[发明专利]多色熔融沉积造型印刷

说明书

技术领域

本发明涉及用于制备多色三维物体的改进的熔融沉积造型方法。更具体地说，本发明涉及3D印刷方法，采用该方法可以制备与现有技术相比具有尤其好颜色外观的3D物体。根据本发明的方法基于将用于制备实际物体的聚合物线料或由其得到的熔体在喷嘴中进行表面着色或用添加剂涂覆。

背景技术

快速原型或快速制造方法是具有以下目的的制造方法，即将现存的三维CAD数据尽可能在没有手动额外操作(Umwege)或成型的情况下直接且迅速地转换成工件。

在快速原型方法中，现在存在有各种方法。它们可以划分为两组：激光基方法和不使用激光的方法。

最熟知的激光基的，同时也是最古老的3D印刷方法是立体印刷(SLA)。在此，用激光逐层固化可辐射固化聚合物的液体组合物。本领域技术人员十分清楚的是这样制备的工件仅能随后在表面上着色。这是不方便和耗时的。

相似地，选择性激光烧结法(SLS)，其中利用激光类似于SLA将粉末状原料，例如热塑性塑料或可烧结金属逐层选择性地烧结。采用这种方法也仅能在第一方法步骤中获得单色或不特定着色的3D物体。第三激光基方法“层压物体制造”的情况也如此，其中逐层将配备有粘合剂的纸幅或塑料膜在彼此上方粘结并利用激光切割。物体的随后的着色例如描述在US6，713，125中。

也可以用于制备多色物体的已知的3D印刷方法是UV喷墨方法。在这种三阶段方法中，以薄层涂布粉末状材料，将可UV固化液体呈随后的三维产品的相应层形式印刷到这些薄层上，并最后用UV源将该印刷的层固化。逐层重复这些方法步骤。

在EP1475220中，准备包含固化剂的各种各样着色的液体，并且在WO2008／077850中，还在即将印刷之前在腔室中混合。因此，选择性着色是可能的。然而，通过混合室不可能实现清晰的颜色过渡。此外，此种方法在固化的限度方面是不清晰的，这可能导致不太光滑的表面并且在一些情况下，导致不均匀的着色。WO01／26023描述了具有不同颜色的固化剂组合物的两个印刷头，它们导致具有不同弹性性能的物体部件。然而，没有描述多于两种的颜色。

其中用热辐射而不是用UV光进行固化并同样使用各种各样颜色的固化剂组合物的变型描述在WO2008／075450中。

GB2419679公开了其中各种各样着色的聚合物颗粒可以被选择性地涂布并在各种波长下固化的方法。这种方法极其复杂并且，同时，导致不清晰的颜色外观。

在根据WO2009／139395的类似于喷墨3D印刷的方法中，逐层涂布有色液体并将其用第二种液体选择性地印刷，该第二种液体导致与第一种液体的固化反应。此种方法仅能逐层积聚颜色，除了可能在未固化的液体层之间发生混合之外。

另一种方法是三维印刷(TDP)。在这种方法中，与喷墨方法类似，用热塑性聚合物的熔体将粉末状材料(然而优选其是陶瓷)逐层选择性地浸透。在每一印刷层后，必须施加新的所述粉末状材料的层。当热塑性塑料凝固时，形成三维物体。

在US2004／0251574中描述的方法中，热塑性塑料的印刷之后是用有色印墨(Farben)选择性印刷。这种方法的优点是，可以非常选择性地印刷。然而，这种方法的缺点是，不可以达到均匀且明亮的颜色外观，因为不能达到该有色印墨向由(陶瓷)粉末和粘结剂组成的复合材料中的均匀渗透。

在EP1491322中描述的方法中，印刷两种不同的材料。第一种含有粘结剂和有色印墨，其在与第二种材料接触时沉淀并因此选择性地将表面着色。这样，可以在物体表面获得更好的颜色性能。然而，这两种材料的均匀混合和复杂的二阶段工艺成为问题。没有描述在多色印刷情况下如何并且是否可确保良好的颜色外观。

在US6，401，002中，使用包含不同有色印墨和粘结剂的各种液体。这些液体分开地逐滴添加或在逐滴添加之前经由管线在喷嘴中结合。本领域技术人员知道两种方式都导致不是最佳的颜色外观。在前一方式的情况下，有色印墨的混合在粘性液体中在表面上发生。这种混合因此仅很少是完全的。在第二方式的情况下，管线中的压力差可能导致非常显著的颜色波动。

在利用印刷方法制备三维物体方面最节约材料并且也是在机器配置方面最有利的方法是熔融沉积造型(FDM)。这种方法在具有小的改进的情况下也称作选择性沉积造型(SDM)。