用于增材制造的双介导可聚合复合材料制造技术

一种用于3D打印系统的光聚合物复合材料的配方，包括丙烯酸酯单体或丙烯酸酯低聚物、无机水合物、增强填料、共引发剂、热引发剂和紫外光(UV)引发剂。在配方中，丙烯酸酯单体或丙烯酸酯低聚物可以占配方的约10.0

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增材制造的双介导可聚合复合材料
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请是于2019年2月14号提交的美国专利申请序列号16/276,521的部分延续，其要求于2018年2月14号提交的美国临时专利申请序列号62/630,725的优先权，其中所有前述申请的内容在此全文引入作为参考。

技术介绍

[0003]三维(3D)打印也称为增材制造，是一种仅在需要的地方沉积材料的技术，因此使得与传统制造技术相比材料浪费更少，传统制造技术通常通过从成块材料中减少或去除材料来形成部件。虽然3D打印制品通常是模型，但是通过创建3D打印制品，该3D打印制品可以是更复杂系统中的功能部件，诸如铰链、工具、结构元件，工业得以快速发展。
[0004]在现有的3D打印工艺中，通过在计算机控制下形成材料层，而无需模制，来创建3D物体。例如，使用计算机3D建模碎片化来确定结构的3D信息，并且可以通过机械控制从喷嘴供给制备的混合物，以打印该结构。
[0005]3D打印的一个严重问题和挑战在于，满足某些应用要求的打印材料可能非常稀缺。例如，现有的打印材料主要是有机材料。在高温下以熔融状态逐层沉积打印有机材料。有机材料的固化易于氧化分解，并且制备和打印过程可能释放出危害环境和人类健康的令人不快的有毒气体。此外，可能在高要求条件下打印有机材料，这会导致高成本。用有机材料打印的结构可能机械性能较差，因此不适合于某些应用，诸如建造可居住的建筑物，从而在一定程度上限制了3D打印技术的应用。
[0006]打印材料的另一个例子是水泥基材料，诸如混凝土。水泥基材料通常需要很长的时间来固化。因此，此类材料通常不能满足要求材料在短时间内快速固化的性能要求。尽管可以通过改变配方来提高固化速度，但是这种增加通常是有限的或难以控制的，并且对于诸如在施工现场建造建筑物之类的某些情况，使得3D打印不切实际。
[0007]鉴于前述内容，需要改进和/或可替代的或附加的解决方案来改进3D打印材料和工艺。
[0008]在传统的增材或三维制造技术中，三维物体的构造以逐步或逐层的方式进行。特别地，通过在可见光或UV光照射作用下使光固化树脂固化，来进行层形成。已知两种技术：一种是在生长物体的顶表面上形成新层；另一种是在生长物体的底表面上形成新层。光化学固化也称为光聚合，是一种廉价和有效的增材制造方法。
[0009]光固化的主要缺点是光辐射进入被照射材料的渗透有限，在有色、半透明或不透明增材的存在下，这种渗透变得更为有限，这些增材通常用于赋予材料功能性。在任何已知的使用聚合物材料的逐层打印工艺中，嵌入填料组合物的聚合物基质必须允许UV光穿透的深度足以完成层固化。
[0010]与光聚合有关的另一个问题是在聚合时可能发生不均匀的体积收缩，这导致打印样品的高水平的残余应力和有害的翘曲或弯曲。光聚合中的总体积收缩是通过范德华力形成新共价键的不可避免的结果。因此，在3D打印期间逐层递增地引入聚合应变，从而产生残
余应力。如果应力超过系统任何组分的粘合强度，则在打印过程中和打印后发生微变形或大变形(开裂、分层等)。
[0011]Retailleau、Ibrahim和Allonas在Polymer Chemistry 5,6503(2014)描述了由热聚合辅助的丙烯酸酯的UV固化聚合，但是他们提出的体系需要相当长的时间以在表面固化。因此该工艺不适合于增材制造，尤其不适合于基于挤出的增材制造，并且关于这些材料如何适合于增材制造，并没有提出建议。
[0012]Rolland和Menio的专利申请WO2017040883A1描述了一种用于增材制造的双固化氰酸酯树脂。McCall的专利申请WO2017112521A1描述了用于增材制造的含双固化聚氨酯/聚脲的树脂。上述两项申请描述了逐层光聚合的组合，优选DLP或CLIP方法，随后热固化以形成两个互相渗透的聚合物网络。这种方法的缺点是需要在两个随后的阶段中进行增材制造，这增加了生产时间和所需的劳动力，并增加了额外的设备成本。
[0013]因此，需要开发一种新的复合材料，以解决现有配方的上述缺点。

