[發(fā)明專利]用于基于粉末的增材制造的可交聯(lián)熱塑性粉末

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201980084697.6
• 申請日: 2019-12-19
• 公開（公告）號: CN113423752A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H·維爾貝克;B·范羅伊;D·布里爾斯
• 申請（專利權(quán)）人: 亨茨曼國際有限公司
• 主分類號: C08G18/67
• 分類號: C08G18/67;C08L75/14;B33Y70/00;B29C64/153
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張琦璐;林毅斌

公開了在增材制造的選擇性激光燒結(jié)（SLS）方法中使用的可交聯(lián)粉末，以及使用所述可交聯(lián)粉末形成3D物體的新穎制造方法。所述制造方法可以在可交聯(lián)粉末的沉積層之間產(chǎn)生層間共價鍵和，從而獲得具有改進(jìn)的機(jī)械強(qiáng)度、較少的物品變型和/或沒有翹曲的3D打印物品。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可交聯(lián)熱塑性聚氨酯（TPU），更特別涉及含有在聚合物主鏈中具有UV和/或熱誘導(dǎo)可聚合部分的可交聯(lián)TPU化合物的可交聯(lián)TPU，其可以用于根據(jù)本發(fā)明的三維（3D）打印設(shè)備，優(yōu)選用于3D選擇性激光燒結(jié)（SLS）方法和將可交聯(lián)TPU轉(zhuǎn)化為熱固性彈性體聚氨酯，由此形成3D打印物體。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及利用基于粉末的增材制造來產(chǎn)生聚合物材料的層的新型沉積方法，更特別在3D選擇性激光燒結(jié)（SLS）設(shè)備中。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于制造具有改進(jìn)的強(qiáng)度，尤其是在垂直方向（Z方向）上的改進(jìn)的強(qiáng)度的3D物體的改進(jìn)的和更具魯棒性的3D打印方法。

發(fā)明背景

三維（3D）打印是一種用于由數(shù)字模型制造三維固體物體的增材打印方法。3D打印通常用于產(chǎn)品快速原型制作、模具生成和母模生成。3D打印技術(shù)被認(rèn)為是增材方法，因?yàn)樗鼈兩婕笆┘舆B續(xù)的材料層。這不同于傳統(tǒng)的加工方法——其通常依賴于去除材料以生成最終的物體。用于3D打印的材料通常需要固化或熔合，其對于一些材料可使用熱輔助擠出或燒結(jié)來實(shí)現(xiàn)，并且對于另一些材料可使用UV激光和/或數(shù)字光投影技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

增材制造方法采用各種材料和方法技術(shù)來逐層構(gòu)建物體。例如，在熔融沉積成型（FDM）中，熱塑性聚合物線材通過噴嘴的方式在可移動的構(gòu)建平臺上液化并逐層沉積。在凝固時，形成固體物體。噴嘴和構(gòu)建平臺的控制在CAD繪制物體的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。如果該物體的幾何形狀復(fù)雜，例如具有幾何底切，則必須另外打印支撐材料并在完成物體后再次除去。

存在利用熱塑性粉末以逐層構(gòu)建物體的增材制造方法。在這里，薄粉末層通過涂布器施加，并隨后通過能量源的方式選擇性熔融。在這種情況下，周圍的粉末支撐組件的幾何形狀。在粉末床中可以緊密地排列或制造各種物體。由于這些優(yōu)點(diǎn)，基于粉末的增材制造方法是市場上最經(jīng)濟(jì)的增材方法。因此它們主要由工業(yè)用戶來使用。

基于粉末的增材制造方法的一個實(shí)例是選擇性激光燒結(jié)（SLS）。在激光燒結(jié)方法中，通過激光束的方式引入能量以選擇性熔融熱塑性粉末。

激光燒結(jié)特別已經(jīng)在工業(yè)上受到認(rèn)可多年，并主要用于生產(chǎn)原型。但是，盡管活躍在該領(lǐng)域的媒體、公司和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)宣揚(yáng)多年，其仍未在市場上確立為大規(guī)模生產(chǎn)個性化配置產(chǎn)品的方法。其主要原因之一是可用的材料及其性質(zhì)。在如今用于基于粉末的增材制造方法的聚合物的基礎(chǔ)上形成了機(jī)械性質(zhì)與其它聚合物加工方法（例如注塑）中已知的材料特性根本不同的物體。在通過增材制造方法加工的過程中，熱塑性材料可以經(jīng)受物體變形，導(dǎo)致低劣的打印品質(zhì)。

US2018056595通過提供附加的支撐結(jié)構(gòu)，在物體周圍產(chǎn)生殼以及應(yīng)力計(jì)算以抵消可能的翹曲來解決物體變形的問題。但是，這種解決方案是復(fù)雜的，并且對最終設(shè)計(jì)有限制。

CN106001565通過在灑粉機(jī)（powder spreader）中使用傳感裝置來檢測可能的翹曲并向操作者提供反饋以改變打印機(jī)設(shè)置來解決物體變形的問題。

WO2006007457通過在構(gòu)建室中并入散熱裝置的放置以限制翹曲來解決物體變形的問題。

TPU是公知的，尤其因其非常高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度、低溫下的高柔韌性、極佳的耐磨性和抗劃傷性而公知。TPU還因其優(yōu)異的動態(tài)性質(zhì)而公知，特別是因其非常高的回彈數(shù)據(jù)、低壓縮永久變形和滯后損失而公知。