[发明专利]用于在真空条件下形成聚合物部件的方法

说明书

背景技术

使用三维(3D)计算机辅助设计(CAD)数据的按需部件制造，也称为3D打印，正在改进和变得更流行。3D打印技术可以包括多种不同的技术方法。3D打印方法的一个实例是选择性激光烧结，其使用聚焦激光束以加热和融合粉末材料以制造部件。用于形成3D部件的另一个实例是旋转模制，也被称为滚塑，其将粉末材料放置在中空模具中然后在加热的同时旋转模具，使得粉末材料熔融并涂覆模具的一个或多个内表面以形成中空部件。

发明内容

本公开描述了如通过无定形聚合物粉末的选择性激光烧结或滚塑，由聚合物材料形成部件的系统和方法，和特别是由包括聚碳酸酯的无定形聚合物材料形成部件的系统和方法。

本发明的发明人尤其认识到要解决的问题是通过例如选择性激光烧结或滚塑由聚合物粉末(特别是无定形聚合物粉末，如聚碳酸酯粉末)形成部件可以由于在部件中捕获的空气、水汽或挥发性物质导致在所得部件中高百分比的空隙空间。本文中描述的系统和方法的多种实施方案可以提供解决这个问题的方案，如通过在加热和固结过程中施加真空，这可以导致空气、水汽或挥发性物质中的一种或多种从聚合物粉末中快速释放，导致孔隙率降低和总体部件密度提高。

本发明的发明人已经尤其认识到要解决的技术问题是通过例如选择性激光烧结或滚塑由聚合物粉末(特别是无定形聚合物粉末，例如聚碳酸酯粉末)形成部件通常在加热和固结过程中导致降解。本文中描述的系统和方法的多种实施方案可以提供解决这个问题的方案，如通过在加热和固结过程中施加真空，这可以导致降低固结所需的能量，减少热降解。

附图说明

图1是用于使用聚合物(例如聚碳酸酯)粉末的选择性激光烧结制造部件的示例性系统的示意图。

图2是通过选择性激光烧结形成的聚碳酸酯部件的百分比孔隙率与其弯曲强度之间的关系的图表。

图3是通过在真空环境中聚碳酸酯粉末的选择性激光烧结形成部件的示例性方法的流程图。

图4A是用于通过滚塑聚碳酸酯粉末制造部件的示例性系统在滚塑开始之前的示意图。

图4B是图4A的示例性系统在聚碳酸酯部件已经形成后的示意图。

图5是通过在真空环境中聚碳酸酯粉末的滚塑形成部件的示例性方法的流程图。

图6A是聚碳酸酯粉末的颗粒在加热和固结粉末之前的概念性特写视图。

图6B是当开始施加真空时聚碳酸酯粉末的概念性特写视图。

图6C是聚碳酸酯粉末颗粒在导致粉末颗粒软化或熔融和融合的加热后的概念性特写视图。

图6D是在从软化的或熔融的和融合的粉末颗粒周围的空隙空间中移除空气，导致空隙空间塌陷后，软化的或熔融的和融合的聚碳酸酯粉末的概念性特写视图。

图7是显示在实施例中使用的聚碳酸酯粉末的大小分布的图表。

图8A-8D显示了在加热循环过程中不施加真空的情况下，在聚碳酸酯粉末加热和固结过程中在不同时间的一系列聚碳酸酯粉末。

图9显示了通过加热和固结形成的两个聚碳酸酯板的并排比较，其中一个板是在没有真空辅助的情况下形成的(左)，一个是在有真空辅助的情况下形成的(右)。

图10显示了在没有真空辅助的情况下形成的聚碳酸酯厚板的冲击试验样品的特写照片。

图11显示了在有真空辅助的情况下形成的聚碳酸酯厚板的冲击试验样品的特写照片。

图12显示了在没有真空辅助的情况下形成的所示聚碳酸酯样品(图10A)的10倍放大的照片，显示了在厚板中形成了相对大的空气空隙。

图13显示了在有真空辅助的情况下形成的聚碳酸酯样品(图10B)的10倍放大的照片，显示了不存在大的空隙。

具体实施方式

通过如3D打印或其它快速原型法的3D部件的快速原型由于它们的多用途性和建造的高速而已经获得普及。本公开描述了通过以下的聚碳酸酯粉末的选择性激光烧结(或“SLS”)：将激光束或其它聚焦的能量束选择性瞄准位于目标区内的聚碳酸酯粉末层以选择性熔融和融合聚碳酸酯从而形成融合的聚碳酸酯部件的一个或多个聚碳酸酯层。本公开还描述了通过以下的聚碳酸酯粉末的旋转模塑，也被称为“滚塑”：在旋转模具的同时在模具中加热聚碳酸酯粉末以沿着模具的至少一个内表面形成聚碳酸酯部件。