用于增材制造（3D打印）的聚丙烯制造技术

公开了用于打印三维物体的方法和打印机系统。所述方法可以包括提供适合于熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机中的一种的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯长丝、薄片、颗粒或粉末；和利用熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机打印所述非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯以形成三维制品。所述打印机系统可以包括用于打印以长丝、粉末、薄片或颗粒形式提供的聚合物以形成三维制品的一个或多个打印头；和用于将非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯提供至相应打印头的一个或多个供料系统。

Polypropylene for Additive Manufacturing (3D Printing)

A method for printing three-dimensional objects and a printer system are disclosed. The method may include providing a non-crosslinking peroxydicarbonate branched polypropylene filament, sheet, particle or powder suitable for a melt deposition forming (Aberg plastic mouldless forming) printer or a melt filament manufacturing printer; and using a melt deposition forming (Aberg plastic mouldless forming) printer or a melt filament manufacturing printer to print the non-crosslinking peroxydicarbon. Ester branched polypropylene to form three-dimensional products. The printer system may include one or more printing heads for printing polymers in the form of filaments, powders, sheets or particles to form three-dimensional products, and one or more feeding systems for providing non-crosslinked peroxydicarbonate branched polypropylene to the corresponding printing heads.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造（3D打印）的聚丙烯专利
本文公开的实施方案总体地涉及用于三维(3D)打印应用的支化聚丙烯的用途。在更具体的实施方案中，本文公开的实施方案涉及非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯以及这种材料用于3D打印应用的用途。背景增材制造(俗称为3D打印技术)是发展最快的塑料应用之一。目前，有四种不同的增材制造方法，包括熔融长丝制造(FFF，或称为熔丝制造)、阿博格塑料无模成型(ArburgPlasticFreeforming)(APF)、立体光刻(SLA)和选择性激光烧结(SLS)。SLA方法需要液体塑料树脂、光敏聚合物，然后其通过紫外线(UV)激光器固化。SLA机器需要过量的光敏聚合物以完成打印，并且可以使用常见g-代码格式将CAD模型转换为用于打印机的汇编指令。SLA机器典型地在打印床下方的储罐中储存过量的光敏聚合物，并且随着打印过程继续，所述床下降到储罐中，沿途固化连续层。由于激光器的较小横截面积，所以SLA被认为是较慢增材制造方法之一，因为小部件会花费数小时甚至几天才完成。另外，由于光敏聚合物的专有特性和有限可得性，所以材料成本相对较高。SLS方法与SLA相似，通过利用高能脉冲激光器逐层形成部件。然而，在SLS中，所述方法利用装满粉末形式的散装材料的储罐开始。随着打印继续，所述床对于每一个新的层使其自身下降，有利地利用在形成下层中没有使用的过量散装粉末支撑上层的突出部分。为了方便处理，典型地将散装材料加热至刚好在其转变温度之下以允许更快速的粒子熔融和打印移动，如在US5648450中所描述的。不是使用激光器来形成聚合物或将粒子烧结在一起，熔融长丝制造(FFF)和阿博格塑料无模成型(APF)通过在高温下挤出和铺放材料的连续层，使相邻的层在沉积下一层之前冷却并结合在一起而工作。FFF方法典型地将连续聚合物长丝供料至打印头，再熔融、挤出和打印聚合物以形成部件。APF通常是指这样的方法，即将粉末、薄片或颗粒形式的聚合物供料至打印头，再熔融、挤出和打印为液滴的聚合物以形成3D部件。FFF和APF台式和家用打印市场，以及专业和工业应用，由作为打印介质的ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)、聚酰胺(PA)和PLA(聚乳酸)所主导。聚丙烯，其具有较低成本和较低密度(导致较低重量的打印部件)，将是一种理想的材料选择，但当前的技术不利于聚丙烯的使用。相比于ABS和PLA，当前使用的聚丙烯等级(grade，或称为牌号)的缺点是较低的拉伸模量、较低的冲击强度、较差的熔体强度和较高的收缩率。在大多数的3D打印技术中，由于工程塑料在拉伸模量、延展性、熔体强度和收缩率方面的优异性能而使用工程塑料。相比于这些高成本工程塑料，聚丙烯通常在机械性能方面显示轻微缺陷，但在低温打印、密度、气味组分(例如挥发性有机化合物(VOC))的形成方面显示优点。利用聚丙烯用于直接3D打印的现有技术实践是交联的材料，其除了过氧化物之外还需要额外的连接剂，如CN103980402中的二烯或CN103497414中的硅烷。由于挤出能力差或甚至不可能的挤出性，交联过程在大多数情况下在打印过程之后进行，所以这两个专利申请都描述了使用聚合物用于广泛的SLS技术。在互联网络外部存在的交联聚丙烯(显示其极差挤出性)使得对于FFF技术所需的长丝制造几乎是不可能的。挤出性差还阻碍了对于APF技术的使用。GB2515348公开了一种特定的聚丙烯，其在室温条件下是柔性的，用于制造在重力下变形的柔软和柔性物体。这样的聚合物对于大量的应用是不理想的。CN104211876和CN104031316关注聚丙烯与高负荷淀粉、氧硅烷(oxysilane)、微球和增韧剂的复杂复合化合物。这进一步使得制造过程复杂并且增加成本，这通常都不是期望的。专利技术概述本文公开的实施方案提供一种具有足够熔体强度、冲击强度/延展性和收缩率的聚丙烯，其适合于在熔融长丝制造(FFF)或阿博格塑料无模成型(APF)打印系统中使用所述聚丙烯。