三维打印制造技术

在三维(3D)打印方法的一个实例中，施加构建材料组合物以形成构建材料层。所述构建材料组合物包含聚酰胺。基于3D物体模型，选择性熔融所述构建材料层的至少一部分中的聚酰胺以形成包含熔融聚酰胺的熔融部分。基于所述3D物体模型，在所述构建材料层的所述熔融部分上选择性施加环氧试剂。所述环氧试剂包含使所述熔融部分中的所述熔融聚酰胺交联的多官能环氧化合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维打印相关申请的交叉参考本申请要求2018年9月22日提交的国际专利申请号PCT/US2018/052327的优先权；其公开内容经此引用以其全文并入本文。专利技术背景三维(3D)打印可以是一种用于由数字模型制造三维固体部件的增材打印方法。3D打印常用于快速产品原型设计、模具生成、母模生成和小批量制造。一些3D打印技术被认为是增材法，因为它们涉及施加相继的材料层(其在一些实例中可以包含构建材料、粘合剂和/或(一种或多种)其它打印液体，或其组合)。这不同于通常依靠去除材料来制造最终部件的传统机械加工法。一些3D打印方法使用化学粘合剂或胶粘剂将构建材料粘合在一起。另一些3D打印方法涉及构建材料的至少部分固化、热融合/熔合、熔融、烧结等等，并且材料聚结的机制可能取决于所用构建材料的类型。对于一些材料而言，可以使用热辅助挤出实现至少部分熔融，对于另一些材料(例如可聚合材料)而言，可以使用例如紫外光或红外光实现固化或熔合。附图概述通过参照下面的详述和附图，本公开的实例的特征将变得显而易见，在下面的详述和附图中，同样的附图标记对应于类似(虽然也许并不相同)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能结合它们出现在其中的其它附图进行描述或可能不这样进行描述。图1是描绘本文中公开的3D打印方法的一个实例的流程图；图2是描绘使用熔合试剂的3D打印方法的一个实例的流程图；图3A至3D是一起描绘图2的3D打印方法的一个实例的示意图；图4A至4C是一起描绘3D打印方法的另一实例的示意图；和图5是描绘对比例3D打印狗骨和实施例3D打印狗骨的极限拉伸强度(应力，MPa)、断裂伸长率(应变，％)和杨氏模量(MPa)的图。专利技术详述在本文中公开的实例中，包含具有氨基官能团的聚酰胺的构建材料组合物与包含多官能环氧化合物的环氧试剂一起使用。在本文中公开的三维(3D)打印方法过程中，可以将环氧试剂选择性施加在处于其熔融状态的聚酰胺构建材料上。通过将环氧试剂沉积在熔融的聚酰胺构建材料上，可以在三维(3D)打印方法过程中原位引发环氧化合物的环氧官能团与聚酰胺的氨基官能团之间的反应。已经发现，所产生的交联聚合物链在冷却过程中具有受限的自由度，这降低了它们排列成高度有序的(例如晶体)结构的能力。所产生的交联3D物体具有最小的(如果有的话)晶体区域，并由此表现出理想地高伸长率和杨氏模量值。因此，所述物体比不使用环氧试剂形成的物体更不易碎。所产生的交联3D物体还可以表现出耐热性和/或耐化学性。本文中公开的三维(3D)打印方法的一些实例利用熔合试剂(包含能量吸收剂)来图案化聚酰胺构建材料层。在(一个或多个)图案化区域中，熔合试剂能够至少部分地渗透到聚酰胺构建材料粒子之间的空隙中，并且还能够铺展到聚酰胺构建材料粒子的外表面上。熔合试剂能够吸收辐射并将吸收的辐射转化成热能，这转而又使与熔合试剂接触的聚酰胺构建材料粒子熔融。由此，在这些实例中，熔合试剂使(一个或多个)熔融聚酰胺区域图案化。在这些实例中，将整个聚酰胺构建材料层暴露于辐射，但是仅(一个或多个)图案化区域(其在一些情况下小于整个层)变成(一个或多个)熔融区域。三维(3D)打印方法的其它实例可以利用选择性激光烧结(SLS)。在选择性激光烧结过程中，激光束对准聚酰胺构建材料层的选定区域(其在一些情况下小于整个层)。激光束产生的热量使激光束下的聚酰胺构建材料粒子熔融以形成(一个或多个)熔融区域。在本公开通篇中，称为“重量％活性物”的重量百分比是指环氧试剂和/或熔合试剂和/或细化试剂中存在的分散体或其它配制物的活性组分载量。例如，在并入到熔合试剂中之前，能量吸收剂如炭黑可以存在于水基配制物(例如储备溶液或分散体)中。在这一实例中，炭黑的重量％活性物虑及存在于熔合试剂中的炭黑固体的载量(作为重量百分比)，而不虑及与炭黑一起存在于储备溶液或分散体中的其它组分(例如水等等)的重量。术语“重量％”在没有术语活性物的情况下是指i)其中不包含其它非活性组分的100％活性组分(在导电试剂、降阻试剂(resistiveagent)、熔合试剂或细化试剂中)的载量，或ii)“原样”使用的材料或组分(在导电试剂、降阻试剂、熔合试剂或细化试剂中)的载量，由此所述重量％虑及活性组分和非活性组分。3D打印套装、多流体套装和组合物本文中公开的三维(3D)打印套装的一个实例包括构建材料组合物和要在3D打印过程中施加到构建材料组合物的至少一个熔融部分上的环氧试剂。在一个实例中，三维(3D)打印套装或组合物包括：包含聚酰胺的构建材料组合物；和要在3D打印过程中施加到构建材料组合物的至少一个熔融部分上的环氧试剂，其中所述环氧试剂包含要使所述熔融部分中的熔融聚酰胺交联的多官能环氧化合物。三维(3D)打印套装或组合物的一些实例还包括要在3D打印过程中施加到构建材料组合物的所述至少一部分上以使熔融部分图案化的熔合试剂，所述熔合试剂包含能量吸收剂。环氧试剂和熔合试剂也可以是用于3D打印的多流体套装的一部分。在一些实例中，3D打印套装或组合物由构建材料组合物和环氧试剂组成，不含其它组分。在其它实例中，3D打印套装或组合物由构建材料组合物、环氧试剂和熔合试剂组成，不含其它组分。3D打印套装或组合物和/或多流体套装的组分可以单独维护，直到在本文中公开的3D打印方法的实例中一起使用。下面描述了适用于3D打印套装或组合物的实例的构建材料组合物、环氧试剂和熔合试剂的示例性组合物。本文中所用的“材料组”或“套装”在一些情况下可以与“组合物”同义。此外，“材料组”和“套装”理解为是包含一种或多种组分的组合物，其中在打印之前和在打印过程中，组合物中的不同组分各自单独地或任意组合地容纳在一个或多个容器(containers)中，但是这些组分可以在打印过程中组合在一起。所述容器可以是由任何材料制成的任何类型的容器(vessel)、盒或接受器(receptacle)。构建材料组合物在本文中公开的3D打印套装、3D打印组合物、3D打印方法和3D打印系统的实例中，可以使用构建材料组合物。在一些实例中，构建材料组合物包含聚酰胺。在这些实例中的一些中，构建材料组合物由聚酰胺组成，不含任何其它组分。在这些实例中的另一些中，构建材料组合物可以包含与聚酰胺一起的附加组分，如玻璃、填料、抗氧化剂、增白剂、抗静电剂、流动助剂或其组合。聚酰胺可以是具有氨基官能团的任何聚酰胺。在本文中公开的实例中，聚酰胺选自聚酰胺11(PA11/尼龙11)、聚酰胺12(PA12/尼龙12)、聚酰胺12-GB(PA12-GB/尼龙12-GB)、聚酰胺6(PA6/尼龙6)、聚酰胺13(PA13/尼龙13)、聚酰胺6，13(PA6，13/尼龙6，13)、聚酰胺8(PA8/尼龙8)、聚酰胺9(PA9/尼龙9)、聚酰胺66(PA66/尼龙66)、聚酰胺612(PA612/尼龙612)、聚酰胺812(PA812/尼龙812)、聚酰胺912(PA912/尼龙912)、聚酰胺共聚物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维(3D)打印方法，包括：/n施加构建材料组合物以形成构建材料层，所述构建材料组合物包含聚酰胺；/n基于3D物体模型，选择性熔融所述构建材料层的至少一部分中的聚酰胺以形成包含熔融聚酰胺的熔融部分；和/n基于所述3D物体模型，在所述构建材料层的所述熔融部分上选择性施加环氧试剂，所述环氧试剂包含使所述熔融部分中的所述熔融聚酰胺交联的多官能环氧化合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180922 US PCT/US2018/0523271.三维(3D)打印方法，包括：
施加构建材料组合物以形成构建材料层，所述构建材料组合物包含聚酰胺；
基于3D物体模型，选择性熔融所述构建材料层的至少一部分中的聚酰胺以形成包含熔融聚酰胺的熔融部分；和
基于所述3D物体模型，在所述构建材料层的所述熔融部分上选择性施加环氧试剂，所述环氧试剂包含使所述熔融部分中的所述熔融聚酰胺交联的多官能环氧化合物。


