三维(3D)打印制造技术

在三维(3D)打印方法的示例中，施加结晶或半结晶构造材料。将结晶或半结晶构造材料的温度维持在低于结晶或半结晶构造材料的熔点100℃以内。将熔体流动性能降低剂施加到结晶或半结晶构造材料的至少部分，并且结晶或半结晶构造材料的与熔体流动性能降低剂接触的该至少部分在该温度下熔化或聚结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维(3D)打印
技术介绍
三维(3D)打印可以是用于从数字模型制造三维固体部件的增材打印过程。3D打印通常用于快速产品原型制作、模具生成、模具母版生成和短期制造。一些3D打印技术被认为是增材过程，因为它们涉及施加连续材料层。这与传统的加工过程不同，传统的加工过程通常依赖于去除材料来创建最终部件。3D打印通常需要固化或熔融构造材料，对于一些材料可以使用热辅助挤出、熔化或烧结来实现，而对于其他材料可以使用数字光投影技术来实现。附图说明通过参考以下详细描述和附图，本公开的示例的特征将变得明显，其中相同的附图标记对应于相似但可能不相同的组件。为了简洁起见，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的其他附图来描述。图1A和1B是共同描绘本文公开的3D打印方法的两个不同示例的示意性截面图；图1A和图1C-图1E是共同描绘本文公开的3D打印方法的另一示例的示意性截面图；图1A、1C、1D、1F和1G是共同描绘本文公开的3D打印方法的又一示例的示意性截面图；图2是描绘相对于应用于聚酰胺12的2-吡咯烷酮的质量分数，聚酰胺12的熔化温度和再结晶温度降低的图。图3-图5是使用本文公开的熔体流动性能降低剂的不同示例而形成的3D部件的不同示例的照片(以黑色和白色显示)；图6是使用不同量的本文公开的熔体流动性能降低剂的另一示例而形成的三个3D部件的照片(以黑色和白色显示)；图7是使用熔体流动性能降低剂与液体功能剂的组合的不同示例形成的3D部件的不同示例的照片(以黑色和白色显示)；并且图8是描绘示例3D部件的模量、强度和断裂伸长率的图。具体实施方式多射流熔融(MJF)是3D打印方法的一个示例。在MJF的示例中，构造材料(例如，结晶或半结晶构造材料)的整个层暴露于辐射，但是构造材料的选定区域(在一些情况下小于整个层)被熔融并且硬化成为3D部件的层。在MJF的一些示例中，液体功能剂(有时称为熔融剂)选择性地沉积与构造材料的选定区域接触。液体功能剂能够渗透到构造材料层中并扩散到构造材料的外表面上。该液体功能剂还能够吸收辐射并将吸收的辐射转换成热能，该热能进而熔化、聚结或烧结与液体功能剂接触的构造材料。这使得构造材料熔融、粘合、固化等以形成3D部件的层。先前描述的MJF的示例可能涉及在用液体功能剂图案化的区域内不受控制的温度积累，这可能导致部件熔化和/或热渗出(thermalbleed)。在热渗出期间，由于热量从图案化区域扩散到未图案化区域，接近图案化区域的构造材料的未图案化区域非故意地熔融。在打印系统中热渗出可以是热梯度的函数。本文公开的方法的示例使用熔体流动性能降低剂以选择性地控制结晶或半结晶构造材料的熔体流动性能(例如，熔化温度/熔点(Tm)和粘度))，在一些情况下，不会使打印系统的温度发生显著性或任何变化。当熔体流动性能降低剂的装载足够时(相对于结晶或半结晶构造材料)，熔体流动性能降低剂可局部冷却图案化区域，使图案化区域吸收来自周围环境的热，而不是将热传递到非图案化区域中。另外，液体从图案化区域扩散出来比热传递慢几个数量级。这些因素减少或消除热渗出，并因此也减少或消除热渗出的有害影响。当熔体流动性能降低剂的负载充足时(相对于结晶或半结晶构造材料)，熔体流动性能降低剂选择性地降低图案化区域中的构造材料的熔化温度/熔点，并因此使构造材料能够在减少量的液体功能剂的存在下熔融，或者在完全没有液体功能剂存在的情况下熔融。随着熔化温度降低，在图案化区域内，与熔化事件相关的显著粘度降低将在较低温度下发生，导致当高于图案化区域的改性熔化温度时图案化区域内的聚结率与非图案化区域相比增加。这是由于聚结率的增加随着粘度降低而发生，因为聚结率与表面张力除以粘度成正比。聚结率的增加可以减少加工时间并且增强图案化区域和非图案化区域之间的选择性。熔体流动性能降低剂可用于在比典型加工温度更低的温度下形成3D部件，以改变部件内的部件性能和/或熔融程度，和/或作为细化剂(detailingagent)来处理部件的表面和/或边缘。参照图1A和1B、图1A和图1C-图1E、以及图1A、1C、1D、1F和1G来描述该方法的各种示例。每种方法都使用打印系统10。打印系统10包括：构造区域平台12、包含结晶或半结晶构造材料16的构造材料供应14以及构造材料分配器18。应当理解，3D打印系统10可以包括附加组件，并且可以去除和/或修改本文描述的一些组件。此外，图1A-图1G中描绘的打印系统10的组件可以不按比例绘制，因此，打印系统10可以具有与其中所示不同的尺寸和/或配置。打印系统10的每个物理元件可以可操作地连接到打印系统10的控制器26。控制器26可以控制构造区域平台12、构造材料供应14、构造材料分配器18和喷墨施加器30、30'的操作(如图1B所示)。作为示例，控制器26可以控制执行器(未示出)以控制3D打印系统10组件的各种操作。控制器26可以是计算设备、基于半导体的微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)和/或另一种硬件设备。虽然未示出，但是控制器26可以通过通信线路连接到3D打印系统10组件。