流动性能的高温敏感性使得层或层部分的FFF或APF打印能够影响或补偿FFF或APF打印的3D部件的拉伸模量、收缩率和冲击强度的各向异性特性。本文中的实施方案涉及通过应用过氧二碳酸酯生产的支化聚丙烯材料以及这种材料用于FFF和APF3D打印应用的用途(即，本公开内容的实施方案提供适合在FFF和APF中使用的具有所需特性的3D打印PP等级)。FFF和APF打印技术原则上利用相同的打印过程，铺放熔融聚合物珠/液滴，但不同之处在于聚合物是如何供料到3D打印机中的。在FFF技术中，将从聚合物的预先挤出的长丝引入到3D打印机中，而APF利用直接源自聚合物或复合装置的聚合物颗粒。3D打印PP等级显示改进的挤出性，尤其是相比于交联的聚合物，这对于FFF增材制造特别重要，因为其需要预先挤出长丝。除了比现有PP等级更容易挤出之外，相比于现有等级，所打印的部件显示改进的韧性或延展性以及拉伸性能。此外，本公开内容的实施方案提供具有增强的熔体稳定性的PP等级，其允许用于高分辨率和薄壁部件打印。3D打印PP等级的温度敏感性也可以允许聚合物流动性能和结构在过程中变化，这使得能够进行单个层或层部分的打印并且因此在没有改变聚合物的情况下影响机械性能(拉伸模量和冲击强度)和在x-y-z维度上的收缩率。在一个方面，本文公开的实施方案涉及一种用于打印三维物体的方法。所述方法可以包括：提供适合于熔融沉积成型打印机或熔融长丝制造打印机中的一种的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯长丝、薄片、颗粒或粉末。所述方法还包括利用熔融沉积成型打印机或熔融长丝制造打印机打印所述非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯以形成三维制品。在另一个方面，本文公开的实施方案涉及一种制品，其包括通过如上述段落中所述的方法形成的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯。在另一个方面，本文公开的实施方案涉及一种熔融长丝打印机系统。所述系统可以包括：用于打印长丝以形成三维制品的一个或多个打印头；和用于将非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯提供至相应打印头的一个或多个线轴(spool)。所述一个或多个打印头可以配置成快速地改变温度和/或在不同温度下操作，由此允许所述系统利用非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯的性能。在另一个方面，本文公开的实施方案涉及一种熔融沉积成型系统。所述系统可以包括：用于打印以粉末、薄片或颗粒形式的聚合物以形成三维制品的一个或多个打印头；和用于将非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯提供至相应打印头的一个或多个供料系统。所述一个或多个打印头可以配置成快速地改变温度和/或在不同温度下操作，由此允许所述系统利用非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯的性能。根据以下描述和所附权利要求书，其他方面和优点将是明显的。附图简述图1示出了一种根据本文实施方案中可用的熔融长丝制造系统。图2-5示出了本文实施方案中可用的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯的多种性能。图6A示出了所形成的具有均匀聚合物结构的组件。相比之下，图6B和6C示出了可以利用根据本文实施方案的单一非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯生产的具有不同性能的部分的可能组件。详述如上所述，熔融长丝制造(FFF)和阿博格塑料无模成型(APF)是快速成型(rapidprototyping)的方法。该方法通过在高温下铺放材料的连续层，使相邻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打印三维物体的方法，所述方法包括：提供适合于熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机中的一种的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯长丝、薄片、颗粒或粉末；利用熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机打印所述非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯以形成三维制品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.30 US 62/381,1961.一种用于打印三维物体的方法，所述方法包括：提供适合于熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机中的一种的非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯长丝、薄片、颗粒或粉末；利用熔融沉积成型(阿博格塑料无模成型)打印机或熔融长丝制造打印机打印所述非交联过氧二碳酸酯支化的聚丙烯以形成三维制品。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过氧二碳酸酯支化的聚丙烯包括通过与高至5meq/100gPP过氧二碳酸酯反应而被支化的聚丙烯。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述过氧二碳酸酯支化的聚丙烯包括通过与0.09meq/100gPP至1.75meq/100gPP过氧二碳酸酯反应而被支化的聚丙烯。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述过氧二碳酸酯支化的聚丙烯包括通过与0.4meq/100gPP至1.4meq/100gPP过氧二碳酸酯反应而被支化的聚丙烯。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述过氧二碳酸酯支化的聚丙烯包括通过与选自由以下各项组成的组中的过氧二碳酸酯反应而被支化的聚丙烯：过氧二碳酸双(4-叔丁基环己基)酯、过氧二碳酸二(十六烷基)酯和过氧二碳酸二(十四烷基)酯。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述过氧二碳酸酯支化的聚丙烯在打印之前、期间或之后不发生交联。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，所述方法还包括改变所述打...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德·维特纳，
申请(专利权)人：鲁姆斯诺沃伦技术公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE