翘曲优化的聚合物粉末制造技术

用作建筑材料的塑料粉末，其用于增材制造三维物体：在对应于所述三维物体在相应层中的横截面的位置，特别是通过通过辐射的作用来选择性凝固所述建筑材料，其中所述塑料粉末包含聚合物基粒子和微粒添加剂粒子的混合物，和其中选择所述微粒添加剂，以使得所述聚合物基粒子和微粒添加剂的混合物的结晶点与没有所述微粒添加剂的所述聚合物基粒子的混合物的结晶点相比基本上没有增加。晶点相比基本上没有增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】翘曲优化的聚合物粉末
[0001]本专利技术涉及一种塑料粉末(即聚合物粉末)，其用于以逐层方式运行来制造三维物体的方法中，在其中将相应粉末层的选择性区域进行熔融和再凝固。本专利技术的另一目标是提供一种使用根据本专利技术的塑料粉末作为建筑材料来制造三维物体的方法，由根据本专利技术的粉末所制造的三维物体和制造根据本专利技术的三维物体的系统。
[0002]作为例如从DE 4410046中已知的，制造三维物体的方法可以经由使用电磁辐射源，通过使用电磁辐射选择性烧结来逐层进行。在这样的方法中，三维物体是根据“增材制造”的原理，通过施用粉末层，和在对应于所述物体横截面的位置上选择性熔融凝固所述粉末，来将这些层彼此结合来逐层制造的。
[0003]图1示例性显示了一种激光烧结装置，借助其可以进行逐层制造三维物体的方法。从图1中可见，所述装置具有容器1。这个容器顶部是开放的，并且底部通过载体4限制，来用于携带要形成的物体3。工作平面6是通过所述容器的上边缘2(或者它分别的侧壁)来限定的。将所述物体置于载体4的上侧上，并且其是由多层粉状建筑材料形成的，所述材料是借助电磁辐射可凝固的，并且平行于载体4的上侧延伸。其中，所述载体是在垂直方向上，即，平行于容器1侧壁的方向上，借助高度调节装置可移动的。这能够调节载体4相对于工作平面6的位置。
[0004]在容器1或者工作平面6之上，提供了施用装置10来将要凝固的粉末材料11施用到载体表面5或者最后已经凝固的层上。此外，激光器7形式的辐照装置布置在工作平面6上，其发射引导光束8。这个光束是通过偏转器9例如旋转镜偏转的，作为在工作平面6的方向上的偏转的光束8'。控制单元40能够控制所述载体4，施用装置10和偏转装置9。元件1
‑
6，10和11布置在机架100中。
[0005]在三维物体3制造过程中，粉末材料11分别逐层施用到载体4或者在先凝固的层上，和在对应于所述物体的每个粉末层的位置上通过激光束8'来凝固。在每个选择性凝固层之后，所述载体下降了接下来要施用的粉末层的厚度。
[0006]与上述系统相比，存在着对于这样的方法和装置的许多改变，其使用电磁辐射(其也可以使用)选择性烧结来制造三维物体(成型体)。例如，代替激光器和/或光束，其他系统可以用于选择性传递电磁辐射，例如掩膜曝光系统等。
[0007]作为建筑材料，经常考虑具有包含热塑性聚合物材料的粉末粒子的粉末。可以通过适当地选择原材料中的聚合物来影响所制造的物体的机械性能。例如在DE 102008024281 A1和DE 102008024288 A1中描述了这样的聚合物，其在最终物体中带来了优选的机械材料性能。同样，它描述了机械性能可以通过使用填料来进一步改进。例如碳纤维，玻璃纤维，凯夫拉尔纤维，碳纳米管，或者具有低长径比的填料(玻璃珠，铝渣等)或者矿物填料例如二氧化钛可以引入包含聚合物或者共聚物的粉末中。
[0008]为了改进性能例如颜色或者引入用于熔融的能量的吸收，添加剂，填料，增强纤维和/或辅助材料可以在加工之前混入到聚合物基材料中。对于聚合物基材料从熔体中结晶来说，必须存在晶核；结晶速率是由成核密度等带来的(/M
ü
ller，Kunststoff
‑
Additive，第3版，第893页及以下)。
[0009]加入添加剂的一个主要的公知的缺点是通常伴随着温度窗的减少，更差的层z结合和根据“增材制造”原理运行的方法的三维物体更大的扭曲率(翘曲)。功能添加剂，填料，增强材料和/或辅助材料通常充当了另外的成核剂，作为其结果，通常增加了结晶速度和因此分析测定的结晶温度。结晶温度可以通过DSC测量的开始和外推的峰温度来确定。结晶的开始温度的增加导致了SLS烧结窗的减少(Manfred Schmid，“Selektives Lasersintern(SLS)mit Kunststoffen”，2015，第78和79页)和激光烧结的三维物体的(建造)扭曲率的显著增加，其归因于更早开始的收缩效应。
[0010]特别是如德国专利申请DE 102004012683 A1那样，在根据增材制造原理运行的方法中如果加入IR吸收剂例如来用近红外(NIR)范围波长的电磁辐射熔融和/或熔合塑料时，这个缺点也变得显著。因为大部分的聚合物不吸收NIR辐射，所述添加剂充当了NIR辐射吸收剂，其吸收了所引入的波长的能量和将它转化成热。
[0011]所以，本专利技术的一个目标是提供一种方法和系统，用于通过在对应于三维物体在相应层中的横截面的位置上通过辐射的作用，来选择性凝固建筑材料而制造三维物体，其至少部分地克服了上述的缺点。本专利技术的另一主要目标是提供用作这样的改进的方法中的建筑材料的粉末，以及通过所述有利的方法制造的三维物体。
