聚结墨水制造技术

本公开涉及聚结墨水和材料套装，如用于3D印刷。在一个实例中，所述聚结墨水可以包含共轭聚合物、赋予所述聚结墨水可见颜色的着色剂和包含具有250℃或更高的沸点的高沸点助溶剂的墨水连结料。所述高沸点助溶剂以所述聚结墨水的大约1重量％至大约4重量％的量存在。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚结墨水专利技术背景在过去几十年中，三维(3D)数字印刷方法——一种增材制造方法——在不断发展。但是，用于3D印刷的系统在历史上非常昂贵，尽管这些费用近来已经降低到了更可承受的水平。通常，3D印刷技术通过允许快速创建用于检查和测试的原型模型改善了产品开发周期。不幸的是，该概念在商业生产能力方面受到一定限制，因为3D印刷中所用材料范围同样受到限制。尽管如此，如航空和医疗行业的多个商业部门受益于为客户快速原型化和定制部件的能力。已经开发了各种用于3D印刷的方法，包括热辅助挤出、选择性激光烧结、光刻法等等。在选择性激光烧结中，将粉末床暴露于来自激光的点加热以熔融任何要形成该物体处的粉末。这种方法可能较慢，例如可能需要超过八小时来生产一个简单的部件。所得部件还缺乏边缘精确度和平滑度。此外，这种方法不易制造彩色物体。该方法也是一种昂贵的方法，系统成本通常超过200,000美元。因此，仍在开发新的3D印刷技术。附图概述图1描述了根据本公开的实例的几种水分散性共轭聚合物的分散体的吸收光谱；图2是描述根据本公开的实例的形成3D印刷部件的方法的流程图；和图3描述了根据本公开的实例的经30天的水分散性PEDOT：PSS的分散体的吸收光谱。专利技术详述本公开涉及聚结墨水、材料套装和方法，如用于印刷3D部件。例如，在光区域加工(LAP)中，将聚合物粉末的薄层铺展在床上以形成粉末床。印刷头(如喷墨印刷头)随后用于在对应于要形成的三维物体的薄层的粉末床部分上印刷聚结墨水。随后将该床暴露于光源，例如通常为整个床。该聚结墨水从光中吸收比未印刷粉末更多的能量。吸收的光能转化为热能，使该粉末的印刷部分熔融和聚结。这形成了固体层。在形成该第一层后，在粉末床上铺展新的聚合物粉末薄层并重复该过程以形成附加层，直到印刷完整的3D部件。根据本技术，该LAP过程可以以良好的准确性实现快速生产。为了吸收光能并转化为热能，共轭聚合物可以用作该聚结墨水中的吸收剂。这些共轭聚合物可以吸收大约800nm至1400nm范围内(在近红外范围内)的光波长并将吸收的光能转化为热能。当与发射该范围内的波长的光源和在该范围内具有低吸光度的聚合物粉末一起使用时，共轭聚合物使该聚合物粉末的印刷部分熔融并聚结，而不熔融剩余的聚合物粉末。与炭黑相比(其也能有效地吸收光能并加热粉末床的印刷部分，但是具有总是提供黑色或灰色部件的缺点)，该共轭聚合物在产生热量和聚结该聚合物粉末方面同样有效或甚至更有效。本文中所用的“共轭”是指分子中原子之间交替的双键和单键。由此，“共轭聚合物”是指具有包含交替的双键和单键的骨架的聚合物。根据本技术，聚结墨水可以用共轭聚合物配制，使得共轭聚合物对墨水的表观颜色基本上没有影响。这允许配制无色聚结墨水，其可用于聚结该聚合物粉末，但不会赋予该聚合物粉末明显可见的颜色。或者，该聚结墨水可以包含着色剂，如颜料和/或染料，以赋予墨水诸如青色、洋红色、黄色、红色、蓝色、绿色、橙色、紫色、黑色等等的颜色。此类有色的聚结墨水可用于印刷具有可接受的光密度的有色3D部件。该聚结墨水还可以用在该墨水连结料中稳定并提供良好的喷墨性能的共轭聚合物来配制。在一些实例中，该共轭聚合物可以是水溶性的、水分散性的、有机可溶的或有机可分散的。该共轭聚合物还可以与该聚合物粉末相容，以使将墨水喷射到该聚合物粉末上提供足够的覆盖率并使共轭聚合物渗入该粉末中。因此，可以基于其吸收光谱、其在墨水连结料中的溶解度或分散性以及其与该聚合物粉末的相容性来选择共轭聚合物。图1显示了两种不同浓度的两种不同的共轭聚合物分散体的吸收光谱。实线表示可以通过商品名CleviosTMPJet(OLED)获自Heraeus的水分散性聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)的0.001％分散体。虚线表示可以通过商品名CleviosTMPJetNV2获自Heraeus的PEDOT：PSS的另一0.001％分散体。点线表示PJet(OLED)的0.005％分散体，点划线表示PJetNV2的0.005％分散体。这些共轭聚合物分散体各自具有在可见光范围内(其为大约400nm至700nm)的相当低的吸光度。但是，各共轭聚合物在800nm至1400nm范围内具有广泛且高的吸光度。该共轭聚合物当然不限于图中显示的共轭聚合物或上面列举的共轭聚合物。其它共轭聚合物也可能是合适的。在一个实例中，该聚结墨水可以包含具有800nm至1400nm的峰值吸收波长的共轭聚合物，其中该共轭聚合物包括PEDOT：PSS。在其它实例中，该共轭聚合物可以包括PEDOT：PSS、聚噻吩、聚(对苯硫醚)、聚苯胺、聚(吡咯)、聚(乙炔)、聚(对苯撑乙烯)、聚对苯撑或其组合。