[发明专利]粉末基增材制造法

说明书

增材制造法（3D打印）使用具有可熔聚合物的微粒。所述可熔聚合物包含热塑性聚氨酯聚合物，其具有≥80℃至≤180℃的流动温度（DMA中的E'和E''的交点）和≥50肖氏A且≤85肖氏A的根据DIN ISO 7619‑1的肖氏A硬度并具有≥5至15cm³/10 min的根据ISO 1133在温度T下的熔体体积流动速率（熔体体积流动速率(MVR)）和≥90 cm³/10min的在这一温度T提高20℃的情况下的MVR变化。借助所述方法可获得的物件。

技术领域

本发明涉及使用包含特定热塑性聚氨酯的微粒的增材制造法。其进一步涉及借助这样的微粒制成的物件。

背景技术

增材制造法是指用于逐层构建物件的方法。它们因此明显不同于制造物件的其它方法，如铣削或钻孔。在后一方法中，加工物件以使其通过去除材料获得其最终几何结构。

增材制造法使用不同材料和加工技术以逐层构建物件。在所谓的熔融沉积成型（FDM）中，例如将热塑性塑料丝液化并借助喷嘴逐层沉积在活动式构建平台上。在凝固时产生固体物件。基于物件的CAD图控制喷嘴和构建平台。如果该物件的几何结构复杂，例如具有几何背切（Hinterschneidung），必须另外一起打印支撑材料，并在物件完成后再去除。

此外，存在利用热塑性粉末以逐层构建物件的增材制造法。在这种情况下，通过所谓的涂覆机施加薄粉末层，然后借助能量源选择性熔融。周围粉末在此支撑部件几何结构。由此可以比上述FDM法更经济地制造复杂几何结构。此外，在所谓的粉末床中可以紧密堆积方式布置或制造不同的物件。由于这些优点，粉末基增材制造法属于市场上最经济可行的增材制造法。它们因此是工业用户主要使用的。粉末基增材制造法的实例是所谓的选择性激光烧结（SLS，选择性激光烧结）或高速烧结（HSS）。它们与彼此的区别在于将用于选择性熔融的能量引入塑料的方法。在激光烧结法中，经由偏转的激光束引入能量。在所谓的高速烧结（HSS）法中（EP 1648686）中，与选择性印刷到粉末床中的红外吸收剂结合，经由红外（IR）源引入能量。所谓的选择性热烧结（SHS）利用常规热印刷机的印刷单元选择性熔融热塑性粉末。

基于粉末基增材制造法中如今主要使用的聚合物，形成具有可从根本上不同于如其它塑料加工方法，如注射成型中已知的材料特征的机械性质的物件。当通过增材制造法加工时，所用热塑性材料失去它们的特定特征。

尼龙12（PA12）是目前最常用于粉末基增材制造法，例如激光烧结的材料。PA12的特征在于其在注射成型中或通过挤出加工时的高强度和韧度。商业常规PA12例如在注射成型后具有大于200%的断裂伸长率。与此相比，通过激光烧结法制成的PA12物件表现出大约15%的断裂伸长率。该部件是脆性的并因此不能再被视为典型的PA12部件。以粉末形式供给激光烧结的聚丙烯（PP）同样如此。这一材料也变脆并因此失去PP典型的韧弹性性质。发现其原因在于聚合物的形态。

在借助激光或IR的熔融操作过程中，尤其在冷却过程中，产生所谓的部分结晶聚合物（例如PA12和PP）的不规则内部结构。部分结晶聚合物的内部结构（形态）部分以高有序度为特征。一定比例的聚合物链在冷却过程中形成结晶的紧密堆积结构。在熔融和冷却过程中，这些微晶在不完全熔融微粒的边界处和在粉末微粒的先前晶界处和在包含于粉末中的添加剂上不规则生长。由此形成的形态的不规则性促进在机械应力下形成裂纹。在粉末基增材法中不可避免的残余孔隙率促进裂纹生长。