使用经加强材料的积层制造制造技术

提供了可用于三维物件的积层制造中的配方，包括：一加强材料比如二氧化硅粒子，用量为所述配方的总重量的自10至30重量百分率或自15至20重量百分率，及如说明书中描述的数个可固化材料的经设计的一组合。亦提供了：由这样的一配方制成且以增强的机械性质为特征的三维物件的积层制造及从而获得的物件。维物件的积层制造及从而获得的物件。维物件的积层制造及从而获得的物件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用经加强材料的积层制造
[0001]相关申请
[0002]本申请根据美国法典第35卷119款(e)项自申请日为2018年12月27日的美国临时专利申请第62/785,286号请求优先权，上述申请的内容通过引用以其整体被并入本文中。
[0003]
与
技术介绍

[0004]本专利技术，在其一些实施例中，是关于积层制造(AM)且更特定地，但非排除性地，是关于可用于在其至少一部分中具有一经加强材料的三维物件的积层制造中的新配方。
[0005]积层制造(AM)是一种允许经由增材形成步骤直接自计算机资料制造任意形状的结构的科技。任何积层制造系统的基本操作由下述步骤组成：将一个三维计算机模型切片为数个薄剖面、将结果转译为二维位置资料，及将所述资料馈至控制设备，所述控制设备以一分层的方式制造一个三维结构。
[0006]积层制造涉及制造方法的许多不同手段，包括三维(3D)打印，比如3D喷墨打印(3D inkjet printing)、电子束熔融(electron beam melting)、立体光刻(stereolithography)、选择性激光烧结(selective laser sintering)、分层物件制造(laminated object manufacturing)、熔融沉积成形(fused deposition modeling)及其它。
[0007]一些3D打印程序，举例而言，3D喷墨打印，是通过建构材料的逐层喷墨沉积被执行。因此，一建构材料是自一配发头被配发，所述配发头具有一组数个喷嘴，以在一支撑结构上沉积数个层体。视所述建构材料而定，所述数个层体可以接着被固化(cured)或固体化(solidified)。固化可以是通过暴露于一适宜的条件而进行，及可选地是通过使用一适宜的装置而进行。
[0008]所述建构材料包括一未固化建模材料(也称为“未固化建模材料”或“建模材料配方”)，所述未固化建模材料被选择性地配发以制造所希望的物件，及可以也包括一未固化支撑材料(也称为“未固化支持材料(uncured supporting material)”或“支撑材料配方(support material formulation)”)，所述支撑材料在建构时对所述物件的数个特定区域提供暂时性支撑，及确保后续的数个物件层体的足够的垂直位置。所述支持结构典型地是配置以在所述物件被完成后被移除。
[0009]在一些已知的喷墨打印系统中，所述未固化的建模材料是一可光聚合的材料或可光固化的材料，在被喷射后当暴露于紫外(UV)光时被固化、被硬化或被固体化。所述未被固化的建模材料可以是一可光聚合的材料配方，具有一组成，所述组成在固化后给出一固态材料，所述固态材料的机械性质允许被建构的所述三维物件的建构及处理。所述材料配方可以包括一反应性的(可固化的)成分及一光引发剂。所述光引发剂通过固化而使所述未固化支撑材料能够至少部分固体化，所述固化是藉被施加以形成所述建模材料的相同的紫外线。所述被固体化的材料可以是刚性的，或可以具有弹性性质。所述支撑材料是被调配以允许所述物件快速且容易地自其支撑被清出。所述支撑材料可以是一聚合物，所述聚合物是可溶于水的及/或能够在暴露于一液态溶液例如，水、碱性或酸性水溶液时膨胀及/或瓦解。所述支撑材料配方可以亦包括类似于用于所述建模材料配方的一反应性(可固化)的成分
及一光引发剂。
[0010]为了与在一3D喷墨打印系统中被应用的大部分市售打印头兼容，未固化的建构材料已知以下列特性为特征：在工作(例如，喷射)温度的一相对低的黏滞度(例如，高至50cps或高至35cps的布氏黏度(Brookfield Viscosity)，优选地是自8至25cps)、自约25至约55达因/厘米(Dyne/cm)的表面张力，优选地自约25至约40达因/厘米，及一牛顿流体行为与对一选定的固化条件的高反应性，以允许所述被喷射的层体在暴露于一固化条件时，不多于1分钟，优选地不多于20秒的快速固化。
[0011]为了确保形成最终的物件的所述被硬化的建模材料的可用性，所述被硬化的建模材料典型地展现高于室温的热变形温度(heat deflection temperature，HDT)。被希望地，所述被硬化的建模材料展现至少35℃的热变形温度。为使一物件在多变的条件下是稳定的，一更高的HDT已知是被希望的。在大多数案例中，所述物件展现相对高的艾氏槽口冲击值(Izod Notched impact)也是被希望的，例如，高于50焦耳/米或高于60焦耳/米。
[0012]有各种三维打印技术存在及是被揭示于例如，美国专利第6,259,962号、第6,569,373号、第6,658,314号、第6,850,334号、第6,863,859号、第7,183,335号、第7,209,797号、第7,225,045号、第7,300,619号、第7,500,846号、第7,991,498号及第9,031,680号及美国申请公布第20160339643号中，以上所有均由相同的专利权人揭示，及其内容在此通过引用以其整体被并入本文中。
