[發明專利]制造三維打印碳粘接復合制品的方法

在審

• 申請號: 202180078039.3
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN116547251A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 泰勒·B·阿爾瓦拉多;布羅克·亞當·雅納;肖恩·努涅斯;安德魯·約翰·奧弗比;杰里邁亞·R·史密斯;凱爾·斯諾;瑞安·C·斯托基特;內森·安德魯·施特蘭貝格爾;威廉·沃爾夫
• 申請（專利權）人: 法國阿科瑪
• 主分類號: C04B35/524
• 分類號: C04B35/524
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;陳九洲

公開了用于增材制造三維碳粘接復合制品的方法。所述方法可以包括從打印頭中排出可固化組合物。所述可固化組合物可以包含：a)H/C原子比為0.4至1.6的至少一種芳族可光化固化組分，所述至少一種芳族可光化固化組分選自(甲基)丙烯酸酯低聚物、環氧官能化化合物、氧雜環丁烷官能化化合物及其混合物；和b)包含至少一種可光化固化單體的至少一種稀釋劑。所述可固化組合物還可以包含c)增強物和d)光引發劑。所述方法還可以包括在排出期間照射可固化組合物以使可固化組合物至少部分地光化固化，并形成三維碳粘接復合制品的預制件。所述方法還包括對預制件進行熱解以形成三維打印碳粘接復合制品。

相關申請

本申請基于并要求于2020年10月21日提交的美國臨時申請第63/094,805號的優先權的權益，其內容通過引用明確地并入本文中。

技術領域

本公開內容一般地涉及用于由組合物增材制造復合結構的系統和方法。

背景技術

復合材料是由多種不同成分制成的材料，當將多種不同成分組合在一起時具有勝過單個成分的同一特性的增強的特性。例如，復合材料可以比用于制造復合材料的成分材料更輕、更強、更硬、更堅固、更堅韌、更耐熱等。復合材料的一個實例應用是在高溫環境中，其中重量、強度和耐久性是重要的考慮因素。這可以包括航空航天應用，例如飛行或空間交通工具發動機的部件、隔熱罩和火箭噴嘴；核應用，例如燃料棒絕緣體；和其他應用。

多種類型的復合材料可以用于高溫環境。這些類型包括碳粘接纖維復合材料(CBFC)，例如碳粘接碳和碳粘接陶瓷復合材料；和陶瓷基質復合材料(CMC)，例如陶瓷粘接碳和陶瓷粘接陶瓷復合材料等。雖然這些類型的復合材料可以提供許多益處，但其制造可能是困難、耗時和昂貴的。因此，其用途目前是有限的。

例如，用于制造CBFC或CMC部件的典型制造過程包括首先用促進纖維的各向異性性能的材料涂覆纖維(例如，碳纖維或陶瓷纖維)。然后通過手將經涂覆的纖維鋪入模具中或纏繞在心軸上，二者均具有形容不出的形狀和顯著大于期望部件的預期最終尺寸的尺寸。此后，將纖維用樹脂浸透，并將模具、纖維和樹脂放入烘箱中并加熱至樹脂熱解成碳或陶瓷的溫度。熱解在所得結構中產生空隙，然后必須用更多樹脂來填充該空隙。將模具再次放入烘箱中并加熱，并且重復過程直至所得結構的孔隙率足夠低以用于預期應用。在該時間點，產生了一般形狀的復合材料塊，然后必須將其減材加工至期望的最終形狀。由于復合材料(尤其是CMC)的硬度，機械加工可能是困難的。

雖然CBFC和CMC在某些應用中可以表現良好，但制造其的過程非常耗費人力、時間和材料。這使得這些復合部件變得昂貴并限制了其應用。所公開的增材制造系統和方法被獨特地配置成解決現有技術的這些和其他問題。

發明內容

在一個方面中，本公開內容涉及使用增材制造系統制造三維打印碳粘接復合制品的方法。所述方法可以包括從打印頭中排出可固化組合物。可固化組合物可以包含：a)H/C_原子比為0.4至1.6的至少一種芳族可光化固化組分，所述至少一種芳族可光化固化組分選自(甲基)丙烯酸酯低聚物、環氧官能化化合物、氧雜環丁烷官能化化合物及其混合物；和b)包含至少一種可光化固化單體的至少一種稀釋劑。可固化組合物還可以包含c)增強物和d)光引發劑。所述方法還可以包括在排出期間照射可固化組合物以使可固化組合物至少部分地光化固化，并形成三維碳粘接復合制品的預制件。

在一個方面中，所述方法還包括對預制件進行熱解以形成三維打印碳粘接復合制品。

在一個方面中，在照射可固化組合物之前，可固化組合物的在25℃下的粘度為至多60,000mPa.s。

在一個方面中，a)包括H/C_原子比為0.7至1.4的至少一種芳族可光化固化組分。

在一個方面中，b)包括芳族含量為至少1的可光化固化單體。