3-D印刷表面制造技术

本发明专利技术公开了将制品三维印刷到表面上的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3-D印刷表面相关申请的交叉引用本申请要求于2016年2月18日提交的美国临时专利申请No.62/296877的权益，该专利申请的公开内容以引用方式全文并入本文。
技术介绍
三维(“3-D”)印刷技术在本领域中是已知的(参见例如美国专利No.5,939,008(Comb等人))，并且与例如常规模制工艺相比，提供成本优势和制造一些制品(包括原型模型)的更高速度。在一些形式的3-D印刷中(例如，以商品名“MAKERBOTAND3-DSYSTEMS”购自明尼苏达州伊登普雷里的Stratasys公司(Stratasys,EdenPrairie,MN))，塑料通过逐层跟踪零件的横截面几何形状的喷嘴挤出。构建材料通常以长丝形式供应。喷嘴包含加热器，该加热器将塑料保持在刚好高于其熔点的温度下，使得塑料容易流动通过喷嘴并且形成层。熔融塑料从喷嘴流出之后，其温度立即下降，粘度增加，并且粘结到下面的层。在起始点，部件印刷到其上的表面通常相对较冷。因此，来自挤出机顶端的熔融塑料立即硬化，并且通常不能很好地粘接到(初始)印刷表面。替代方法是使其上印刷有部件的表面相对较热，以有助于沉积的材料粘接到该表面。然而，当制品在冷却期间不期望地收缩时遇到问题。从印刷表面移除一些经印刷的制品也可能存在困难。另一种方法是通过使用具有印刷表面的结构化平台来机械地容纳熔融塑料的第一写入。已发现，这种方法在限制经印刷的制品由于热收缩而从印刷表面分层方面具有一定的有效性。然而，这种方法的缺点是由于热积聚和不期望的热收缩以及由结构化平台赋予的表面或纹理而缺乏粘附性。来自上述方法的印刷表面的使用寿命通常受到不期望的限制。期望替代的3-D印刷表面，其优选地解决上述表面或方法的一个或多个不期望的方面。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术提供三维(3-D)印刷制品的方法，该方法包括：提供具有第一主表面和第二主表面的复合材料，该复合材料包含：具有第一主表面和第二主表面的组合物(例如，膜)，该组合物包含：(i)粘结剂，和(ii)纳米粒子的混合物，该纳米粒子的混合物基于组合物的总重量计在80重量％至99.9重量％的范围内，(在一些实施方案中，85重量％至95重量％)，其中10重量％至50重量％的纳米粒子的平均粒径在2nm至200nm的范围内并且50重量％至90重量％的纳米粒子的平均粒径在60nm至400nm的范围内，并且其中平均粒径在2nm至200nm范围内的纳米粒子的平均粒径与平均粒径在60nm至400nm范围内的纳米粒子的平均粒径的比率在1:1至1:200的范围内；以及热塑性层，该热塑性层具有第一主表面和第二主表面，其中热塑性层的第二主表面设置在组合物的第一主表面上；以及将制品三维印刷到热塑性层的第一主表面上。已观察到，与在本身包含粘结剂和纳米粒子的组合物的表面上印刷相比，聚合物表面的存在提供更好的可印刷性。附图说明图1为本文所述的用于3-D印刷的示例性制品的横截面。图2为描绘粒度(较大粒子组/较小粒子组)的组合与较小粒子组和较大粒子组的重量比之间的模拟结果的曲线图。图3A为3-D印刷设备的示意图，其中制品被印刷在本文所述的示例性表面上。图3B为图3A中所示的示例性3-D印刷设备的示意图。图4为待3-D印刷的计算机辅助设计(CAD)制品的示意图。具体实施方式参见图1，本文所述的用于3-D印刷的示例性制品100包括任选的保护层115、热塑性层105、包含粘结剂和纳米粒子的组合物103、基底101、粘合剂111和衬片113。参见图3A和图3B，3-D印刷设备301，其中制品321被印刷在示例性表面322上。示例性常规3-D印刷机301将聚合物层321印刷在层323(包括热塑性层和包含粘结剂和纳米粒子的层)的热塑性主表面322上，该层323被固定到在可加热平台330上具有粘合剂324的基底325。3-D印刷设备331具有挤出机模头302、长丝导向模头305、长丝进料齿轮306、聚合物长丝304、加热器307和支承辊303。示例性粘结剂包括通过聚合可固化单体/低聚物或溶胶-凝胶玻璃获得的树脂。树脂的更具体示例包括丙烯酸类树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、酚树脂和聚乙烯醇树脂。此外，可固化单体或低聚物可选自本领域已知的可固化单体或低聚物。