[发明专利]用于增材制造的辐射可固化组合物

说明书

本文描述了适合在增材制造工艺中使用的热固性组合物和组合物套件，所述热固性组合物和组合物套件包含高浓度的具有至少一个可聚合基团并且数均分子量为750g/mol至4000g/mol的聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物；有效量的单官能反应性稀释剂单体；限定浓度的网络构建剂，所述网络构建剂的分子量低于所述聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物的分子量；任选的光引发剂；以及任选的添加剂。还公开了利用以聚氨酯甲基丙烯酸酯低聚物为中心的组合物经由增材制造工艺制造三维零件的方法，其中规定了各种曝光辐照度、固化温度和氧含量水平；以及由此固化的制品。

技术领域

本发明涉及含甲基丙烯酸酯低聚物的热固性组合物和通过增材制造技术生产三维物体的方法，以及由此生产的制品。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月20日提交的美国临时申请号62/660621的优先权，该美国临时申请的全部内容以引用方式整体并入本文，如同在本文中完整阐述一样。

背景技术

用于生产三维物体的增材制造工艺是众所周知的。增材制造工艺利用物体的计算机辅助设计(CAD)数据来构建三维零件。这些三维零件可以由液体树脂、粉末或其他材料形成。

在增材制造过程中使用了各种类型的材料。通常，热塑性材料用于例如熔丝制造(FFF)和选择性激光烧结(SLS)工艺中，而热固性材料用于例如基于槽(vat-based)的工艺和涉及喷射液体材料的工艺中。

通常，电磁辐射用于引起热固性材料的快速固化。电磁辐射可以是紫外光、可见光或红外光，并且可以例如通过激光、灯或LED施加。电磁辐射可以选择性地施加，例如通过使用激光、使用数字微镜装置(DMD)或掩膜绘制特定图案；或者非选择性地施加，例如通过使灯在整个表面上方移动。为了实现由热固性组合物形成的三维物体的所需特性，可能需要通过对新形成的三维物体施加附加温度或光来进行后处理。

基于桶的增材制造工艺的众所周知的非限制性示例是立体光刻(SL)。立体光刻是用于在某些应用中快速地生产模型、原型、图案和生产零件的工艺。SL使用物体的CAD数据，其中所述数据被变换成三维物体的薄横截面。数据被加载到计算机中，所述计算机控制激光，所述激光追踪横截面的图案穿过槽中含有的液体辐射可固化树脂，从而使与横截面相对应的树脂薄层凝固。将凝固层用树脂重新涂覆，并且激光追踪另一横截面以使在前一层的顶部上的另一树脂层硬化。逐层重复工艺直到三维物体完成为止。当最初形成时，三维物体通常未完全固化，其被称作“生坯模型”。尽管不要求，但是生坯模型可以经受后固化以增强制成品零件的机械特性。

在增材制造工艺中已经使用了多种类型的热固性材料。适合在增材制造系统中使用的一种众所周知的类别是“混合”可固化树脂，或包含以下的一种：(1)环氧树脂、氧杂环丁烷或其他类型的阳离子可聚合化合物；(2)一种或多种阳离子光引发剂；(3)丙烯酸酯树脂或其他类型的自由基可聚合化合物；以及(4)一种或多种自由基光引发剂。此类树脂对于要求经由增材制造工艺生产的固化零件具有接近工程热塑性塑料的卓越机械特性的应用已经变得很流行。此外，使用混合可固化体系，其中希望零件翘曲、卷曲或不均匀收缩最小化。

用于增材制造的混合可固化热固性材料已经取得了各种进步，以改善成品的机械特性，或者增加此类体系可并入的增材制造系统的数量。例如，US2010/0304088描述了一种包含阳离子可聚合组分和抗冲改性剂的辐射可固化树脂组合物，所述辐射可固化树脂组合物在完全固化后产生具有如由高冲击强度和/或高裂纹扩展抗性所示的高拉伸模量和高韧性的材料。美国专利号9220773描述了表现出卓越的强度、刚性和耐高温性的“经填充的”混合可固化材料。美国专利号US9708442描述了在结合基于LED或DLP的紫外/可见光学器件的更现代的增材制造系统中足够快地固化的混合可固化材料。