[发明专利]掺入相变材料的热固性增材制造的制品及其制成方法

说明书

增材制造的制品由至少两个粘附的挤出物层(120)构成，所述挤出物层(120)由其中具有相变材料的热固性材料构成，其中所述相变材料在低于所述热固性材料分解的温度下经历相变。所述制品能够通过以下制成：分配包含有机反应性材料和相变材料的混合物形成挤出物，所述挤出物被3D打印成具有粘合在一起的多个挤出物层的制品，并且然后允许所述有机反应性材料反应形成其中具有所述相变材料的热固性材料以形成所述增材制造的制品。通过在施加力时加热到高于所述相变材料经历相变的温度的温度并且然后冷却到低于相变温度能够改变所述制品的形状。同样地，仅通过加热到高于所述相变温度并且然后在没有施加力的情况下冷却能够返回原始形状。

技术领域

本发明涉及热固性聚合物的增材制造的方法，在所述热固性聚合物中相变材料掺入其中。特别地，本发明为用于形成弹性体零件(例如，聚氨酯)的增材制造方法，所述弹性体零件具有相变材料，所述相变材料在低于热固性材料开始分解的温度下相变。

背景技术

熔丝制作(FFF)，其通常也被称为塑料喷射打印或熔融沉积成型(FDM)，已用于通过使用热塑性丝形成3D零件，所述热塑性丝被拉进加热的喷嘴、熔化并且然后挤出，其中挤出的长丝在冷却时熔融在一起(参见例如美国专利第5,121,329号和第5,503,785号)。因为所述技术需要长丝的熔化和挤出，所以材料受限于热塑性聚合物(典型地为尼龙)、更高的温度和复杂的设备。此外，所述技术需要支撑结构，它们在制成复杂的零件时也被挤出，所述支撑结构必须能承受形成零件所需的高温，同时也易于例如通过溶解来移除。

已经进行几次使用FDM技术来3D制造热固性聚合物的尝试，如Mulhaupt等人在美国专利第6,942,830号和Herbak在美国专利公开2003/0004599中所描述的。Muhlhaupt描述将加热的反应性组分挤出物挤出到液体介质中，所述液体介质提供浮力并且与挤出物组分反应或加速其交联以形成3D制造的零件。Herbak挤出发泡单体聚异氰酸酯并且使其与二醇反应，其中组分在几秒钟内形成反应的泡沫，这当然将预期实现显著的放热反应和温度升高。

立体光刻(SLA)或光固化也被用于制成热固性聚合物零件(参见例如美国专利第4,575,330号)。SLA使用UV激光从容纳在桶中的特定光固化树脂构建连续层，这使得难以掺入任何其它期望添加剂。制造的零件由桶内的台板支撑，所述台板在每一层被光固化时下移以形成零件。

期望提供增材制造方法和由其制成的零件，所述零件掺入在有用的温度范围内操作的相变材料。

发明内容

本发明的第一方面为增材制造多孔无机零件的方法，其包括：

(i)提供包含有机反应性材料和相变材料的混合物，

(ii)通过喷嘴分配所述混合物以形成沉积在基底上的挤出物，

(iii)在分配混合物时移动基底、喷嘴或其组合，使得在基底和喷嘴之间以预定图案水平位移以在基底上形成混合物的初始层，

(iv)重复步骤(ii)和(iii)以形成粘附在初始层上的混合物的连续层以形成增材制造的零件，以及

(v)允许有机反应性材料反应形成其中具有相变材料的热固性材料以形成增材制造的制品。

所述方法令人惊讶地允许具有相变材料的增材制造的制品的形成，所述相变材料在有用的温度(如室温(约23℃)至约300℃)下经历相变。

本发明的第二方面为增材制造的制品，其包括至少两个粘附的挤出物层，所述挤出物层由其中具有相变材料的热固性材料构成，其中相变材料在低于热固性材料分解的温度下经历相变。在特定实施例中，增材制品可被加热到高于发生相变(例如，相变材料熔化)的温度并且可通过施加力来改变制品的形状并且一旦冷却到低于相变温度，形状改变即使在移除力之后仍保留。同样地，可仅通过在不施加力的情况下加热到高于相变温度来恢复原始形状。