用于制造三维多孔结构的方法和系统技术方案

一种用于制造三维多孔结构的方法和系统。将丝状物以预定的互连排列沉积在多个堆叠层中，以形成具有互连的孔的多孔结构。此外，通过照射微波能量穿过所述多孔结构，使多孔结构在加热室中经受热处理(干燥和/或煅烧)，以减少多孔结构的水分、溶剂和/或有机材料、溶剂或有机材料含量。所施加的微波能量基于沉积丝状物的结构上互连的排列来选择，沉积丝状物的结构上互连的排列限定三维多孔结构的孔的形状和尺寸。尺寸。尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造三维多孔结构的方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种用于制造三维(3D)多孔结构的方法和系统。该方法进一步涉及干燥和/或煅烧单元。此外，本专利技术涉及一种干燥和/或煅烧3D制造的多孔结构的方法。此外，本专利技术涉及一种通过基于挤出的增材制造而获得的多孔结构。

技术介绍

[0002]增材制造目前广泛使用，且存在各种技术。增材制造可帮助逐层构建结构，且所制造的结构可用于各种应用。
[0003]基于挤出的增材制造方法已用于制造多孔结构。材料(例如糊状物、聚合物、水凝胶等)通过喷嘴以丝状物的形式挤出。在沉积期间通过使喷嘴相对于打印床相对运动，可获得丝状物的某种排列。在材料挤出期间，丝状物从喷嘴挤出并根据预定图案相对于彼此定位，从而提供所制造的多孔结构的期望性质。铺设图案由打印路径决定且对打印结构的性质具有重大影响。通过这种方式，可获得具有完全互连的孔网络的复杂几何形状和多孔结构，这可能是某些应用所需要的。
[0004]通常在打印多孔结构之后执行干燥和/或煅烧过程。通常，干燥和/或煅烧涉及所形成的多孔结构的热处理干燥和/或煅烧。在该干燥和/或煅烧过程中，减少多孔结构的水分、溶剂和/或有机材料、溶剂和/或有机材料含量。本领域采用主动式干燥工艺和被动式干燥工艺以及各种煅烧工艺。
[0005]包括热处理步骤的干燥和/或煅烧过程可显著影响被干燥的多孔结构的完整性，且这种影响可随着用于实现干燥和/或煅烧的技术或工艺而发生变化。结果，经热处理的干燥的多孔结构可发生变形或甚至损坏。例如，在干燥和/或煅烧过程中，在互连的多孔丝状物结构中可形成裂纹或断裂线。结果，使用传统干燥和/或煅烧过程生产具有高精度和再现性的多孔结构，可能具有挑战性。而且，可能难以预测多孔结构的机械和多孔特性。
[0006]RU2676989公开了一种热塑性介电丝状物的复杂几何形状的结构元件的制造方法，以及一种支撑主要物体的结构，热塑性介电丝状物使用该结构元件的FDM。热塑性材料在打印头中加热到半液态，并通过具有小直径孔的喷嘴作为丝状物挤出。在产品的形成完成之后，产品置于微波电磁场中并暴露于从与微波能量的输入相反的一侧供应的超声波振动能量，目的是增加材料的密度。施加到最终形成的产品的微波电磁场的频率基于所形成的3D产品的厚度。此外，还考虑所打印的构建材料的材料密度，以确定微波电磁场的频率(并因此确定所施加的微波能量)。优选地，使用具体功率为17W/cm3至18W/cm3的微波能量。作为这种处理的结果，各颗粒融合成团块，降低孔隙率并增加密度。因此，RU2676989寻求通过在选择性条件下使3D打印的热塑性材料经受加热时使材料的密度最大化，从而使最终产品的强度最大化。
[0007]需要改进通过基于挤出的打印过程制造的多孔结构的干燥和/或煅烧过程。此外，希望提高打印用于更广泛应用的多孔结构的适用性和打印质量。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种消除上述缺点中的至少一个的方法和系统。
[0009]此外或替代地，本专利技术的目的是改进用于基于挤出的增材制造的多孔结构的干燥和/或煅烧过程。
[0010]此外或替代地，本专利技术的目的是改进通过基于挤出的增材制造过程获得的多孔结构的可打印性和/或打印质量。
[0011]此外或替代地，本专利技术的目的是提高用于制造多孔结构的、基于挤出的增材制造过程的效率。
[0012]为此，本专利技术提供一种制造三维多孔结构的方法，该方法包括：
[0013]提供糊状物组合物，糊状物组合物包含至少一种无机材料的颗粒、至少一种聚合物粘合剂和至少一种溶剂，
