用于使用PAEK和PAES制造三维物体的方法技术

本披露涉及一种用于使用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，其中零件材料包含至少一种聚(芳基醚酮)聚合物(PAEK)和至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)的组合。特别地，本披露涉及一种用于在增材制造系统中使用以打印3D物体的包含PAEK和PAES的零件材料，例如呈长丝或球形颗粒的形式的零件材料。

【技术实现步骤摘要】
用于使用PAEK和PAES制造三维物体的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年2月6日提交的美国临时申请号US62/455087以及2017年3月8日提交的欧洲专利申请号17159923.6的优先权，出于所有目的将这些申请中的每一个的全部内容通过援引方式并入本申请。
本披露涉及一种用于使用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，其中该3D物体由零件材料打印，该零件材料包含至少一种聚(芳基醚酮)聚合物(PAEK)和至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)的组合。特别地，本披露涉及一种用于在增材制造系统中使用以打印3D物体的包含至少一种PAEK和至少一种PAES的零件材料，例如呈长丝或球形颗粒的形式的零件材料。
技术介绍
增材制造系统被用于使用一种或多种增材制造技术从3D零件的数字表示打印或以其他方式构建3D零件。商业可用的增材制造技术的实例包括基于挤出的技术、选择性激光烧结、粉末/粘合剂喷射、电子束熔炼和立体光刻工艺。对于这些技术中的每一种，3D零件的数字表示最初被切成多个水平层。对于每一个切片层，然后生成工具路径，其为具体的增材制造系统提供打印给定层的指令。例如，在基于挤出的增材制造系统中，3D零件可以通过挤出并邻接零件材料条以逐层的方式从3D零件的数字表示来打印。该零件材料通过该系统的打印头携带的挤出尖端挤出，并且作为一系列道路沉积在x-y平面的压板上。挤出的零件材料熔融至预先沉积的零件材料，并在温度下降时固化。然后打印头相对于基板的位置沿着z-轴(垂直于x-y平面)增加，并且然后重复该过程以形成类似于数字表示的3D零件。起始于长丝的基于挤出的增材制造系统的实例被称为熔丝制造(FFF)。作为另一个实例，在基于粉末的增材制造系统中，使用大功率激光将粉末局部烧结成固体零件。通过顺序地沉积粉末层、然后激光图案以将图像烧结到该层上来产生3D零件。起始于粉末的基于粉末的增材制造系统的实例被称为选择性激光烧结(SLS)。作为又另一个实例，可以使用连续纤维增强热塑性塑料(FRTP)打印方法制备碳纤维复合材料3D零件。打印是基于熔融沉积成型(FDM)，并在喷嘴中将纤维和树脂组合。与已知的增材制造方法相关联的基本限制之一是所得零件的不完全固结，其自身表现为相对于可比较的注射模制零件的较低密度并且经常导致降级的机械特性。因此，FFF导致零件通常展现出比可比较的注射模制零件更低的强度。这种强度的降低，值得注意地抗冲击性和拉伸特性的降低，可能是由于与例如通过注射模制形成的材料相比，邻接的沉积零件材料条之间的更弱结合、以及气穴和空隙。因此，需要有待在增材制造系统(例如FFF、SLS或FRTP打印方法)中使用的聚合物零件材料，这些增材制造系统使得能够制造具有与注射模制零件可比较的密度以及一组与注射模制零件可比较的或甚至比注射模制零件更好的机械特性(例如拉伸特性和抗冲击性)的3D物体。
技术实现思路
本专利技术的方面涉及一种用于用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，该方法包括：-提供包含聚合物组分的零件材料，该聚合物组分包含：a)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)，和b)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该零件材料的聚合物组分的总重量，以及-由该零件材料打印该三维物体的层。根据实施例，该方法还包括用基于挤出的增材制造系统挤出该零件材料，也称为熔丝制造技术(FFF)。本专利技术的另一个方面涉及一种用于3D打印的长丝材料，该长丝材料包含聚合物组分，该聚合物组分包含：a)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)，和b)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该长丝材料的聚合物组分的总重量。本专利技术的又另一个方面涉及在此描述的零件材料用于制造三维物体或用于制造用于在三维物体的制造中使用的长丝的用途。本申请人已经发现，选择以特定重量比的具有范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)的聚(芳基醚酮)(PAEK)与聚(芳基醚砜)(PAES)使得能够制造具有与注射模制零件可比较的密度的3D物体。3D物体还呈现一组与注射模制零件可比较的机械特性(例如拉伸特性和抗冲击性)，并且甚至有时与注射模制的零件相比得到改进。通过此种制造方法可获得的这些3D物体或制品可以用于多种最终应用中。可以特别提及的是可植入装置、牙科假体、支架和在航空航天工业中的复杂形状的零件以及在汽车工业中的引擎罩内零件。具体实施方式本专利技术涉及一种用于用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，例如基于挤出的增材制造系统(例如FFF)、基于粉末的增材制造系统(例如SLS)或连续纤维增强热塑性塑料(FRTP)打印方法。本专利技术的方法包括以下步骤：-提供包含聚合物组分的零件材料，该聚合物组分包含：a)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的范围从75,000至150,000g/mol、例如从82,000至140,000g/mol或从85,000至130,000g/mol的重均分子量(Mw)，b)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该零件材料的聚合物组分的总重量，以及-由该零件材料打印该三维(3D)物体的层。本申请人的功绩是识别物质组合物(在此也称为零件材料)，这使得能够制造具有与注射模制零件可比较的或甚至比注射模制零件更好的机械特性分布(即拉伸强度、拉伸伸长率和抗冲击性)的3D物体。此物质组合物基于至少两种不同芳香族聚合物的组合：以特定重量比使用的聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有范围从75,000至150,000g/mol、例如从82,000至140,000g/mol或从85,000至130,000g/mol的重均分子量(Mw)，(如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的)，以及聚(芳基醚砜)(PAES)。表述“零件材料”在此是指旨在形成3D物体的至少一部分的材料、值得注意地聚合物化合物的共混物。根据本专利技术的零件材料用作有待用于制造3D物体或3D物体的零件的原料。本专利技术的方法确实采用聚合物组合作为零件材料的主要元素，该零件材料可以例如以长丝或微粒(具有如球形的规则形状，或具有通过研磨/碾磨料粒获得的复杂形状)的形式成形以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，该方法包括：/n-提供呈微粒形式的零件材料，该零件材料包含聚合物组分，该聚合物组分包含：/na)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)，和/nb)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该零件材料的聚合物组分的总重量，以及/n-由该零件材料打印该三维物体的层。/n

