一种制备三维生坯的方法技术

本发明专利技术涉及一种通过三维(3D)打印方法制备三维生坯(GB)的方法，其中使用至少一种原料、构建室和包含至少一个喷嘴的三维挤出打印机(3D)打印机。在该方法中，将所述至少一种原料供入包含所述至少一个喷嘴的3D打印机中，其中所述至少一种原料包含至少一种粘合剂(B)和至少一种无机粉末(IP)，并且其中所述至少一种粘合剂(B)包含至少一种聚甲醛(POM)。然后将所述至少一种原料在3D打印机中加热并通过所述至少一个喷嘴挤出以获得至少一根挤出线材。由所述至少一根挤出线材，在位于构建室中的基板(BP)上逐层形成三维生坯(GB)，其中基板(BP)包含所述至少一种粘合剂(B)和任选的所述至少一种无机粉末(IP)。将三维生坯(GB)和基板(BP)从构建室中取出，其中三维生坯(GB)附接到基板(BP)。本发明专利技术进一步涉及通过该方法制备的三维生坯(GB)以及由该三维生坯(GB)制备的三维烧结体。结体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种制备三维生坯的方法
[0001]本专利技术涉及一种通过三维(3D)打印方法制备三维生坯(GB)的方法，其中使用至少一种原料、构建室和包含至少一个喷嘴的三维挤出打印机(3D)打印机。在该方法中，将所述至少一种原料供入包含所述至少一个喷嘴的3D打印机中，其中所述至少一种原料包含至少一种粘合剂(B)和至少一种无机粉末(IP)，并且其中所述至少一种粘合剂(B)包含至少一种聚甲醛(POM)。然后将所述至少一种原料在3D打印机中加热并通过所述至少一个喷嘴挤出以获得至少一根挤出线材。由所述至少一根挤出线材，在位于构建室中的基板(BP)上逐层形成三维生坯(GB)，其中基板(BP)包含所述至少一种粘合剂(B)和任选的所述至少一种无机粉末(IP)。将三维生坯(GB)和基板(BP)从构建室中取出，其中三维生坯(GB)附接到基板(BP)。本专利技术进一步涉及通过该方法制备的三维生坯(GB)以及由该三维生坯(GB)制备的三维烧结体。
[0002]近来经常遇到的任务是制备金属或陶瓷体的原型和模型，特别是具有复杂几何形状的原型和模型。尤其是对于原型的制备而言，快速制备工艺是必要的。对于这种所谓的“快速原型”，已知有不同的方法。最经济的一种是熔丝制造法(FFF)，也称为“熔融沉积成型”(FDM)。
[0003]熔丝制造法(FFF)是一种增材制造技术。通过将热塑性材料挤出通过喷嘴以在挤出后热塑性材料硬化时形成层来制备三维物体。喷嘴被加热以将热塑性材料加热超过其熔融温度和/或玻璃化转变温度，然后由挤出头沉积在基底上以逐层方式形成三维物体。通常选择热塑性材料并控制其温度，使得其在挤出或分配至基底上时基本上立即固化，同时形成多层以形成所需的三维物体。
[0004]为了形成各层，提供驱动电机以使基底和/或挤出喷嘴(分配头)沿x、y和z轴以预定模式相对于彼此移动。FFF方法首次描述于US 5,121,329中。典型的基底材料是具有粘合层的玻璃或铝。
[0005]用于制备三维物体的典型材料是热塑性材料。通过熔丝制造来制备三维金属或陶瓷物体只有在金属或陶瓷材料具有低熔点以使得其可被喷嘴加热和熔融时才是可能的。如果金属或陶瓷材料具有高熔点，则必须将粘合剂组合物中的金属或陶瓷材料提供给挤出喷嘴。粘合剂组合物通常包含热塑性材料。当在基底上沉积金属或陶瓷材料在粘合剂中的混合物时，形成的三维物体是所谓的“生坯”，其包含处于粘合剂中的金属或陶瓷材料。为了得到所需的金属或陶瓷物体，必须除去粘合剂，最后必须将该物体烧结。在除去粘合剂之后形成的三维物体是所谓的“褐坯”；烧结后形成的三维物体是所谓的“烧结体”。
