[发明专利]用于制造具有改进的机械性质的3D打印部件的粉末成层法

说明书

本发明涉及由不同的粉状组分借助增材制造来产生物件的方法，其中将具有不同熔点的多种粉状组分同时铺设在精确位置，随后热处理粉末层(1)。所述构建材料是例如聚醚醚酮（PEEK）、聚芳醚酮（PAEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚交酯、ABS（丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯共聚物）、PETG（二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯）、聚苯乙烯或其混合物。支撑材料是碱金属的无机盐、碱土金属的无机盐或其混合物。

本发明涉及由不同的粉状组分借助增材制造来产生物件的方法，其中将具有不同熔点的多种粉状组分同时铺设在精确位置，然后热处理粉末层。本发明还涉及通过这样的方法制成的物件。

增材制造法是指用于逐层组装物件的方法。它们因此原则上不同于已知的减材法，例如铣削或钻孔，这些通过从较大的坯料上去除材料而获得它们的最终几何形状。但是，基于增材制造法中如今主要使用的聚合物，通常“只”可能获得具有从根本上不同于其它塑料加工方法，例如注射成型的所得机械性质的物件。当通过增材制造法加工时，所用热塑性材料失去它们的已知特定特征。

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的特征在于在通过注射成型或通过挤出加工时的高强度和韧度。商业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。这种材料也由于制造过程而变脆并因此失去PP典型的韧弹性性质。其原因在于与制造方法相伴的聚合物的形态。在借助激光或IR的熔融操作过程中，尤其在冷却过程中，一定比例的聚合物链形成结晶的紧密堆积结构。产生了具有部分结晶形态的区域，它们以高有序度为特征。在熔融和冷却过程中，这些微晶在不完全熔融颗粒的边界处以及在粉末颗粒的先前晶界处和在粉末中包含的添加剂上不规则生长。这种形态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进一步促进裂纹生长。因此，由此制成的部件总体上更可能表现出脆的性质。

用于激光烧结的基于嵌段共聚物的粉状弹性聚合物也表现出对所用聚合物而言不典型的成品部件的性质状况。在激光烧结中使用热塑性弹性体（TPE）。如今可得的由TPE制成的物件在固化后具有高残余孔隙率，并且TPE材料的原始强度与由其制成的物件的强度不相关。在实践中，这些多孔部件因此随后用固化型液态聚合物浸渗，以建立所需性质状况。尽管有这种附加措施，但强度和伸长率更可能仍为低水平。额外的方法复杂性 - 除了始终仍不足的机械性质外 - 导致这些材料和整个方法的经济可行性差。

在现有技术中已经提出在增材加工法内加工这些聚合物种类的各种解决方案。

US 2005/0080191 A1涉及用于固体自由成型制造法的粉末体系，其包含至少一种具有反应性和可熔性质的聚合物，其中选择所述至少一种聚合物，以与液体粘合剂反应并在高于所述至少一种聚合物的熔点或玻璃化转变温度的温度下可熔。所述至少一种聚合物可包含至少一种反应性聚合物和至少一种可熔聚合物，且所述至少一种可熔聚合物可具有大约50℃至大约250℃的熔点或玻璃化转变温度。

DE 10 2016 207 283 A1公开了一种增材制造部件，尤其是机动车部件的方法。该方法具有下列步骤：– 由至少一种第一层材料和至少一种第二层材料的多个彼此叠置的成型体层产生成型体，其中第一层材料的布置对应于或基本对应于要产生的部件的形状，–借助加热装置这样加热所述成型体，以使第一层材料熔融，其中相邻的第一层材料元件相互熔结而第二层材料没有熔融，– 冷却所述成型体以使第一层材料凝固，和– 从所述成型体中除去过量的第二层材料以产生部件。