[发明专利]一种通过熔丝制造法(FFF)制造三维生胚的方法

说明书

本发明涉及一种通过熔丝制造法使用至少一种包括涂覆有壳材料(SM)层的芯材料(CM)的纤丝制造三维生胚的方法，以及一种三维挤出打印机(3D打印机)。所述三维挤出打印机包含至少一个喷嘴和至少一个混合元件。本发明进一步涉及一种通过该方法获得的三维物体和挤出线材。

本发明涉及一种通过熔丝制造法使用至少一种包括涂覆有壳材料(SM)层的芯材料(CM)的纤丝制造三维生胚的方法，以及一种三维挤出打印机(3D打印机)。所述三维挤出打印机包含至少一个喷嘴和至少一个混合元件。本发明进一步涉及一种通过该方法获得的三维物体和挤出线材。

一种最常用的3D打印技术或增材制造技术是熔融沉积成型(FDM)，也称为熔丝制造方法(FFF)。为了制造三维物体，通常将提供在线轴上的热塑性材料的纤丝经由基底上的加热喷嘴逐层沉积。因此，将热塑性材料加热至超过其熔融温度和/或玻璃化转变温度的温度。选择热塑性材料和温度梯度，以便能使其在与基底或挤出的热塑性材料的前一层接触时基本上立即固化。

为了形成各层，提供驱动马达以沿着x、y和z轴以预定的模式使基底和/或挤出喷嘴(分配头)相对于彼此运动。US5,121,329首先描述了熔融沉积成型(FDM)。用于制造三维物体的典型材料为热塑性材料。

用于制造三维物体的典型材料是热塑性材料。

US2014/0134334A1公开了一种用于制造多色三维物体的熔融沉积成型(FDM)方法，并且描述了用喷嘴上游的涂覆单元涂覆热塑性聚合物纤丝，在喷嘴中，纤丝熔融，然后挤出以制造三维物体。由于在挤出工艺期间发生非常少的混合，因此涂料主要保留在挤出材料的表面。

WO2012/152511同样描述了一种通过熔融沉积成型(FDM)通过在喷嘴中着色热塑性聚合物线材来制造多色三维物体的方法。该方法中所用的设备包括至少两个打印头，其中一个打印头打印支撑材料，另一个打印头打印构建材料。为了获得特别好的彩色图像，热塑性聚合物线材经历混合设备，该混合设备在打印头的喷嘴中运行以用于打印构建材料。

只有在金属或陶瓷材料具有低熔点以使得其可由喷嘴加热和熔融时，才能通过熔丝制造来制造三维金属或陶瓷物体。如果金属或陶瓷材料具有高熔点，则必须将金属或陶瓷材料在粘合剂组合物中提供给挤出喷嘴。粘合剂组合物通常包含热塑性材料。当将金属或陶瓷材料在粘合剂中的混合物沉积至基底上时，所形成的三维物体为所谓的“生坯”，其包含处于粘合剂中的金属或陶瓷材料。为了接受所需的金属或陶瓷物体，必须除去粘合剂以形成所谓的“褐坯(brown body)”，并且最终必须将该物体烧结。

WO2016/012486描述了在熔丝制造法中使用包含无机粉末(例如金属、金属合金或陶瓷材料)和粘合剂(包括聚甲醛、聚烯烃和其他聚合物)的混合物。该混合物在3D打印机的喷嘴中熔融，并逐层沉积以形成三维物体。该混合物中的大量无机粉末的缺点是，所得的纤丝通常非常脆，因此更难以处理。

PCT/EP2016/066187描述了包含芯材料和壳材料的纤丝，其中芯材料包含无机粉末和粘合剂，壳材料包含热塑性聚合物、无机粉末和任选的添加剂。PCT/EP2016/066187中描述的纤丝更稳定，并且可以在线轴上卷绕，这使得它们比WO2016/012486中公开的那些更容易储存和加工。所述纤丝进一步用于熔融沉积成型以形成三维物体。

EP16203641.2公开了使用与PCT/EP2016/066187中描述的那些类似的纤丝作为熔丝制造法中的支撑材料。所述纤丝包含含有陶瓷材料前体和粘合剂的芯材料，并且进一步包含含有热塑性聚合物等的壳材料。

现有技术中公开的纤丝，特别是包含无机材料如金属、金属合金或陶瓷的那些，具有的缺点是由所述纤丝通过熔融沉积成型形成的相应生胚和褐坯往往表现出相当低的稳定性。此外，生坯和褐坯经常表现出断点，并且褐坯尤其容易损坏，因为除去粘合剂可容易地导致褐坯坍塌。

因此，本发明的目的是提供一种制造三维物体如生坯的新方法，该方法没有上述缺点。