[0006]WO 2016/012486描述了一种熔丝制造法，其中使用包含无机粉末和粘合剂的混合物来制备三维生坯。在熔丝制造工艺之后是脱粘步骤，其中从三维生坯中除去至少一部分粘合剂以形成三维褐坯。脱粘步骤通过在包含气态酸和任选的载气的气氛中在至多180℃的温度下处理三维生坯以避免酸的冷凝来进行。合适的酸是无机酸，例如卤化氢和硝酸，和有机酸，例如甲酸和乙酸。在脱粘步骤之后，对形成的三维褐坯进行烧结以形成三维烧结体。
[0007]WO 2017/009190描述了一种用于熔丝制造法以制备三维生坯的长丝。所述长丝包
括涂覆有壳材料层的芯材料。芯材料包含无机粉末和粘合剂。三维褐坯以及三维烧结体的制备可类似于WO 2016/012486中所述的方法制备。然而，WO 2017/009190中描述的芯
‑
壳长丝更稳定，并且可以容易地在卷线筒上卷绕，这使得它们比WO 2016/012486中公开的那些更容易储存和加工。
[0008]如上所述，FFF/FDM方法是最常用的3D打印技术之一。然而，存在FDM/FFF方法的若干变型，有时将这样的变型概括为术语“FDM/FFF方法”，有时甚至将这样的变型视为单独的/不同的3D打印技术。通过用颗粒材料代替在FDM/FFF打印方法中用作“传统起始材料”的长丝，可发现常用的FDM/FFM方法的这些变型之一。与常规FFF/FDM打印方法中使用的相应长丝相比，颗粒材料在其化学组成方面可以完全或压倒性地相同，但颗粒在其形状方面不同于相应的长丝。
[0009]根据就长丝的化学组成而言的常规FDM/FFF打印技术，各种颗粒可以用作基于颗粒的3D挤出打印技术/方法中的起始材料。待使用的颗粒通常基于聚合物，特别是热塑性材料，其可在3D挤出打印方法中被加热至超过其熔融和/或玻璃化转变温度的温度。除了上述聚合物，特别是热塑性材料之外，待使用的颗粒还可以含有一些无机粉末，例如金属、金属合金或陶瓷材料。如果是，则通过相应的3D打印方法获得3D生坯。与常规FFF/FDM打印技术类似，可以除去这种3D生坯的有机/聚合物部分，以获得3D金属或陶瓷物体，例如3D褐坯和3D烧结体。
[0010]然而，在现有技术描述的三维(3D)打印方法中，经常存在由基底与沉积在基底上的挤出混合物的第一层之间的粘合性引起的问题：一方面，在第一沉积层与基底的粘合性过低的情况下，例如在基底由玻璃制成的情况下，会出现不希望的“翘曲”现象；另一方面，在第一沉积层与基底之间的粘合性过强的情况下，所得三维物体在与基底分离时会受到损坏。
[0011]在本专利技术的上下文中，术语“翘曲”意指通常在沉积层在基底上冷却时发生的效果。尽管基底保持其形状，但挤出的混合物开始收缩，导致沉积层收缩。在第一沉积层和基底之间存在低粘合性的情况下，沉积层的角部抬升并部分地从基底分离。这通常会导致生成的三维物体的形状发生变化(圆形边缘)，并且它们可能会完全分离。因此，沉积层变得不可用并且必须中断打印工艺。
[0012]为了避免“翘曲”现象并改善沉积层与基底之间的粘合性，通常在开始沉积层之前在基底上施加聚乙烯粘合层。然而，使用这种聚乙烯粘合层，在许多情况下，沉积层与基底之间的粘合性变得过强，从而导致三维物体与基底分离而损坏。
[0013]另一个经常出现的问题是所谓的“变形”，通常在烧结三维褐坯时发生。通常将零件直接放在陶瓷板上进行烧结。而基底保持其形状或变化不大，而三维褐坯在烧结时收缩，从而导致基底与三维褐坯之间产生摩擦。结果，整个三维褐坯中都存在应力，导致变形和破裂。
[0014]因此，本专利技术的目的是提供一种制备三维物体的改进方法，该方法不具有现有技术的上述缺点或仅以显著减小的程度具有这些缺点。
[0015]该目的通过使用至少一种原料、构建室和包含至少一个喷嘴的三维挤出打印机(3D打印机)的三维(3D)打印方法来制备三维生坯(GB)的方法实现，所述方法包括以下步骤a)
‑
e)：
