从热固性材料制造三维物体制造技术

本发明专利技术涉及从热固性材料制造三维物体。本发明专利技术提供了一种包含第一反应性组分和第二反应性组分的热固性体系，其中所述第一反应性组分包含多元醇和胺预聚物、快反应物和慢反应物，其中所述第一反应性组分包含1％至10％的快反应物和1％至75％的慢反应物，其中快反应物在混合后1秒内反应足够快以增加粘度，并且其中慢反应物在沉积后反应，以及其中所述第二反应性组分包含64％至83.6％的异氰酸酯预聚物和16.4％至36％的单体异氰酸酯。该系统能够快速、可靠、准确和经济地设计并制备由热固性起始材料制成的三维塑料部件。起始材料制成的三维塑料部件。起始材料制成的三维塑料部件。

【技术实现步骤摘要】
从热固性材料制造三维物体
[0001]本申请为国际申请PCT/US2017/064941于2019年6月4日进入中国国家阶段、申请号为201780075046.1、专利技术名称为“从热固性材料制造三维物体”的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求2016年12月6日提交的序号62/430,919的美国临时申请和2017年6月23日提交的序号62/524,214的美国临时申请的权益，所述美国临时申请中的每一个通过引用并入本文。


[0004]本专利技术包括但不限于使用热固性组合物、例如但不限于聚氨酯进行三维打印的配制物和方法。

技术介绍

[0005]熔丝制造(FFF)，在本领域中也称为热塑性挤出、喷塑印刷(PJP)、熔丝法(FFM)或熔化沉积成型，是一种增材制造工艺，其中将材料逐层挤出到平台上以形成三维产物。通常，FFF使用熔融的热塑性材料，其被挤出到温度较低的平台上。三维打印(“3D打印”)经常使用支撑结构，所述支撑结构在部件完成后易于从部件上溶解或移除。使用热塑性塑料的现有FFF技术的缺点包括但不限于打印材料性质、打印方向强度单一，耐久性有限，和柔软性有限。相比之下，本文所述的热固性材料尚未用于FFF，因为在固化之前，单体是低粘度液体，并且在沉积时，固化性液体流动或碎裂成液滴，导致成品部件质量低下和不理想的低分辨率。在实践中，尝试用热固性材料打印已需要添加填料(例如无机粉末或聚合物)以在树脂完全固化之前在树脂中诱导触变行为。这些解决方案会影响被打印部件的最终性质。其它问题包括被打印部件中的分辨率控制差以及经常堵塞混合系统。

