[发明专利]从热固性材料制造三维物体

说明书

本文提供了一种用于由形成热固性产物的反应性组分创建三维(3D)物体的方法。在一个实施方式中，方法包括提供有效形成热固性产物的第一和第二反应性组分。在一个实施方式中，热固性产物包括含氨基甲酸酯和/或含脲聚合物。在一个实施方式中，第一反应性组分包括异氰酸酯并且第二反应性组分包括具有至少一个末端羟基基团的多元醇、具有至少一个包括异氰酸酯活性氢的胺的多胺、或所述多元醇和多胺的组合。在一个实施方式中，第一反应性组分包括预聚物，并且任选地，第一和第二反应性组分的粘度比为1:3至3:1。还提供了包括完全反应的热固性产物的3D物体，以及包括第一和第二反应性组分的热固性体系。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月6日提交的序号62/430,919的美国临时申请和2017年6月23日提交的序号62/524,214的美国临时申请的权益，所述美国临时申请中的每一个通过引用并入本文。

技术领域

本发明包括但不限于使用热固性组合物、例如但不限于聚氨酯进行三维打印的配制物和方法。

背景技术

熔丝制造(FFF)，在本领域中也称为热塑性挤出、喷塑印刷(PJP)、熔丝法(FFM)或熔化沉积成型，是一种增材制造工艺，其中将材料逐层挤出到平台上以形成三维产物。通常，FFF使用熔融的热塑性材料，其被挤出到温度较低的平台上。三维打印(“3D打印”)经常使用支撑结构，所述支撑结构在部件完成后易于从部件上溶解或移除。使用热塑性塑料的现有FFF技术的缺点包括但不限于打印材料性质、打印方向强度单一，耐久性有限，和柔软性有限。相比之下，本文所述的热固性材料尚未用于FFF，因为在固化之前，单体是低粘度液体，并且在沉积时，固化性液体流动或碎裂成液滴，导致成品部件质量低下和不理想的低分辨率。在实践中，尝试用热固性材料打印已需要添加填料(例如无机粉末或聚合物)以在树脂完全固化之前在树脂中诱导触变行为。这些解决方案会影响被打印部件的最终性质。其它问题包括被打印部件中的分辨率控制差以及经常堵塞混合系统。

发明内容

本公开提供了对上述问题和/或缺点中的一个或多个的解决方案。本文所述的增材制造工艺可称为挤出热固性打印(ETP)。

用于本文时，术语“热固材料”、“热固性产物”和“热固性材料”可互换使用，并且是指形成共价键合的交联或聚合网络的至少两种化学物质的反应产物。与热塑性塑料相对，本文所述的热固性产物可以不可逆地固化或凝固。

在某些实施方式中，本文所述的固体聚合物(例如，聚氨酯)是弹性体。弹性体是当施加应力时可变形、但在去除应力后保持其原始形状的聚合物(例如，聚氨酯)。

用于本文时，术语“层”是指已从挤出喷嘴挤出并沉积在例如基底上的一股热固性产物。层最初是部分反应的热固性产物，并固化而变成完全反应的热固性产物。

用于本文时，术语“部分反应的热固性产物”是指共价键合的交联或聚合物网络，其仍具有反应性，例如，其仍具有羟基、胺和/或异氰酸酯官能度，在滴定中提供可测量的羟基值、NH值或NCO值。在另一个实施方式中，部分反应的热固性产物是粘度低于3,000,000cp的热固性产物。在一个实施方式中，部分反应的热固性产物是分子量不大于100,000g/mol的热固性产物。完全反应的热固性产物是共价键合的交联或聚合网络，其不具有可测量的反应性基团(例如，羟基、胺或异氰酸酯官能度)。在另一个实施方式中，完全反应的热固性产物是这样的产物，即其是固体并且不具有可测量的粘度。