用于增材制造的包含金属前体的聚合物长丝及其相关方法技术

本发明专利技术题为“用于增材制造的包含金属前体的聚合物长丝及其相关方法”。可以采用增材制造工艺，诸如熔丝制造，来形成一系列形状的打印物体。有时期望在打印物体的表面上形成导电迹线。导电迹线和类似特征可结合熔丝制造工艺而引入，其通过以下方式实现：将金属前体掺入到聚合物长丝中，该聚合物长丝具有包含热塑性聚合物的长丝主体；并且通过逐层沉积由聚合物长丝形成打印物体，其中在形成打印物体时，金属前体保持基本上未转化为金属。与熔丝制造相容的合适的聚合物长丝可包含限定长丝主体的热塑性聚合物以及接触长丝主体的金属前体，其中金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物。属岛状物。属岛状物。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造的包含金属前体的聚合物长丝及其相关方法


[0001]本公开一般涉及增材制造，并且更具体地涉及通过熔丝制造进行的增材制造方法，其中在打印过程中掺入能够通过激光照射被活化的金属前体。

技术介绍

[0002]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任何数量的复杂形状的商业零件和工业零件(物体)。增材制造方法是通过逐层沉积以下物质中的任一者而操作的：1)由连续长丝获得的熔融打印材料流，或2)打印材料的粉末颗粒。逐层沉积通常在计算机的控制下进行，以基于待制造零件的数字三维“蓝图”(计算机辅助设计模型)将打印材料沉积在精确位置，其中打印材料的固结与沉积结合进行以形成打印零件。形成打印零件的主体的打印材料在本文中可被称为“构建材料”。
[0003]采用熔融打印材料流来形成零件的增材制造方法通常利用热塑性聚合物长丝作为熔融打印材料的来源。此类增材制造方法有时被称为“熔融沉积成型”或“熔丝制造”方法。在本文中使用了后一术语。
[0004]采用打印材料的粉末颗粒的增材制造方法通常在打印材料沉积之后在颗粒床的选定位置执行直接加热以促进粉末颗粒局部聚结成固结零件。适用于促进粉末颗粒固结以形成固结零件的技术包括例如粉末床融合(PBF)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔融(EBM)、粘结剂喷射和多射流熔融(MJF)。
[0005]可使用这两种类型的增材制造方法来制造具有各种形状的各种零件。与这两种类型的增材制造方法相关联的一个特征是，为了“以增材方式”制造零件，必须存在基础结构，在该基础结构上沉积打印材料以实现零件的逐层积聚。可将打印零件的初始层沉积在三维打印机的打印床(床板)上，然后可将后续层沉积在初始沉积层上。就粉末沉积工艺而言，后续层可由粉末床的下面层支撑，该下面层可被固结以形成零件的一部分或保持不固结。相比之下，通过沉积熔融打印材料诸如通过熔丝制造所制成的零件缺乏由不固结的打印材料所形成的对应支撑结构。因为在熔丝制造方法中打印零件从打印床生长，由于零件的形状不再与打印床或先前沉积的不固结的打印材料层直接接触，因此可能存在悬伸部和类似结构。由于在不存在下面支撑件的情况下打印材料不能沉积在自由空间中，因此具有悬伸部和类似结构的零件不能通过熔丝制造直接打印。作为熔丝制造方法中的悬伸部和类似结构的问题的解决方案，常见策略是并发地沉积构建材料和牺牲打印材料(例如，从双挤出机打印头)，其中牺牲打印材料可形成为在所选择的位置用于在其上沉积和固结构建材料的可移除支撑件。完成打印后，可利用合适的技术(诸如通过降解或溶解)消除可移除支撑件，以制成无支撑(自由)零件。
[0006]利用熔丝制造和通过颗粒固结制造的零件可能在宏观尺度上看起来彼此相当类似，但它们可能在微观尺度上存在区别。通过颗粒固结制成的打印零件可能在基本上整个零件上表现出晶界的痕迹。根据发生的颗粒固结的程度不同，在一些情况下，晶界可能比其
他情况下更显著。相反，利用熔丝制造制得的打印零件没有分布不均匀的晶界。在熔丝制造中，沿熔融聚合物所形成的打印线基本上不存在晶界，但在相邻打印线或层之间可能存在不完全固结的痕迹。因此，在熔丝制造聚合物基体中，指示不完全打印线固结的边界不会表现出残留颗粒结构的痕迹，该残留颗粒结构可能是颗粒固结方法的特征。
[0007]在一些情况下，可能期望在增材制造零件的表面上存在附加的功能特征。在一个特定示例中，导电迹线可通过单独的喷墨打印、气溶胶喷射或直接书写方法引入增材制造零件的表面，以将注入有导电材料(诸如石墨或金属)的油墨沉积在零件的表面上，然后进行固化或烧结以促进导电通路(导电迹线)的形成。此类导电油墨的沉积在与增材制造工艺完全不同的条件下发生，从而需要使打印部件在生产线之间转移。在许多情况下，该过程可能是麻烦且耗时的，尤其是当需要极限准确度来放置导电迹线时。当以这种方式形成导电迹线时，导电迹线在打印零件的非平坦表面上的准确放置可能是特别成问题的。由于特定热塑性聚合物与和喷墨打印工序和气溶胶喷射打印工序结合使用的导电油墨之间的不良粘附性，可出现另外的困难。

