[发明专利]改善3D印刷中制造的塑料零件中的跨道粘附和聚结

说明书

本公开描述一种用于增材制造的组合物，所述组合物含有热塑性聚合物和能够相对于所述热塑性聚合物的比热降低所述组合物的比热的矿物质添加剂。所述组合物中所述矿物质添加剂的比例可以设定成使得所述组合物的比热等于或小于所述热塑性聚合物的比热的95%；并且所述组合物可呈长丝、棒、丸粒或颗粒状。本文公开的组合物可适于充当适合通过材料挤出执行增材制造的组合物。本文还公开了增材制造方法以及用于生产用于熔融长丝制造的组合物。

优先权

本PCT国际申请要求2017年2月2日提交的美国临时专利申请号62/453,616的优先权权益，所述申请的主题以引用的方式整体结合到本文中。

技术领域

本申请通常涉及材料技术，更具体地涉及用于增材制造的组合物的制备和用途。更特别地讲，本申请公开了用于增材制造的组合物，制备所述组合物的方法，使用所述组合物的增材制造方法，以及由所述组合物形成的物体。

发明背景

近年来，已经发展了增材制造(通过逐层沉积给定材料构建零件的方法)，使得许多人认为其将代替特定的传统制造技术(例如，熔模铸造)。与增材制造相关的主要益处之一是，逐层构建方法允许在其构造期间进入零件内部，这有利于容易地结合复杂的内部结构，从而可以相对于零件重量实现机械性质的显著改善。此外，增材制造允许人们快速从3D计算机辅助设计(CAD)模型转移到成品零件，从而实现更高效的原型设计。

材料挤出(MEX)技术就是一种这样的增材制造技术。这是一种在施加压力时容纳在储存器中的材料通过喷嘴挤出的过程。如果压力保持恒定，则所产生的挤出材料(通常称为“道路”)以恒定速率流动并保持恒定的横截面直径。如果喷嘴跨越沉积表面的行进也保持在对应于流速的恒定速度，则挤出的“道路”的直径将保持恒定。

最常用的材料挤出方法是使用温度作为控制物质状态的方式。在一些MEX技术中，固体热塑性材料在储存器内液化，使得其流过喷嘴并在固化前与相邻材料粘合。为了制造高质量的零件，挤出的材料在沉积时必须是半固体，然后完全固化，同时变形最小。另外，挤出的长丝还必须与预先沉积的材料粘合，从而形成固体结构。正是在顺序沉积期间限制材料变形和使长丝间粘合最大化的这种组合对于开发用于MEX 3D印刷的新材料是一个挑战。

包括聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的聚烯烃是当今塑料行业中量最大的聚合物。其中很大的一部分原因是由于其密度低、易于回收和广泛加工性而具有的优异成本/性能值。例如，聚烯烃通常以粒料形式接收，并且可以被挤出、吹塑、注塑或滚塑以制造各种各样的零件。另外，随着催化剂设计的最新进展，聚烯烃具有高度可调的分子架构和机械性质(例如，从弹性到脆性)。由于这种广泛的机械性质和可加工性，非常希望开发用于3D印刷的聚烯烃体系。

产生具有一致的机械性质的MEX 3D印刷零件的挑战之一是由各个沉积的聚合物“道路”制造固体零件。在熔融聚合物“道路”沉积期间，各股必须聚结以形成固体零件。在涉及使用聚烯烃的增材制造方法中，单独层之间的内聚力低的问题尤其明显。尤其是对于MEX3D印刷应用，当使用含聚烯烃的材料时，聚结和粘合较差的问题阻碍了熔融沉积建模(FDM)的商业上可接受的使用。

发明概述

本发明人已经认识到需要发现能够改善通过增材制造形成的物体层之间的聚结和粘附的材料和方法。例如，需要发现可用于通过MEX 3D印刷生产物体的基于聚烯烃的组合物，其中由于粘合层之间的层间聚结和粘附改善，所述物体表现出改善的性质特征。还需要发现制备和使用这种基于聚烯烃的组合物的方法。

以下公开内容描述了用于增材制造的组合物的制备和用途。

本公开的实施方案，在本文中描述以使得本领域普通技术人员可以完成并使用它们，包括以下：