[發(fā)明專利]用于在真空條件下形成聚合物部件的方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201680004753.7
• 申請日: 2016-02-23
• 公開（公告）號: CN107107470A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 顧昊;托馬斯·霍克;斯科特·戴維斯;楊蘭荑
• 申請（專利權(quán)）人: 沙特基礎工業(yè)全球技術(shù)有限公司
• 主分類號: B29C64/153
• 分類號: B29C64/153;B29C64/20;B33Y10/00;B33Y30/00;B29C41/50;B29C41/04
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司11240
• 代理人: 張英,宮傳芝

背景技術(shù)

使用三維(3D)計算機輔助設計(CAD)數(shù)據(jù)的按需部件制造，也稱為3D打印，正在改進和變得更流行。3D打印技術(shù)可以包括多種不同的技術(shù)方法。3D打印方法的一個實例是選擇性激光燒結(jié)，其使用聚焦激光束以加熱和融合粉末材料以制造部件。用于形成3D部件的另一個實例是旋轉(zhuǎn)模制，也被稱為滾塑，其將粉末材料放置在中空模具中然后在加熱的同時旋轉(zhuǎn)模具，使得粉末材料熔融并涂覆模具的一個或多個內(nèi)表面以形成中空部件。

發(fā)明內(nèi)容

本公開描述了如通過無定形聚合物粉末的選擇性激光燒結(jié)或滾塑，由聚合物材料形成部件的系統(tǒng)和方法，和特別是由包括聚碳酸酯的無定形聚合物材料形成部件的系統(tǒng)和方法。

本發(fā)明的發(fā)明人尤其認識到要解決的問題是通過例如選擇性激光燒結(jié)或滾塑由聚合物粉末(特別是無定形聚合物粉末，如聚碳酸酯粉末)形成部件可以由于在部件中捕獲的空氣、水汽或揮發(fā)性物質(zhì)導致在所得部件中高百分比的空隙空間。本文中描述的系統(tǒng)和方法的多種實施方案可以提供解決這個問題的方案，如通過在加熱和固結(jié)過程中施加真空，這可以導致空氣、水汽或揮發(fā)性物質(zhì)中的一種或多種從聚合物粉末中快速釋放，導致孔隙率降低和總體部件密度提高。

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)尤其認識到要解決的技術(shù)問題是通過例如選擇性激光燒結(jié)或滾塑由聚合物粉末(特別是無定形聚合物粉末，例如聚碳酸酯粉末)形成部件通常在加熱和固結(jié)過程中導致降解。本文中描述的系統(tǒng)和方法的多種實施方案可以提供解決這個問題的方案，如通過在加熱和固結(jié)過程中施加真空，這可以導致降低固結(jié)所需的能量，減少熱降解。

附圖說明

圖1是用于使用聚合物(例如聚碳酸酯)粉末的選擇性激光燒結(jié)制造部件的示例性系統(tǒng)的示意圖。

圖2是通過選擇性激光燒結(jié)形成的聚碳酸酯部件的百分比孔隙率與其彎曲強度之間的關(guān)系的圖表。

圖3是通過在真空環(huán)境中聚碳酸酯粉末的選擇性激光燒結(jié)形成部件的示例性方法的流程圖。

圖4A是用于通過滾塑聚碳酸酯粉末制造部件的示例性系統(tǒng)在滾塑開始之前的示意圖。

圖4B是圖4A的示例性系統(tǒng)在聚碳酸酯部件已經(jīng)形成后的示意圖。

圖5是通過在真空環(huán)境中聚碳酸酯粉末的滾塑形成部件的示例性方法的流程圖。

圖6A是聚碳酸酯粉末的顆粒在加熱和固結(jié)粉末之前的概念性特寫視圖。

圖6B是當開始施加真空時聚碳酸酯粉末的概念性特寫視圖。

圖6C是聚碳酸酯粉末顆粒在導致粉末顆粒軟化或熔融和融合的加熱后的概念性特寫視圖。

圖6D是在從軟化的或熔融的和融合的粉末顆粒周圍的空隙空間中移除空氣，導致空隙空間塌陷后，軟化的或熔融的和融合的聚碳酸酯粉末的概念性特寫視圖。

圖7是顯示在實施例中使用的聚碳酸酯粉末的大小分布的圖表。

圖8A-8D顯示了在加熱循環(huán)過程中不施加真空的情況下，在聚碳酸酯粉末加熱和固結(jié)過程中在不同時間的一系列聚碳酸酯粉末。

圖9顯示了通過加熱和固結(jié)形成的兩個聚碳酸酯板的并排比較，其中一個板是在沒有真空輔助的情況下形成的(左)，一個是在有真空輔助的情況下形成的(右)。

圖10顯示了在沒有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯厚板的沖擊試驗樣品的特寫照片。

圖11顯示了在有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯厚板的沖擊試驗樣品的特寫照片。

圖12顯示了在沒有真空輔助的情況下形成的所示聚碳酸酯樣品(圖10A)的10倍放大的照片，顯示了在厚板中形成了相對大的空氣空隙。

圖13顯示了在有真空輔助的情況下形成的聚碳酸酯樣品(圖10B)的10倍放大的照片，顯示了不存在大的空隙。

具體實施方式

通過如3D打印或其它快速原型法的3D部件的快速原型由于它們的多用途性和建造的高速而已經(jīng)獲得普及。本公開描述了通過以下的聚碳酸酯粉末的選擇性激光燒結(jié)(或“SLS”)：將激光束或其它聚焦的能量束選擇性瞄準位于目標區(qū)內(nèi)的聚碳酸酯粉末層以選擇性熔融和融合聚碳酸酯從而形成融合的聚碳酸酯部件的一個或多個聚碳酸酯層。本公開還描述了通過以下的聚碳酸酯粉末的旋轉(zhuǎn)模塑，也被稱為“滾塑”：在旋轉(zhuǎn)模具的同時在模具中加熱聚碳酸酯粉末以沿著模具的至少一個內(nèi)表面形成聚碳酸酯部件。