[发明专利]通过增材制造生产低密度产品

说明书

根据一些实施方案，本文提供了可用于通过增材制造生产三维物体的可聚合液体，所述可聚合液体包含以下物质的混合物：(a)至少一种可光聚合的组分；(b)光引发剂；(c)至少一种可热聚合的组分；和(d)可热膨胀的微球。还提供了通过增材制造由这样的可聚合液体制造三维物体的方法和由此制成的物体。

技术领域

本发明涉及树脂配制物，及其在增材制造(特别是立体光刻)中的使用方法，以及由这样的树脂和方法制成的物体。

背景技术

有时称为“立体光刻(stereolithography)”的一类增材制造技术通过可光聚合树脂的顺序聚合来创建三维物体。此类技术可以是“自底向上(bottom-up)”技术，其中光通过光透射窗投射到生长的物体底部上的树脂中，或者是“自顶向下(top-down)”技术，其中光投射到生长的物体顶部上的树脂上，然后将该物体向下浸入树脂池中。

最近引入了一种称为连续液体界面生产(CLIP)的更快速的立体光刻技术，结合引入用于增材制造的“双固化”树脂，已经将立体光刻的实用性从原型开发扩展到制造(参见，例如，授予DeSimone等人的美国专利号9,211,678；9,205,601；和9,216,546；J.Tumbleston, D. Shirvanyants, N. Ermoshkin等人，Continuous liquid interfaceproduction of 3D Objects, Science 347, 1349-1352 (2015)；还参见Rolland等人，美国专利号9,676,963，9,453,142和9,598,606)。

发明内容

根据一些实施方案，本文提供了可用于通过增材制造生产三维物体的可聚合液体，所述可聚合液体包含以下物质的混合物：(a)至少一种可光聚合的组分(例如，以1或5重量%至90或98重量%的量)；(b)光引发剂(例如，以0.05至10重量%的量)；(c)至少一种可热聚合的组分(例如，以2或5重量%至90或98重量%的量)；和(d)可热膨胀的微球(例如，以1或2重量%至5或10重量%或更多的量)。

在一些实施方案中，可光聚合的组分在光聚合时形成支架，该支架在加热时降解，并且任选地(但在一些实施方案中优选地)形成降解产物，该降解产物在加热和/或微波辐照时可与所述至少一种可热聚合的组分聚合。

在一些实施方案中，可热聚合的组分包含聚氨酯、聚脲或其共聚物、硅酮树脂、氰酸酯树脂或天然橡胶的至少一种前体。

在一些实施方案中，可光聚合的组分在光聚合时形成支架，该支架在加热时软化，同时所述可热聚合的组分聚合。

在一些实施方案中，可热聚合的组分包含环氧树脂。

在一些实施方案中，微球包含中空的可热膨胀的壳(例如热塑性聚合物壳)，和容纳在所述壳中的抛射剂(例如低沸点液体或液化气体，如低级烷烃)。

还提供了制造三维物体的方法，包括：(a)通过增材制造(例如，通过自底向上立体光刻，如通过连续液体界面生产)由如本文所教导的可聚合液体生产中间物体；(b)任选地清洁所述物体(例如通过洗涤、旋转等)；然后(c)在足以使所述微球膨胀的时间和温度下加热和/或微波辐照所述物体，进一步固化所述物体，并形成所述三维物体。

在一些实施方案中，中间物体包括通过所述可光聚合的组分的光聚合制造的聚合物支架；并且其中所述聚合物支架在所述加热步骤过程中软化和/或降解，并且任选地(但在一些实施方案中优选地)形成降解产物，所述降解产物进而与所述至少一种可热聚合的组分反应以形成所述物体。

在一些实施方案中，在所述物体的弹性模量在所述加热和/或微波辐照步骤的至少一部分过程中降低的条件下进行加热和/或微波辐照步骤。

在一些实施方案中，通过所述加热和/或微波辐照步骤，所述物体的体积增加至少5%、10%或20%。