热稳定的物件的三维喷墨列印制造技术

提供了一种可用在三维物件的积层制造中的配方系统，及应用所述配方系统的积层制造程序，所述三维物件在其至少一部份中，包括：含有氰酸酯的一聚合物网络。亦提供了可通过所述积层制造获得的物件，与含有所述配方系统的套组。所述配方系统包括一第一建模材料配方及一第二建模材料配方，所述第一建模材料配方包括一第一可固化材料，所述第一可固化材料是一可热固化的氰酸酯，所述第二建模材料配方包括用于促进所述氰酸酯的聚合的一活化剂且缺乏所述第一可固化材料，且所述配方系统进一步包括不同于所述第一可固化材料的一第二可固化材料，及可选地包括用于促进所述第二可固化材料的硬化的一试剂。的硬化的一试剂。的硬化的一试剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热稳定的物件的三维喷墨列印
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请自申请日为2018年9月28日的美国临时专利申请第62/738,084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，是关于三维列印及，更特定地但非排除性地，关于应用可热固化的氰酸酯的三维喷墨列印的数个方法，及是关于通过这些方法获得的物件。
[0005]三维(3D)喷墨列印是一已知的程序，用于根据预先决定的影像资料，通过经由数个喷墨列印头喷嘴，将(数个)建构材料配方以连续的数个层体的形式选择性地喷射至一列印托盘上而建构三维物件。3D喷墨列印是通过(数个)建构材料配方的逐层喷墨沉积而被执行。因此，一个或更多个建构材料配方是以数个微滴的形式自具有一组数个喷嘴的一配发头被配发，以在一接收介质上形成数个层体。所述数个被配发的层体中的各者可以接着使用一适宜的方法独立地被固化(cured)或固体化(solidified)，以形成所述建构材料的经固化的或部分固化的数个层体。
[0006]所述(数个)建构材料配方可以最初是液体且随后被硬化(固化或固体化)以形成所需的层体形状。所述硬化可以是举例而言，通过将所述建构材料暴露于一固化条件而被实现，举例而言，通过暴露于一固化能量，比如热能(例如，通过加热所述建构材料)或辐射照射(例如，紫外线(UV)或其他光辐射照射)，或暴露于化学活化，举例而言，通过暴露于促进固化的一化学试剂(例如，一酸或碱活化)。
[0007]被应用在3D喷墨列印程序中的配方因此是被选择以符合程序的要求，亦即，在喷射时展现一适宜的黏滞度(因此在喷射条件下是不可固化的)及典型地当在所述接收介质上暴露于一刺激(一固化条件)时迅速(例如，在数毫秒或数秒内)固化或固体化。所述数个建构材料可以包括数个建模材料与数个支撑材料，所述数个建模材料与所述数个支撑材料分别形成所述物件及可选地形成在所述物件被建构时支撑所述物件的暂时支撑构造。所述建模材料(可以包括一个或更多个材料)构成所欲的物件/数个物件，且所述支撑材料(可以包括一个或更多个材料)在有或无建模材料元素下被使用，举例而言，在物件包括悬垂(overhanging)特征或形状，比如弯曲的几何结构、负角度、空洞等，的案例中被使用，以在建构时对所述物件的数个特定区域提供支撑结构，及确保后续的数个物件层体的足够的垂直位置。
[0008]所述数个建模材料及数个支撑材料两者皆优选地是形成自各自的数个配方，所述数个配方在它们被配发的工作温度是液态的，及接着(典型地在暴露于影响所述数个材料的硬化的一条件时)被硬化，以形成所需的层体形状。在列印完成后，若支撑结构存在，所述支撑结构被移除，以显露所述被制造的3D物件的最终形状。
[0009]为了与在一3D喷墨列印系统中被应用的大部分市售列印头兼容，未固化的建构材料应以下列特性为特征：在所述工作(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。
[0010]为了确保形成所述最终物件的所述经硬化建模材料的可用性，所述经硬化建模材料应优选地展现高于室温的热变形温度(heat deflection temperature，HDT)。可欲地，所述经硬化的建模材料应展现至少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是可欲的。在大多数案例中，所述物件展现相对高的艾氏冲击值(Izod Notched impact)是可欲的，例如，高于50焦耳/公尺或高于60焦耳/公尺。
[0011]有各种三维喷墨列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7,183,335号、第7,209,797号、第7,225,045号、第7,300,619号、第7,479,510号、第7,500,846号、第7,962,237号及第9,031,680号中，以上所有均由相同专利权人揭示，及其内容在此通过引用被并入本文中。
[0012]数个积层制造(AM)程序，包括三维喷墨列印，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，所述设备具有数个列印头、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，所有列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，所述数个列印头的一个或更多个在一单一建构扫描循环中或所述建构扫描循环的一部份中不运作。
[0013]在一3D喷墨列印程序，比如Polyjet
TM
(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列印头选择性地被喷射，及被沉积到一制造托盘上。
[0014]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及构成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。
[0015]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
科技的其它优势是非常高的列印解析度，高至14微米层体高度，及在一单一物件中同时列印多个材料的能力。此多材料3D列印程序经常用于由具有不同刚性、表现、色彩或透明度的元素组成的复杂零件与结构的制造。在体素层级被编程的新系列的材料可以通过Polyjet
TM
列印程序，仅使用少数起始材料被创造。
[0016]由本专利权人揭示的国际专利申请公开第WO 2013/128452号，揭示一种多材料方法，所述方法涉及一可阳离子聚合的系统及/或一可自由基聚合的系统的两个组成的分别喷射，所述两个组成在所述列印托盘上混合，导致类似于所述两个组成在喷射前预混的一聚合反应，而防止所述两个组成在所列印头喷嘴盘上提早聚合。
