[發明專利]選擇性激光燒結組合物及利用其的三維打印方法

在審

• 申請號: 202010157512.4
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN113045828A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 吳晉安;李治宏;林凡杰;簡福明;陳建明
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C08L23/16
• 分類號: C08L23/16;C08L23/12;C08L91/06;C08L53/02;C08L33/04;C08L77/00;C08L7/00;C08K5/14;C08K3/36;B29C64/153;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本發明提供一種選擇性激光燒結組合物及利用其的三維打印方法。該選擇性激光燒結組合物包含一納米無機粉末及一熱塑性硫化彈性體粉末。該無機粉末的粒徑分布D90的值為1nm至950nm。該熱塑性硫化彈性體粉末的粒徑分布D90的值為40μm至100μm，且其熔融起始溫度與結晶起始溫度的差值(ΔT)大于或等于10℃。該熱塑性硫化彈性體粉末包含一熱塑性塑料以及一交聯聚合物。該熱塑性塑料的熔融起始溫度與結晶起始溫度的差值(ΔT)大于或等于10℃，以及該熱塑性塑料與該交聯聚合物的重量比為1:1至1:4。

技術領域

本發明關于一種選擇性激光燒結組合物以及一種利用該組合物進行選擇性激光燒結三維打印的方法。

背景技術

增材制造(Additive Manufacturing，俗稱三維(3D)打印技術)的特點在于不需要模具來制造部件。目前，增材制造方法包括熔融沉積成型(fused deposition modeling，FDM)、立體光刻(stereolithography，SLA)、與選擇性激光燒結(selective lasersintering，SLS)。

熔融沉積成型(FDM)具有價格便宜與技術簡單等優點，不過受于該項技術本身的限制，普遍存在成型較慢、成型對象尺寸受限、以及精密性差等缺點。立體光刻(SLA)需要液態塑料樹脂、光敏聚合物，然后通過紫外(UV)激光固化。SLA被認為是較慢的增材制造方法，因為小型部件可能需要幾個小時或甚至幾天才能完成。

選擇性激光燒結(SLS)通過使用高能量脈沖激光逐層地成型部件。首先，在一腔室中提供材料粉末的薄層，并借助于激光束使其以局部方式熔化。在熔化并隨后再固化之后，可將該腔室降低，并施加一層新的粉末層，并重復上述構造過程。因此，可以通過重復施加新層和選擇性熔化逐層以生產所需的部件。

選擇性激光燒結中特別重要的一個因素是用來進行燒結的材料粉末的可燒結窗口(sintering window)。材料粉末的可燒結窗口應盡可能的寬，以減少激光燒結操作中部件的翹曲。硬質的聚酰胺(PA)與聚醚醚酮(PEEK)為SLS技術較常使用的材料。常見的軟質材料有熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、熱塑性聚氨酯(TPU)與熱塑性聚酰胺彈性體(TPAE)等彈性體。然而，傳統彈性體在熔融加工過程中往往展現較為寬廣的熔融溫度范圍，在冷卻時則易由于結晶速度過快，造成材料在冷卻結晶的同時仍有部分呈現熔融的狀態，進而使SLS工藝的可加工窗口(process window)狹窄，影響材料可燒結性與打印質量。

因此，業界需要一種可用于激光燒結的新穎材料粉末，以提升燒結性與打印質量。

發明內容

根據本發明實施例，本發明提供一種選擇性激光燒結組合物。該選擇性激光燒結組合物包含一納米無機粉末及一熱塑性硫化彈性體(thermoplastic vulcanizate，TPV)粉末。該無機粉末的粒徑分布(particle size distribution)D90的值為1nm至950nm，以及該熱塑性硫化彈性體粉末的粒徑分布D90的值為40μm至100μm。該熱塑性硫化彈性體粉末的熔融起始溫度(the onset temperature of melting(TM onset))與結晶起始溫度(theonset temperature of crystallization(TC onset))的差值ΔT大于或等于10℃。該熱塑性硫化彈性體粉末包含一熱塑性塑料以及一交聯聚合物(crosslinked polymer)。該熱塑性塑料的熔融起始溫度與結晶起始溫度的差值ΔT大于或等于10℃，以及該熱塑性塑料與該交聯聚合物的重量比為1:1至1:4。該交聯聚合物為一經交聯的橡膠、一經交聯的熱塑性彈性體或其組合。

根據本發明實施例，該納米無機粉末與熱塑性硫化彈性體粉末的重量比可為0.2:99.8至0.8:99.2。

根據本發明實施例，該熱塑性硫化彈性體粉末其蕭氏A(shore A)硬度可為50A至98A。