【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容大体上涉及增材制造，更具体而言，涉及使用粉末床融合(pbf)和类似的颗粒固结方法的增材制造方法，例如使用选择性激光烧结以生产复杂物体以及使用其中所用的颗粒组合物的那些方法。
技术介绍
1、增材制造，也称为三维(3d)打印，是快速增长的
虽然增材制造传统上用于快速原型制作活动，但是该技术正被越来越多地用于生产具有许多复杂形状的商业和工业部件(打印物体)。增材制造方法通常通过逐层沉积1)沉积熔融打印材料或其他打印材料的液态前体的料流、或2)打印材料的粉末颗粒来操作。逐层沉积通常在计算机的控制下进行，以基于待制造部件的数字三维“蓝图”(计算机辅助设计模式)将打印材料沉积和固结在精确位置。粉末颗粒的固结可以在经过逐层沉积的流化床中进行，其使用了三维打印体系利用激光或电子束加热粉末床的精确位置，由此固结特定的粉末颗粒以形成具有所需形状的部件。选择性激光烧结(sls)采用激光以通过定点加热来促进粉末颗粒固结。其他的适用于通过定点加热来促进粉末颗粒固结的技术包括例如粉末床融合(pbf)、电子束熔融(ebm)、粘结剂喷射和多射流熔融(mjf)。
2、可用于三维印刷的粉末颗粒包括那些包含热塑性聚合物的粉末颗粒。尽管已知多种热塑性聚合物，但是相对较少的热塑性聚合物具有与当前的三维打印技术兼容的性质，特别是在选择性激光烧结和类似技术的情况下进行颗粒固结的时候。适合在选择性激光烧结的情况下进行固结的热塑性聚合物包括在熔化开始和结晶开始之间具有显著差异的那些，这可以促进良好的结构和机械完整性。目前在三维打印方法中使用的许多热
3、通过颗粒固结可以制造具有不同形状的各种部件。在许多情况下，所使用的热塑性聚合物的本质在很大程度上可能是结构性的，而不是热塑性聚合物本身固有的功能性。一个例外是导电聚合物的导电性较弱。另一个例外是压电功能性，它可能存在于由β型聚偏二氟乙烯(pvdf)形成的打印物体中，pvdf是一种在极化时具有固有压电性的聚合物。压电材料在机械应变下产生电荷，或者相反地，当向其施加电势时发生机械应变。压电材料的潜在应用包括感测(例如压力感测)、切换、驱动和能量收集。
4、除聚偏二氟乙烯外，用于通过任何类型的增材制造技术形成具有压电特性的印刷部件的压电聚合物的选择相当有限。此外，与其他类型的压电材料相比，聚偏二氟乙烯的压电性是相当低的。许多具有高的压电性的陶瓷材料都是可用的，例如锆钛酸铅(pzt)，但它们本身作为粉末颗粒是无法打印的，并且通常非常脆。此外，在主要沉积压电陶瓷后，可能需要高烧结温度(>300℃)来促进部件固结。这些缺点可能限制了通过现有增材制造方法可获得的具有压电响应的打印部件的范围。
5、复合材料中的聚合物和压电颗粒的混合物尚未在打印部件中获得高的压电性能。在许多情况下，这归咎于压电颗粒在聚合物中的分散性差、压电颗粒团聚以及压电颗粒与聚合物之间的相互作用有限。不囿于任何理论，压电颗粒和聚合物之间有限的相互作用导致向压电颗粒的载荷传递不良，从而降低了施加机械应变时从中获得的压电响应。颗粒团聚也可能在这方面起到作用。这些困难会进一步加剧，因为将聚合物复合材料制成适用于与基于颗粒的三维打印方法所兼容的颗粒形状是困难的。
技术实现思路
1、本专利技术提供了适用于增材制造的颗粒组合物。该颗粒组合物包含：含有热塑性聚合物和多个压电颗粒的多个粉末颗粒，其中压电颗粒位于(i)在粉末颗粒的外表面处的热塑性聚合物中，(ii)在粉末颗粒的核内，或(iii)它们的组合。
2、本公开还提供使用颗粒组合物形成的打印物体。打印物体包括：通过颗粒固结形成的并且包含热塑性聚合物的聚合物基体；以及位于聚合物基体中的多个压电颗粒。
3、本公开还提供了通过粉末床熔合(例如通过选择性激光烧结)形成打印物体的方法。该方法包括：使包含含有热塑性聚合物和多个压电颗粒的多个粉末颗粒的颗粒组合物沉积在粉末床中，其中压电颗粒位于(i)在粉末颗粒的外表面处的热塑性聚合物中，(ii)在粉末颗粒的核内，或(iii)它们的组合；并且使粉末床中的多个粉末颗粒的一部分固结以形成打印物体。
4、本公开还提供了用于形成适合于增材制造的颗粒组合物的方法。该方法包括：提供包含热塑性聚合物和分布在该热塑性聚合物中的多个压电颗粒的复合材料；在等于或高于热塑性聚合物的熔点或软化温度的加热温度下将复合材料在载流体中合并；其中热塑性聚合物和载流体在加热温度下基本上不混溶；在加热温度下施加足够的剪切力以将热塑性聚合物分散为含有压电颗粒的液化液滴；在形成液化液滴后，将载流体至少冷却到这样的温度，在该温度下粉末颗粒为固化状态的形式，该粉末颗粒包含热塑性聚合物和至少一部分的压电颗粒，其中压电颗粒位于(i)在粉末颗粒的外表面处的热塑性聚合物中，(ii)在粉末颗粒的核内，或(iii)它们的组合；以及将粉末颗粒与载流体分离。
5、可替代地，用于形成适合于增材制造的颗粒组合物的方法包括：在等于或高于热塑性聚合物的熔点或软化温度的加热温度下，将热塑性聚合物与多个压电颗粒在载流体中合并；其中热塑性聚合物和载流体在加热温度下基本上不混溶；在加热温度下施加足够的剪切力以将热塑性聚合物分散为含有压电颗粒的液化液滴；在形成液化液滴后，将载流体至少冷却到这样的温度，在该温度下粉末颗粒为固化状态的形式，该粉末颗粒包含热塑性聚合物和至少一部分的压电颗粒，其中压电颗粒位于(i)在粉末颗粒的外表面处的热塑性聚合物中，(ii)在粉末颗粒的核内，或(iii)它们的组合；以及将粉末颗粒与载流体分离。
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1.一种颗粒组合物，其包含：
2.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其还包含：
3.根据权利要求2所述的颗粒组合物，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
4.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
5.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中由粉末颗粒形成的单层薄膜在极化后在约200微米的膜厚度下具有约1pC/N或更大的d33值，如使用APC国际宽范围d33测量仪所测量的。
6.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
7.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中粉末颗粒包含约5体积％至约85体积％的压电颗粒。
8.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(SIS)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(SBS)、高抗冲聚苯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙
9.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒包括选自以下的压电材料：锆钛酸铅、掺杂的锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌镁酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠、钛酸钙铜、钛酸铋钠、磷酸镓、石英、电气石及其任意组合。
10.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中粉末颗粒的尺寸为约1μm至约500μm。
11.一种打印物件，其包含：
12.根据权利要求11所述的打印物件，还包含：
13.根据权利要求12所述的打印物件，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
14.根据权利要求11所述的打印物件，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
15.根据权利要求11所述的打印物件，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
