[发明专利]陶瓷支撑结构

说明书

一种用于增材制造的陶瓷前体支撑结构，其在热加工后在多种溶剂中是可溶的。

技术领域

本公开内容涉及熔融可加工的陶瓷前体材料(pre-ceramic material)用于作为在增材制造(叠层制造或添加制造，additive manufacturing)中的支撑结构的应用的用途。

背景技术

增材制造技术，也认可为三维打印技术，通过热塑性材料的层-层沉积来建造三维物件。利用塑料纤丝将材料递送至挤出喷嘴。加热该喷嘴以使材料熔融并且可以通过计算机控制在水平和垂直两个方向上移动。通过挤出热塑性材料的小球以形成层来生产三维物件。热塑性材料的层在挤出后硬化。经常采用支撑材料来帮助建造某些三维物件。支撑结构是通过物理或化学手段可以从接触的其它挤出材料去除的热塑性材料。某些支撑材料在某些液体中是选择性地可溶的。可以选择热塑性支撑材料和所述液体的组合物(组成，composition)以使该液体溶解支撑材料，但不溶解用于所需物件的构造的预定材料。

发明内容

涉及陶瓷的增材制造的一个实施方案是这样一种方法，其中挤出陶瓷前体粉末的热塑性纤丝以形成三维制品。在增材制造的某些应用中，利用牺牲“支撑”层来帮助形成产生预期三维产品的“建造(构建，build)”层。随后将支撑层去除以产生最终物件。在在依照本公开内容的陶瓷的增材制造期间，热塑性聚合物携带陶瓷前体粉末以形成含有热塑性粘合剂的三维生坯陶瓷部件。对于本公开内容的目的，可以预期具有陶瓷前体的热塑性聚合物作为支撑层又作为建造层。然后使这些部件经过物件煅烧期间的粘合剂去除和烧结循环，导致在某些实施方案中的陶瓷化。由于用于烧结的高温所致，传统热塑性支撑层不合适，简单地因为该温度远高于聚合物的降解温度。支撑结构的降解又会有害地影响得到建造层和预期制品。这已经限制了利用传统增材制造实践生产的三维陶瓷物件的类型。

本公开内容涉及烧结前(pre-sintered)支撑层或结构用于增材制造的用途，所述支撑层或结构在煅烧或烧结后在多种溶剂中是可溶的。组合物是增材制造的原料，其具有聚合物基体(聚合物基质，polymeric matrix)和陶瓷前体化合物，其中烧结后的支撑层在溶剂中是可溶的或可去除的。通常，使用熔融加工技术制造原料以形成适合于利用增材制造工艺和设备的应用的纤丝。

对于本公开内容的目的，陶瓷表示已经经过热过程或煅烧而形成无水或基本无水的材料的材料。生坯陶瓷(陶瓷坯，green ceramic)是还没有经过热过程的材料。利用其中通过烧结前的支撑层支撑烧结前的建造层的增材制造，可以生产生坯可陶瓷化制品(greenceramifiable article)。在生坯制品的煅烧后，通过热降解从建造层和支撑层二者去除聚合物粘合剂，并且在这样做时，将建造层通过另外的热加工或烧结转化到陶瓷组合物中。在该过程期间，支撑层维持建造层的形状和结构支撑。在去除聚合物粘合剂的情况下，剩余的支撑层的材料在溶剂中是可溶的或可去除的。可以使现有的陶瓷支撑结构的整个物件经过在那里将其去除的溶剂，由此留下通过建造层形成的成品陶瓷制品。

详述

用于增材制造的烧结前的支撑结构可以用于帮助三维陶瓷制品的形成。使用熔融加工技术制造用于烧结前的支撑结构的原料(进料或给料，feedstock)以形成在某些实施方案中适合于利用增材制造工艺和设备的应用的纤丝(细丝，filament)。采用支撑结构纤丝与建造结构纤丝以通过增材制造生成三维物件。

在某些实施方案中，可以利用增材制造技术来生产生坯可陶瓷化制品。生坯可陶瓷化制品通过聚合物基体和陶瓷前体化合物的支撑组合物支撑。在高温下煅烧该生坯制品后，可以使包括烧结后的支撑结构的整个物件经过溶剂浴，在那里陶瓷支撑结构被去除，从而留下成品陶瓷制品。