓷模具。许多自由成型制造法都涉及先后一层一层地形成所需最终产品的过程。
技术介绍
当自由成型制造法涉及先后成层的过程时，将多个平面层组合在一起就可以形成平面或非平面的三维物品。该物品是逐层形成的，每层的断面都代表着最终所需产品的横截面。相邻形成的层彼此按照规定的方式结合在一起而构成所需的产品。在某些方法中，所需产品的每层都是通过散布一层粉状构筑材料然后有选择性地向该粉末中注入粘合剂而形成的。在施用时，粘合剂将粉末粘在一起而形成所需产品的横截面。在其它方法中，通过选择性地喷射构筑材料而先后形成所需产品的各层。然而常规自由成型制造法有几个缺点，包括所获得的产品有脆性。因为压缩模量很低，所以最终产品的机械性能很差。机械性能差还表现在不耐拉伸，或者断裂强度很低。
技术实现思路
自由成型制造方法所用的粘固剂包括粘合剂组合物，它包含有机酸和/或无机酸(包括磷酸根离子)、多酸和高含水性溶剂(primarilyaqueons solvent)。形成三维物品的方法包括以高含含水粘合剂组合物反复渗滤每个粉末层的步骤，该粉末包括聚合物和至少一种无机磷酸盐，而该粘合剂组合物包括至少可与无机磷酸盐试剂反应的多酸以及反应产物。该粘合剂进一步包括包括磷酸根离子的有机酸和/或无机酸。渗滤过的粉末层是彼此相邻形成的，从而形成所述的三维涂刷物品(printedobject)。自由成型制造设备包括液体喷射头和液体粘合剂组合物，该粘合剂组合物包括有机酸和/或无机酸(包括磷酸根离子)、多酸和高含水性溶剂。附图说明该图表示的是可应用本专利技术实施方案的典型自由成型制造系统。这仅仅是举例说明，并不会对本专利技术的范围构成限制。具体实施例方式在某些自由成型制造系统中，采用粉末材料来形成所需产品的各层。如附图所示，自由成型制造单元(100)包括粉状构筑材料的供应。从供应室中计量分配出一定量的粉末。移动台(103)上的辊使制造室(102)顶部的粉末分布开来并且压缩之。然后利用基于喷墨印刷技术或可控滴落(drop-on-demand)技术的多通道液体喷射头，使粘结剂或粘合剂在制造室(102)中按照二维图案沉积在粉末上。也可以将喷射头安置在移动台(103)上。该二维图案就是所需产品的横截面。该喷射头也喷射着色剂或调色剂，以针对所需产品的特定横截面提供所需的色彩或彩色图案。粉末在沉积了粘合剂的区域中结合在一起，由此形成所需产品的一层。重复该方法，将新一层的粉末施用在前一层的顶上。然后将所需产品的下一个横截面结合到该新的粉末层中去。粘合剂也起到将所需产品的相邻多层粘结在一起的作用。该方法继续进行，直到在制造室(102)中的粉末床内形成整个物品。然后刷掉不为粘合剂所粘结的多余粉末，剩下毛坯(base)或“新制”物品。用户界面(104)使用户能够启动和控制该制造方法。该方法的优点是，制造快速并且材料成本低。它被视为速度最快的自由成型制造法之一，并且可以制造各种色彩的产品。但是如前所述，常规粉末基自由成型制造方法有几个缺点，包括所获得的产品有脆性。由于颗粒密度低、粉末颗粒之间的粘结力差并且最终产品中存在着孔隙，所以其压缩模量很差而且在低应力下就会产生拉伸破坏。就层内和层间水平而言，粉末颗粒仅松散地胶合在一起。市面上目前采用的粉末基于填料无机颗粒，比如石膏和/或熟石膏等，还有可水溶胀性聚合物，比如淀粉、聚(乙烯醇)等以及这些可水溶胀性聚合物的混合物。在采用这类系统时，在粉末表面上涂刷含水粘合剂，然后聚合物颗粒由于含水粘合剂的吸收作用而发生溶胀。粘结是聚合物颗粒溶胀所致。这些粉末与含水粘合剂之间的相互作用使得机械强度很差而且新制物品的孔隙率很高。粉末基自由成型制造法和喷射聚合物式直接构造型自由成型制造法制造的部件也存在着强度差的缺点。