[发明专利]3D打印方法以及具有多孔结构的制品

说明书

一种用于三维(3D)打印的组合物、3D打印的方法、以及制得的具有多孔结构的制品。这种组合物包括50‑100重量％的包含聚烯烃(例如超高分子量聚乙烯)的基体聚合物、0‑50重量％的胶粘聚合物(例如HDPE或PP)和任选的添加剂。能够将组合物以层的形式施加，以及所述基体聚合物和所述胶粘聚合物各自具有预设的尺寸或尺寸分布。在选定的区域将该组合物烧结以形成具有预设的孔尺寸或孔尺寸分布的固体制品的层。基于固体制品的层中预设的孔尺寸或孔尺寸分布，通过计算机模拟测定所述基体聚合物和所述胶粘聚合物各自的预设的颗粒尺寸或尺寸分布。

优先权文本以及交叉引用

本申请要求享有2017年12月22日提交的美国临时申请62/609,797的优先权，通过引用的方式将其全部内容并入本申请。

技术领域

本申请涉及聚合物和加工领域，具体地，本申请的主题涉及一种通过3D打印方法制备聚烯烃制品的方法以及制备得到的具有多孔结构的制品。

背景技术

3D打印技术被用来制造固体部件，其包括不同的工艺。例如，3D打印可以包括使用喷墨型打印头将液体或胶体粘合剂材料传送至粉末构造的材料层。该打印技术通常包括使用辊将粉末构造的材料层施加到表面。在将该构造材料施加至该表面之后，打印头将液体粘合剂传送至材料层的预定区域。该粘合剂渗入到该材料中并与粉末反应，使得在印刷区域中固化成层，例如，通过将粉末中的粘合剂活化。该粘合剂也渗透到下面的层中，产生层间粘结。在第一横截面部分形成之后，重复前面的步骤，构建连续的横截面部分直到形成最终物体。这种3D打印技术通常用于极性聚合物，而不适用于聚烯烃。

选择性激光烧结(SLS)是一种增材制造(additive manufacturing,AM)技术，其使用激光作为能源来烧结粉末状材料，将激光自动瞄准由3D模型限定的空间中的点，将材料粘合在一起以构建固体结构。

高速烧结(HSS)是另一种增材制造技术，其中将含有粉末的精细层沉积到粉末床的表面上，然后喷墨打印头选择性地将热或红外(IR)吸收流体(或油墨)直接打印到粉末表面上。整个表面用IR能量加热或辐射，仅使印刷区域熔化/烧结，未印刷区域仍为粉末。逐层重复该过程直至产品完成，然后将未烧结的粉末去除以露出最终部件。根据床尺寸和部件形状，该工艺比一般3D打印技术快高达100倍，具有一天生产高达100,000个部件的潜力。更快的生产和易加工意味着可以根据需要构建和重新设计相对于之前体积更大、成本更低、更复杂的部件。

一种多孔塑料过滤器，通过过滤将包含在流体如液体或气体中的精细微粒分离。例如，该精细颗粒可以为空气中的灰尘。多孔基底的表面可以由聚合物制成。

发明内容

本发明提供了一种制备具有多孔结构制品的方法，以及制备得到的制品。该方法可以包括3D打印步骤。例如，该方法包括选择性激光烧结(SLS)、高速烧结(HSS)或其任意组合。初始材料和制品包括超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、任何其它合适的聚烯烃或它们的组合。该制品具有多孔结构，其中孔的尺寸和分布是均匀的。该制品可用作过滤器。

在某些具体实施方式中，初始材料包括基体聚合物，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，以及胶粘聚合物，例如，高密度聚乙烯(HDPE)或任何其它合适的聚烯烃。

所述基体聚合物如UHMWPE可以具有不同的尺寸等级。每个等级可以应用于每一个不同的层。例如，在某些具体实施方式中，UHMWPE的粒径可以为5μm至600μm(例如，40-100μm、50-100μm、60-100μm、10-500μm、100-500μm或任何范围的组合)的范围。在某些具体实施方式中，UHMWPE具有的平均粒径等于或小于300μm。