[0016]a)将所述至少一种原料供入包含所述至少一个喷嘴的3D打印机中，其中所述至少一种原料包含至少一种粘合剂(B)和至少一种无机粉末(IP)，并且其中所述至少一种粘合剂(B)包含至少一种聚甲醛(POM)，
[0017]b)在3D打印机中加热所述至少一种原料，
[0018]c)将步骤b)中获得的经加热的所述至少一种原料通过所述至少一个喷嘴挤出以获得至少一根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过使用至少一种原料、构建室和包含至少一个喷嘴的三维挤出打印机(3D打印机)的三维(3D)打印方法来制备三维生坯(GB)的方法，所述方法包括以下步骤a)
‑
e)：a)将所述至少一种原料供入包含所述至少一个喷嘴的3D打印机中，其中所述至少一种原料包含至少一种粘合剂(B)和至少一种无机粉末(IP)，并且其中所述至少一种粘合剂(B)包含至少一种聚甲醛(POM)，b)在3D打印机中加热所述至少一种原料，c)将步骤b)中获得的经加热的所述至少一种原料通过所述至少一个喷嘴挤出以获得至少一根挤出线材，d)在位于构建室中的基板(BP)上由步骤c)中获得的所述至少一根挤出线材逐层形成三维生坯(GB)，其中基板(BP)包含所述至少一种粘合剂(B)和任选的所述至少一种无机粉末(IP)，和e)从构建室取出三维生坯(GB)和基板(BP)，其中三维生坯(GB)附接到基板(BP)。2.根据权利要求1所述的方法，其中：i)所述至少一种无机粉末(IP)的粒度为0.1
‑
80μm，优选为0.5
‑
50μm，更优选为1
‑
30μm，和/或ii)所述至少一种无机粉末(IP)是选自金属、金属合金和陶瓷材料前体的至少一种无机材料的粉末，和/或iii)在步骤b)中，将所述至少一种原料加热至高于所述至少一种粘合剂(B)的熔融温度的温度，和/或iv)根据步骤b)的所述至少一种原料的加热在所述至少一个喷嘴中进行。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少一种原料是至少一根长丝。4.根据权利要求3所述的方法，其中：i)所述至少一根长丝包含30
‑
70体积％的所述至少一种无机粉末(IP)和30
‑
70体积％的所述至少一种粘合剂(B)，优选40
‑
65体积％所述至少一种无机粉末(IP)和35
‑
60体积％的所述至少一种粘合剂(B)，基于所述至少一根长丝的总体积，和/或ii)所述至少一根长丝的直径为1.5
‑
3.5mm，优选为1.6
‑
3.2mm，更优选为1.7
‑
3.1mm。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一根长丝包括涂覆有壳材料(SM)层的芯材料(CM)，其中：芯材料(CM)包含30
‑
70体积％的所述至少一种无机粉末(IP)和30
‑
70体积％的所述至少一种粘合剂(B))，基于芯材料(CM)的总体积，且壳材料(SM)包含75
‑
100体积％的至少一种热塑性聚合物(TP)、0
‑
20体积％的所述至少一种无机粉末(IP)和0
‑
25体积％的至少一种添加剂(A)，基于壳材料(SM)的总重量。6.根据权利要求5所述的方法，其中：i)所述至少一根长丝的直径为1.5
‑
3.5mm，优选为1.6
‑
3.2mm，更优选为1.7
‑
3.1mm，和/或ii)芯材料(CM)的直径为1.3
‑
3.0mm，优选为1.4
‑
2.95mm，更优选为1.5
‑
2.9mm，和/或iii)壳材料(SM)层的厚度为0.01
‑
0.5mm，优选为0.02
‑
0.3mm，更优选为0.025
‑
0.25mm，和/或iv)壳材料(SM)的所述至少一种热塑性聚合物(TP)选自聚甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：