用于3D打印的低粘度UV可固化配方组成比例

一种用于在增材制造工艺中分配的液体前驱物材料包括甲基(丙烯酸酯)功能性寡聚物、活性稀释剂、甲基(丙烯酰胺)单体和含N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D打印的低粘度UV可固化配方


[0001]本专利技术涉及增材制造(additive manufacturing)，更具体地，涉及用于增材制造系统中喷射的组成物。

技术介绍

[0002]增材制造(additive manufacturing；AM)，也称为实体自由成形制造(solid freeform fabrication)或3D打印，是指一种制造工艺，在这种制造工艺中，三维物体由连续分配原材料(例如，粉末、液体、悬浮物或熔融固体)至二维层中积聚而成。相反，传统加工技术涉及减材工艺(subtractive process)，在这些减材工艺中，从坯料(例如，一块木材、塑料、复合材料或金属)切出物品。
[0003]用于化学机械抛光的抛光垫通常通过模制(molding)或铸造聚氨酯材料来制成。在模制的情况下，抛光垫可以例如通过注模(injection molding)来一次制造一个。在铸造的情况下，液体前驱物被铸造并固化为饼状物，随后将饼状物切成单独的垫片。然后可以将这些垫片加工成最终厚度。槽可以被加工到抛光表面中，或可以作为注模工艺的一部分而被形成。
[0004]抛光垫也可用3D打印技术制造。液体前驱物材料可以从在支撑件上移动的喷嘴分配并且被固化以形成抛光垫的一层。

技术实现思路

[0005]在一个方面，一种用于在增材制造工艺中分配的液体前驱物材料包括甲基(丙烯酸酯)功能性寡聚物(meth(acrylate)functional oligomer)、活性稀释剂(reactive diluent)、甲基(丙烯酰胺)单体(meth(acrylamide)monomer)和含N
‑
乙烯基的单体(N
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vinyl containing monomer)。
[0006]在另一方面中，一种制造抛光垫的抛光层的方法包括：使用3D打印机连续地沉积抛光层的多个子层。多个子层的每一子层通过以下步骤来沉积：从喷嘴喷射液体前驱物材料，所述前驱物材料包括甲基(丙烯酸酯)功能性寡聚物、活性稀释剂、甲基(丙烯酰胺)单体和含N
‑
乙烯基的单体；并且将前驱物材料固化以凝固前驱物材料从而形成所述子层的凝固的抛光层材料。
[0007]潜在的优点可包括但不限于以下一种或多种。
[0008]前驱物材料可以具有降低的粘度，但也可以具有快速固化、高模数(modulus)和高的极限抗拉强度(ultimate tensile strength；UTS)。此外，这些性质能够在维持最终固化部分的低吸水(water
‑
uptake)时实现。此外，能够增加高分子量(high molecular weight；MW)寡聚物的更高加载，从而实现更坚韧的层(即，当保持UTS的同时具有更高断裂伸长率(elongation
‑
to
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break)的层)。通过调整配方(formulation)组成，有可能在室温水中浸泡四天后，将包含丙烯酰胺或含N
‑
乙烯基的单体的UV可固化配方的吸水降低到至小于原始重量的10％。这对于由基于喷墨的3D打印技术制成的部件是尤为可取的。
[0009]在以下附图和描述中阐述一个或多个实施方式的细节。其他特征、目的和优点将从该描述和附图以及权利要求书中显而易见。
附图说明
[0010]图1是示出了示例性增材制造系统的示意截面侧视图。
[0011]图2是列出了控制UV可交联的配方的表格。
[0012]图3是列出了几个具有丙烯酰胺和N
‑
乙烯基单体的配方的表格。
[0013]图4是列出了经3D打印的几个配方的表格。
[0014]图5是列出了来自图4的配方的3D打印样本的机械性质的表格。
[0015]图6A和图6B是示例性抛光垫的示意截面侧视图。
[0016]各图中的相同附图标记代表相同元件。
具体实施方式
[0017]对于使用基于光的固化(例如，UV固化)的3D打印技术，低粘度配方是非常理想的。这对于最终配方的粘度在喷射温度(60℃
‑
90℃)需要在10cP与20cP之间的基于喷墨的3D打印技术尤为重要。通常，为了实现这样低的粘度，配方中的低粘度反应稀释剂占主要成分(约70％
‑
80％)，并且只有配方中的20％
‑
25％是向最终层提供所需机械性质的高粘度寡聚物。因此，在大部分情况下，通过基于喷墨的3D技术获得的最终UV固化层非常脆且硬，这与通过阶梯式生长(step
‑
growth)聚合反应技术能够获得的更坚韧的材料相反。
[0018]用于UV可固化层的大多数反应稀释剂是具有单、双、三或四功能性活性(甲基)丙烯酸酯基团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体的组合。一种这样常用的丙烯酸酯单体是具有约8cP的RT粘度和约90℃的Tg的丙烯酸异冰片酯(isobornyl acrylate)。其他具有较低粘度的甲基丙烯酸酯单体，如甲基丙烯酸环己酯(cyclohexyl methacrylate)和甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)，也用作活性稀释剂。然而，基于这些单体的配方固化非常缓慢，或者由于甲基丙烯酸酯基团的较慢反应性而需要非常高剂量的辐射来完成固化。这使得这些单体在配方中更大量的使用是不切实际的。
[0019]然而，包括丙烯酰胺和含N
‑
乙烯基的单体(例如，N,N
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二甲基丙烯酰胺(N,Ndimethylacrylamide)、N,N
‑
二乙基丙烯酰胺(N,Ndiethylacrylamide)和N
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乙烯基吡咯烷酮(N
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vinyl pyrrolidone))的配方能够解决这些问题。
[0020]图1是用于使用3D打印工艺制造部件(例如，抛光垫)的示例系统10的简化图示。系统10包括：支撑件20，在该支撑件20上制造部件；和具有一个或多个喷嘴32的液滴喷射打印头30，液体前驱物材料的液滴34可从所述喷嘴32喷射。液滴喷射打印机可以类似于喷墨打印机，但是液滴喷射打印机使用前驱物材料而不是油墨。打印头30和喷嘴32可以横跨支撑件20平移(由箭头A所示)。例如，打印头30可支撑在线性轨道36上，并且由线性致动器38(例如，螺杆驱动马达)沿着轨道36所驱动。或者，打印头30可以是静止的，并且支撑件20可由马达水平地移动。
[0021]在一些实施方式中，支撑件20可由竖直致动器22移动。例如，在沉积每一层之后，可以将支撑件20降低等于刚刚所沉积的层的厚度的距离。可选地或另外地，打印头30可以例如竖直地移动，从而提供一些或所有竖直位移。这可以确保在喷嘴32与液滴34正沉积到
的表面之间的均匀距离，这可以提高制造的均匀性并且简化控制电子器件。
[0022]支撑件20可以是刚性基座，或者可以是柔性膜，例如，一层聚四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在增材制造工艺中分配的液体前驱物材料，所述前驱物材料包含：甲基(丙烯酸酯)功能性寡聚物；活性稀释剂；甲基(丙烯酰胺)单体；及含N
‑
乙烯基的单体。2.根据权利要求1所述的液体前驱物，其中所述活性稀释剂包含甲基(丙烯酸酯)单体。3.根据权利要求2所述的液体前驱物，其中所述甲基(丙烯酸酯)单体包含脂肪族的、环脂肪族的、杂环的、芳香族的、直链的和/或支链的甲基(丙烯酸酯)单体。4.根据权利要求1所述的液体前驱物，其中所述含N
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乙烯基的单体包含N,N
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二甲基丙烯酰胺、N,N
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二乙基丙烯酰胺和/或N
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乙烯基吡咯烷酮。5.根据权利要求1所述的液体前驱物，其中所述寡聚物提供20％
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30％的液体前驱物。6.根据权利要求5所述的液体前驱物，其中所述寡聚物提供20％
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25％的液体前驱物。7.根据权利要求1所述的液体前驱物，所述液体前驱物包含光引发剂、光敏剂和/或氧去除剂。8.根据权利要求1所述的液体前驱物，所述液体前驱物由以下材料组成：甲基(丙烯酸酯)功能性寡聚物、活性稀释剂、甲基(丙烯酰胺)单体和含N
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乙烯基的单体；以及视情况可选的光引发剂、光敏剂和/或氧去除剂的一个或多个。9.一种制造抛光垫的...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯瓦帕基亚，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：