[0014]将糊状物组合物的丝状物以预定的互连排列沉积在多个连续堆叠的层中，以形成在丝状物之间具有互连的孔的三维多孔结构，
[0015]随后通过照射微波能量穿过所述多孔结构，使多孔结构经受热处理来干燥所沉积的三维多孔结构，其中在热处理期间采用的所施加的微波能量基于丝状物的结构上互连的排列来选择，丝状物的结构上互连的排列限定三维多孔结构的孔的形状和尺寸。
[0016]在优选实施例中，丝状物由糊状物组合物，特别是包含颗粒状材料、粘性粘合剂和/或一些有机材料的糊状物来生产，糊状物组合物为粘性糊状物，粘性粘合剂通常将含有一些水和/或溶剂。
[0017]采用微波干燥和/或煅烧来从所打印的多孔结构去除水分、溶剂和/或有机材料。干燥和/或煅烧过程可旨在对所打印的多孔结构进行干燥和/或煅烧，目的是将丝状物干燥和/或煅烧至期望程度，而不会对所打印的多孔结构的物理、化学、几何形状或相关性质造成不利影响。在替代实施例中，干燥和/或煅烧过程可旨在对所打印的多孔结构进行干燥和/或煅烧，目的是使丝状物在期望位置处断裂。
[0018]微波干燥和/或煅烧提供有利的结果，原因是所打印的结构通过将糊状物组合物的互连的丝状物以预定的排列沉积在多个连续堆叠的层中，使彼此相距一定距离来获得。所打印的结构是多孔的，在丝状物之间具有互连的孔(通道)。微波不仅可更深地穿透多孔结构，而且微波能够穿透制作丝状物所用的材料，从而使水分、溶剂和/或有机材料、溶剂和/或有机材料或其降解产物可通过丝状物中的孔和通向多孔结构的外表面的互连的孔逸出。
[0019]多孔结构的微波干燥和/或煅烧提供具有多种优势的高性能干燥和/或煅烧过程，这些优势包括快速的干燥和/或煅烧速率以及提高3D打印的多孔结构的产品质量。快速干燥很重要，原因是快速干燥有助于更好地保留3D打印结构的形状、减少收缩和裂纹的形成，且更好地保留机械强度和机械性质。快速干燥还可更好地保留3D打印结构的孔隙率。
[0020]将丝状物以互连排列沉积在多个堆叠层中，以形成具有互连的孔的多孔结构的方式与微波干燥和/或煅烧的条件相关。更具体地，施加在多孔结构上的微波能量与多孔结构的互连的丝状物的特定排列以及丝状物的性质，特别是丝状物的厚度、材料组分、孔隙率、溶剂亲和力等相关。通过这种方式，可根据所打印的多孔结构的特性来获得定制微波干燥和/或煅烧。有利地，通过这种方式，为了干燥和/或煅烧而施加的微波能量适合于多孔结
构，且可实现改进的干燥和/或煅烧过程。结果，在干燥和/或煅烧过程的热处理期间造成不利影响的风险也会显著降低。
[0021]在微波干燥和/或煅烧过程中考虑与丝状物本身以及丝状物以互连排列的沉积相关的信息。所施加的微波能量基于所打印的多孔结构和制作丝状物所用的材料以及水分、溶剂和/或有机材料含量来确定。例如丝状物可含有水分排出剂、溶剂和/或有机材料排出剂。在一些示例中，丝状物由粘性糊状物制成。
[0022]构建材料(例如糊状物、悬浮液等)可通过喷嘴挤出，以进行三维丝状物沉积。所沉积的丝状物可形成分层网络。例如这些层可以在彼此的顶部上连续地打印，得到由连续层的堆叠形成的结构。丝状物相对于彼此间隔开，以在丝状物之间限定通道。因此通过这种方式可获得具有孔的多孔结构。所施加的微波能量可基于挤出构建材料所用的图案来选择。该图案可限定多孔结构的孔隙率和/或密度，这可能需要不同的微波干燥和/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】1.一种制造三维多孔结构的方法，所述方法包括：提供糊状物组合物，所述糊状物组合物包含至少一种无机材料的颗粒、至少一种聚合物粘合剂和至少一种溶剂，将所述糊状物组合物的丝状物以预定的互连排列沉积在多个连续堆叠的层中，以形成在所述丝状物之间具有互连的孔的三维多孔结构，随后通过照射微波能量穿过所述多孔结构，使所述多孔结构经受热处理来干燥所沉积的三维多孔结构，其中，在所述热处理期间采用的所施加的微波能量基于所述丝状物的结构上互连的排列来选择，所述丝状物的结构上互连的排列限定所述三维多孔结构的孔的形状和尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所施加的微波能量至少基于形成所述三维多孔结构的所述丝状物的相对空间定位和定向来选择。