[发明专利]制造空间物体的方法

说明书

公开一种用于生产空间物体的方法。该方法一般包括使用三维(3D)打印机和基本上由聚芳醚酮组成的打印材料在非晶相中打印空间物体(12)。该方法还需要将空间物体(12)放入容器(18)中并将空间物体(12)浸没在合适的炉料(16)中。接下来，对包括空间物体(12)和炉料(16)的容器(18)施加振动。然后加热容器(18)、炉料(16)和空间物体(12)，直到空间物体(12)转变到半结晶相，此时可以从容器(18)和炉料(16)中取出空间物体(12)。

技术领域

本发明的领域涉及一种用于制造空间物体的方法。更具体地，本发明的领域涉及一种使用三维打印装置和包括聚芳醚酮(或基本上由其组成)的塑料材料制造空间物体的方法。

背景技术

聚芳醚酮(polyaryletherketones)，通常也称为PAEK，是一类热塑性塑料。已知聚芳醚酮表现出高温稳定性和高机械强度，使得这种材料对于三维(3D)打印应用是理想的。聚芳醚酮包括含有交替酮基(R-CO-R)和醚基(R-O-R)的分子主链，其中在这些官能团之间的链接R基团由1,4-取代的芳基组成。

已知聚芳醚酮主要以两种形式相之一存在，即非晶相和半结晶相，每种形式相的物理化学性质不同(包括柔韧性、硬度和耐热性的差异)。在使用这些材料的塑料物体制造的背景下，已经发现第一相(例如，非晶相)到第二相(例如，半结晶相)-或反之亦然-之间的过渡通常与所制造的物体的内应力状态的变化相关联。当使用三维(3D)打印机制造这种物体时，考虑到所期望的物理化学和耐热性能，熔融的聚芳醚酮材料的沉积需要严格限定的打印条件(两相之一)。不希望部分地在这两种相中制造(打印)物体，因为这会降低物体的强度。

当前存在使用聚芳醚酮3D打印物体的方法，其中在半结晶相中生产该物体。在这种方法中，3D打印机的工作室被加热到高于相变温度的温度，通常超过160℃。这种方法要求3D打印机具有更复杂的构造(因此，这种打印机比市场上常见的典型3D打印机贵得多)。此外，这种现有方法需要高能量输入；并且支撑结构更难以由专用材料生产(这使得所制造的物体的最终加工复杂化)。

类似地，当前存在使用聚芳醚酮3D打印物体的方法，其中在非晶相中产生该物体。简而言之，在最初打印物体之后，物体被加热，即在烘箱中，使物体经历从非晶相到半结晶相的相变(对于大多数制造目的而言这是所期望的最终结果)。然而，这些方法存在许多缺点，包括在包含该物体的材料内出现应力，这经常导致物体的不希望的变形(并且随着物体的几何复杂性增加，这种变形变得更加明显)。

鉴于以上述情况，期望提供一种使用半结晶形式相的聚芳醚酮制造(3D打印)空间物体的改进方法，同时基本上限制随后的物体变形的风险。

发明内容

根据本发明的某些方面，提出一种用于生产空间物体的方法。在某些优选实施例中，该方法开始于使用三维(3D)打印机和包括聚芳醚酮的打印材料打印空间物体。本发明提出在非晶相中打印所述空间物体。然后，将所述空间物体放入容器中并浸没在炉料(charging material)中。本发明提出，所述炉料优选地表现出高耐热性并且是化学惰性的。更具体地，本发明提出，所述炉料表现出在所述打印材料的玻璃转变温度(例如，可应用的聚芳醚酮)和相同打印材料的熔化温度之间抑制所述炉料降解的耐热性能。更进一步地，本发明提出，所述炉料优选地由粒状材料构成，其包括具有0.05mm至3mm之间的直径(如果是球形)或最宽横截面(如果形状不规则)的颗粒。在将所述空间物体浸没在所述容器和炉料中之后，优选地对所述容器施加振动(以压实所述炉料)。接下来，本发明提出，将所述空间物体浸没在所述容器内的所述炉料中，同时将所述空间物体加热到足以使所述空间物体(从其最初的非晶相)转变成半结晶相的温度(并持续一段时间)。最后，在上述加热步骤之后，可以随后从所述容器和炉料中移除所述空间物体。