[发明专利]用于挤出式3D打印法的经涂布长丝的用途和制备

说明书

技术领域

本发明涉及用于随后在挤出式3D打印机，例如FDM打印机(熔融-沉积-成型打印机)中打印施加的经涂布长丝的新型制备方法。此处长丝在打印机外在单独过程中涂布并也可用于现有技术的适当的未改造打印机。本发明还涉及用于进行所述方法的涂布装置和带有经涂布长丝的辊。

背景技术

快速原型成型或快速制备法是旨在将可得的三维CAD数据直接和快速转化成工件，而尽可能没有人工干预或不使用模具的制备方法。

在快速原型成型法的范围内目前有各种方法。这些可分成两类：基于激光的方法和不使用激光的方法。

最广为已知的激光型并同时是最古老的3D打印法是立体平版印刷(SLA)。在这种方法中，可辐射固化的聚合物的液体组合物利用激光逐层硬化。本领域技术人员可以清楚看出，通过这种方法制成的工件只能随后在表面上着色。这是复杂并耗时的。

类似的是选择性激光烧结法(SLS)，其中与SLA类似地，借助激光逐层选择性烧结粉末状原材料，例如热塑性塑料或可烧结金属。采用这种方法也可在第一方法步骤中只获得单色或非特定着色的3D物体。这同样适用于第三种激光型方法，“叠层物体制备”，其中将带有粘合剂的纸幅或塑料膜的层与层互相胶粘并借助激光切割。例如在US 6,713,125中描述了物体的随后着色。

也可用于制备多色物体的已知3D打印法是UV喷墨法。在这种三阶段法中，以薄层施加粉末状材料，将UV可固化液体以后续三维产品的相应层的形式印刷到所述层上，最后利用UV源使经印刷的层硬化。这些方法步骤逐层重复。

在EP 1 475 220中，准备各种不同着色的含固化剂的液体，在WO 2008/077850中额外在小室中直接在印刷过程之前混合。因此有可能选择性着色。但是，由于该混合室，清晰的颜色过渡是不可能的。此外，这种类型的方法在固化边界处不清晰，这会导致较低光滑度的表面并有时造成不均匀着色。在WO 01/26023中，描述了具有各种不同颜色的固化剂组合物的两个印刷头，其导致具有不同的弹性性能的物体部件。但是，没有描述多于两种的颜色。

WO 2008/075450描述了一种变体，其中采用热辐射代替采用紫外光进行硬化，并同样使用各种不同颜色的固化剂组合物。

GB 2419679公开了可选择性施加各种不同着色的聚合物粒子并在各种波长下硬化的方法。这种方法极其复杂并同时导致不清晰的颜色图像。

在根据WO 2009/139395的类似于3D喷墨印刷的方法中，逐层施加有色液体并选择性地用第二液体印刷，其导致与第一液体发生固化反应。这种类型的方法只能逐层构造油墨，除了在未固化的液体层之间可能发生混合以外。

另一方法是三维印刷(TDP)。在这种方法中，类似于喷墨法，将粉末状材料(但是其优选是陶瓷)逐层用一种热塑性聚合物的熔体选择性浸透。在各印刷层后，必须施加新的粉末材料层。热塑性塑料硬化时形成三维物体。

在US 2004/0251574中描述的方法中，在印刷热塑性塑料后选择性地用油墨印刷。这种方法的优点是能高度选择性地印刷。但是，这种方法的缺点在于不可能实现均匀并且明亮的颜色图像，因为不可能使油墨均匀渗透到由(陶瓷)粉末和粘结剂制成的复合材料中。

在EP 1 491 322中描述的方法中，印刷两种不同的材料。第一种包含粘结剂和在与第二种材料接触时沉淀并由此将表面选择性着色的着色剂。以此方式可以在物体表面上产生更好的颜色性质。但是，这两种材料的均匀混合和复杂的两阶段法成为问题。没有描述如何和是否可以确保在多色印刷下实现良好的颜色图像。

在US 6,401,002中，使用含不同着色剂和粘结剂的各种液体。所述液体分开滴加或在滴加过程之前经由喷嘴中的管线合并。本领域技术人员知道这两种程序都导致不是最佳的颜色图像。在前者中，在表面上在粘性液体中发生着色剂的混合。这种混合因此只是很少是完全的。在第二种程序中，管线中的压力差可能造成非常强的颜色变化。

在借助印刷法制备三维物体方面最节省材料的并就机械设计而言也最有利的方法是熔融-沉积-成型(FDM)。这涉及挤出式数字制备体系。具有轻微改动的基本类似的方法，例如还以术语：熔丝制备(FFM)、熔融挤出制备(MEM)或选择性沉积成型(SDM)提到。