该聚结墨水还可以包含赋予该聚结墨水可见颜色的着色剂(例如颜料或染料)，以及水性墨水连结料。在一些实例中，该聚结墨水中共轭聚合物的浓度可以为0.1重量％至10重量％。在一个实例中，该聚结墨水中共轭聚合物的浓度可以为0.1重量％至8重量％。在另一实例中，该浓度可以为0.1重量％至5重量％。在又一实例中，该浓度可以为0.5重量％至2重量％。在一个特定实例中，该浓度可以为0.5重量％至1.2重量％。可以调节该浓度以提供其中该聚结墨水的可见颜色基本不会被该共轭聚合物改变的聚结墨水。尽管共轭聚合物通常在可见光范围内具有低吸光度，但是该吸光度通常大于0。因此，该共轭聚合物通常会吸收一部分可见光，但是它们在可见光谱中的颜色足够小，以至于在添加着色剂时基本不会影响该墨水呈现另一种颜色的能力(不同于炭黑，其使墨水颜色以灰色或黑色色调为主)。浓缩形式的共轭聚合物可以具有可见颜色，如蓝色或其它颜色，取决于具体共轭聚合物的吸收光谱。因此，可以调节该聚结墨水中共轭聚合物的浓度，以使该共轭聚合物不会以改变该聚结墨水的可见颜色的那么高的量存在。例如，与具有相对较高的可见光吸光度的共轭聚合物相比，可以以更大的浓度包含具有可见光波长的极低吸光度的共轭聚合物。这些浓度可以通过一些试验根据特定应用来调节。在进一步的实例中，该共轭聚合物的浓度可以足够高，以使该共轭聚合物影响聚结墨水的颜色，但是足够低，以使墨水在聚合物粉末上印刷时，该共轭聚合物不会影响该聚合物粉末的颜色。该共轭聚合物的浓度可以与要在该聚合物粉末上印刷的聚结墨水的量平衡，以使印刷到该聚合物粉末上的共轭聚合物的总量足够低，使得该聚合物粉末的可见颜色不受影响。在一个实例中，该共轭聚合物在该聚结墨水中的浓度可以使得将该聚结墨水印刷到聚合物粉末上之后，该聚合物粉末中共轭聚合物的量为该聚合物粉末重量的0.0003重量％至5重量％。该共轭聚合物可以具有足以将聚合物粉末温度提高至高于该聚合物粉末的熔点或软化点的升温能力。本文中所用的“升温能力”是指共轭聚合物将近红外光能转化为热能以提高印刷的聚合物粉末温度超过或高于该聚合物粉末的未印刷部分的温度的能力。通常，当温度提高至该聚合物的熔点或软化点时，该聚合物粉末粒子可以熔合在一起。本文中所用的“熔点”是指聚合物由结晶相转化为柔软的无定形相时的温度。一些聚合物不具有熔点，而是具有聚合物软化的温度范围。该范围可以分成较低软化范围、中间软化范围和较高软化范围。在较低和中间软化范围中，该粒子可以聚结以形成部件，而剩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.聚结墨水，包含：共轭聚合物；赋予所述聚结墨水可见颜色的着色剂；和墨水连结料，所述墨水连结料包含具有250℃或更高的沸点的高沸点助溶剂，所述高沸点助溶剂以所述聚结墨水的大约1重量％至大约4重量％的量存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.聚结墨水，包含：共轭聚合物；赋予所述聚结墨水可见颜色的着色剂；和墨水连结料，所述墨水连结料包含具有250℃或更高的沸点的高沸点助溶剂，所述高沸点助溶剂以所述聚结墨水的大约1重量％至大约4重量％的量存在。2.权利要求1的聚结墨水，其中所述共轭聚合物是水分散性共轭聚合物。3.权利要求1的聚结墨水，其中所述共轭聚合物是以大约0.02重量％至大约10重量％的浓度存在于所述聚结墨水中的聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)。4.权利要求1的聚结墨水，其中所述共轭聚合物具有800nm至1400nm的峰值吸收波长。5.权利要求3的聚结墨水，其中所述聚结墨水在喷射到聚合物粒子上时赋予可见颜色，并相对于所述聚合物粒子提供大约0.0003重量％至大约5重量％的聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)的浓度。6.权利要求5的聚结墨水，其中所述着色剂是在所述聚结墨水中具有大约0.5重量％至大约10重量％的浓度的颜料。7.权利要求1的聚结墨水，其中所述共轭聚合物基本上不改变所述聚结墨水的可见颜色。8.材料套装，包括：含有墨水连结料和具有800nm至1400nm的峰值吸收波长的共轭聚合物的聚结墨水；和配制成在与所述聚结墨水接触并被发射所述峰值吸收波长的近红外能量照射时聚结的颗粒状聚合物。9.权利要求8的材料套装，其中所述共轭聚合物包含聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)在水中的分散体。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·加纳帕蒂亚潘，H·S·汤姆，Y·赵，K·J·埃里克森，K·瑙卡，L·赵，
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