用于三维模型制作的材料和方法技术

通过熔融沉积模型制作技术制造三维模型（２６）及其支撑结构（２８），其中使用一种含硅氧烷的热塑塑料形成支撑结构（２８）和／或模型（２６）。硅氧烷起到脱模剂的作用，促进支撑结构在模型完成后从中脱离。含有硅氧烷的热塑塑料表现出良好的热稳定性，并可阻止三维模型制作装置（１０）的挤出头（１２）或喷射头的喷嘴（２４）堵塞。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及使用加法技术模型制作(modeling)方法的三维物体制作。更具体而言，本专利技术涉及由以下方法形成三维物体以预定的图形沉积第一种可固化材料以形成三维物体，与之配合沉积第二种可固化材料以提供三维物体建造时的支撑结构。加法技术模型制作机器基于计算机辅助设计(CAD)系统提供的设计数据，通过建立模型制作的中间物而制造三维模型。使用三维模型的作用包含美感判断、CAD数学模型验证、硬质工具形成、干扰和空间布局研究、以及功能测试等。一种技术是根据CAD系统提供的设计数据以预定图案沉积可固化材料，其中建立形成模型的多个沉积层。通过挤出头多层沉积可固化模型制作材料制造三维模型的工具和方法的实例已描述于Valavaara的美国专利4,749,347；Crump的美国专利5,121,329；Batchelder等的美国专利5,303,141；Crump的美国专利5,340,433；Batchelder等的美国专利5,402,351；Crump等的美国专利5,503,785；Batchelder等的美国专利5,764,521；Danforth等的美国专利5,900,207；Batchelder等的美国专利5,968,561；Stuffle等的美国专利6,067,480；和Batchelder等的美国专利6,238,613；所有这些专利都已转让给本专利技术的受让人斯特拉塔西斯公司(Stratasys，Inc.)。如美国专利5,121,329中所公开的，模型制作材料可以固体形式输送给挤出头，例如以缠绕于供料盘的挠性丝线形式或以固体棒条的形式。如美国专利4,749,347中所述，备选地，模型制作材料可以以液体形式从储液容器泵入。在任何一种情况下，熔融的模型制作材料都是由挤出头从喷嘴挤出到基底上的。挤出材料一层一层地沉积到CAD模型限定的区域中。使用的模型制作材料为固化时具有足够的粘结力粘附到上一层的可固化材料。已发现热塑塑料特别适用于这类沉积模型制作技术。由可固化材料建造模型的另一种分层沉积技术则从喷射头的喷嘴沉积模型制作材料液滴。通过喷射头对可固化模型制作材料进行多层沉积制造三维模型的装置和方法的实例描述于例如授予Helinski等的美国专利5,136,515和授予Leyden等的美国专利6,193,923。在现有技术的用丝线进料的Stratasys FDM三维模型制作机器中，丝线模型制作材料(或支撑材料)通过一对马达驱动的送料辊送进装载在挤出头上的液化器。在液化器内部，丝线被加热到流动温度。送料辊将丝线“泵”入到液化器，使液化器加压。丝线自身的作用相当于活塞，从而形成了泵。送料辊将丝线持续送进挤出头时，进入的丝线的力量将流动材料从分配喷嘴挤出，由此沉积到安装在建造平台上的可拆除基材上。现有技术的Stratasys FDM三维模型制作机器的模型制作材料使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)热塑塑料组合物、蜡材料、或聚碳酸酯树脂。在通过加法技术，如通过沉积可固化模型制作材料的多层来建造三维物体时，这是一种规律而不是例外，即必须在建造中物体的外伸部分的下面或内腔中使用支撑层或结构，其并不由模型制作材料自身直接支撑的。支撑结构可利用与模型制作材料沉积相同的沉积技术和装置来建造。装置在适当软件的控制下另外产生几何结构，作为形成中物体的外伸或空闲空间部分的支撑结构。支撑材料既可从模型制作装置中单独的分配头沉积，也可使用沉积模型制作材料的同一个分配头。为了支撑模型，支撑材料必须粘附到模型制作材料上。同时，典型地，由于支撑材料用于产生模型赖以建立的沉积材料的基础层，支撑材料应同样地可拆除地粘附到制作模型的基材上。模型坐落在支撑材料上会产生从完成后的模型上拆除支撑结构而不损坏模型的问题。通过在模型和支撑结构之间形成不牢固、易脱离的粘结，来处理拆除支撑结构的问题，如描述于美国专利5,503,785。物体建成后，必须从其剥离的支撑结构被称作“拆离”支撑。商业上高抗冲聚苯乙烯可用于建造拆离支撑。另外，已知一种在浴槽中洗掉的可溶性支撑材料。斯特拉塔西斯公司已在未决的美国专利申请10/019,160公开了一种用于建造可溶性支撑、以WaterworksTM名称销售的材料。最近，高温熔融沉积模型制作机器已为人所知，这种机器可用高温、高强度的热塑性工程塑料建造模型。由于高温热塑性工程塑料耐久坚固，用这类材料建造模型很受欢迎，但也给支撑结构的建造和拆除带来了困难。拟选用的支撑材料必须能经受模型制作时的高温建造环境而不降解或下垂。通常这类材料十分坚固且抗裂。但支撑必须在模型建造之后从中拆除。因此就产生了如何从完成后的模型拆离支撑的问题。分层沉积高强度工程聚合材料制造耐久三维物体的装置和方法公开于美国专利6,067,480。该专利公开了聚碳酸酯、聚芳醚酮和聚(甲基丙烯酸甲酯)的高压挤出。该专利没有公开支撑材料。分层沉积高温热塑性工程塑料制造三维模型的装置和方法公开于2001年2月27日提交的未决的美国专利申请09/804,401和于2001年12月13日提交的10/018,673，每个申请都转让给斯特拉塔西斯公司。这些申请特别地公开了使用聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚砜、聚醚砜和无定形聚酰胺建造三维模型，但没有公开用于建造这一模型的拆离支撑结构所配制的材料。用于三维模型制作的高温模型材料和支撑材料公开于未决的美国专利申请09/854,220，该申请于2001年5月11日提交并转让给斯特拉塔西斯公司。该申请所公开的支撑材料去除方法会非常繁杂。对从用高性能热塑性工程塑料建造的模型中方便地脱除支撑结构的技术一直有改进的要求。若能提供源自既能经受高温环境又可更易从制成模型上拆除的热塑塑料的模型支撑材料会十分理想。专利技术概述本专利技术为一种含有硅氧烷的热塑塑料组合物和一种使用这种组合物用分层沉积模型制作技术建造三维模型的方法。这种热塑塑料组合物含有最多可达约10重量百分比的硅氧烷。依据本专利技术的一种方法利用含有硅氧烷的热塑塑料组合物做支撑材料，在模型建造中为其建立支撑结构，其中硅氧烷起脱模剂的作用，促进模型建成后从中拆除支撑结构。硅氧烷脱模剂还表现出良好的热稳定性，促进该材料在高温建造环境中的使用。有利的是，硅氧烷还可保护三维模型制作装置的挤出头或喷射头喷嘴避免产生材料堵塞。因此，使用本专利技术的热塑塑料组合物除了作为支撑材料，还可作为模型制作材料在建造模型本身时发挥优势。用作支撑材料时，本专利技术的热塑塑料组合物优选含有约1至10重量百分比的硅氧烷。用作于模型制作材料时，本专利技术的热塑塑料组合物含有更少量的硅氧烷，优选约0.5至2重量百分比的硅氧烷。热塑塑料组合物的基础聚合物的选用要根据沉积模型制作技术所要求的各种物理、热学和流变性能。附图简述附图说明图1为使用分层挤出技术形成的模型及其支撑结构的示意图。专利技术详述参考图1所示类型的沉积模型制作系统，来描述本专利技术。图1表示根据本专利技术的挤出装置10，其通过支撑结构28建造模型26。挤出装置10包括挤出头12、材料接受基础14及材料供给器18。挤出头12相对于基础14在X和Y方向移动，而基础14则在Z垂直方向移动。材料供给器18向挤出头12提供原料进料。在所述的实施方案中，固体的原料进料提供给挤出头12，并由挤出头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建造三维模型的加法技术方法，该方法包含下面的步骤：　　　　沉积含有约０．５至１０重量百分比硅氧烷的热塑塑料组合物的多层。