[0017]直至今日，多数3D喷墨方法应用可光聚合的材料与光诱发固化，典型地是紫外线固化，因此窄化了可以在此科技中被应用的材料与化学反应的选择。当前被用在举例而言，一“PolyJet
TM”科技(斯特拉塔西斯公司(Ltd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】1.一种通过三维喷墨列印制造一三维物件的方法，所述物件，在所述物件的至少一部分中，包括一含有氰酸酯的聚合物网络，其特征在于：所述方法包括步骤：以一经配置模式依序形成对应于所述物件的形状的数个层体，从而制造所述物件，其中所述数个层体的至少一部份的一形成包括：配发一第一建模材料配方及一第二建模材料配方，所述第一建模材料配方包括一第一可固化材料，所述第一可固化材料是一可热固化的氰酸酯，所述第二建模材料配方包括用于促进所述氰酸酯的聚合的一活化剂且缺乏所述第一可固化材料，所述至少两个建模材料配方进一步包括不同于所述第一可固化材料的一第二可固化材料，且可选地包括用于促进所述第二可固化材料的硬化的一试剂，从而制造所述三维物件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一及第二建模材料配方中的各者的一黏滞度于68℃下不超过50cps或40cps或30cps。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括步骤：将所述数个层体中的各者暴露于一第一固化条件，所述第一固化条件是用于实现所述第二可固化材料的硬化。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述第一固化条件不包括热能的施加。5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述第一可固化材料及所述第一固化条件是使得所述氰酸酯的聚合的一程度不多于20％。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法进一步包括步骤：将所述数个层体暴露于一第二固化条件，从而实现所述可热固化的氰酸酯的聚合，所述第二固化条件包括热能。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述数个层体的所述至少一部份的一形成包括步骤：重复所述至少两个建模材料配方的所述配发，及所述数个层体于所述第一固化条件的所述暴露；及将所述数个层体集体地暴露于所述第二固化条件。8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述第二固化条件包括在至少80℃的一温度加热所述数个层体，持续至少1小时的一时间段。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于：所述第一建模材料配方包括所述第一可固化材料及用于促进所述第二可固化材料的聚合的所述试剂。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二建模材料配方包括所述第二可固化材料及用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二可固化材料是一可光固化的材料，优选地是一可紫外线固化的材料。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述第一固化条件包括辐射照射，优选地是紫外线辐射照射。13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：用于促进所述第二可固化材料的硬化的所述试剂是一光引发剂。14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于：所述可光固化的材料的特征为当被硬化时至少150℃的玻璃转化温度。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二可固化材料是一丙烯酸材料或包括一丙烯酸材料。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述丙烯酸材料包括一双官能基丙烯酸材料及/或多官能基丙烯酸材料。17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其特征在于：所述第二可固化材料的特征为当被硬化时高于100℃或高于150℃的玻璃转化温度。18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于：在所述暴露于所述第一固化条件时及/或在暴露于所述第二固化条件时，用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂是可活化的。19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于：在暴露于所述第一固化条件及/或暴露于所述第二固化条件之前，用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂对促进所述氰酸酯的聚合是非活化的或是部分活化的。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：所述至少两个配方进一步包括：一试剂，所述试剂活化用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂。21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：在暴露于所述第一固化条件及/或暴露于所述第二固化条件时，所述试剂活化用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂。22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，其特征在于：用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂包括一亲核性基团。23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述亲核性基团是巯基。24.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述亲核性基团是胺。25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述胺是选自于一一级胺、一二级胺及一级胺与二级胺的一组合。26.如权利要求24或25所述的方法，其特征在于：用于促进所述氰酸酯的聚合的所述试剂是一芳香胺。27.如权利要求1至25...

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