[发明专利]由多于一种硅酮材料组成的3D打印模制部件

说明书

本发明涉及用于使用3D打印装置增材制造物体的方法。该方法的特征在于(A)由第一可交联硅酮橡胶组合物组成的形成结构的打印材料和(B)至少一种另外的形成结构的打印材料用作打印物质。逐滴施加打印物质允许生产具有定制的性能特征的由不同材料组成的复杂模型。本发明还涉及通过所述方法生产的物体。

技术领域

本发明涉及一种使用3D打印装置的物体的增材制造的方法。该方法的特征在于使用的打印化合物包含(A)由第一可交联的硅酮橡胶组合物组成的形成结构的打印材料和(B)一种或多种其他的形成结构的打印材料。逐滴施加打印化合物允许由多种材料制造复杂的模型，并具有定制的性能特征。本发明还涉及通过上述方法制造的物体。

背景技术

3D打印看到逐层构造的三维物体。根据来自CAD(计算机辅助设计)的特定几何形状，在计算机控制下由一种或多种液体或固体材料构造。构造伴随着固化或凝固的物理或化学过程。用于3D打印的典型工程材料是塑料、合成树脂、陶瓷和金属。3D打印机也用于工业、研究和消费者市场。3D打印是一种生成制造方法，并且也称为增材制造。

3D打印的主要方法是对金属进行选择性激光熔融和电子束熔融，并且对聚合物、陶瓷和金属进行选择性激光烧结。对于液态的可光聚合的合成树脂，使用立体光刻和数字光处理技术，也使用聚合物喷射(Polyjet)建模。对于热塑性塑料，也有熔融沉积建模。

3D打印机最初主要用于制造原型和模型，还用于制造只需要少量的物体。在医学和体育领域，以及通过其他方法根本无法制造的物体，个性化几何形状的重要性日益增加。一个实例是具有内部网格结构的物体。

3D打印相比于注射模制方法的优点是无需昂贵且不方便的工具和模具生产。相对于所有材料烧蚀方法(例如，切割和车削)，3D打印的优点是无需加工原始形状，并且几乎没有材料损失。

已知只有几种3D打印方法可以打印多于一种材料。对于包括硅酮弹性体的纯弹性体，采用多种材料的打印迄今仍未知。纯弹性体是指共价交联的弹性体。其他弹性体不是共价交联而是仅通过分子间作用力交联的，因此可熔融且易于加工，被称为热塑性弹性体或热弹性体。

US 9,031,680 B2描述了通过3D打印由多种材料制造物体。作为打印方法，描述了多喷嘴打印。使用的材料是丙烯酸酯官能的有机聚合物，其通过UV光聚合。它们具有低粘度，因此也称为打印油墨。虽然US 9,031,680 B2确实描述了橡胶状材料，然而它们与适当的弹性体的区别在于断裂伸长率低：对于肖氏A 40材料提及的数字为140％。

期望的是一种制造合适的弹性体(即，橡胶材料)的方法。可光聚合的丙烯酸酯或热塑性弹性体不适合这种制造。硅酮不能用于美国专利US9,031,680 B2中公开的方法，因为它们的高粘度和低表面张力意味着它们不能适应给定的操作窗口。

硅酮是唯一的对其存在已知的3D打印方法的纯弹性体。

US 2016/0263827 A1描述了一种方法，其中当通过可在三维空间中移动的计量针将交联催化剂加入液体硅酮浴中时发生局部交联。随后将交联的组分从浴中机械除去并进行处理。此方法仅限于肖氏A小于50的软硅酮，并且不允许由多种材料构造。

WO 2017/040874 A1描述了一种方法，其中硅酮从可以在三维空间中移动的喷嘴挤出。硅酮可以在该挤出中热交联。对于挤出，本领域技术人员也将其称为“分配(dispensing)”，将硅酮材料压过喷嘴针，在其被压时形成股线，并将其放到已经打印的建筑平台或表面上。计量硅酮材料所需的力可以通过各种方式产生，例如泵、活塞、气体压力或其组合。典型的喷嘴直径为0.05至1mm。典型的层高为0.05至1mm。在到达其中没有材料将被打印和计量的位置时，材料的流动被阻止，直到到达其中材料被再次计量的位置。该方法描述为仅使用一种硅酮材料，并且也仅适用于简单的几何形状。考虑到在停止材料的计量时硅酮不可避免地会发生拉丝，以这种方法不可能以所需的分辨率和几何精度由多于一种硅酮材料制造组件。