2.如权利要求1中所限定的方法，还包括通过以下步骤来构建3D物体：
迭代地施加所述构建材料组合物以形成附加构建材料层；
基于所述3D物体模型，选择性熔融各个所述附加构建材料层的至少一部分中的聚酰胺以形成包含附加熔融聚酰胺的附加熔融部分；和
基于所述3D物体模型，在各个所述附加熔融部分上选择性施加所述环氧试剂；
其中所述多官能环氧化合物使各个所述附加熔融部分中的所述附加熔融聚酰胺交联。


3.如权利要求2中所限定的方法，还包括以大约0.01℃/分钟至大约10℃/分钟的冷却速率冷却所述3D物体。


4.如权利要求1中所限定的方法，其中所述聚酰胺的选择性熔融包括：
基于所述3D物体模型，在所述构建材料层的所述至少一部分上选择性施加熔合试剂；和
将所述构建材料层暴露于电磁辐射。


5.如权利要求4中所限定的方法，其中所述熔合试剂包含能量吸收剂，所述能量吸收剂选自六硼化镧、钨青铜、铟锡氧化物、锑锡氧化物、氮化钛、铝锌氧化物、氧化钌、银、金、铂、铁辉石、改性磷酸铁、改性磷酸铜、改性焦磷酸铜及其组合。


6.如权利要求4中所限定的方法，其中所述熔合试剂包含近红外吸收着色剂。


7.如权利要求1中所限定的方法，其中所述聚酰胺的选择性熔融包括基于所述3D物体模型，将所述构建材料层的所述至少一部分选择性暴露于激光。


8.如权利要求1中所限定的方法，其中所述环氧试剂中的多官能环氧化合物包括双官能环氧化合物，并且所述双官能环氧化合物选自乙二醇二缩水甘油醚、间苯二酚二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、1，6-己二醇二缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、季戊四醇二缩水甘油醚、二甘油二缩水甘油醚、聚甘油二缩水甘油醚、山梨糖醇二缩水甘油醚、对苯二甲酸二缩水甘油酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·奥卢布莫，K·维科夫，A·哈特曼，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