[发明专利]增材制造组合物和方法

说明书

一种热固性组合物，其包括可交联组分例如乙烯基酯和/或不饱和聚酯以及引发剂组分例如氢过氧化枯烯或BPO或氢过氧化枯烯和过氧化甲乙酮的共混物。该组合物适合在增材制造中使用以形成物体例如模具或原型。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年5月30日提交的美国临时申请No.62/854,857的申请日权益和优先权，该美国临时申请通过引用并入本文中。

联合研究协议

本发明的方面通过或代表下面列举的联合研究协议当事人完成。联合研究协议本发明的方面完成之日或之前生效，并且本发明的方面作为在联合研究协议范围内采取的活动的结果而完成。联合研究协议的当事人为Polynt Composites USA Inc.和UT-Battelle，LLC。

技术领域

本申请总体上涉及增材制造组合物和方法。具体地，本发明组合物和方法包括通过增材制造生产物体的热固性材料。

背景技术

增材制造，也称为三维(3D)打印，在范围广泛的工业中用于制造物体。这样的增材制造可用聚合物、合金、粉末、丝或类似的从液体或粒状状态转换为固化的固体组分的进料材料进行。增材制造可用于快速且高效地逐层制造三维物体。

基于聚合物的增材制造目前通过将聚合物材料进料通过精确定位于床或其它支持体上的喷嘴而完成。物体通过将材料层顺序地沉积在先前沉积的层上方而制造。物体的大型基于聚合物的增材制造需要考虑局部化加热和热梯度，其可导致设计用于3D打印的材料由于翘曲或其它变形而失败。对于一些应用已经使用烘箱来包住(encase)和控制3D打印温度，但烘箱的使用增加大型增材制造的复杂性、成本和灵活性。尽管期望在烘箱外部在周围环境中进行聚合物增材制造，但用于增材制造的很多聚合物材料与烘箱外打印不兼容。因此，对改进的增材制造材料和方法存在持续需要。

增材制造技术和工艺通常包括用于生产物体的一种或更多种材料的集结，这与减材制造方法形成对比。增材制造技术能够由各种材料制作复杂零件。通常，自立物体可由计算机辅助设计(CAD)模型制作。

聚合物增材制造通常包括将可流动材料(例如熔融的热塑性材料)珠成形和挤出，将这样的材料珠以多层层状体(stratum)施加以形成物体复制品，和机械加工这样的复制品以产生成品。该工艺通常借助安装在沿着至少X、Y和Z-方向受控运动的致动器上的挤出机而实现。挤出机将可流动材料珠在X-Y平面上的精确位置处沉积以成层，然后在Z-方向上移动且开始形成下一层。在一些情况中，可向可流动材料例如诸如熔融的热塑性材料注入增强材料(例如纤维股)以提升材料强度。可流动材料尽管通常是热的且柔韧的，但可在基底(例如模具)上沉积，在一定程度上下压或以其它方式平坦化，并且优选地借助切向补偿辊机构整平到一致厚度。平坦化工艺可辅助将新的可流动材料层融合到先前沉积的可流动材料层。在一些情形中，可使用振荡板将可流动材料珠平坦化至期望厚度，由此实现融合至先前沉积的可流动材料层。可重复沉积工艺，使得相继的可流动材料层沉积在现存的层上以堆积和制造期望物体。新的可流动材料层在足以容许新的可流动材料层熔融且与先前沉积的可流动材料层融合的温度下沉积，由此产生固体部件。

聚合物增材制造通常一直使用热塑性材料。当用聚合物构建时，热塑性材料的机械强度典型地随分子量和侧链支化度而增加。不幸地，这还导致熔体粘度和熔点的升高。融合沉积制造(FDM)需要层与结构结合至后续层一起在沉积后立即维持容限。该结构结合通过将聚合物熔体物理推进到先前层中而形成。因此，对熔体流动的耐受性为重要参数并且高强度热塑性材料的挤出需要加剧热畸变的升高的温度。

Kunc等人的美国专利申请公布No.20150291833讨论增材制造的方法和组合物，其包括反应性或热固性聚合物例如氨基甲酸酯和环氧化物。将聚合物熔融，在沉积前部分交联，沉积以形成零件物体，凝固，和完全交联，例如通过下游固化元件以时间或温度T2进行。这些聚合物形成跨越(贯穿，span)沉积层的化学键网络。