[发明专利]用于增材制造法的原料、使用其的增材制造法和由其获得的制品

说明书

本发明涉及用于3D制造法，特别是熔丝制造法的改进的原料。该原料包含(P)由金属、金属合金、玻璃、陶瓷材料或其混合物制成的可烧结粒子；和(B)粘合剂组合物，其包含(b1)相对于粘合剂组合物的总重量计5‑15重量％的聚合物增容剂，和(b2)相对于粘合剂组合物的总重量计85‑95重量％的聚合物粘合剂组分，所述聚合物粘合剂组分选自(b2‑1)聚合物混合物或聚合物合金，所述混合物或合金包含至少第一和第二聚合物，第一聚合物的Tg为‑20℃或更低且第二聚合物的Tg为60℃或更高；(b2‑2)一种、两种或更多种包含至少第一聚合物嵌段和第二聚合物嵌段的嵌段共聚物，第一聚合物嵌段具有‑20℃或更低的Tg且第二聚合物嵌段具有60℃或更高的Tg；和(b2‑3)(b2‑1)和(b2‑2)的混合物；其中可烧结粒子(P)的量为所述组合物的40体积％或更大。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，涉及用于增材制造法的原料、使用其的增材制造法和由其获得的制品。

背景技术

传统上，由固体和硬质材料，如金属、钢或陶瓷制成的部件已通过减材制造法，例如机械切削生产。已通过冷和热加工处理法，例如锻造实现具体形状。但是这些方法是复杂的，需要大型机械并且耗时，因此通常更适用于生产大规模生产制品，较不适用于在短时间内制备定制制品。

在定制制品的领域中，已经开发出快速原型/快速制造。许多用途对这一领域的兴趣日益增长，因为定制制品可通过计算机辅助设备，如激光切割、激光烧结等生产。快速原型和快速制造以许多方式实现，包括增材和减材技术。

近年来，各种增材制造法已为人所知。这些方法的一般优点在于与减材制造相比更有效利用材料，并在许多情况下可实现通过减材制造法无法提供的形状。特别地，所谓“3D打印”领域的商业利益不断增长，因为其能够计算机辅助生成具有精确几何和形状的实心部件(solid parts)。3D打印也为客户提供在短时间内生产个性化和定制物件的能力。也对工业而言，原本无法成本有效地生产或由于技术限制而无法生产的原型的快速生产或物件的制造令人感兴趣。增材制造法因此在传统制造方法未能企及的地方继续。

一种类型的增材制造法是选择性激光烧结(SLS)。在此，制品的层是通过烧结顶层、随后提供进一步的粉末、随后再烧结而逐层制造。在相关方法中，通过将胶粘剂选择性施加到金属粒子层上、接着追加金属粉末层和再选择性沉积粘合剂/胶料(粘合剂喷射)，将金属粉末粒子粘合在一起。但是这些方法需要大量的随后弃置或需要再循环的金属粉末。

更经济的是熔丝制造法(FFF)，也被称为“熔融沉积成型”(FDM)。在这种增材制造技术中，通过经挤出装置的喷嘴挤出长丝以在基底上形成原料层而构建三维物体。该长丝通常是热塑性材料。通常加热挤出装置的头的喷嘴以使长丝软和可挤出，然后挤出头在基底上逐层形成原料。该原料通常在挤出后硬化和凝固。为了形成各层，通过电动机驱动挤出头以使基底和/或挤出喷嘴(分配头)相对于彼此沿x-、y-和z-轴以预定模式移动。FFF法最初描述在US 5,121,329中。

FFF法如今主要用于形成由热塑性材料制成的三维物体。在这样的情况下，该物体容易在3D打印机中打印。此类装置可购得。

但是，所有热塑性材料都有某些缺点。制成的物体通常在高温下不稳定，没有高强度并且光学外观通常不令人满意。因此希望将增材制造领域，特别是FFF扩展到具有高的热稳定性、强度和良好的光学外观的物体的生产，如在由金属、合金、陶瓷或玻璃制成的物体中实现。

但是，由于它们的固有脆性，此类材料无法挤出。由此类材料制成的物体的制造因此通常只能通过在可挤出或原本可加工的粘合剂体系中提供该材料的粒子，如在金属注射成型(MIM)中来实现。但是缺点是需要除去粘合剂体系并通常通过热处理熔结粒子，以形成所需物体。