技术实现思路

[0014]本专利技术涉及一种用于3D打印系统的光聚合物复合材料的配方，其包括丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物中的至少一种，其占所述配方的约10.0
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30.0重量％。所述配方还包括无机水合物，其占所述配方的约5.0
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30.0重量％。所述配方还包括增强填料，其占所述配方的约50.0
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80.0重量％。所述配方还包括紫外光(UV)引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.2重量％。所述配方还包括热引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.05重量％。最后，所述配方还包括共引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.05重量％。
[0015]本专利技术还涉及一种产生用于3D打印系统的光聚合物复合材料的配方的方法。所述方法包括：在共混机中加入占所述配方约10.0
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30.0重量％的丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物中的至少一种、占所述配方约0.001
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0.2重量％的紫外光(UV)引发剂、占所述配方约0.001
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0.05重量％的共引发剂、占所述配方约5.0
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30.0重量％的无机水合物、以及占所述配方约50.0
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80.0重量％的增强填料。所述方法还包括：通过所述共混机运行第一时间量，使丙烯酸酯低聚物、UV引发剂、无机水合物、共引发剂和增强填料共混，产生树脂预混物。所述方法还包括：在所述共混机中混合所述树脂预混物和占所述配方约0.001
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0.05重量％的热引发剂。最后，所述方法包括：通过所述共混机运行第二时间量，使所述热引发剂和所述树脂预混物共混，产生光聚合物复合树脂。
附图说明
[0016]为了易于识别对任何特定元素或动作的讨论，附图标记中的一个或多个最高有效数字是指该元素首次被引入其中的数字编号。
[0017]图1示出了根据一个实施例的端部材料100。
[0018]图2示出了根据一个实施例的端部材料200。
[0019]图3示出了根据一个实施例的系统300。
[0020]图4示出了根据一个实施例的系统400。
[0021]图5示出了根据一个实施例的方法500。
[0022]图6示出了根据一个实施例的系统600。
[0023]图7示出了根据一个实施例的方法700。
[0024]图8示出了根据一个实施例的蜂窝结构概念800。
具体实施方式
[0025]一种光聚合物复合材料建筑材料结合了聚合物基质和微晶无机填料的性能，所述微晶无机填料具有低孔隙率的整体无定形结构。该材料包括基础光聚合物，确保在打印过程中各层彼此化学粘合。由于在3D打印过程中材料逐层沉积，由于液体与固化的聚合物基质之间的化学粘合，每个新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于3D打印系统的光聚合物复合材料的配方，其包括：丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物中的至少一种，其占所述配方的约10.0
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30.0重量％；无机水合物，其占所述配方的约5.0
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30.0重量％；增强填料，其占所述配方的约50.0
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80.0重量％；紫外光(UV)引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.2重量％；热引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.05重量％；和共引发剂，其占所述配方的约0.001
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0.05重量％。2.根据权利要求1所述的配方，还包括染料或颜料，其占所述配方的约0.001
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0.05重量％。3.根据权利要求1所述的配方，其中：所述丙烯酸酯低聚物是三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)。4.根据权利要求3所述的配方，其中：所述TEGDMA占所述配方的约10.0
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30.0重量％。5.根据权利要求1所述的配方，其中：所述无机水合物是十水合硼砂。6.根据权利要求5所述的配方，其中：所述十水合硼砂占所述配方的约5.0
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30.0重量％。7.根据权利要求1所述的配方，其中：所述增强填料包括至少三水合氧化铝、或三水合氧化铝与碳酸钙、滑石、二氧化硅、硅灰石、硫酸钙纤维、云母、玻璃珠、玻璃纤维或其组合中的至少一种的混合物。8.根据权利要求1所述的配方，其中：所述UV引发剂是双酰基氧化膦(BAPO)。9.根据权利要求1所述的配方，其中：所述热引发剂是过氧化苯甲酰。10.根据权利要求1所述的配方，其中：所述共引发剂是BisomerPTE。11.一种产生用于3D打印系统的光聚合物复合材料的配方的方法，所述方法包括：在共混机中加入占所述配方约10.0
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30.0重量％的丙烯酸酯单体和丙烯酸酯低聚物中的至少一种、占所述配方约0.001
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0.2重量％的紫外光(UV)引发剂、占所述配方约0.001
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0.05重量％的共引发剂、占所述配方约5.0
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30.0重量％的无机水合物、以及占所述配方约50.0
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80.0重量％的增强填料；通过所述共混机运行第一时间量，使所述丙烯酸酯低聚物、所述UV引发剂、...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：麦提建筑公司，
类型：发明
国别省市：