在一些实施方案中，树脂包括二季戊四醇五丙烯酸酯(例如，可以商品名“SR399”购自美国德克萨斯州克利尔莱克的阿科玛集团(ArkemaGroup,ClearLake,TX))、季戊四醇三丙烯酸酯异佛乐酮二异氰酸酯(IPDI)(例如，可以商品名“UX5000”购自日本东京的日本化药株式会社(NipponKayakuCo.,Ltd.,Tokyo,Japan))、聚氨酯丙烯酸酯(例如，可以商品名“UV1700B”购自日本大阪的日本合成化学工业株式会社(NipponSyntheticChemicalIndustryCo.,Ltd.,Osaka,Japan)；和以商品名“UB6300B”购自日本大阪的日本合成化学工业株式会社(NipponSyntheticChemicalIndustryCo.,Ltd.,Osaka,Japan))、三甲基己烷二异氰酸酯/丙烯酸四羟乙酯(TMHDI/HEA，例如，可以商品名“EB4858”购自日本东京的大赛璐科技株式会社(DaicelCytechCompany,Ltd.,Tokyo,Japan))、聚氧化乙烯(PEO)改性的双-A二丙烯酸酯(例如，可以商品名“R551”购自日本东京的日本化药株式会社(NipponKayakuCo.,Ltd.,Tokyo,Japan))、PEO改性的双-A环氧丙烯酸酯(例如，可以商品名“3002M”购自日本大阪的共栄社化学株式会社(KyoeishiaChemicalCo.,Ltd.,Osaka,Japan))、硅烷基可UV固化树脂(例如，可以商品名“SK501M”购自日本大阪的NagaseChemteX株式会社(NagaseChemteXCorporation,Osaka,Japan))，和甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯(例如，可以商品名“SR340”购自阿科玛集团(ArkemaGroup))；；以及它们的混合物。使用例如在约1.25重量％至20重量％范围内的甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯可提高对聚碳酸酯的粘附性。使用双官能树脂(例如，PEO改性的双-A二丙烯酸酯(“R551”)和三甲基己烷二异氰酸酯/丙烯酸4-羟乙酯(TMHDI/HEA)(例如，可以商品名“EB4858”购自大赛璐科技株式会社(DaicelCytechCompany,Ltd.,))可同时提高表面组合物(通常为表现出表面的层的形式)的硬度、抗冲击性和柔性。在一些实施方案中，可期望使用能够形成三维结构的可固化单体或低聚物。在一些实施方案中，粘结剂通过固化反应性树脂(例如，自由基反应性丙烯酸酯)来提供。在一些实施方案中，粘结剂由混合物提供，该混合物包含基于混合物的总重量计80重量％至90重量％范围内的自由基反应性丙烯酸酯和20重量％至10重量％范围内的非自由基反应性树脂。自由基反应性丙烯酸酯的示例包括脂族聚氨酯(例如，可以商品名“EBECRYL8701”购自日本东京的大赛璐-湛新株式会社(Daicel-Allnex,Ltd.,Tokyo,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维印刷制品的方法，所述方法包括：提供具有第一主表面和第二主表面的复合材料，所述复合材料包含：组合物，所述组合物具有第一主表面和第二主表面，所述组合物包含：(i)粘结剂，和(ii)纳米粒子的混合物，所述纳米粒子的混合物基于所述组合物的总重量计在80重量％至99.9重量％的范围内，其中10重量％至50重量％的所述纳米粒子的平均粒径在2nm至200nm的范围内，并且50重量％至90重量％的所述纳米粒子的平均粒径在60nm至400nm的范围内，并且其中平均粒径在2nm至200nm范围内的纳米粒子的平均粒径与平均粒径在60nm至400nm范围内的纳米粒子的平均粒径的比率在1:1至1:200的范围内；以及热塑性层，所述热塑性层具有第一主表面和第二主表面，其中所述热塑性层的所述第二主表面设置在所述组合物的所述第一主表面上；以及将所述制品三维印刷到所述热塑性层的所述第一主表面上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.18 US 62/296,8771.一种三维印刷制品的方法，所述方法包括：提供具有第一主表面和第二主表面的复合材料，所述复合材料包含：组合物，所述组合物具有第一主表面和第二主表面，所述组合物包含：(i)粘结剂，和(ii)纳米粒子的混合物，所述纳米粒子的混合物基于所述组合物的总重量计在80重量％至99.9重量％的范围内，其中10重量％至50重量％的所述纳米粒子的平均粒径在2nm至200nm的范围内，并且50重量％至90重量％的所述纳米粒子的平均粒径在60nm至400nm的范围内，并且其中平均粒径在2nm至200nm范围内的纳米粒子的平均粒径与平均粒径在60nm至400nm范围内的纳米粒子的平均粒径的比率在1:1至1:200的范围内；以及热塑性层，所述热塑性层具有第一主表面和第二主表面，其中所述热塑性层的所述第二主表面设置在所述组合物的所述第一主表面上；以及将所述制品三维印刷到所述热塑性层的所述第一主表面上。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米粒子包括改性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉山直大，服部二郎，铃木俊介，光田健洋，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US