16.根据权利要求11所述的打印物件，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(SIS)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(SBS)、高抗冲聚苯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲醛、聚醚醚酮、聚醚芳基酮、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚(四氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、它们的任何共聚物、以及它们的任何组合。
17.根据权利要求11所述的打印物体，其中压电颗粒包括选自以下的压电材料：锆钛酸铅、掺杂的锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌镁酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠、钛酸钙铜、钛酸铋钠、磷酸镓、石英、电气石及其任意组合。
18.一种增材制造方法，其包括：
19.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中多个粉末颗粒还包含被布置在多个粉末颗粒中的每一个的外表面上的多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒包含多个氧化物纳米颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯或其任何组合。
20.根据权利要求19所述的增材制造方法，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
21.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
22.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
23.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(SIS)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(SBS)、高抗冲聚苯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种颗粒组合物，其包含：
2.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其还包含：
3.根据权利要求2所述的颗粒组合物，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
4.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
5.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中由粉末颗粒形成的单层薄膜在极化后在约200微米的膜厚度下具有约1pc/n或更大的d33值，如使用apc国际宽范围d33测量仪所测量的。
6.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
7.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中粉末颗粒包含约5体积％至约85体积％的压电颗粒。
8.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(sis)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(sebs)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(sbs)、高抗冲聚苯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲醛、聚醚醚酮、聚醚芳基酮、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚(四氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、它们的任何共聚物、以及它们的任何组合。
9.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中压电颗粒包括选自以下的压电材料：锆钛酸铅、掺杂的锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌镁酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠、钛酸钙铜、钛酸铋钠、磷酸镓、石英、电气石及其任意组合。
10.根据权利要求1所述的颗粒组合物，其中粉末颗粒的尺寸为约1μm至约500μm。
11.一种打印物件，其包含：
12.根据权利要求11所述的打印物件，还包含：
13.根据权利要求12所述的打印物件，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
14.根据权利要求11所述的打印物件，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
15.根据权利要求11所述的打印物件，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
16.根据权利要求11所述的打印物件，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(sis)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(sebs)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(sbs)、高抗冲聚苯乙烯、聚苯乙烯、热塑性聚氨酯、聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(abs)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(乙烯基吡咯烷酮-乙酸乙烯酯)、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲醛、聚醚醚酮、聚醚芳基酮、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚(四氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)、它们的任何共聚物、以及它们的任何组合。
17.根据权利要求11所述的打印物体，其中压电颗粒包括选自以下的压电材料：锆钛酸铅、掺杂的锆钛酸铅、钛酸钡、钛酸铅、铌镁酸铅、铌镁酸铅-钛酸铅、铌酸钾钠、钛酸钙铜、钛酸铋钠、磷酸镓、石英、电气石及其任意组合。
18.一种增材制造方法，其包括：
19.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中多个粉末颗粒还包含被布置在多个粉末颗粒中的每一个的外表面上的多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒包含多个氧化物纳米颗粒、炭黑、碳纳米管、石墨烯或其任何组合。
20.根据权利要求19所述的增材制造方法，其中多个氧化物纳米颗粒包含多个二氧化硅纳米颗粒。
21.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中压电颗粒是基本上非团聚的。
22.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中压电颗粒具有约10微米或更小的平均粒径。
23.根据权利要求18所述的增材制造方法，其中热塑性聚合物包含选自以下的聚合物：聚酰胺、聚己内酯、聚乳酸、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(sis)、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(sebs)、聚(苯乙烯-丁烯-苯乙烯)(sbs...
【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·韦拉，A·瓦西里奥，朱昱洁，E·G·兹瓦兹，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：
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