借助连续纤维增强的并具有不对称弹性性质的3D打印弹性产品制造技术

本发明专利技术涉及纤维增强的3D打印弹性产品(1、3、4、7、10、12)，其中所述产品包含≥50%的重量比例的具有借助GPC测得的≥5000 g/mol的平均分子量的聚合物和≥0.5%且≤20%的重量比例的一种或多种具有≥100的纵横比和≥3 cm且≤1000 cm的长度的纤维，其中所述产品至少部分借助FFF（熔丝制造）法制成，并且所述产品在纤维增强区域中和在纤维对称轴的方向上具有≥1.5 GPa的拉伸模量。所述产品还在纤维增强区域中和垂直于纤维对称轴具有≤1.2 GPa的根据DIN EN ISO 527

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】借助连续纤维增强的并具有不对称弹性性质的3D打印弹性产品
[0001]本专利技术涉及纤维增强的3D打印弹性产品，其中该产品包含≥ 50%的重量比例的具有借助GPC测得的≥ 5000 g/mol的平均分子量的聚合物和≥ 0.5%且≤ 20%的重量比例的一种或多种具有≥ 100的纵横比和≥ 3 cm且≤ 1000 cm的长度的纤维，其中该产品至少部分借助FFF（熔丝制造）法制成，并且该产品在纤维增强区域中和在纤维对称轴的方向上具有≥ 1.5 GPa的拉伸模量。
[0002]产品的性质以复杂的方式源于生产方法和所用材料。例如，通常既可根据生产路线中的参数、也可通过所用基础材料的组成而有针对性地改变成品工件的性质，因此（理想地）可通过由这两种影响变量造成的复杂矩阵（Matrix）获得具有完全不同性质的最终产品。这种基本关系通常存在于所有生产方法，并可通过收集生产经验而分解成单个有效分量。在基于多个阶段或并行方法步骤的现代制造方法的情况下，这些因果作用关系更难确定，因为没有多年的生产经验可供借鉴。例如，通过3D打印生产产品正是如此，3D打印是与其它生产成型体的方法相比相对新的生产方法，其中制成的成型体的性质也以复杂的方式源于生产工艺和所用材料之间的相互作用。在3D打印的情况下，由于除基础材料的“简单”打印外还使用更复杂的混合物和/或具有不同性质和难以预测的相互作用的不同材料，可能另外增加了这种复杂性。这可导致产品性质无法由所用材料的性质推断。
[0003]在现有技术中描述了具有纤维增强的3D打印产品及其生产。
[0004]例如，US 9,688,028 B2公开了一种生产各向异性填充的3D打印体的方法。该方法包括接收三维几何信息并将其切割成层。生成用于控制三维打印机沉积基本各向异性的填充材料的第一各向异性填充工具路径，其界定第一层的内部的至少一部分。生成用于控制三维打印机以沉积基本各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径，其界定第二层的内部的至少一部分。生成的各向同性填充材料工具路径界定周界的至少一部分和位于第一层和第二层之间的第三层的内部的至少一部分。
[0005]US 2016/0067928 A1描述了一种借助FDM法生产各向异性填充的3D打印体的方法，其包括至少一种各向同性材料和至少一种各向异性材料的沉积。该文献描述了接收三维几何信息并将其切割成层。生成用于控制三维打印机沉积基本各向异性的填充材料的第一各向异性填充工具路径，其界定第一层的内部的至少一部分。用于控制三维打印机以沉积基本各向异性的填充材料的第二各向异性填充工具路径界定第二层的内部的至少一部分。生成的各向同性填充材料工具路径界定周界的至少一部分和位于第一层和第二层之间的第三层的内部的至少一部分。
[0006]另一专利文献US 2018/0072040 A1描述了在用于生产纤维增强组件的FDM法中3D打印长纤维增强的热塑性塑料。该方法包括接收界定曲面填充材料壳的第一3D工具路径、接收界定平面载体壳的第一2D工具路径、接收界定长纤维复合材料的曲面壳的第二3D工具路径（其中所述长纤维复合材料包含具有基质的长丝）、嵌入长度大于长丝直径的两倍的纤维、启动填充材料沉积头以依循第一3D工具路径以沉积不平行于打印基底的填充材料曲面壳、启动载体材料沉积头以依循第一2D工具路径以在一系列基本平面壳中沉积载体材料、
和启动长纤维沉积头以依循不平行于打印基底的第二3D工具路径以沉积由长纤维复合材料组成的曲面壳（其中至少一部分填充材料包围所述曲面壳）。
[0007]CN 106 313 496 A也描述了一种在特殊FDM法中与热塑性塑料一起加工连续纤维的方法。该文献公开了用于连续纤维增强的热塑性树脂基质复合材料的3D打印法和打印头。根据该方法，可对纤维束和熔融热塑性树脂施以旋转混合，然后施以旋转挤出，其中挤出的线材是螺旋状的；打印头可将纤维束和热塑性树脂装载在熔体空腔中，螺旋状齿环布置在熔体空腔和挤出头的内侧并以相反方向旋转。通过在混合后朝两个方向旋转的螺旋状齿环搅动经加热的熔融树脂和纤维，以使纤维从扁平形式紧密缠绕成螺旋柱形式，树脂在各个纤维取向上均匀分布，然后将混合物从挤出口挤出到成型区，冷却并硬化，以形成空间单元。根据该方法和打印头，可使用扁平的大丝束纤维（Gro
