[发明专利]基于涂覆芯材料的纤丝

说明书

本发明涉及一种包含含无机粉末(IP)的芯材料(CM)的纤丝，并且芯材料(CM)涂覆有包含热塑性聚合物的壳材料(SM)层。此外，本发明涉及一种制备所述纤丝的方法，以及三维物体及其制备方法。

本发明涉及一种包含含无机粉末(IP)的芯材料(CM)的纤丝，并且芯材料(CM)涂覆有包含热塑性聚合物的壳材料(SM)层。此外，本发明涉及一种制备所述纤丝的方法，以及三维物体及其制造方法。

一种最常用的3D打印技术或增材制造技术是熔融沉积成型(FDM)，也称为熔丝制造方法(FFF)。为了制造三维物体，通常将提供在线轴上的热塑性材料的纤丝经由基座上的加热喷嘴逐层沉积。因此，将热塑性材料加热至超过其熔融温度和/或玻璃化转变温度的温度。选择热塑性材料和温度梯度，以便能使其在与基座或挤出的热塑性材料的前一层接触时基本上立即固化。

为了形成各层，提供驱动马达以沿着x、y和z轴以预定的模式使基座和/或挤出喷嘴(分配头)相对于彼此运动。US5,121,329首先描述了熔融沉积成型(FDM)。用于制造三维物体的典型材料为热塑性材料。只有在金属或陶瓷材料具有低熔点以使得其可由喷嘴加热和熔融时，才能通过熔丝制造来制造三维金属或陶瓷物体。如果金属或陶瓷材料具有高熔点，则必须将金属或陶瓷材料在粘合剂组合物中提供给挤出喷嘴。粘合剂组合物通常包含热塑性材料。当将金属或陶瓷材料在粘合剂中的混合物沉积至基座上时，所形成的三维物体为所谓的“生坯”，其包含处于粘合剂中的金属或陶瓷材料。为了接受所需的金属或陶瓷物体，必须除去粘合剂，最后必须将物体烧结。然而，没有提及使用包含无机粉末和粘合剂且涂覆有包含热塑性聚合物的壳材料(SM)的纤丝。

US5,738,817和US5,900,207描述了通过使用分散在粘合剂中的颗粒组合物的混合物来制造三维制品的熔融沉积成型方法。所述颗粒组合物包含陶瓷材料、元素态金属、金属合金和/或钢。所述粘合剂由聚合物、蜡、弹性体、增粘剂和增塑剂组成。通过烧除周期从制品中除去粘合剂，在此期间缓慢加热制品，以使粘合剂体系的一些组分熔融且从制品中流出。在将这些组分从制品中除去后，升高温度，粘合剂的其他组分热分解，并通过扩散和蒸发从制品中除去。该步骤d)的工艺非常耗时。此外，在蒸发之前粘合剂的熔融会导致制品变形；此外，高温可能导致表面起泡或制品内部开裂和/或分层。没有公开使用包含无机粉末和粘合剂且涂覆有包含热塑性聚合物的壳材料(SM)的纤丝。

US2012/0033002描述了一种使用热磁粉末和粘合剂体系的混合物通过熔丝制造来制造三维热磁物体的方法。该粘合剂体系包含聚合物如聚酯、聚砜、聚醚砜和苯乙烯共聚物。在打印三维物体之后，必须除去粘合剂。对于该步骤d)，需要非常高的温度。如上所述，步骤d)所需的高温可能导致三维物体表面起泡、制品内部开裂和/或分层。没有提及包含涂覆有壳材料(SM)层的芯材料(CM)的纤丝。

US2012/0231225公开了用于基于挤出的增材制造系统的纤丝。这些纤丝包含第一热塑性聚合物的芯部分和第二热塑性聚合物的壳部分，其中第二热塑性聚合物的组成不同于第一热塑性材料。在US2012/0231225所公开的纤丝的一些实施方案中，芯部分和壳部分的材料显示出不同的结晶温度。这种结晶温度的差异是合乎需要的，因为这“减少了半结晶聚合物材料作为挤出路径沉积以形成3D模型层时的变形、内部应力和流挂”。所述的任何纤丝没有涉及无机材料。

EP15152349.5描述了在熔丝方法中使用包含无机粉末和粘合剂的混合物，以及通过熔丝制造方法制造三维物体的方法。然而，没有公开包含芯材料和额外的壳材料的纤丝。

WO2015/077262A1公开了作为3D打印输入物的纤丝，其包含分离的层或部分。这些层可包含不同的材料，例如聚合物、碳纤维、玻璃纤维、木纤维、纳米纤维素纤维或碳纳米管。然而，WO2015/077262A1没有公开作为芯材料的无机粉末和至少一种粘合剂以及作为壳材料的至少一种热塑性聚合物的组合。

本发明的目的是提供用于基于挤出的增材制造系统中的新型纤丝。

该目的通过一种包含涂覆有壳材料(SM)层的芯材料(CM)的纤丝实现，其中：