【技术特征摘要】
US 2002-7-1 10/187,3231.一种建造三维模型的加法技术方法，该方法包含下面的步骤沉积含有约0.5至10重量百分比硅氧烷的热塑塑料组合物的多层。2.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物包含少于约2重量百分比的硅氧烷，并且所述的热塑塑料组合物形成所述的模型。3.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物包含大于约1重量百分比的硅氧烷，并且所述热塑塑料组合物形成所述模型的支撑结构。4.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物还包含一种基础聚合物，其选自聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS。5.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物的热挠曲温度大于约220℃。6.权利要求5的方法，其中所述热塑塑料组合物在1.2kg荷载、高达450℃温度时的熔体流动指数为约5至30gms/10min，且拉伸强度为约352kg/cm(5,000psi)至844kg/cm(12,000psi)。7.权利要求6的方法，其中所述热塑塑料组合物还包含选自聚醚砜、聚苯砜和聚醚酰亚胺的基础聚合物。8.权利要求1的方法，其中所述硅氧烷的粘度相当于约104至105厘沲。9.权利要求1的方法，其中所述硅氧烷为羟基封端聚硅氧烷。10.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物的热挠曲温度大于约40℃，在荷载1.2kg、高达450℃温度时的熔体流动指数为约5至30gms/10min，拉伸强度为约211kg/cm(3,000psi)至844kg/cm(12,000psi)。11.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物沉积到温度为约180℃至250℃的制造室中。12.一种建造三维模型及其支撑结构的加法技术方法，所述的模型通过多层沉积可固化模型制作材料形成，且所述支撑结构通过多层沉积可固化支撑材料形成，其中所述支撑材料为一种包含约1至10重量百分比硅氧烷脱模剂的热塑塑料组合物。13.权利要求12的方法，其中所述支撑材料还包含一种基础聚合物，其选自聚醚...

【专利技术属性】
技术研发人员：小威廉R普列德曼，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]