[发明专利]使用碳纳米结构的三维印刷

说明书

通过传统三维印刷方法产生的物体通常具有有限的结构质量。解决这个问题的印刷组合物可包含可凝固基体和分散在可凝固基体中的多个碳纳米结构。碳纳米结构包含多个分支的、交联的和彼此共享共用壁的碳纳米管。利用这种印刷组合物的三维印刷方法可包括：在逐层沉积过程中沉积印刷组合物，并且在沉积印刷组合物的同时，在接近沉积印刷组合物的位置施加集中输入的微波辐射。集中输入的微波辐射在所述位置加热碳纳米结构，并促进印刷组合物在通过逐层沉积过程产生的物体内的固结。

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35U.S.C.§119均于2014年6月11日提交的美国临时专利申请62/010,973和62/010,977的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及三维印刷，更具体地，涉及结合三维印刷的微波加热的使用。

背景技术

三维(3-D)印刷，也称为叠层式制造，是快速发展的技术领域，其处于计算机的控制下在精确的沉积位置通过沉积熔化的或可凝固的印刷材料的小液滴或流来操作。印刷材料的沉积引起物体逐渐的、逐层累积，其可以是很多复杂形状。可用于三维印刷的印刷材料包括聚合物和其他可凝固的物质。

与传统三维印刷方法相关的缺点之一是在印刷的物体内的熔化的或可凝固的印刷材料不完全熔合。如本文所用，术语“熔合”是指沉积的印刷组合物的固结以形成凝聚结构。术语“熔合”和“固结”可以在本文中用作同义词。印刷材料的不完全熔合在印刷的物体的相邻层之间尤其普遍，这可能导致结构上的弱点。除了产生结构上的弱点之外，印刷材料的不完全熔合可能在至少微观水平上将表面粗糙度传达给印刷的物体，从而引起放大率下“像素化的”外观。目前，没有有效的方法来修复或后处理印刷的物体来改正这些问题。相比之下，传统制造技术，例如模制和/或机械加工，通常形成实际上本身更均匀、包含更少结构上的弱点并且具有更平滑的表面形态的物体。

不管它们的缺点，通过传统三维印刷方法产生的物体常常足以用于快速成型目的。在这方面，可以生产具有各种形状和尺寸的原型，并且误差通常仅受到打印机沉积喷嘴尺寸的限制。原型的快速生产表现了三维印刷的显著强度，并且同时利于应用批量制造的印刷方法。然而，为了批量制造的目的，由于在印刷期间不完全熔合而导致的上述缺陷是有问题的，特别是对于生产具有期望程度的耐用性和质量的高性能和/或严格误差的物体。尽管通过减小沉积喷嘴的尺寸可以在一定程度上减轻不完全熔合，即使有增长的印刷时间以及相关的较高成本的缺点，但是目前没有办法完全解决三维印刷期间不良熔合的问题。

鉴于上述事项，增加印刷的物体内的熔合程度在本领域中将是非常有意义的。本发明满足上述需求并且还提供了相关的优势。

发明内容

在各种实施方案中，本发明提供了使用包含可凝固基体和分散在可凝固基体中的多个碳纳米结构的印刷组合物的三维印刷方法。碳纳米结构包含多个分支的、交联的以及彼此共享共用壁的碳纳米管。

在一些实施方案中，本发明提供三维印刷方法，该方法包括在逐层沉积过程中沉积印刷组合物，并且在沉积印刷组合物的同时，在接近沉积印刷组合物的位置施加集中输入的微波辐射。印刷组合物包含可凝固基体和分散在可凝固基体中的多个碳纳米结构。碳纳米结构包含多个分支的、交联的和彼此共享共用壁的碳纳米管。施加集中输入的微波辐射加热在该位置的碳纳米结构，并促进印刷组合物在通过逐层沉积过程产生的物体内的固结。

在一些实施方案中，本发明提供三维印刷方法，该方法包括在逐层沉积过程中沉积印刷组合物，其中印刷组合物从与微波传输线耦合的印刷头沉积；在微波传输线中建立驻波，并且在沉积印刷组合物时，在一个或多个位置接触驻波与通过逐层沉积过程产生的物体的先前沉积层。印刷组合物包含可凝固基体和分散在可凝固基体中的多个碳纳米结构。碳纳米结构包含多个分支的、交联的和彼此共享共用壁的碳纳米管。在一个或多个位置驻波与物体先前沉积层的接触可在一个或多个位置加热碳纳米结构，并促进在物体内的印刷组合物的固结。