[发明专利]制造三维打印碳粘接复合制品的方法

说明书

公开了用于增材制造三维碳粘接复合制品的方法。所述方法可以包括从打印头中排出可固化组合物。所述可固化组合物可以包含：a)H/C原子比为0.4至1.6的至少一种芳族可光化固化组分，所述至少一种芳族可光化固化组分选自(甲基)丙烯酸酯低聚物、环氧官能化化合物、氧杂环丁烷官能化化合物及其混合物；和b)包含至少一种可光化固化单体的至少一种稀释剂。所述可固化组合物还可以包含c)增强物和d)光引发剂。所述方法还可以包括在排出期间照射可固化组合物以使可固化组合物至少部分地光化固化，并形成三维碳粘接复合制品的预制件。所述方法还包括对预制件进行热解以形成三维打印碳粘接复合制品。

相关申请

本申请基于并要求于2020年10月21日提交的美国临时申请第63/094,805号的优先权的权益，其内容通过引用明确地并入本文中。

技术领域

本公开内容一般地涉及用于由组合物增材制造复合结构的系统和方法。

背景技术

复合材料是由多种不同成分制成的材料，当将多种不同成分组合在一起时具有胜过单个成分的同一特性的增强的特性。例如，复合材料可以比用于制造复合材料的成分材料更轻、更强、更硬、更坚固、更坚韧、更耐热等。复合材料的一个实例应用是在高温环境中，其中重量、强度和耐久性是重要的考虑因素。这可以包括航空航天应用，例如飞行或空间交通工具发动机的部件、隔热罩和火箭喷嘴；核应用，例如燃料棒绝缘体；和其他应用。

多种类型的复合材料可以用于高温环境。这些类型包括碳粘接纤维复合材料(CBFC)，例如碳粘接碳和碳粘接陶瓷复合材料；和陶瓷基质复合材料(CMC)，例如陶瓷粘接碳和陶瓷粘接陶瓷复合材料等。虽然这些类型的复合材料可以提供许多益处，但其制造可能是困难、耗时和昂贵的。因此，其用途目前是有限的。

例如，用于制造CBFC或CMC部件的典型制造过程包括首先用促进纤维的各向异性性能的材料涂覆纤维(例如，碳纤维或陶瓷纤维)。然后通过手将经涂覆的纤维铺入模具中或缠绕在心轴上，二者均具有形容不出的形状和显著大于期望部件的预期最终尺寸的尺寸。此后，将纤维用树脂浸透，并将模具、纤维和树脂放入烘箱中并加热至树脂热解成碳或陶瓷的温度。热解在所得结构中产生空隙，然后必须用更多树脂来填充该空隙。将模具再次放入烘箱中并加热，并且重复过程直至所得结构的孔隙率足够低以用于预期应用。在该时间点，产生了一般形状的复合材料块，然后必须将其减材加工至期望的最终形状。由于复合材料(尤其是CMC)的硬度，机械加工可能是困难的。

虽然CBFC和CMC在某些应用中可以表现良好，但制造其的过程非常耗费人力、时间和材料。这使得这些复合部件变得昂贵并限制了其应用。所公开的增材制造系统和方法被独特地配置成解决现有技术的这些和其他问题。

发明内容

在一个方面中，本公开内容涉及使用增材制造系统制造三维打印碳粘接复合制品的方法。所述方法可以包括从打印头中排出可固化组合物。可固化组合物可以包含：a)H/C_原子比为0.4至1.6的至少一种芳族可光化固化组分，所述至少一种芳族可光化固化组分选自(甲基)丙烯酸酯低聚物、环氧官能化化合物、氧杂环丁烷官能化化合物及其混合物；和b)包含至少一种可光化固化单体的至少一种稀释剂。可固化组合物还可以包含c)增强物和d)光引发剂。所述方法还可以包括在排出期间照射可固化组合物以使可固化组合物至少部分地光化固化，并形成三维碳粘接复合制品的预制件。

在一个方面中，所述方法还包括对预制件进行热解以形成三维打印碳粘接复合制品。

在一个方面中，在照射可固化组合物之前，可固化组合物的在25℃下的粘度为至多60,000mPa.s。

在一个方面中，a)包括H/C_原子比为0.7至1.4的至少一种芳族可光化固化组分。

在一个方面中，b)包括芳族含量为至少1的可光化固化单体。