用于三维(3d)打印的组合物的制作方法_2

文档序号:8947035阅读:来源:国知局
量百分数。
[0013] 在选择量之后,将所述两种前体混合在一起。可W用标准混合或研磨设备完成混 合。在一个实例中,W预定数量的循环完成混合,在循环之间W预定时间冷却。在一个实例 中,在混合时将所述柔性聚合物前体溶解或分散于所述刚性聚合物前体中。可W使用恒定 或变化的速度来将所述两种前体混合在一起,并且可W进行混合直到所述组合物基本上均 匀(通过人眼所观察)。基本上均一的混合物将使聚合过程中生成的柔性和刚性聚合物嵌 段在所形成的整个集成网络中均匀地分布。
[0014] 在一个实例中,当将所述两种前体结合在一起时,可添加一种或更多种添加剂。在 另一个实例中,在将所述两种前体结合在一起之后,可添加一种或更多种添加剂。合适的添 加剂的实例包括光敏引发剂、催化剂、颜料或它们的组合。诸如胶凝剂和/或蜡的其它添加 剂通常不包括于所述组合物中。另外,所述组合物还不包括固体颗粒(例如,微粉化的颗 粒),它们可能导致侧向光散射,导致在所得的3D物体中形成粗糖边缘和/或差的表面粗糖 度。
[0015] 将所述光敏引发剂作为添加剂包括在所述组合物中,除非所选择的柔性聚合物前 体已经与引发剂混合。所述"光敏"添加剂为在暴露于光时被激活的组分。作为实例,光敏 引发剂是吸收其所暴露的光的化学化合物。所吸收的能量从化学化合物转移至存在于所述 组合物中的一种或多种单体W生成自由基。所述生成的自由基与其它一种或多种单体反应 W诱导聚合和交联,并生成聚合物。如果(下文讨论的)一种或多种催化剂也存在,则所述 自由基形成容易被激活。如所提到的,使用所述光敏引发剂W促进聚合反应。所用的光敏引 发剂至少部分地取决于一个或多个适于固化/烙化所使用的柔性和刚性前体的波长。在一 个实例中,所述光敏引发剂可W对波长范围为约300nm至约1 IOOnm的光敏感(即吸收)。在 另一个实例中,所述光敏引发剂对波长范围为约300nm至约600nm或约600nm至约IlOOnm 的光敏感。
[0016] 合适的光敏引发剂的实例包括GEMDCURE媛CQ(即可自R址nUSACo巧., Aurora,IL得到的精脑酿)和可自SpectraGroupLtd.,Inc.,Mil化ury,OH得到的引发 剂,例如H-Nu470 (即5, 7-二舰-3-下氧基-6-巧光酬)、H-Nu470X(即粉末混合物)、 H-Nu470IL(即含N,N-二甲基丙締酷胺的液体共混物)、H-Nu47化T(即液体共混物)、 H-Nu535 (即 2, 4, 5, 7-四舰-3-径基-6-巧光酬)和H-Nu635 (即 2, 4, 5, 7-四舰-3-径 基-9-氯基-6-巧光酬)。也可W使用多种引发剂的组合。
[0017] 所添加的光敏引发剂的总量至少部分地取决于所用的聚合物前体的总量。在一 个实例中,W范围为所述柔性和刚性聚合物前体的总重量%的约0. 1重量%至约5重量% 的量包括所述光敏引发剂。在另一个实例中,W范围为所述柔性和刚性聚合物前体的总重 量%的约0. 5重量%至约2重量%的量包括所述光敏引发剂。
[0018] 所述组合物的一些实例还包括加快聚合速率的催化剂。合适的催化剂的实例包 括烷基胺或二苯基舰鐵盐,其增加了所述组合物的固化速率。合适的催化剂的其它实例 包括GENOMER骇5161(即可自R址nUSACorp.得到的丙締酸醋化的胺增效剂)或 GENOCU民E液KIIA(即可商业购买自R址nUSACorp.的氨基苯甲酸醋增效齐U)。添加的 每种催化剂的总量至少部分地取决于所用的聚合物前体的总量。在一个实例中,所述催化 剂可WW范围为所述柔性和刚性聚合物前体的总重量%的约0. 05重量%至约10重量% 的量存在。在另一个实例中,所述催化剂可WW范围为所述柔性和刚性聚合物前体的总重 量%的约0. 1重量%至约3重量%的量存在。
[0019] 所述组合物的一些其它实例还包括赋予所述组合物颜色的颜料。所述颜料可W是 自分散的颜料,或所述柔性聚合物前体可W作为合适的分散剂用于将所述颜料分散于整个 所述组合物中。据信,可W使用任意标准的颜色颜料,例如用于蓝色的献菁、用于品红或红 色的哇叮晚酬、用于黄色的颜料黄等。在一个实例中,所述颜料可WW范围为所述组合物的 重量%的约0.05重量%至约10重量%的量存在。在另一个实例中,所述颜料可WW范围 为所述组合物的重量%的约0. 1重量%至约3重量%的量存在。
