[发明专利]实现具有优异性能的三维部件的增材制造方法

说明书

本文提供了用于实现具有优异性能的三维部件的增材制造方法。

技术领域

本公开涉及用于实现具有优异性能的三维部件的增材制造方法。

背景技术

与传统热塑性塑料相比，单一反应机制的能量聚合性树脂在硬化时通常具有较差的机械性能。许多工程热塑性材料的韧性，包括冲击强度、延伸率和拉伸强度，都远高于单一反应机制的能量可聚合材料。此外，传统的能量聚合性树脂在配制以实现更高的热变形温度(HDT)时，显示出甚至更低的韧性。

尝试改进单一反应机制的能量聚合性材料的机械性能是使用高分子量、多官能的能量聚合性低聚物。这些低聚物尽管整体链分子量较高，但在聚合时提供较低的交联密度。然而，高分子量低聚物带来高粘度，这限制了其在粘度限制性应用中使用的能力，例如喷墨打印、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)或三维打印(3DP)。

在传统的增材制造技术中，三维部件的构建是以逐步或逐层的方式进行的。特别地，层形成通常是通过光固化树脂在暴露于可见光或紫外光照射下的固化进行。

如果在增长部分的上表面形成新的层，则在每个辐照步骤之后，将正在构建的部分降低到树脂“池”中，在顶部覆盖上一层新的树脂，然后进行新的辐照步骤。这种“自上而下”技术的缺点是需要将增长的物体浸入(可能很深的)液体树脂池中，并重新构建液体树脂的精确覆盖层。

如果在增长物体的底部形成新的层，则在每个辐照步骤之后，将正在构建的物体从制造井中的底板移开。这种“自下而上”技术有可能通过将物体从相对较浅的井或池中提拉出，从而免除了将物体浸入深井的需求。这两种增材技术的限制也是粘度，因为在顶部或底部界面保持一致的层通常需要粘度低于2000cPs的流体。此外，自下而上技术的方法优选更刚性的材料，以确保一致地层层放置和最终部件的表面光洁度。适用期(Pot life)稳定性也是所有技术的一个重要考虑，因为在没有能量引发的情况下可能发生的聚合可导致部件缺陷或整个桶(vat)固化。这种聚合反应的实例可发生在Carbon Inc.提供的许多双反应机制材料，例如CE 220、CE221、EPU 40、EPX 81、FPU 50、RPU 60、RPU 61和RPU 70。

美国专利号10,239,255中描述了单一反应机制的能量聚合性树脂，该专利通过配方策略改进了这种树脂的机械性能。所述‘255专利涉及并要求保护一种自由基可聚合液体，所述自由基可聚合液体包含反应性低聚物，所述反应性低聚物是至少一种(i)多官能甲基丙烯酸酯低聚物，和(ii)多官能丙烯酸酯低聚物；及反应性单官能单体，所述反应性单官能单体是以下中的至少一种：(i)单官能N-乙烯基单体，(ii)单官能乙烯醚单体，(iii)单官能乙烯酯单体，(iv)单官能乙烯基酰胺单体，(v)苯乙烯单体，(vi)单官能丙烯酰胺单体，(vii)单官能(甲基)丙烯酸酯单体，(viii)氰基丙烯酸酯单体，(ix)单官能碳酸乙烯酯单体，(x)单官能丙烯酰基单体，和(xi)单官能氨基甲酸乙烯酯单体，其中反应性单官能物种的反应性烯键式不饱和基团与反应性多官能物种的反应性烯键式不饱和基团的摩尔键比为至少10:1，其中在计算摩尔键比中反应性单官能物种的总重量百分比％为所述可聚合液体的至少25％，其中在计算摩尔键比中反应性多官能物种的总重量百分比％为所述可聚合液体的至少25％，所述自由基可聚合液体是可通过单一反应机制硬化形成光塑材料的能量聚合性液体。

尽管如此，在例如通过喷墨打印、SLA、DLP或3DP制造的许多三维部件中，仍然需要物理性能(例如具有高热变形温度的韧性)的进一步改进。迄今为止，这些改进尚未实现。因此，仍然需要一种在这些部件中实现所需性能的方法。

发明内容

这种需求在这里得到了满足。

在很大程度上，所述需求通过涉及使用在室温下不可流动的功能化材料的方法技术来满足。

本文提供了一种使用光固化组合物进行增材制造以形成三维部件的方法。通常，所述增材制造是在构建基板上进行的。并且所述三维部件是根据指示预定模式的数据制作。所述方法包括以下步骤：