技术实现思路

[0006]本公开提供了对上述问题和/或缺点中的一个或多个的解决方案。本文所述的增材制造工艺可称为挤出热固性打印(ETP)。
[0007]用于本文时，术语“热固材料”、“热固性产物”和“热固性材料”可互换使用，并且是指形成共价键合的交联或聚合网络的至少两种化学物质的反应产物。与热塑性塑料相对，本文所述的热固性产物可以不可逆地固化或凝固。
[0008]在某些实施方式中，本文所述的固体聚合物(例如，聚氨酯)是弹性体。弹性体是当施加应力时可变形、但在去除应力后保持其原始形状的聚合物(例如，聚氨酯)。
[0009]用于本文时，术语“层”是指已从挤出喷嘴挤出并沉积在例如基底上的一股热固性产物。层最初是部分反应的热固性产物，并固化而变成完全反应的热固性产物。
[0010]用于本文时，术语“部分反应的热固性产物”是指共价键合的交联或聚合物网络，其仍具有反应性，例如，其仍具有羟基、胺和/或异氰酸酯官能度，在滴定中提供可测量的羟基值、NH值或NCO值。在另一个实施方式中，部分反应的热固性产物是粘度低于3,000,000cp
的热固性产物。在一个实施方式中，部分反应的热固性产物是分子量不大于100,000g/mol的热固性产物。完全反应的热固性产物是共价键合的交联或聚合网络，其不具有可测量的反应性基团(例如，羟基、胺或异氰酸酯官能度)。在另一个实施方式中，完全反应的热固性产物是这样的产物，即其是固体并且不具有可测量的粘度。
[0011]层分辨率是层的剖面(例如，高度)。例如，从直径为1毫米(mm)的喷嘴挤出层，导致层分辨率为1毫米(例如，1毫米高)。用于本文时，术语“预定的层分辨率”是指层的所述高度，并且可以基于打印基底上方的喷嘴高度和用于挤出层的喷嘴的尺寸。“预定的层分辨率”包括在从喷嘴挤出热固性产物层之后层的铺展公差。在一些实施方式中，层沉积在基底或另一个层上之后它的铺展可导致其高度自所述层沉积在基底上时起降低。在一个实施方式中，层可以铺展成使得所述层的高度减小不大于所述层挤出时高度的1％，不大于5％，不大于10％，不大于15％，不大于20％，不大于25％，不大于30％，不大于50％。或不大于75％。例如，高度为1mm的层可以铺展成使得所述层的高度减小不大于5％，导致层的高度为0.95mm至1mm。所述铺展量在层的热固性材料完全反应时被确定。预定的层分辨率可以通过在基底上方喷嘴的高度、通过喷嘴直径或其组合来控制。在一个实施方式中，预定的层分辨率由在基板上方喷嘴的高度或喷嘴直径中的较小者控制。合适的喷嘴包括但不限于尖端处的内径为0.01至2mm、或当使用非圆形喷嘴时具有相等横截面积的喷嘴。
[0012]用于本文时，术语“预定形状分辨率”是指使用本文描述的方法制造的三维物体(3D物体)的形状。
[0013]本专利技术人在此发现，因为可商购的热固性起始材料混合后的初始粘度太低、并且可商购的热固性起始材料被设计成允许反应混合物流动并填充模具而存在问题。然而，这与ETP 3D打印所需要的相反。本文提供了一种通过形成连续的固化热固性材料层来产生3D物体的方法和系统，每个连续层与先前沉积的层形成共价键并粘附到其上，以限定具有预定形状分辨率的所需3D物体。使用本文描述的技术可以创建许多类型的物体形式。通过使用计算机的功能来帮助生成编程的命令、然后将程序信号发送到物体形成子系统，更容易创建复杂的形式。用于将三维物体从CAD文件转换为“slicer”STL文件以限定所述物体的层的开源软件包和控制打印机的软件是技术人员可用并且常规使用的。可以获得这种复杂形式的几何形状，其不容易用模具构造。在一个实施方式中，层之间的共价键由在部分反应的热固性产物之间形成的键组成，例如，在所述方法期间不添加粘合剂并且在创建所述物体期间沉积的层之间不存在粘合剂。在一个实施方式中，复杂的几何形状可以在单个工艺步骤中建造，而无需首先构建多个必须组装和接合在一起的部件。在另一个实施方式中，具有不同材料性质的区域的部件可以在单个工艺中建造，而无需首先从各种材料建造多个部件，然后组装并接合在一起。
[0014]在一个广义的方面，本专利技术提供了一种使用ETP从形成热固性产物的反应性组分创建三维物体的方法，所述方法包括：提供第一和第二反应性组分，其具有的分子量和粘度在所述方法期间有效形成给定的部件分辨率，例如预定的层分辨率；将所述第一和第二反应性组分引入混合室，在混合室中发生混合，并且其中所述第一和第二反应性组分在所述混合室和/或挤出喷嘴中具有有效满足所需的预定层分辨率的停留时间，其中所述第一和第二反应性组分在所述混合室中具有不足以完全反应的停留时间，使得所述第一和第二反应性组分的混合物在所述混合室中形成部分形成的热固性组合物，例如部分反应的热固性
产物；将所述部分反应的热固性产物通过挤出喷嘴挤出所述混合室外并挤到基底上、例如台或先前形成并部分反应的热固性产物的层上；以及使所述挤出喷嘴和/或所述基底(相对于彼此)移动，以顺序地沉积部分反应的热固性产物的层，形成具有预定形状分辨率的3D物体。在一个实施方式中，将部分反应的热固性产物通过挤出喷嘴挤出混合室外并挤到预先形成并完全反应的热固性产物的层上。
[0015]在一个广义的方面，本公开提供了一种使用ETP从形成热固性产物的反应性组分创建3D物体的方法，所述方法包括：提供第一和第二反应性组分，其在所述方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包含第一反应性组分和第二反应性组分的热固性体系，其中所述第一反应性组分包含多元醇和胺预聚物、快反应物和慢反应物，其中所述第一反应性组分包含1％至10％的快反应物和1％至75％的慢反应物，其中快反应物在混合后1秒内反应足够快以增加粘度，并且其中慢反应物在沉积后反应，以及其中所述第二反应性组分包含64％至83.6％的异氰酸酯预聚物和16.4％至36％的单体异氰酸酯。2.一种包含第一反应性组分和第二反应性组分的热固性体系，其中所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔拉，
申请(专利权)人：彩色三D材料公司，
类型：发明
国别省市：