[發(fā)明專利]用于粉末床熔融法的聚合物粉末

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611145487.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN107022100B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W.迪克曼;M.格雷貝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 贏創(chuàng)運(yùn)營(yíng)有限公司
• 主分類號(hào): C08J7/06
• 分類號(hào): C08J7/06;C08L77/02;C08L77/06
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉維升;黃念

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于粉末床熔融法中的聚合物粉末。

背景技術(shù)

快速提供原型或小批量是最近經(jīng)常提出的任務(wù)。能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)的方法稱為快速原型、快速制造、添加式制造法或3D打印。特別合適的是其中所需結(jié)構(gòu)通過(guò)粉狀材料的選擇性熔化和/或凝固得以逐層制備的方法。根據(jù)該原理操作的方法統(tǒng)稱為上位概念粉末床熔融。

粉末床熔融法的一個(gè)實(shí)例是激光燒結(jié)，其詳細(xì)描述于專利文件US 6136948和WO 9606881中。粉末床熔融法的其它實(shí)例描述于專利文件US6531086和EP1740367中。 DE 19747309公開了一種良好地適合用于粉末床熔融法中的粉末。

粉末床熔融技術(shù)尤其包括直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)、電子束熔化(EBM)、選擇性熱燒結(jié)(SHS)、選擇性激光熔化(SLM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)、選擇性吸收燒結(jié)(SAS)和選擇性抑制燒結(jié)(SIS)。

在所有方法中致力于使通過(guò)該方法制備的部件盡可能具有與已制備了粉末的聚合物材料相同的密度。腔(Lunker)和/或內(nèi)含物相應(yīng)地是不希望的。因此，部分或完全熔化的粉末顆粒的良好融合是必要的。為了避免部件上的表面缺陷，即使對(duì)于在粉末床熔融法中多次使用的粉末也要求所述部分或完全熔化的粉末顆粒的良好融合。為了改進(jìn)聚合物顆粒的融合，聚合物材料粘度的簡(jiǎn)單降低不適合于該目的，因?yàn)槿垠w的尺寸穩(wěn)定性在低粘度下受損。這種效果導(dǎo)致非尺寸精確(ma?haltig)的部件，因此是不希望的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供由聚合物材料制成的粉末，其允許熔化的粉末顆粒的良好融合，但是其熔體同時(shí)具有足夠高的尺寸穩(wěn)定性，這允許制備尺寸精確的部件。

該目的令人驚訝地通過(guò)具有小于35mN/m的自由表面能的粉末得以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所述粉末具有小于32mN/m，更優(yōu)選小于30mN/m的自由表面能。自由表面在此通過(guò)接觸角測(cè)量根據(jù)毛細(xì)管上升高度法使用Washburn方程和根據(jù)Owens、Wendt、Rabel和Kaelble的評(píng)價(jià)方法來(lái)測(cè)定。接觸角測(cè)量在此用Krüss公司的張力計(jì)K12處理器在標(biāo)準(zhǔn)氣候(23℃，50％空氣濕度)下進(jìn)行，并用安裝的K121.2b軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)。作為接觸角測(cè)量的準(zhǔn)備，所述粉末通過(guò)夯實(shí)體積計(jì)(Stampfvolumeter)(STAV 2003 /J.Engelsmann公司)用1000個(gè)沖程預(yù)壓實(shí)。在每種情況下在溶劑二碘甲烷、乙二醇和水與乙醇的80/20混合物中進(jìn)行接觸角測(cè)量。

令人驚訝地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)用疏水性物質(zhì)涂覆所述粉末顆粒可以改善熔化的粉末顆粒的融合，并且該熔體同時(shí)具有足夠高的尺寸穩(wěn)定性。就這點(diǎn)而言，涂有疏水性物質(zhì)的聚合物粉末是本發(fā)明的優(yōu)選聚合物粉末。

相對(duì)于水具有大于90°的接觸角的表面被稱為疏水性的。疏水性表面通常由疏水性物質(zhì)構(gòu)成或被疏水性物質(zhì)覆蓋。接觸角在此應(yīng)使用Krüss公司的DSA100S測(cè)量(根據(jù)制造商說(shuō)明的自動(dòng)化測(cè)量)。優(yōu)選地，疏水性物質(zhì)相對(duì)于水具有大于120°的接觸角。

在部分結(jié)晶的聚合物的加工中，工藝溫度最高設(shè)定為低于所述聚合物粉末熔點(diǎn)約10℃，以使待制備的物體的扭曲最小化。此外，應(yīng)當(dāng)避免干擾建造過(guò)程的卷曲效應(yīng)。但是，所述聚合物顆粒通過(guò)該工藝溫度尚不應(yīng)燒結(jié)或甚至熔化，因?yàn)檫@將使由粉末餅制備的物體的拆卸變難。由于部分熔化的顆粒也會(huì)使粉末施加變難。

通常，將在所述工藝溫度下仍為固體的添加劑加入到用于粉末床熔融法中的粉末中。令人驚訝地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以用具有明顯低于工藝溫度的熔點(diǎn)的疏水性物質(zhì)涂覆所述聚合物顆粒。換句話說(shuō)，所述疏水性物質(zhì)在常規(guī)的工藝溫度下為液體形式。所述疏水性物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力(1013hPa)下的熔點(diǎn)因此優(yōu)選為低于160℃(DIN 53765，來(lái)自Perkin Elmer的DSC 7，加熱速率20K/min)。優(yōu)選地，所述疏水性物質(zhì)的熔點(diǎn)低于120℃，更優(yōu)選低于90℃。然而，所述疏水性物質(zhì)的沸點(diǎn)應(yīng)明顯高于所述工藝溫度。優(yōu)選地，所述疏水性物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下具有大于190℃的沸點(diǎn)(DIN 53765，來(lái)自Perkin Elmer的DSC 7，加熱速率20K/min)。最優(yōu)選地，所述疏水性物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)壓力下的沸點(diǎn)高于300℃。