ß
kabelfaser）作为3D打印法中的增强材料，其中紧密缠绕的纤维具有高紧密度，纤维和基质充分浸渍，并且所形成的纤维和树脂均匀分布；该方法和打印头因此能够改进元件的机械性质和成型质量。
[0008]WO 2015/120429 A1描述了一种通过触变性的可后交联液体的挤出来加工连续纤维的方法，所述液体除纤维外还含有填料。该文献描述了在3D打印过程中从喷嘴中挤出并包含连续长丝和分散在其中的填料粒子的长丝结构。连续长丝中的至少一部分填料粒子包含高纵横比粒子，其具有相对于连续长丝的纵轴的预定取向。高纵横比粒子可至少部分沿连续长丝的纵轴取向。在一些实施方案中，高纵横比粒子可在很大程度上沿纵轴取向。附加地或替代性地，至少一部分高纵横比粒子可具有包含周向分量和纵向分量的螺旋取向，其中通过沉积喷嘴的旋转产生周向分量并且通过沉积喷嘴的平移而提供纵向分量。
[0009]与此相比，WO 2018/081554 A1描述了一种生产用作植入材料的连续纤维增强组件的方法。该文献描述了用于打印三维纤维结构的方法和装置。通过经由至少一个挤出喷嘴将纤维压到打印表面上而将纤维层打印到打印表面上。挤出喷嘴和/或打印表面在纤维打印过程中在X、Y和/或Z方向上移动。该方法可用于生产医用绷带、疝气补片、血管植入物、膝盖半月板或肩袖。
[0010]US 2018/0131124 A1描述了一种生产尤其含有增强填料的3D打印密封件的方法。该文献公开了用于电动潜水泵（ESP）的电连接器组合件，其在电力电缆和电连接器组合件的内部壳体组件之间具有流体不透的3D打印密封件。电力电缆的导线的电绝缘材料或电介质也可与该流体密封件一体3D打印。壳体组件，如内部电气壳体也可与打印的密封件一体3D打印。类似地，在一个实施方案中，3D打印的密封件、内部壳体组件和电缆头外壳（K
ö
chergeh
ä
use）可以都作为一个单元打印到电力电缆上。3D打印的密封件和与此相关的电缆头组件可由各种耐化学材料，如打印的聚芳醚酮、打印的氟化聚合物和金属合金组成。3D打印的密封件还可包含阻隔材料或增强填料以增强强度和对井内流体和气体的耐化学性。
[0011]US 2016/0159007 A1描述了一种生产用于造纸工业的传送带的方法，其中至少一个部件是3D打印的。该文献公开了一种造纸带，其包括使用3D打印法逐次铺设的材料区。这些区至少包括袋区，其被配置为通过施加真空以贴着袋区拉动纸网而在纸网中形成三维结构。在至少一个示例性实施方案中，这些区还包括至少一个真空破坏区，其被配置为限制被施加的真空拉过袋区的纸纤维的量。
[0012]US 2016/012935 A1公开了一种用于增材制造法的原料，其包含基质材料和位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.纤维增强的3D打印弹性产品(1、3、4、7、10、12)，其特征在于所述产品包含≥ 50%的重量比例的具有借助GPC测得的≥ 5000 g/mol的平均分子量(M
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)的聚合物和≥ 0.5%且≤ 20%的重量比例的一种或多种具有≥ 100的纵横比和≥ 3 cm且≤ 1000 cm的长度的纤维(5、8)，其中所述产品至少部分借助FFF（“熔丝制造”）法制成，其中所述产品在纤维增强区域中和在纤维对称轴的方向上具有≥ 1.5 GPa的根据DIN EN ISO 527
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1测得的拉伸模量，其中所述产品在纤维增强区域中和垂直于纤维对称轴具有≤ 1.2 GPa的根据DIN EN ISO 527
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1测得的拉伸模量，和其中所述产品在纤维增强区域中和垂直于纤维对称轴具有根据DIN EN ISO 527
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1测得的> 5%的屈服点。2.如权利要求1中所述的产品，其中所述产品在至少一个空间区段中旋转对称，并且纤维(5、8)的对称轴的取向垂直于所述产品的对称轴。3.如前述权利要求任一项中所述的产品，其中所述产品具有≥ 1的纵横比，并且纤维(5、8)的对称轴与具有最大尺寸的产品轴基本位于一个平面内。4.如前述权利要求任一项中所述的产品，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：科思创知识产权两合公司，
类型：发明
国别省市：