[發明專利]用于激光燒結的粉末

在審

• 申請號: 201910131722.3
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN110240785A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: V·法魯希亞;E·G·茲瓦茨;S·J·加德納
• 申請（專利權）人: 施樂公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08L29/04;C08K3/36;B33Y70/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 周志明;蘇萌

本文提供了一種粉末組合物，其包括用于激光燒結的摻入二氧化硅的結晶聚酯顆粒，所述顆粒包括至少一種結晶聚酯樹脂和以相對于所述顆粒的所述總重量計范圍為約10重量％到約60重量％的量存在于所述顆粒中的二氧化硅納米顆粒。本文進一步提供了制備摻入二氧化硅的結晶聚酯顆粒的方法。

本公開總體上涉及用于增材制造的印刷粉末，也稱為三維(3D)印刷，并且具體地涉及將二氧化硅納米顆粒添加到結晶聚酯中作為機械增強填料。

近年來，3D打印作為從3D計算機輔助設計(CAD)數據創建真實部件的簡單、經濟的方法而有所增加。3D打印涵蓋許多增材制造技術，包含立體光刻(SLA)、選擇性激光燒結(SLS)和熔融沉積成型(FDM)。這些制造工藝通過精確地“打印”一層又一層的塑料或金屬構造材料來提供定制部件，直到3D形式被創建。

3D打印與傳統制造技術相比具有許多優勢。例如，先前使用常規技術無法形成的復雜結構設計可以使用3D打印形成。進一步地，3D打印提供了用于制造小至單個單元的批量大小的經濟的方法。設計可以由最終用戶使用CAD軟件創建，或者用戶可以下載基于web的軟件指令以在家庭或小型企業中創建所需的修復部件或期望的裝飾結構。不同的打印頭可以向正在創建的物體添加多種不同的材料(例如，橡膠、塑料、紙、聚氨酯類材料、金屬等)。

3D打印方法之一是SLS。SLS打印通常采用粉末塑料和/或聚合物作為打印對象的構建材料。許多SLS材料是具有或不具有如粉末狀的玻璃、碳纖維、鋁粉末等添加劑的聚酰胺(尼龍)的復合材料。在SLS系統中，CO₂激光束被用于選擇性地熔斷或熔化沉積在薄層中的聚合物顆粒。除了與先前的燒結層粘附之外，頂部粉末層中的聚合物顆粒聚結。粉末因此通過激光以逐層方式燒結成形，從而從“從零開始”構建對象。激光燒結通常使用范圍為約50微米到約300微米的顆粒，其中細節程度僅受激光精度和粉末細度的限制。

對于已知用于SLS加工的結晶或半結晶聚合物，這意味著應盡可能在加工過程中抑制結晶，或至少對幾個燒結層進行抑制結晶。因此，應該在給定聚合物的熔融溫度(T_m)與結晶溫度(T_c)之間精確控制加工溫度。這種過冷聚合物熔體的亞穩態熱力學區域被稱為給定聚合物的SLS加工的“燒結窗口”。

限制SLS技術用于廣泛的工業范圍的一個問題是由于缺乏足夠的燒結窗口而適用的聚合物種類有限。迄今為止，只有少數類型的聚合物已經成功應用于此技術，主要由結晶聚酰胺、熱塑性聚氨酯和聚醚酰胺(PEBA)構成。不能使用無定形樹脂、彈性體或如聚丙烯和聚乙烯等其它更柔韌的材料。如聚丙烯和聚乙烯等材料不具有足夠的用于SLS技術的燒結窗口。用于SLS 3D打印的材料應該是結晶的，并且具有明顯的熔點和重結晶點，如溫度差異在30℃到50℃之間的熔點和重結晶點。

除了燒結窗口，形狀和表面紋理是可以被認為用于SLS材料的性質。形狀應盡可能接近球形以引起自由流動的行為。具有光滑表面的球形可以有助于SLS粉末通過輥或葉片系統分布在SLS機器的部件床上，因為粉末不會被進一步壓實。因此，可能是馬鈴薯形的聚酰胺粉末可能是不合適的，因為由于較差的粉末流動性和降低的粉末密度而從低溫研磨獲得的顆粒也是不合適的。低溫研磨粉末傾向于產生具有低密度的弱的、較少冷凝的SLS部件。

因此，本領域需要比目前使用的聚酰胺更硬或更柔韌的材料，以便改善所得印刷結構的硬度、拉伸強度以及其它物理和化學性質。另外，需要具有較低熔融溫度和結晶溫度(T_c和T_m)的聚合物材料，使得3D打印機可以使用較少的功率。這包含含有特定納米填料的聚合物材料，以幫助改善化學和機械抗性。

本文公開了包括用于激光燒結的摻入二氧化硅的結晶聚酯顆粒的粉末組合物，其包括至少一種結晶聚酯樹脂和二氧化硅納米顆粒。在某些實施例中，相對于顆粒的總重量，二氧化硅納米顆粒可以以范圍為約5重量％到約60重量％的量存在于顆粒中，如范圍為約10重量％到約30重量％的量、約10重量％的量或約20重量％的量。