【技术特征摘要】
20170308 EP 17159923.6;20170206 US 62/4550871.一种用于用增材制造系统制造三维(3D)物体的方法，该方法包括：
-提供呈微粒形式的零件材料，该零件材料包含聚合物组分，该聚合物组分包含：
a)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)，和
b)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该零件材料的聚合物组分的总重量，以及
-由该零件材料打印该三维物体的层。


2.如权利要求1所述的方法，其中，该零件材料还包含基于该零件材料的总重量的最高达30wt.％的至少一种选自下组的添加剂，该组由以下各项组成：填料、着色剂、润滑剂、增塑剂、阻燃剂、成核剂和稳定剂。


3.如权利要求1或2所述的方法，其中，该PAEK是聚(醚醚酮)(PEEK)，其具有如通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用ASTMD5296用聚苯乙烯标准物测定的范围从82,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)。


4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，该PAES是聚(联苯基醚砜)(PPSU)和/或聚砜(PSU)。


5.一种零件材料，该零件材料呈微粒形式或呈粉末形式，具有包括在1与200μm之间的尺寸，该零件材料包含聚合物组分，该聚合物组分包含：
a)从55wt.％至95wt.％的至少一种聚(芳基醚酮)(PAEK)，其具有范围从75,000至150,000g/mol的重均分子量(Mw)(如在160℃下通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用苯酚和三氯苯(1:1)用聚苯乙烯标准物测定的)，和
b)从5wt.％至45wt.％的至少一种聚(芳基醚砜)(PAES)，基于该零件材料的聚合物组分的总重量。


6.如权利要求5所述的零件材料，该零件材料进一步包含至少一种选自下组的添加剂，该组由以下各项组成：填料、着色剂、润滑剂、增塑剂、稳定剂、阻燃剂、成核剂、及其组合。

【专利技术属性】
技术研发人员：S乔尔，NJ辛格尔特里，MJ埃尔伊布拉，SW阿克塞尔拉德，H范，
申请(专利权)人：索尔维特殊聚合物美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US