[发明专利]三维(3D)打印复合构建材料成分

说明书

一种三维(3D)打印复合构建材料成分包括聚合物颗粒和无机颗粒。所述聚合物颗粒是脂肪族聚酰胺。所述无机颗粒具有在大约1μm到大约100μm的范围内的平均颗粒大小。所述复合构建材料成分中的聚合物颗粒与无机颗粒的质量比在大约5:2到大约1:3的范围内。

背景技术

三维(3D)打印可以是用于根据数字模型制作三维固态物体的加法打印工艺。3D打印往往被用于快速产品原型制作、模型生成、主模生成以及小批量制造中。3D打印技术被看作是加法工艺，因为它们涉及相继材料层的组合施加。这与传统的机械加工工艺不同，传统的机械加工工艺往往依赖于去除材料来建立最终的对象。3D打印中使用的材料往往需要固化或者熔合，这对于一些材料而言可以使用热辅助挤压、熔化或烧结来实现，并且对于其它材料而言可以使用数字光投射技术来实现。其它3D打印工艺利用不同的机制(例如，打印粘合胶)来建立3D形状。

附图说明

通过参考下面的具体实施方式和附图，本公开的示例的特征将变得显而易见，在附图中，类似的附图标记对应于相似的(尽管可能并不相同的)部件。为了简洁起见，具有先前描述的功能的附图标记或特征可以或可以不结合其中出现了这些附图标记或特征的其它附图来描述。

图1是示出了本文公开的3D打印方法的示例的流程图；

图2是用于形成3D物体的(多个)层的构建材料成分的示例的半示意性截面图；

图3A到图3D是显示使用本文中公开的构建材料成分、3D打印方法和系统的示例来形成3D物体的一个层的半示意性截面图；

图3E是在执行了几次图3A到图3D之后可以形成的3D物体的示例的半示意性截面图；

图4是图3C的部分的放大半示意性切开截面图；

图5是图3E的3D物体的透视图；

图6是可以在本文中公开的3D打印方法的示例中使用的3D打印系统的示例的简化示意性等距视图。

图7是显示利用复合构建材料成分(1:1质量比的聚酰胺12:AA-18氧化铝粉)的示例形成的零件的部分的示例的显微图像(以500x的放大率)。

图8是描绘不同温度下的示例试样和比较性示例试样的刚度(N/m)的曲线图；以及

图9是描绘不同温度范围下的示例试样和比较性示例试样的热膨胀系数(CTE，μm/(m·℃)的柱状图。

具体实施方式

文中公开了三维(3D)打印构建材料成分的示例。3D打印构建材料成分是聚合物颗粒和无机颗粒的复合物。聚合物颗粒是具有低熔化温度(例如，从大约80℃到大约300℃)和低熔体粘度的脂肪族聚酰胺，而无机颗粒材料具有高熔化温度(例如，通常高于1000℃)，并且具有可被熔化的聚合物颗粒润湿的表面。

无机颗粒的表面化学性质可能对该表面可被熔化的聚合物颗粒润湿有贡献。例如，氧化铝(文中公开的无机颗粒的一个示例)在表面处可以具有羟基(-OH基)群，并且可以充当弱酸。脂肪族聚酰胺在其主链结构中具有酰胺基(-CO-NH2-)。酰胺基是可以通过酸碱相互作用或者氢键键合而对氧化铝表面具有高亲合性的潜在基底。文中公开的无机颗粒的其它示例也具有使熔化的聚合物颗粒能够润湿其表面的适当表面化学性质。

聚合物颗粒的“低熔体粘度”是指聚合物熔体具有使其能够充当在与无机颗粒接触时能够将无机颗粒润湿透(例如，在无机颗粒之间发生毛细作用)的自由流动的流体的粘度。熔体聚合物的粘度取决于温度。在示例中，在3D构建期间聚合物颗粒的熔体粘度(在从大约180℃到大约200℃的范围内的工作温度下)在从大约50Pa·s(帕斯卡-秒)到大约350Pa·s的范围内。聚合物颗粒的低熔体粘度还对聚合物颗粒将复合构建材料中的无机聚合物中的提高的比例分数润湿的能力有贡献。