技术实现思路

[0008]本公开提供了与熔丝制造相容的聚合物长丝。聚合物长丝包含：热塑性聚合物，该热塑性聚合物限定长丝主体；以及金属前体，该金属前体接触长丝主体，该金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物。
[0009]本公开还提供了打印物体，该打印物体包含熔丝制造聚合物基体，该熔丝制造聚合物基体包含在其至少一部分内的金属前体，该金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物。
[0010]本公开还提供了用于形成打印物体的方法，该方法包含：提供聚合物长丝，该聚合物长丝包括限定长丝主体的热塑性聚合物以及接触该长丝主体的金属前体，该金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物；并且通过逐层沉积由聚合物长丝形成打印物体；其中在形成打印物体时，金属前体保持基本上未转化为金属。
附图说明
[0011]包括以下附图是为了示出本公开的某些方面，并且不应被视为排他的实施方案。如受益于本公开的本领域普通技术人员将想到的，所公开的主题能够在形式和功能上实现相当大的修改、改变、组合和等同物。
[0012]图1为使用构建材料和可移除支撑材料生产打印物体的例示性熔丝制造方法的图。
[0013]图2为具有悬伸部的例示性打印物体的图。
[0014]图3为例示性聚合物长丝的图，该聚合物长丝具有在长丝主体内的热塑性聚合物中均匀共混的金属前体颗粒。
[0015]图4为例示性聚合物长丝的图，该聚合物长丝具有置于包含热塑性聚合物的长丝主体的外表面上的金属前体颗粒。
[0016]图5为例示性聚合物长丝的图，该聚合物长丝具有布置于内芯内的金属前体颗粒，该内芯被包含热塑性聚合物的长丝主体的外壳围绕。
[0017]图6为例示性工艺流程图，其展示了通过熔丝制造形成打印物体，然后活化金属前体并化学镀以形成导电迹线。
具体实施方式
[0018]本公开一般涉及增材制造，并且更具体地涉及通过熔丝制造进行的增材制造方法，其中在打印过程中掺入能够通过激光照射被活化的金属前体。根据本文公开内容，金属前体在打印材料沉积的过程中可保持未活化。然后，金属前体可被活化以形成金属岛状物，这些金属岛状物然后可互连以形成具有期望的图案的导电迹线。
[0019]如上所述，增材制造方法诸如熔丝制造是用于生成宽泛的复杂形状范围的打印零件(物体)的强大工具。目前，在打印部件的表面上引入导电迹线作为增材制造工艺的集成部分是不可行的。替代地，采用单独的气溶胶、喷墨或直接打印技术将导电油墨沉积在打印零件的表面上，随后进行固化或烧结以促进导电性。沉积导电油墨的单独打印技术可能限制处理吞吐量，并且有时导致导电迹线的放置不准确。在一些情况下，在构成打印物体的热塑性聚合物与用于沉积导电迹线的导电油墨之间也可能存在较差的粘附性。
[0020]有利地，本公开提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种与熔丝制造相容的聚合物长丝，所述聚合物长丝包含：热塑性聚合物，所述热塑性聚合物限定长丝主体；以及金属前体，所述金属前体接触所述长丝主体，所述金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物。2.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体能够被红外或近红外脉冲激光器活化。3.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体能够在从约1020nm至约1070nm范围的波长下被活化。4.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体与所述热塑性聚合物共混、位于所述长丝主体的外表面上或它们的任何组合。5.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体位于所述聚合物长丝的内芯中，并且所述长丝主体作为外壳围绕所述内芯。6.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体包含选自由以下项组成的组的至少一种材料：氧化铜；铜与金属的混合氧化物，所述金属选自由以下项组成的组：锑、铝、铯、钴、铬、镁、锰、镍、锡、钛、银、铁、锌和锆；氧化铜铬尖晶石；氧化铜铝；氢氧化铜；碱式磷酸铜；磷酸铜；硫酸铜；硫氰酸铜；金属
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有机络合物，所述金属
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有机络合物包含选自由以下项组成的组的金属：铜、银、钯以及它们的任何组合；以及它们的任何组合。7.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体按重量计占所述聚合物长丝的约1％至约30％。8.根据权利要求1所述的聚合物长丝，所述聚合物长丝还包含：红外线辐射吸收剂，所述红外线辐射吸收剂接触所述长丝主体。9.根据权利要求8所述的聚合物长丝，其中所述红外线辐射吸收剂包含非化学计量的金属氧化物。10.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体包含多个颗粒。11.根据权利要求1所述的聚合物长丝，其中所述金属前体在大于或等于所述热塑性聚合物的熔点或软化温度的温度下热稳定。12.一种打印物体，所述打印物体包含：熔丝制造聚合物基体，所述熔丝制造聚合物基体包含在其至少一部分内的金属前体，所述金属前体能够在激光照射时被活化以形成金属岛状物。13.根据权利要求12所述的打印物体，其中所述金属前体...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡南兴，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：