[0012]这个目标是通过根据权利要求1的塑料粉末，根据权利要求10的制造方法，根据权利要求11的三维物体和根据权利要求12的系统来解决的。本专利技术另外的实施方案是在从属权利要求中阐明的。
[0013]根据本专利技术第一方面，所述塑料粉末包含聚合物基粒子和微粒添加剂的混合物，其中选择所述微粒添加剂，以使得所述聚合物基粒子和微粒添加剂的混合物的结晶点与包含所述聚合物基粒子，但是没有所述微粒添加剂的混合物的结晶点相比基本上没有增加。优选所述微粒添加剂包含(优选固体)微粒碳材料，优选石墨和/或炭黑和特别是气黑。优选所述微粒添加剂由炭黑和/或石墨组成，特别是气黑。气黑指的是这样的炭黑，其可以作为来自于天然气燃烧的残留物而获得。与其他的工业炭黑相比，气黑具有更低的碳含量(<98wt％)和/或更窄的粒度分布。
[0014]选择所述微粒碳材料，以使得所述聚合物基粒子和微粒添加剂的混合物的结晶点与没有所述微粒添加剂的所述聚合物基粒子的混合物的结晶点相比基本上没有增加或者几乎不增加。具体地，如果增加不大于2.5℃，优选不大于2.0℃和在某些实施方案中不大于1.5℃时，则满足所述的结晶点基本上没有增加或者几乎不增加的性能。当测定结晶点的增加时，应当考虑测量方法的波动，其在DSC的情况中是0.5
‑
1.0℃。
[0015]根据本专利技术的粉末目的是具体作为建筑材料，用于如下来制造三维物体：在对应于所述三维物体在相应层中的横截面的位置上通过辐射的作用，特别是NIR辐射来选择性凝固所述建筑材料。术语“凝固”被理解为至少部分地熔融，随后凝固或者固结所述建筑材料。在凝固的上下文中，术语“选择性”指的是在要凝固的连续层的位置上局部辐照，同时不辐照所述层的不打算凝固的位置。与这样的选择性凝固相反的例如是这样的技术，其中没有铺展整个层，而是建筑材料仅仅铺展在其中期望的凝固的点上。在这种情况中，辐照也可以施加到不打算凝固的区域上。
[0016]术语“三维物体”在此是与术语“成型体”同义使用的。术语“聚合物粒子”在此是与术语“聚合物基粒子”同义使用的，并且在此指的是这样的粒子，其包含此处更详细描述的
聚合物，优选由其组成到至少20重量％的程度，进一步优选到至少40重量％的程度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用作增材制造三维物体的建筑材料的塑料粉末，其通过在对应于所述三维物体的相应层中的横截面的位置上，特别是通过辐射的作用，来选择性凝固所述建筑材料而制造三维物体，其中所述塑料粉末包含聚合物基粒子和微粒添加剂粒子的混合物，和其中选择所述微粒添加剂，以使得所述聚合物基粒子和微粒添加剂的混合物的结晶点与没有所述微粒添加剂的所述聚合物基粒子的混合物的结晶点相比基本上没有增加。2.权利要求1的塑料粉末，其中所述微粒添加剂包含微粒碳材料，优选炭黑和/或石墨，和特别是气黑。3.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其中所述微粒添加剂的平均初级粒子直径处于纳米范围，优选平均初级粒子直径最大500nm，更优选最大250nm，更优选最大100nm。4.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其中所述微粒添加剂包含气黑，其平均初级粒子直径是15
‑
70nm，优选至少26nm和/或最大58nm。5.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其中所述微粒添加剂包含微粒NIR吸收剂，其中所述微粒NIR吸收剂优选在下面的至少一种波长具有吸收：(980
±
10)nm和/或(940
±
10)nm和/或(810
±
10)nm和/或(640
±
10)nm。6.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其处于所述聚合物粒子与所述微粒添加剂的干混物形式，优选均匀的干混物。7.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其中所述微粒添加剂相对于所述聚合物粒子和微粒添加剂总重量的重量份额是0.01％
‑
5％，优选至少0.02％和/或最大2％，更优选最大1％，还更优选最大0.45％。8.根据前述任一项权利要求的塑料粉末，其中所述聚合物基粒子包含作为聚合物材料的选自下面至少一种的至少一种聚合物：聚芳基醚酮(PAEK)、聚芳基醚砜(PAES)、聚酰胺、聚酯、聚醚、聚交酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚苯醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯，优选聚酰胺，进一步优选聚酰胺12、聚酰胺11和/或聚酰胺1012和/或至少一种共聚物，其包括至少一种前述聚合物或者它们的单体单元和/或至少一种聚合物共混物，其包含至少一种所提及的聚合物或者共聚物。9.根据前述任一项权利要求的塑料粉末的制备，其特别是用于如下来增材制造三维物体的方法：通过在对应于所述三维物体的相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：EOS有限公司电镀光纤系统，
类型：发明
国别省市：