后者是由于仅能喷射分子量较低的聚合物，因为高分子量聚合物的粘度太高。而且，前述方法在粘结聚合物时的溶胀过程非常缓慢。水和熟石膏之间的相互作用也进行得非常缓慢。因此，常规方法需要1个小时以上才能使反应材料凝固，然后才能将制品从粉末床中取出。另一个与常规粉末基自由成型制造方法直接相关的问题是最终产品的密度很高。粉末中原材料的密度很高，以致于常规方法所制造的最终产品其密度一般大于1g/cm3。产品密度高是很不适当的，特别是在按1∶1比例制造大物品的模型时。而且，所获得产品的机械性能很差还与该事实有关在粉末床中逐层制得的新制物品必须进行劳动密集型的后加工。该后加工一般涉及以增强剂比如氰基丙烯酸酯胶等浸泡涂刷的物品表面。目前采用的石膏基粉末和可水溶胀性聚合物需要很长的溶胀时间，可能是30min或更长。该方法以及类似方法的另一个缺点是，所获得产品的分辨率很差，表现为产品的颗粒状质地。如前所述，目前采用的自由成型制造方法采用了松散结合的聚合物和无机颗粒来制造产品，该产品具有差的机械性能和颗粒状质地。虽然对所获得的物品进行后加工干燥可稍微改善其机械性能，但是改善效果很小并且干燥工艺进行得非常缓慢。其它后加工手段包括以可聚合胶比如氰基丙烯酸酯进行增强，或表面抛光，但是这些手段都很费成本而且劳动密集度高。机械性能和表面光洁度最终取决于材料体系在这些方面的性能该体系是否能够彼此均匀混合和充分反应。本专利技术公开了可用于自由成型制造法的粘合剂和粘固剂。更具体而言，本专利技术公开了与磷酸钙基粘固剂组合使用的粘合剂，它可用于自由成型制造脆性更小而且与之前的系统相比所需的后制造加工更少的三维物品。在本文以及附录的权利要求中，所用的术语“粘合剂”指的是液体物质，它含或不含调色剂、油墨、染料、颜料、色彩或着色剂，将其注射到粉状构筑材料比如磷酸钙粘固剂中，就可以选择性地粘结和/或着色粉状构筑材料而形成物品的一层，该物品是通过自由成型制造方法制造的。因此，“粘合剂”指的是，但不限于油墨、调色剂、染料、颜料、着色剂、粘合剂、粘结剂或其任意的组合。磷酸钙粘固剂组合物在传统上用于自由成型制造方法以外的多种技术中。比如，采用水硬性磷酸钙粘固剂组合物作为牙齿和骨头的修补材料，因为磷酸钙粘固剂组合物可以转化成与牙齿和骨头主要成分相似的化合物。粘固剂组合物也用作对活体有害的活体组织聚合物、有机物质或无机离子的吸收剂。但是，常规的磷酸钙粘固剂组合物不能用于自由成型制造系统中。磷酸钙粘固剂组合物一密度极高，并且从pH值角度而言近乎中性，因此很适用于活体的酸性环境，并且也足够强韧从而承受得住骨头、牙齿和活体组织所处的强冲击性环境。本专利技术公开了适用于自由成型制造系统的磷酸钙粘固剂组合物。在进行反应和凝固之前，该新型的粘固剂组合物分为两个部分，即粉末组分和液体粘合剂组分。该粘合剂与喷墨系统相容，比如非限定性实施例中的可控滴落系统，并且可用于安装了比如可控滴落技术中的喷墨涂刷头的自由成型制造系统。该组合物可改善自由成型制造系统最终产品的已知缺点，包括易碎性、脆性、高密度以及对昂贵而耗时的后制造加工的需要。本专利技术自由成型制造方法所用的磷酸钙粘固剂系统包括粘合剂和粉末，它基于许多涉及以磷酸钙化合物作为反应剂的化学反应，这些化合物通过反应而形成羟基磷灰石本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粘合剂组合物，它包含：有机酸和／或无机酸，其包含磷酸根离子；多酸；和高含水性溶剂。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：C奥里亚希，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]