[发明专利]熔融模塑三维制品及其制造方法

说明书

描述了具有不类似或不同硬度的区域的熔融模塑成型三维制品，其中所述区域之一是硬的且是塑料，金属，玻璃，木材，混凝土，岩石或其混合物，和所述区域的另一个是含受控分布的氢化苯乙烯类嵌段共聚物组合物的硬度较小的区域。尽管金属，玻璃，木材，混凝土，和岩石不是熔融可模塑的材料，但塑料和受控分布的氢化苯乙烯类嵌段共聚物组合物是。因此，本发明的范围是指包括其中该制品的仅仅一个区域或层熔融模塑的制品，或者其中硬区域/层和软区域/层二者都借助熔融模塑技术形成的制品。

技术领域

增材工艺制造是连接材料以制造制品的工艺，通常层叠层，这与减材制造技术相反。在这一定义内包括熔融沉积模塑工艺，其中可移动头或喷嘴沉积一点熔融聚合物材料在基板上。该熔融材料在挤出后的很短时间内凝固，并冷焊至先前层上。本发明是一种制品，其中该制品的至少一个区域具有不同硬度的层，其中该层之一包括受控分布的氢化苯乙烯类嵌段共聚物的组合物。本发明还涉及制造或形成制品的方法。熔融沉积模塑通常使用3D打印机，其中层化步骤之一用受控分布的氢化苯乙烯类嵌段共聚物实现。

2.现有技术

熔融沉积模塑是一种由合适的热塑性树脂，例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)制造制品的已知工艺。该工艺的优势是可直接由电脑辅助设计(CAD)体系制造制品-省去了原型或模具的需要。在3-D打印机中使用的ABS模塑材料可以是挠性长丝，长条或小球形式，且最初以固体的形式供应至打印机的挤出头。挤出头熔化一点长丝，长条或小球，并在通过CAD系统指示的精确点上沉积熔融ABS。很快熔融的ABS重新凝固，且挤出头移动至下一个CAD指示的点，并重复该工艺，从而形成制品。

合适的热塑性树脂必须具有3000psi至12,000psi的拉伸强度。还根据ASTMD1238，该树脂在挤出温度下，在1.2kg的负载下必须具有5-30g/10min的熔体流动速率。挤出温度取决于所使用的聚合物，且典型地比熔融温度高几度。根据ASTM注射模塑试验标准，在重新凝固后树脂的收缩率小于或等于0.010英寸/英寸。除了ABS以外，其他合适的热塑性树脂包括聚碳酸酯，聚乳酸，聚苯砜，和这些的混合物。典型的聚碳酸酯树脂是获自G.E.Plastics的HF1110。特定的聚碳酸酯/ABS树脂是获自G.E.Plastics的C1110HF。典型的聚苯砜树脂是获自BPAmoco的R 5600NT。

Stratasys,Inc.的美国专利No.6,645,412公开了通过熔融沉积模塑技术，制造三维物体的方法。热塑性树脂模塑材料为挠性长丝形式，且最初以固体形式供应到挤出头上。挤出头熔融一点长丝并在通过CAD系统指示的精确点上沉积熔融的ABS。很快熔融的ABS重新凝固，并且挤出头移动到下一个CAD指示的点上并重复该工艺。

Stratasys,Inc.的美国专利No.7,314,591公开了通过熔融沉积模塑技术，制造三维物体的方法，其中热塑性材料含有有机硅，以辅助除去该物体的任何不想要的部分。

ObjetGeometries,Ltd.的美国专利No.7,364,686公开了用于通过熔融沉积模塑技术，制造三维物品的建筑材料。它还公开了制造不由该物体的底部(floor)所支撑的特征所使用的支撑材料，其随后从最终物体中除去。支撑材料具有较小的拉伸强度，或者不同的粘度，和较低的内聚性(粘结至先前层的粘结强度)。还公开了具有多个印刷头的印刷装置。

WO专利申请No.2012/058278公开了一种热熔沉积印刷工艺和具有ABS或其他类似类型聚合物的第一层和可包括聚氨酯或聚酯的罩面层的制品。在每一聚合物层之间，沉积“油墨”层。油墨层可具有不同的功能，其中之一是充当至两层聚合物层上的粘结层。