形成多孔三维(3D)制品的方法技术

本发明专利技术公开了一种形成多孔三维(3D)制品的方法。所述方法包括(I)利用装置(10)的喷嘴(12)在基底(16)上打印第一组合物，以形成包含所述第一组合物的至少一根第一长丝(14)，(II)选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述至少一根第一长丝盘绕在所述基底上以在所述基底上形成第一层，所述第一层包含盘绕长丝，对于任一个或多个附加的层，任选地用独立地选择的一种或多种组合物重复步骤I)和II)，以及(III)使所述一个或多个层暴露于凝固条件。本发明专利技术还公开了一种根据所述方法形成的多孔三维(3D)制品。

Method of forming porous 3D products

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】形成多孔三维(3D)制品的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月30日提交的美国专利申请62/479,016的优先权和所有优点，该专利申请的内容据此以引用方式并入。
本专利技术整体涉及形成制品的方法，并且更具体地讲，涉及利用具有喷嘴的装置形成多孔三维(3D)制品的方法，并且涉及由此形成的多孔3D制品。
技术介绍
3D打印或增材制造(AM)是通常由数字文件制造三维(3D)固体物品的过程。3D打印物品的创建使用叠加工艺而不是减成工艺来实现。在叠加工艺中，通过以下方式来创建物品：放下连续的多个材料层直到创建整个物品。这些层中的每个可被看作最终物品的薄切片水平横截面。叠加工艺已用某些有限类型的材料展示，诸如有机热塑性塑料(例如，聚乳酸(PLA)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS))、石膏、粘土、室温硫化(RTV)材料、纸材或金属合金。这些材料不适合于基于物理或化学限制、成本、缓慢凝固(或固化)时间、不适当的粘度等的某些最终应用。其他叠加工艺利用可热固化的有机聚合物。然而，这些常规的叠加工艺遭受与各层的一致且均匀的加热和固化相关联的挑战，具体地讲当在3D打印期间以增加的厚度构建所述物品时。
技术实现思路
本专利技术公开了一种利用具有喷嘴的装置形成多孔三维(3D)制品的方法。所述方法包括I)利用所述装置的喷嘴在基底上打印第一组合物以形成包含第一组合物的至少一根第一长丝，其中所述基底和所述喷嘴彼此间隔开一定距离，并且所述基底和所述喷嘴中的至少一者在步骤I)期间相对于另一者以一定速度移动。所述方法还包括II)选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述至少一根第一长丝盘绕在所述基底上以在所述基底上形成第一层，所述第一层包含盘绕长丝，其中所述盘绕长丝具有宽度和周期长度。任选地，对于任一个或多个附加层，可用独立选择的一种或多种组合物重复步骤I)和II)。所述方法还包括III)使所述一个或多个层暴露于凝固条件。多孔三维(3D)制品限定多个空隙。本专利技术还公开了一种根据所述方法形成的多孔三维(3D)制品。附图说明当结合附图理解时，本专利技术的其他优点将通过参考以下具体实施方式容易理解，如同变得更好地理解一样，其中图1为用于实施本专利技术方法的装置和喷嘴的一个实施方案的示意图；图2为根据本专利技术方法的一个实施方案制备的盘绕长丝的示意图；图3为图2所示盘绕长丝的一部分的展开图；图4为根据该方法形成的多孔三维(3D)制品的图片；图5.1至5.6为由喷嘴打印的长丝的侧面轮廓的图片；并且图6.1至6.6为根据本专利技术方法和本文所述制备的制备例7至10的工艺相图。具体实施方式本专利技术提供了一种形成多孔三维(3D)制品的方法，其限定了多个空隙。多孔3D制品由独立选择的组合物形成，该组合物在下文连同涉及根据本专利技术方法形成的多孔3D制品的各个方面一起描述。多孔3D制品可针对多种最终用途应用和行业进行定制。例如，如下所述，多孔3D制品可以是用于衬垫和支撑应用的可压缩泡沫。作为另外一种选择或除此之外，多孔3D制品可以是用于建筑应用的刚性泡沫。多孔3D制品利用具有喷嘴的装置形成。在某些实施方案中，所述装置可以为3D打印机。然而，所述装置可以为具有喷嘴的任何设备，组合物可从所述喷嘴分配。然而，一般来讲，任何能够分配用于构建3D制品的材料的装置均被称为3D打印机或由3D打印机的范围涵盖。本公开通常以引用方式全文并入ASTM标号F2792–12a，“StandardTerminologyforAdditiveManufacturingTechnologies(增材制造技术的标准术语)”。根据该ASTM标准，“3D打印机”被定义为“用于3D打印的机器”，并且“3D打印”被定义为“通过使用打印头、喷嘴或其他打印机技术沉积材料来制造物品”。“增材制造(AM)”被定义为“接合材料以从3D模型数据制造物品的过程，通常层在层上，而不是减成制造方法。与3D打印相关联并包含在其中的同义词包括增材制造、叠加工艺、添加技术、附加层制造、层制造和自由成形制造”。AM也可称为快速成型(RP)。如本文所用，“3D打印”通常可与“增材制造”互换，反之亦然。本公开的方法可以模仿前述3D打印工艺中的任一种，或者本领域中理解的其他3D打印工艺。合适的3D打印工艺的具体示例也在美国专利5,204,055和5,387,380中有所描述，它们的公开内容各自全文以引用方式并入本文。3D打印通常与用于由计算机生成的数据源制造物理物品的许多相关技术相关联。上文参考特定3D打印机，这些特定工艺中的一些包括在内。另外，这些工艺中的一些以及其他工艺在下文更详细地描述。一般来讲，3D打印工艺具有共同的起始点，该起始点是可以描述物品的计算机生成的数据源或程序。