[0013]数个积层制造程序，包括三维喷墨打印，允许使用多于一个建模材料积层形成数个物件，也被称为“多材料”积层制造程序。举例而言，具有公开号第2010/0191360号的，本专利权人的美国专利申请，揭示了一系统，所述系统包括一固体自由成形制造(Solid freeform fabrication)设备，所述设备具有数个打印头、配置以将数个建构材料供给至所述制造设备的一建构材料供给设备，及配置以控制所述制造及供给设备的一控制单元。所述系统具有数个操作模式。在一个模式中，所有打印头在所述制造设备的一单一建构扫描循环时运作。在另一模式中，一个或更多个所述数个打印头在一单一建构扫描循环中或所述单一建构扫描循环的一部份中不运作。
[0014]在一3D喷墨打印程序，比如PolyJet
TM
(Stratasys Ltd.，以色列)中，所述建构材料是根据如由一软件档案所界定的一预定的配置，自一个或更多个喷墨打印头及/或喷嘴选择性地被喷射，及被沉积到一制造托盘上。
[0015]由本专利权人揭示的美国专利第9,227,365,号，揭示了用于带壳层的物件(shelled objects)的固体自由成形制造的方法及系统，所述带壳层的物件是建构自数个层体，例如，构成数个核心区域的一层状核心，与构成数个包裹区域的一层状壳层。这亦被称为数位ABS
TM
，或D
‑
ABS
TM
。
[0016]所述PolyJet
TM
科技允许控制每个体素(体积像素)的位置与组成，这提供了巨大的设计多样性及多材料结构的数字化编成。所述PolyJet
TM
科技的其它优势包括非常高的打印解析度，高至14微米层体高度，及在一单一物件中同时打印多个材料的能力。此多材料3D打印程序经常用于由具有不同坚硬度、表现、色彩或透明度的元素组成的复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可用于三维物件的积层制造中的配方，其特征在于：所述配方包括：二氧化硅粒子，用量为自10至30重量百分率，或自15至20重量百分率；一第一多官能基可固化材料，用量为自10至30重量百分率，或自15至20重量百分率，所述第一多官能基可固化材料具有自300公克/莫耳至1000公克/莫耳的分子量；一第二多官能基可固化材料，用量为自10至30重量百分率，所述第二多官能基可固化材料具有低于1000公克/莫耳的一分子量；及一单官能基可固化材料，具有不多于300公克/莫耳的一分子量，用量为自10至50重量百分率。2.如权利要求1所述的配方，其特征在于：所述积层制造是3D喷墨打印。3.如权利要求1或2所述的配方，其特征在于：所述多个二氧化硅纳米粒子的一平均尺寸是低于1微米，或低于500纳米或低于100纳米。4.如权利要求1或2所述的配方，其特征在于：所述多个二氧化硅纳米粒子的一平均尺寸在自20至100纳米的一范围内。5.如权利要求1至4中任一项所述的配方，其特征在于：所述多个二氧化硅粒子的至少一部分或全部，包括功能化的二氧化硅粒子。6.如权利要求5所述的配方，其特征在于：所述多个二氧化硅粒子的至少一部分或全部，是由多个可固化官能基功能化。7.如权利要求6所述的配方，其特征在于：所述多个可固化官能基包括：多个丙烯酸基。8.如权利要求1至7中任一项所述的配方，其特征在于：所述多个二氧化硅粒子是被预先分散在所述第一多官能基可固化材料中。9.如权利要求1至8中任一项所述的配方，其特征在于：所述第一多官能基可固化材料是一乙氧基化多官能基可固化材料，包括：至少3个亚烷二醇基团。10.如权利要求1至9中任一项所述的配方，其特征在于：所述第一多官能基可固化材料包括：一线性脂肪族分枝单元。11.如权利要求1至10中任一项所述的配方，其特征在于：所述第一多官能基材料是一个三官能基可固化材料。12.如权利要求1至8中任一项所述的配方，其特征在于：所述第一多官能基材料包括：一脂环族分枝单元。13.如权利要求1至12中任一项所述的配方，其特征在于：所述第一多官能基可固化材料是一双官能基可固化材料。14.如权利要求1至13中任一项所述的配方，其特征在于：所述第二多官能基可固化材料是一乙氧基化多官能基可固化材料，包括：自2至20个亚烷二醇单元。15.如权利要求1至14中任一项所述的配方，其特征在于：所述第二多官能基可固化材料是一乙氧基化多官能基可固化材料，包括：自2至6个亚烷二醇单元。16.如权利要求1至15中任一项所述的配方，其特征在于：所述第二多官能基可固化材料包括一芳香分枝单元。17.如权利要求1至16中任一项所述的配方，其特征在于：所述第二多官能基可固化材料是一双官能基可固化材料。18.如权利要求1至17中任一项所述的配方，其特征在于：所述第二多官能基可固化材
料包括：一甲基丙烯酸可固化基团。19.如权利要求1至18中任一项所述的配方，其特征在于：所述单官能基可固化材料是亲水的。20.如权利要求1至19中任一项所述的配方，其特征在于：进一步包括：一额外的单官能基可固化材料，用量自10至20重量百分率，所述额外的可固化材料具有不多于500公克/莫耳的一分子量。21.如权利要求20所述的配方，其特征在于：所述额外的单官能基可固化材料是疏水的。22.如权利要求1至21中任一项所述的配方，其特征在于：所述数个可固化材料中的各者是一可紫外线固化的材料。23.如权利要求1至22中任一项所述的配方，其特征在于：所述数个可固化材料中的各者是一丙烯酸材料。24.如权利要求1至23中任一项所述的配方，其特征在于：所述数个可固化材料中的各者是一丙烯酸酯或一甲基丙烯酸酯。25.如权利要求20至24中任一项所述的配方，其特征在于：包括：自约20至约60重量百分率的一分散物，所述分散物包括：预先分散在所述第一多官能基可固化材料中的所述多个二氧化硅粒子；自约10至约30重量百分率的所述第二多官能基可固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尼夫，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：