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所施加的微波能量基于由所述丝状物之间的孔产生的、所述多孔结构的宏观孔隙率来选择。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所施加的微波能量基于以下至少一项来选择：丝状物到丝状物的距离、丝状物铺设图案、丝状物放置相互关系、由所述丝状物形成的几何图案、或者所述丝状物在所述连续堆叠的层中的铺设角度。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在施加所述微波能量的过程中，使所述多孔结构稳定而不振动。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在加热室中执行所述热处理，以减少所述糊状物组合物中含有的、能通过微波去除的内容物的量，所述内容物特别是水分、溶剂和/或有机材料。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所施加的微波能量基于以下至少一项来选择：所述溶剂对所述糊状物组合物的一种或多种组分的亲和力、所述糊状物组合物、所述溶剂的性质、所述三维多孔结构中所述溶剂、水分和有机材料中的一种或多种的浓度。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔结构为网格、格子结构、丝状物网络、支架、丝状物框架、丝状物图案化排列中的一种或多种。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所施加的微波能量通过调节以下至少一项来控制：所述微波能量的微波频率、微波功率、照射持续时间或功率分布。10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述功率分布配置成向脉冲式微波提供间歇性微波操作，所述间歇性微波操作包括在预定时间间隔内的开启循环和关闭循环。11.根据权利要求10所述的方法，其中，连续的微波脉冲具有相同或不同的时间长度。12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述微波能量的功率分别脉冲式开启0.1秒至10分钟或至5分钟，优选地脉冲式开启0.1秒至2.5分钟，更优选地脉冲式开启0.1秒至60秒以及关闭0.1秒至5分钟，优选地关闭0.1秒至2.5分钟，更优选地关闭0.1秒至60秒即0.1至60秒。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述微波能量在连续的循环中施加，并且其中，在第一循环中施加的微波能量不同于在与所述第一循环连续的第二循环中施加的微波能量。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述热处理包括多个微波干燥和/
或煅烧阶段，其中，在第一阶段中，所述微波能量具有第一微波功率，所述第一微波功率具有第一能量密度，并且其中，在接连的第二阶段中，所述微波能量具有第二微波功率，所述第二微波功率具有第二能量密度，所述第一能量密度低于所述第二能量密度。在描述中，烧结分离步骤是传统烘箱，快速干燥保持形状不收缩，由于快速干燥而避免了裂纹影响强度，快速干燥以保持更多孔隙率，然后在干燥期间使结构发泡。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过所施加的微波能量将所述多孔结构从初始温度加热到升高的温度，其中，控制所述微波能量以使所述升高的温度保持低于所述多孔材料的特定形态变化温度或相变温度。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用温度传感器监测所述多孔结构的温度，所述温度传感器优选地是红外温度传感器，其中，提供具有温度反馈的控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾斯珀，
申请(专利权)人：威拓控股有限公司，
类型：发明
国别省市：