用于聚碳酸酯的反应性喷墨印刷的系统和方法技术方案

一种系统，包括一个或多个印刷头(18、20、22)，配置为将包括一种或多种聚碳酸酯前体化合物的一种或多种聚碳酸酯前体溶液的液滴(34、36、38)选择性地印刷在基板上的一个或多个目标位置上，以在每个目标位置处形成一个或多个反应性混合物液滴，以及环境系统，配置为将反应性混合物液滴暴露于使一种或多种聚碳酸酯前体化合物聚合以形成聚碳酸酯的反应条件。一种方法，包括将包括一种或多种聚碳酸酯前体化合物的一种或多种聚碳酸酯前体溶液的液滴印刷在基板上的一个或多个目标位置上，以在每个目标位置处形成反应性混合物液滴；以及将反应性混合物液滴暴露于使一种或多种聚碳酸酯前体化合物聚合以形成聚碳酸酯的反应条件。

System and method of reactive ink-jet printing for polycarbonate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于聚碳酸酯的反应性喷墨印刷的系统和方法
技术介绍
使用三维(3D)计算机辅助设计(CAD)数据(也称为3D印刷或增材制造)的部件制造得到不断改善并变得更加普遍。3D印刷技术可包括几种不同的技术方法。
技术实现思路
本公开描述了一种用于将反应性聚碳酸酯前体化合物三维(3D)印刷到基板上以提供一种或多种聚碳酸酯层的快速原型化的系统和方法。本专利技术人尤其认识到，待解决的问题包括目前制备聚碳酸酯材料的增材制造方法，例如挤压印刷(也称为熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling))或选择性激光烧结，不能提供透明的聚碳酸酯结构。本文所述的本专利技术主题可以提供该问题的解决方案，例如通过提供一种或多种聚碳酸酯前体溶液的3D喷墨印刷从而提供透明或基本上透明的聚碳酸酯结构。本专利技术人尤其认识到，待解决的问题包括聚碳酸酯材料在溶剂中的溶液或熔融形式的聚碳酸酯材料对于喷墨印刷方法可以具有太高的粘度。本文所述的本专利技术主题可以提供该问题的解决方案，例如通过提供具有低溶液粘度的一种或多种聚碳酸酯前体溶液。本专利技术人尤其认识到，待解决的问题可以包括目前的喷墨印刷方法需要用紫外光固化经印刷的材料，这需要UV光的视线(line-of-sight)，并且有时可以导致不均匀的固化。本文所述的本专利技术主题可以提供该问题的解决方案，例如通过提供可以通过可均匀和可靠地施加热量而聚合的反应性聚碳酸酯化合物的3D喷墨印刷。本专利技术人尤其认识到，待解决的问题可以包括通过3D喷墨印刷制造的部件的层之间的粘附。本文所述的本专利技术主题可以提供该问题的解决方案，例如通过提供可以在层之间反应和交联的聚碳酸酯前体化合物的反应性溶液的印刷。附图说明图1是通过喷墨印刷制造聚碳酸酯部件的一个示例性系统的示意图。图2是通过喷墨印刷制造聚碳酸酯部件的另一个示例性系统的示意图。图3是通过喷墨印刷制造聚碳酸酯部件的一个示例性方法的流程图。具体实施方式一种这样的方法被称为喷墨印刷，其使用一个或多个喷墨印刷头和喷嘴来选择性地印刷构建材料从而以逐层方式制造部件。可将一层构建材料印刷到构建区上，然后例如用能源(例如，紫外线灯)固化经印刷的构建材料，从而构建每层作为待制造的最终部件的截面。3D喷墨印刷是通过将构建材料的液滴或构建材料前体的液滴选择性地印刷到构建区中的基板上来制造部件的方法。3D喷墨印刷由于其多功能性和高速构造而越来越受欢迎。通常称为喷墨印刷头的多个印刷头可用于将构建材料或一种或多种构建材料前体印刷到对应于期望结构的截面区域的一个或多个目标位置上。可将构建材料或构建材料前体的层选择性地印刷到构建区内的一个或多个目标区上。构建区可由指定的坐标系如Cartesian坐标定义，使得可以使用CAD数据来指导一个或多个印刷头。一个或多个印刷头可以选择性地将构建材料或构建材料前体印刷到对应于层的截面的一个或多个目标位置上。构建材料或构建材料前体可以经受配置用于形成最终固化构建材料的环境条件，例如暴露于固化能源(例如，紫外光)或者可以导致构建材料前体的反应如聚合以形成固化的构建材料的指定温度和指定压力中的至少一种。