[0020] 当被用于3D打印工艺中时,可W使用如上文提到的材料打印机或铺展机理(例如 刮片或漉)将所述组合物作为薄膜施加在表面(即基板、模具等)上。所述薄膜可W具有 范围为约1ym至约SOOym的厚度。
[0021] 一旦施加所需的薄膜,将薄膜的全部或一个或多个部分暴露于合适波长的光固定 的持续时间。曝光使所述组合物固化、聚合、交联等。所用的光的一个或多个波长取决于所 用的光引发剂。在一个实例中,所述光具有范围为约300nm至约IlOOnm的波长。曝光的用 时可WW1yS至5分钟的任意时间为范围,运取决于薄膜的厚度和/或照明强度。作为一 个实例,当使用具有高照明强度的光源时,100ym厚的膜可W被暴露于光下约1yS。高于 50mW/cm2的任意照明强度都可W被视为高照明强度。为确保完全固化可W根据需要延长时 间。将薄膜暴露于光中形成具有所需形状的3D产品/物体的固化层。
[0022] 所述固化层包括相互交织的嵌段共聚物网络。运个网络是由多个具有低Tg的柔 性聚合物嵌段和多个分布于柔性聚合物构造嵌段之间的刚性聚合物构造嵌段(具有更高 的Tg)构成。所述柔性和刚性聚合物嵌段的分布取决于所使用的每种前体的量。
[0023] 可W将所述组合物的第二薄膜施加至所述固化层的全部或一个或多个部分,并且 可W重复曝光工艺W形成3D产品的第二固化层。可W重复所述工艺直至所需3D产品形 成。应理解的是,额外的薄膜施加和聚合得到原固化层的全部或一个或多个部分的厚度的 增加。
[0024] 至少部分地由于组合物的快速反应动力学,本文所公开的一种或多种组合物使得 3D产品可W相对快速地形成。例如,可W在少于4小时内制造10"X10"X10"的部分。运 相对于使用传统的热塑性材料或热固性材料和/或热辅助固化用于产品制造可能需要的8 小时至10小时来说是显著的改善。
[00巧]在形成3D产品之后,可W通过用水和表面活性剂或皂或不会有害地影响3D产品 的表面的合适的有机液体(例如,异丙醇)擦拭或洗涂来移除任何未固化的组合物。
[00%] 洗涂后,所述3D产品可W经历加热工艺。此加热工艺可W有助于沉淀一个或多个 固化层W形成更紧凑的一个或多个层。在任何未固化的组合物被除去后进行额外的加热工 艺也可W导致在剩下的一个或多个层中发生额外的交联。在一个实例中,可W在比所述柔 性聚合物嵌段(即所述两种嵌段的较低Tg嵌段)的Tg略高(例如,在10度内)的溫度下 完成加热。在一个实例中,可W在范围为约5分钟至约60分钟的预定时间的一步工艺中完 成加热。在另一个实例中,可W使用两步溫度曲线。例如,可W在比所述低Tg(即柔性)聚 合物嵌段的Tg略高的溫度下进行第一加热步骤,接着在比所述较高Tg(即刚性)聚合物嵌 段的Tg略高的溫度下进行第二加热步骤。
[0027] 据信,由本文所公开的组合物所形成的3D物体/产品可W呈现与传统ABS树脂相 似的机械性能。例如,通过本文所公开的一种或多种组合物制成的3D最终物体/产品可W 呈现大于2GPa的拉伸模量、大于5MPa的拉伸强度和/或高于20%的断裂伸长率。
[0028] 为了进一步说明本公开,在本文中给出实施例。应理解的是,提供本实施例用于说 明的目的,而不应被解释为限制本公开的范围。
[0029] 实施例
[0030] 使用PATT邸NRESIN?(来自GCAmericaInc.,Alsip,IL的丙締酸树脂,其具有 约1. 5重量%的<3励似CURE愈CQ和泣励OCURE觸EHA混合在其中)制备一种对比糊 剂(对比样品1)和S种样品糊剂(样品1、2和3)。样品1、2和3包括PATTERNRESIN?作 为柔性聚合物前体并包括S乙二醇二甲基丙締酸醋(TEGDMA)作为刚性聚合物前体。对比 样品1不包括任何刚性聚合物前体。 阳03U 对于对比样品1,将PATTERNRESIN?铺展于玻璃板上,并暴露于UV光下5分钟W 得到膜。 阳03引对于样品1,将3g的PATTERNRESIN?和3g的TEGDMA混合在一起。对于样品 2,将 1. 578g的PATTERNRESIN?和 3. 155g的TEGDMA混合在一起。对于样品 3,将 7. 03g 的PA
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