[发明专利]用于粉末床熔融法的聚合物粉末

说明书

技术领域

本发明涉及用于粉末床熔融法中的聚合物粉末。

背景技术

快速提供原型或小批量是最近经常提出的任务。能够实现这一点的方法称为快速原型、快速制造、添加式制造法或3D打印。特别合适的是其中所需结构通过粉状材料的选择性熔化和/或凝固得以逐层制备的方法。根据该原理操作的方法统称为上位概念粉末床熔融。

粉末床熔融法的一个实例是激光烧结，其详细描述于专利文件US 6136948和WO 9606881中。粉末床熔融法的其它实例描述于专利文件US6531086和EP1740367中。 DE 19747309公开了一种良好地适合用于粉末床熔融法中的粉末。

粉末床熔融技术尤其包括直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、选择性吸收烧结(SAS)和选择性抑制烧结(SIS)。

在所有方法中致力于使通过该方法制备的部件尽可能具有与已制备了粉末的聚合物材料相同的密度。腔(Lunker)和/或内含物相应地是不希望的。因此，部分或完全熔化的粉末颗粒的良好融合是必要的。为了避免部件上的表面缺陷，即使对于在粉末床熔融法中多次使用的粉末也要求所述部分或完全熔化的粉末颗粒的良好融合。为了改进聚合物颗粒的融合，聚合物材料粘度的简单降低不适合于该目的，因为熔体的尺寸稳定性在低粘度下受损。这种效果导致非尺寸精确(maßhaltig)的部件，因此是不希望的。

发明内容

本发明的目的是提供由聚合物材料制成的粉末，其允许熔化的粉末颗粒的良好融合，但是其熔体同时具有足够高的尺寸稳定性，这允许制备尺寸精确的部件。

该目的令人惊讶地通过具有小于35mN/m的自由表面能的粉末得以实现。优选地，所述粉末具有小于32mN/m，更优选小于30mN/m的自由表面能。自由表面在此通过接触角测量根据毛细管上升高度法使用Washburn方程和根据Owens、Wendt、Rabel和Kaelble的评价方法来测定。接触角测量在此用Krüss公司的张力计K12处理器在标准气候(23℃，50％空气湿度)下进行，并用安装的K121.2b软件进行评价。作为接触角测量的准备，所述粉末通过夯实体积计(Stampfvolumeter)(STAV 2003 /J.Engelsmann公司)用1000个冲程预压实。在每种情况下在溶剂二碘甲烷、乙二醇和水与乙醇的80/20混合物中进行接触角测量。

令人惊讶地已经发现，通过用疏水性物质涂覆所述粉末颗粒可以改善熔化的粉末颗粒的融合，并且该熔体同时具有足够高的尺寸稳定性。就这点而言，涂有疏水性物质的聚合物粉末是本发明的优选聚合物粉末。

相对于水具有大于90°的接触角的表面被称为疏水性的。疏水性表面通常由疏水性物质构成或被疏水性物质覆盖。接触角在此应使用Krüss公司的DSA100S测量(根据制造商说明的自动化测量)。优选地，疏水性物质相对于水具有大于120°的接触角。

在部分结晶的聚合物的加工中，工艺温度最高设定为低于所述聚合物粉末熔点约10℃，以使待制备的物体的扭曲最小化。此外，应当避免干扰建造过程的卷曲效应。但是，所述聚合物颗粒通过该工艺温度尚不应烧结或甚至熔化，因为这将使由粉末饼制备的物体的拆卸变难。由于部分熔化的颗粒也会使粉末施加变难。

通常，将在所述工艺温度下仍为固体的添加剂加入到用于粉末床熔融法中的粉末中。令人惊讶地已经发现，可以用具有明显低于工艺温度的熔点的疏水性物质涂覆所述聚合物颗粒。换句话说，所述疏水性物质在常规的工艺温度下为液体形式。所述疏水性物质在标准压力(1013hPa)下的熔点因此优选为低于160℃(DIN 53765，来自Perkin Elmer的DSC 7，加热速率20K/min)。优选地，所述疏水性物质的熔点低于120℃，更优选低于90℃。然而，所述疏水性物质的沸点应明显高于所述工艺温度。优选地，所述疏水性物质在标准压力下具有大于190℃的沸点(DIN 53765，来自Perkin Elmer的DSC 7，加热速率20K/min)。最优选地，所述疏水性物质在标准压力下的沸点高于300℃。