控制器26操控和转换数据(该数据可以表示为打印机的寄存器和存储器内的物理(电子)量)，以便控制物理元件来创建3D部件。这样，控制器26被描绘为与数据存储28通信。数据存储28可以包括与3D打印系统10要打印的3D部件有关的数据。用于选择性递送结晶或半结晶构造材料16、熔体流动性能降低剂32(如图1B所示)等的数据可以从待形成的3D部件的模型导出。例如，数据可包括：喷墨施加器30将沉积熔体流动性能降低剂32的结晶或半结晶构造材料16的特定层上的位置。数据存储28还可以包括机器可读指令(存储在非暂时性计算机可读介质上)，该机器可读指令用于使控制器26控制由构造材料供应14供应的结晶或半结晶构造材料16的量、构造区域平台12的移动、构造材料分配器18的移动、喷墨施加器30、30'的移动等。在该方法的各种示例的整个描述中将进一步描述打印系统10。现在参照图1A和图1B，描绘了3D打印方法的一个示例。如图1A所示，该方法包括施加结晶或半结晶构造材料16。结晶或半结晶构造材料16可以是粉末形式的结晶或半结晶聚合物。结晶或半结晶聚合物的示例包括半结晶热塑性材料，其具有大于5℃的宽加工窗口(即，熔点和再结晶温度之间的温度范围)。半结晶热塑性材料的一些具体示例包括聚酰胺(PA)(例如，PA11/尼龙11、PA12/尼龙12、PA6/尼龙6、PA8/尼龙8、PA9/尼龙9、PA66/尼龙66、PA612/尼龙612、PA812/尼龙812、PA912/尼龙912等)。适合用作构造材料16的结晶或半结晶聚合物的其他示例包括聚乙烯、聚丙烯和聚氧亚甲基(即，聚缩醛)。结晶或半结晶构造材料16也可以是金属构造材料。金属构造材料的示例包括铜(Cu)、锌(Zn)、铌(Nb)、钽(Ta)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、铟(In)、铋(Bi)、锡(Sn)、铅(Pb)、镓(Ga)及其合金。虽然更昂贵，但也可以使用锇(Os)、铑(Rh)、钌(Ru)和铱(Ir)。结晶或半结晶构造材料16也可以是烃蜡构造材料。烃蜡构造材料的示例包括石蜡(C34H70本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维(3D)打印方法，包括：施加结晶或半结晶构造材料；将所述结晶或半结晶构造材料的温度维持在低于所述结晶或半结晶构造材料的熔点100℃以内；和将熔体流动性能降低剂施加到所述结晶或半结晶构造材料的至少部分，从而使所述结晶或半结晶构造材料的与所述熔体流动性能降低剂接触的所述至少部分在所述温度下熔化或聚结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种三维(3D)打印方法，包括：施加结晶或半结晶构造材料；将所述结晶或半结晶构造材料的温度维持在低于所述结晶或半结晶构造材料的熔点100℃以内；和将熔体流动性能降低剂施加到所述结晶或半结晶构造材料的至少部分，从而使所述结晶或半结晶构造材料的与所述熔体流动性能降低剂接触的所述至少部分在所述温度下熔化或聚结。2.如权利要求1所述的3D打印方法，其中所述结晶或半结晶构造材料是结晶或半结晶聚合物构造材料粉末，并且其中所述熔体流动性能降低剂包括：在所述温度下与所述结晶或半结晶聚合物构造材料粉末至少部分混合的溶剂。3.如权利要求2所述的3D打印方法，其中所述溶剂在所述熔体流动性能降低剂中存在的量在所述熔体流动性能降低剂的总wt％的约5wt％至约100wt％的范围内。4.如权利要求2所述的3D打印方法，其中：所述结晶或半结晶聚合物构造材料粉末为聚酰胺，并且所述溶剂选自由2-吡咯烷酮、N-2-羟乙基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、脲、碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、内酯、二甘醇、三甘醇、四甘醇、4-羟基苯甲酸甲酯、二甲基亚砜和邻苯二甲酸二辛酯组成的组中；或者所述结晶或半结晶聚合物构造材料粉末为聚丙烯或聚乙烯，并且所述溶剂为十氢萘；或者所述结晶或半结晶聚合物构造材料粉末为聚氧亚甲基，并且所述溶剂选自由N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基甲酰胺和苯甲醇组成的组中。5.如权利要求2所述的3D打印方法，其中，施加到所述结晶或半结晶构造材料的所述溶剂的质量负载足以在所述构造材料的所述至少部分内造成局部熔点下降，其中所述质量负载是所述溶剂占所述溶剂加上所述结晶或半结晶构造材料的质量分数，并且其中所述质量分数在约0.1至约0.9的范围内。6.如权利要求2所述的3D打印方法，其中所述熔体流动性能降低剂进一步包括约5wt％的炭黑。7.如权利要求1所述的3D打印方法，其中通过施加所述熔体流动性能降低剂来降低所述结晶或半结晶构造材料的所述至少部分的粘度。8.如权利要求1所述的3D打印方法，其中所述结晶或半结晶构造材料为金属构造材料，并且其中所述熔体流动性能降低剂选自由下列组成的组中：液态共晶合金、汞合金以及其中包含金属纳米颗粒的纳米颗粒分散体。9.如权利要求8所述的3D打印方法，其中：所述金属构造材料为铟，并且所述熔体流动性能降低剂为铟-镓液态共晶合金；或者所述金...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂芬·G·鲁迪西尔，阿列克谢·S·卡巴尔诺夫，克里斯托弗·J·埃里克松，霍华德·S·汤姆，赵利华，
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