在一个实例中，选定的压力和选定的温度中的每一个可以不同于相应的环境压力和环境温度。如本文所用，“环境”是指印刷系统外部的条件(例如，温度或压力)，例如外部环境中的不受控制的温度和压力。可以可选地重复该过程以印刷另外的层，例如第一层上的第二层、第二层上的第三层、第三层上的第四层、第四层上的第五层等，直到完成指定的结构。本公开描述了通过将一种或多种反应性聚碳酸酯前体的液滴选择性地印刷到基板上的选定目标区上来制造聚碳酸酯结构的3d喷墨印刷系统和方法，其允许使用3D喷墨印刷系统和方法形成聚碳酸酯结构。本文所述的系统和方法包括印刷多个第一聚碳酸酯前体的第一液滴和印刷多个第二聚碳酸酯前体的第二液滴。当第一和第二液滴在目标位置混合在一起并形成聚碳酸酯时，第一和第二前体可以反应。如下面更详细地描述的，聚碳酸酯前体可以包括一种或多种对于酯交换反应具有反应性的碳酸酯(例如，一种或多种碳酸二芳基酯，例如双水杨酸甲酯基碳酸酯(二甲基水杨基碳酸酯，bismethylsalicylcarbonate，BMSC))和一种或多种二羟基化合物(例如，二羟基芳香族化合物，例如双酚A)。反应性聚碳酸酯印刷系统图1示出了通过印刷一种或多种反应性聚碳酸酯前体化合物以形成聚碳酸酯来制造聚碳酸酯结构12的喷墨印刷系统10的实例。印刷系统10可以包括构建室14，该构建室14封装待构建结构12于其上的基板16。系统10可以包括用于印刷第一聚碳酸酯前体溶液的第一印刷头18，也称为第一前体印刷头18。系统10可以包括用于印刷第二聚碳酸酯前体溶液的第二印刷头20，也称为第二前体印刷头20。第二前体印刷头18和第二前体印刷头20也统称为“构建材料前体印刷头18、20”或简称为“印刷头18、20”。该系统可以包括用于分配一种或多种第三材料的第三印刷头22，例如催化剂溶液或支撑材料(如下文更详细描述的)。如果存在，系统10中还可以包括除构建材料前体印刷头18、20和第三印刷头22之外的附加印刷头。例如，如果第三印刷头22被配置为印刷支撑材料或支撑材料前体(为了简洁起见，以下称为“支撑材料”)用于形成一个或多个支撑结构24，则该系统可包括第四印刷头，其被配置为印刷催化剂材料(如下所述)或印刷其它材料，例如表面保护剂或着色剂。每个印刷头18、20、22可以相对于基板16移动，使得每个印刷头18、20、22可以选择性地瞄准到基板16的表面上或已经构建在基板16上的最顶层的表面上的多个目标位置26中的任何一个。根据一个实例，可将印刷头18、20、22偶联到在基板16上方可移动的印刷头块(printheadblock)28，以选择性地瞄准每个印刷头18、20、22朝向期望的目标位置。印刷头块28可以在指定的坐标系(例如，Cartesian坐标系或极坐标系)内的任何方向上可移动。根据一个实例，印刷头块28可以在X方向2(在图1中从左到右示出)上和在Y方向4上(在图1中示出为进出页面)在基板16上方可移动。根据一个实例，X方向2基本上正交于Y方向4。根据一个实例，X和Y方向2、4二者基本上平行于基板16的顶面。在一个实例中，印刷头块28通过打印机(印刷机，printer)定位装置30根据指定的坐标系可移动，例如通过沿着X方向2和Y方向4在基板16上方移动印刷头块28，例如具有一个或多个电机、螺旋驱动器或其它移动机构。根据一个实例，打印机定位装置30还可使印刷头块28沿Z方向6(在图1中示出为上下)移动。根据一个实例，Z方向6基本上与X方向2、Y方向4和基板16的顶面上的一个或多个正交。可替换地或除了打印机定位装置30之外，基板16可以通过单独的基板移动装置，例如一个或多个电机32在一个或多个方向上，例如X、Y和Z方向2、4、6中的一个或多个方向上可移动。每个印刷头18、20、22可以印刷供给到印刷头18、20、22的溶液的液滴。第一印刷头18可以印刷包括第一前体(例如，一种或多种对于与第二前体的酯交换反应具有反应性的碳酸酯前体化合物)的第一聚碳酸酯前体溶液的第一液滴34。第二印刷头20可以印刷包括第二前体(例如，一种或多种二羟基前体化合物)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造部件的系统，所述系统包括：一个或多个印刷头，配置为将由包括一种或多种聚碳酸酯前体化合物的一种或多种聚碳酸酯前体溶液形成的一个或多个液滴选择性地印刷在构建区内的基板上的一个或多个目标位置中的每一个上，以在所述一个或多个目标位置中的每一个处形成一个或多个反应性混合物液滴；以及环境系统，配置为将所述反应性混合物液滴暴露于选定的压力和选定的温度中的至少一个，以聚合所述一种或多种聚碳酸酯前体化合物从而形成聚碳酸酯，其中所述选定的压力和所述选定的温度中的每一个不同于相应的环境压力和环境温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 US 62/157,6821.一种用于制造部件的系统，所述系统包括：一个或多个印刷头，配置为将由包括一种或多种聚碳酸酯前体化合物的一种或多种聚碳酸酯前体溶液形成的一个或多个液滴选择性地印刷在构建区内的基板上的一个或多个目标位置中的每一个上，以在所述一个或多个目标位置中的每一个处形成一个或多个反应性混合物液滴；以及环境系统，配置为将所述反应性混合物液滴暴露于选定的压力和选定的温度中的至少一个，以聚合所述一种或多种聚碳酸酯前体化合物从而形成聚碳酸酯，其中所述选定的压力和所述选定的温度中的每一个不同于相应的环境压力和环境温度。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述一种或多种聚碳酸酯前体化合物包括对于酯交换反应具有反应性的一种或多种碳酸酯化合物和一种或多种二羟基化合物。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述一个或多个印刷头包括：第一印刷头，配置为将包括对于酯交换反应具有反应性的一种或多种碳酸酯化合物的第一溶液的一个或多个第一液滴选择性地印刷在所述构建区内的基板上的一个或多个目标位置中的每一个上；以及第二印刷头，配置为将包括一种或多种二羟基化合物的第二溶液的一个或多个第二液滴选择性地印刷在所述基板上的一个或多个目标位置中的每一个上，使得所述第一溶液的一个或多个第一液滴和所述第二溶液的一个或多个第二液滴组合以在所述目标位置中的每一个处形成反应性混合物液滴。4.根据权利要求2或3中任一项所述的系统，其中所述一种或多种碳酸酯化合物包括双水杨酸甲酯基碳酸酯(BMSC)。5.根据权利要求2-5中任一项所述的系统，其中所述一种或多种二羟基化合物包括双酚A。6.根据权利要求1-9中任一项所述的系统，进一步包括控制系统，配置为将所述一个或多个印刷头选择性地瞄准所述一个或多个目标位置中的每一个。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制系统被配置为：瞄准第一印刷头以在第一目标位置处印刷所述第一溶液的第一一个或多个第一液滴，所述第一溶液包括对于酯交换反应具有反应性的一种或多种碳酸酯化合物；瞄准第二印刷头以在所述第一目标位置处印刷所述第二溶液的第一一个或多个第二液滴，所述第二溶液包括一种或多种二羟基化合物，使得所述第一一个或多个第一液滴与所述第一一个或多个第二液滴在所述第一目标位置处组合以形成第一反应性混合物液滴；瞄准所述第一印刷头以在第二目标位置处印刷所述第一溶液的第二一个或多个第一液滴；以及瞄准所述第二印刷头以在所述第二目标位置处印刷所述第二溶液的第二一个或多个第二液滴，使得所述第二一个或多个第一液滴与所述第二一个或多个第二液滴在所述第二目标位置处组合以形成第二反应性混合物液滴。8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其中所述环境系统包括温度控制器和配置为将所述反应性混合物液滴暴露于约100℃至约400℃的温度的至少一个加热装置。9.根据权利要求8所述的系统，其中加热器包括配置为局部加热所述反应性混合物液滴的部分的加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·霍克，顾昊，扬·亨克·坎普斯，迪尔克·诺登赫拉夫，
申请(专利权)人：沙特基础工业全球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL