聚酰亚胺前体的激光引发的增材制造制造技术

一种系统包括建造区域、用于将聚酰亚胺前体进料到建造区域的前体进料系统、和激光系统，所述激光系统包括用于将聚焦能量束发射到建造区域上的激光装置、以及用于将聚焦能量瞄准在建造区域的选定目标位置上以选择性地引发聚酰亚胺前体的至少一部分聚合成包括聚酰亚胺的结构的激光致动器。一种方法包括将聚酰亚胺前体进料到建造区域，和选择性地将聚焦能量束引导到建造区域以选择性地引发聚酰亚胺前体的至少一部分聚合成包括聚酰亚胺的结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚酰亚胺前体的激光引发的增材制造相关申请的引证本申请要求于2015年6月3日提交的美国临时申请号62/170,418的优先权。此外，本申请的主题涉及于2015年6月3日提交的名称为“聚酰亚胺前体的3D喷墨打印”的美国临时申请号62/173,583，其与本申请是同一天提交的，并且涉及于2015年6月3日提交的名称为“聚酰亚胺前体的材料挤出增材制造”的美国临时申请号62/170,423，其与本申请是同一天提交的。所有这些申请的公开内容均以其整体并入本文用作参考，如同在本申请中进行了再现。
技术介绍
使用三维(3D)计算机辅助设计(CAD)数据进行物品的按需制造(on-demandfabrication)(也称为增材制造(additivemaufacturing)或3D打印)一直在改善且变得越来越普遍。3D打印技术可以包括多种不同的技术方法。一种这样的方法被称为选择性激光烧结，其使用聚焦激光束来加热并熔化粉末材料以逐层地制造物品。
技术实现思路
本公开描述了一种系统，其用于反应性聚酰亚胺前体化合物的选择性激光烧结或光固化立体造型(stereolithoraphy)以快速原型制作的聚酰亚胺层。专利技术人尤其已认识到，要解决的问题包括聚酰亚胺材料的选择性激光烧结不能容易地进行，因为聚酰亚胺材料不能以足够低的粘度熔化以允许充分的回流。本文描述的本主题能够提供这种问题的解决方案，诸如通过提供具有比最终聚酰亚胺更低的粘度的聚酰亚胺前体化合物的选择性激光烧结，其中所述聚酰亚胺前体化合物的较低粘度可以允许更容易熔化和回流的较低粘度。专利技术人尤其已认识到，要解决的问题可以包括通过3D打印制造的聚酰亚胺物品的层之间的粘附。本文描述的本主题可以提供该问题的解决方案，诸如通过提供能够在层之间反应并交联的反应性聚酰亚胺前体化合物的3D选择性激光烧结，在层之间提供更好的粘附。专利技术人尤其已经认识到，要解决的问题可以包括通过3D选择性激光烧结制造的物品的层之间不期望的空隙空间。本文描述的本主题可以提供该问题的解决方案，诸如通过提供反应性聚酰亚胺前体化合物的3D选择性激光烧结，将提供更好的回流和层之间的粘附，从而减少空隙空间。专利技术人尤其已经认识到，要解决的问题可以包括特别是无定形聚合物树脂的3D选择性激光烧结可能相对较慢并且需要相对较高的循环时间。本文描述的本主题可以提供该问题的解决方案，诸如通过提供与最终的聚酰亚胺相比能够更容易熔化的反应性聚酰亚胺前体化合物的3D选择性激光烧结，这可以提高打印速度并缩短循环时间，以形成物品。附图说明图1是用于通过反应性选择性激光烧结制造包括聚酰亚胺的结构的示例性系统的示意图。图2是用于通过反应性选择性激光烧结制造包括聚酰亚胺的结构的另一示例性系统的示意图。图3是用于通过反应性光固化立体造型制造包括聚酰亚胺的结构的示例性系统的示意图。图4是通过反应性选择性激光烧结形成包括聚酰亚胺的结构的示例性方法的流程图。具体实施方式本公开描述了聚酰亚胺前体粉末的选择性激光烧结(或“SLS”)，通过将激光束或其它聚焦能量束选择性地瞄准位于目标区域内的聚酰亚胺前体粉末，以选择性地熔化聚酰亚胺前体粉末并引发其中一种或多种聚酰亚胺前体化合物的聚合，从而形成一个或多个聚酰亚胺层。本公开还描述了聚酰亚胺前体凝胶或树脂的光固化立体造型(或“SLA”)，通过选择性地将激光束或其它聚焦能量束瞄准位于目标区域内的聚酰亚胺前体凝胶或树脂，以选择性地驱散前体凝胶的溶剂或选择性地引发其中一种或多种聚酰亚胺前体化合物的聚合或两者，以形成包括聚酰亚胺的结构。无定形树脂，例如聚酰亚胺，目前未广泛用于激光烧结或光固立体造型。例如，典型地对于SLS，将建造环境加热到非常接近系统中使用的树脂粉末的熔点，通过应用定向的热源(诸如激光束)将粉末完全熔化，所述热源提供了足够的能量以完全熔化所述粉末。然而，无定形树脂在加热时表现出较宽的软化行为，因此通常不能被加热到接近树脂作为结晶或半结晶树脂流动所需的温度。这限制了在建造室中可以进行的预热，并且可能需要通过定向热源(例如激光束)施加更多的能量，这通常导致更慢的打印过程，并因此限制了无定形树脂的使用。无定形树脂(包括聚酰亚胺)也一般不用于选择性激光烧结，因为一旦它们被加热到流动点，它们的粘度不允许被捕捉在粉末周围的空气流出熔化池(meltpool)。这可能导致气泡被截留在印刷结构中，这可能降低机械性能。例如，无定形非结晶聚合物材料(例如聚酰亚胺材料)，对于SLS来说是不切实际的，因为无定形非晶体聚合物不具有明确定义的熔点，并且不会以通常为结晶聚合物特征的长程有序地(long-rangeorder)凝固。无定形聚合物材料通常具有玻璃化转变温度或玻璃化转变范围，这与如结晶聚合物的典型的定义明确的熔点相反。因此，无定形聚合物倾向于在较宽的温度范围内软化或熔化，而不是在设定的熔点下液化。当在较宽温度范围内部分熔融时，无定形聚合物也倾向于具有高粘度，使得在无定形聚合物粉末颗粒融合在一起时，它们会倾向于保持其形状和结构。这可能导致熔融无定形聚合物粉末留下相对较高的孔隙率。另外，由于无定形聚合物材料不完全熔化，空气和其它气体可能被捕获在所得到的结构的空隙空间中。相对较大的孔隙率和空隙空间中截留的空气或气体可导致所得到的结构具有相对较低的密度和相对低的强度。增加激光能量以将聚合物完全熔化到足够低的粘度，使得孔隙率可以充分降低，从而增加了该方法的能量需求。此外，增加激光能量以试图完全熔化无定形聚合物可能导致聚合物降解。无定形聚合物材料(例如聚酰亚胺，诸如聚醚酰亚胺)也可能是SLA的非理想候选物，因为除非使用可能需要额外的预防措施以确保安全和健康的侵蚀性有机溶剂，否则可能难以形成凝胶前体，所述有机溶剂诸如二氯甲烷、二氯苯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺或四氢呋喃。本公开描述了特别地用于选择性激光烧结或光固化立体造型能够用于生产聚酰亚胺部件的前体的系统和方法。本文描述的系统和方法涉及将聚焦能量束(如激光束)选择性施加到包含一种或多种聚酰亚胺前体化合物的聚酰亚胺前体材料，诸如聚酰亚胺前体粉末或聚酰亚胺前体凝胶，以提供所述聚酰亚胺前体化合物聚合从而形成包含聚酰亚胺的结构，该结构包含一个或多个聚酰亚胺层。聚酰亚胺前体选择性激光烧结系统图1示出了用于由反应性聚酰亚胺前体粉末14制造包括聚酰亚胺的结构12的示例性选择性激光烧结系统10。系统10可以包括建造室16中的目标区域18，其中将建造结构12。如下面更详细地描述的，聚酰亚胺前体粉末14可以包含一种或多种聚酰亚胺前体化合物，在施加诸如激光的聚焦能量束时，所述化合物可以熔融以反应并聚合从而形成聚酰亚胺材料。前体粉末14可以包含粉末颗粒，该粉末颗粒包含一种或多种二酐前体化合物、一种或多种二胺前体化合物、和一种或多种二酐前体化合物与一种或多种二胺前体化合物的反应产物中的至少一种。在一些实施例中，聚酰亚胺前体粉末14可以包含一种或多种二酐前体化合物与一种或多种二胺前体化合物的低聚反应产物，例如，由二酐前体化合物和二胺前体化合物反应形成的酰亚胺低聚物。前体粉末14可以包括二酐前体化合物粉末颗粒和二胺前体化合物粉末颗粒的干燥粉末混合物。系统10可以包括一个或多个粉末进料系统20,22以将前体粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造制品的系统，所述系统包含：建造区域；前体进料系统，用于将聚酰亚胺前体进料到建造区域；和激光系统，包括激光装置，所述激光装置用于将聚焦能量束发射到所述建造区域；和激光致动器，所述激光致动器用于将聚焦能量瞄准在所述建造区域的选定目标位置上以选择性地引发所述聚酰亚胺前体的至少一部分聚合成包括聚酰亚胺的结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.03 US 62/170,4181.一种用于制造制品的系统，所述系统包含：建造区域；前体进料系统，用于将聚酰亚胺前体进料到建造区域；和激光系统，包括激光装置，所述激光装置用于将聚焦能量束发射到所述建造区域；和激光致动器，所述激光致动器用于将聚焦能量瞄准在所述建造区域的选定目标位置上以选择性地引发所述聚酰亚胺前体的至少一部分聚合成包括聚酰亚胺的结构。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述聚酰亚胺前体包含聚酰亚胺前体粉末和聚酰亚胺前体凝胶中的至少一种。3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中所述聚酰亚胺前体包含二酐前体化合物、二胺前体化合物、和二酐前体化合物与二胺前体化合物的反应产物中的至少一种。4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述聚酰亚胺前体包含聚酰亚胺前体粉末，所述聚酰亚胺前体粉末包含以下至少一种：二酐前体化合物与二胺前体化合物的反应产物的粉末颗粒；和二酐前体化合物颗粒和二胺前体化合物颗粒的干燥粉末混合物。5.根据权利要求3或4中任一项所述的系统，其中所述反应产物由包含以下之一的过程形成：在仲胺或叔胺的存在下，将二酐前体化合物和二胺前体化合物溶解于水中以提供聚酰亚胺前体；将二酐前体化合物和二胺前体化合物溶解于脂族醇中以提供基于醇的聚酰亚胺前体，并且可选地向所述基于醇的聚酰亚胺前体中加入仲胺或叔胺以提供聚酰亚胺前体；或将二酐前体化合物和二胺前体化合物溶解于水与脂族醇的混合物中以提供聚酰亚胺前体。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述二酐前体化合物和所述二胺前体化合物以基本等摩尔比例溶解。7.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其中所述激光系统配置成熔化粉末颗粒并且将粉末颗粒熔融在一起。8.根据权利要求4至7中任一项所述的系统，进一步包括溶剂进料系统，用于选择性地将溶剂沉积在所述建造区域上以至少部分地溶解聚酰亚胺前体粉末的至少选定部分。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述激光致动器将所述聚焦能量束引导到所述溶剂的选择性沉积的位置，以提供至少部分溶解的所述聚酰亚胺前体粉末的聚合。10.根据权利要求3至9中任一项所述的系统，进一步包含催化剂进料系统，以选择性地将催化剂沉积到所述建造区域，其中所述催化剂引发或加速所述聚酰亚胺前体的聚合。11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：维斯瓦纳坦·卡利亚纳拉曼，埃里克·托伊奇，托马斯·霍克，布莱恩·普赖斯，彼得·朱伯，
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