计算机生成的数据源或程序可基于实际或虚拟物品。例如，可使用3D扫描仪来扫描实际物品，并且扫描数据可用于制成计算机生成的数据源或程序。作为另外一种选择，计算机生成的数据源或程序可以从头开始设计。计算机生成的数据源或程序通常被转换为标准镶嵌语言(STL)文件格式；然而，也可以或另外使用其他文件格式。该文件通常被读入3D打印软件，该软件采用文件和任选用户输入以将其分离成数百、数千或甚至数百万个“切片”。3D打印软件通常输出机器指令，该机器指令可以是G代码的形式，其由3D打印机读取以构建每个切片。机器指令被传送到3D打印机，该3D打印机然后基于机器指令形式的该切片信息逐层地构建物品。这些切片的厚度可变化。一旦每层完成，喷嘴和/或构建平台在Z轴(竖直)平面中移动之前通常在X-Y(水平)平面中移动。以这种方式，成为多孔3D制品的物品从底部向上一次一层地构建。该过程可使用用于两个不同目的的材料，构建物品和支撑悬突部，以便避免将材料挤出到薄空气中。在各种实施方案中，本公开的方法模仿常规的材料喷射工艺。材料喷射打印机通常类似于传统的纸张打印机，例如，喷墨打印机。在材料喷射中，打印头围绕喷射特定组合物的打印区域移动。重复该过程一次一层地构建物品。任选地，所得物品可经受不同的后处理方案，诸如进一步加热、凝固、渗透、烘烤、和/或烧制。这可完成，例如，以加快任何粘结剂的固化，加强多孔3D制品，消除任何固化/固化的粘结剂(例如，通过分解)，固结芯材料(例如，通过烧结/熔融)，和/或形成共混粉末和粘结剂的特性的复合材料。该方法包括以下步骤：I)利用装置的喷嘴打印第一组合物。可利用各种类型的喷嘴、装置(例如，3D打印机)和/或3D打印方法(即，“3D打印工艺”)，如下文详细描述的。还如下所述，在本专利技术的方法中可利用各种类型的组合物，所述组合物可彼此相同或不同并且独立地选择。在施用凝固条件时，第一组合物可以是可固化的或以其他方式能够凝固，如下文关于适用于该方法中的组合物所述的。在各种实施方案中，本公开的方法模仿常规的材料挤出工艺。材料挤出通常通过经由喷嘴挤出材料(在这种情况下，第一组合物)以打印物品的一个横截面来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用具有喷嘴的装置形成多孔三维(3D)制品的方法，所述方法包括：/nI)利用所述装置的喷嘴在基底上打印第一组合物，以形成包含所述第一组合物的至少一根第一长丝；/n其中所述基底和所述喷嘴彼此间隔开一定距离，并且所述基底和所述喷嘴中的至少一者在步骤I)期间相对于另一者以一定速度移动；/nII)选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述至少一根第一长丝盘绕在所述基底上以在所述基底上形成第一层，所述第一层包含盘绕长丝，其中所述盘绕长丝具有宽度和周期长度；/n任选地，对于任一个或多个附加层，用独立选择的一种或多种组合物重复步骤I)和II)；以及/nIII)使所述一个或多个层暴露于凝固条件；/n其中所述多孔三维(3D)制品限定多个空隙。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170330 US 62/4790161.一种利用具有喷嘴的装置形成多孔三维(3D)制品的方法，所述方法包括：
I)利用所述装置的喷嘴在基底上打印第一组合物，以形成包含所述第一组合物的至少一根第一长丝；
其中所述基底和所述喷嘴彼此间隔开一定距离，并且所述基底和所述喷嘴中的至少一者在步骤I)期间相对于另一者以一定速度移动；
II)选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述至少一根第一长丝盘绕在所述基底上以在所述基底上形成第一层，所述第一层包含盘绕长丝，其中所述盘绕长丝具有宽度和周期长度；
任选地，对于任一个或多个附加层，用独立选择的一种或多种组合物重复步骤I)和II)；以及
III)使所述一个或多个层暴露于凝固条件；
其中所述多孔三维(3D)制品限定多个空隙。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
IV)利用所述装置的喷嘴打印第二组合物以在所述第一层上形成包含所述第二组合物的至少一根第二长丝；
其中所述第一层和所述喷嘴彼此间隔开一定距离，并且所述基底和所述喷嘴中的至少一者在步骤IV)期间相对于另一者以一定速度移动；
V)选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述至少一根第二长丝盘绕在所述第一层上以在所述第一层上形成第二层，所述第二层包含第二盘绕长丝，其中所述第二盘绕长丝具有宽度和周期长度。


3.根据权利要求2所述的方法，其中：(i)所述多个空隙由至少所述第一长丝和所述第二长丝限定；(ii)所述第一长丝和所述第二长丝是彼此相同和连续的；(iii)至少所述第一长丝和所述第二长丝包括所述多个空隙；(iv)所述第一长丝和/或所述第二长丝是中空的；或者(v)(i)至(iv)的任意组合。


4.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括确定所述盘绕长丝的期望宽度和/或期望周期长度，其中在步骤II)中选择性地控制所述距离和/或所述速度，使得所述盘绕长丝的宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·普洛特，H·H·里斯，A·J·施，X·田，H·王，朱弼忠，
申请(专利权)人：美国陶氏有机硅公司，密歇根大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US