[发明专利]使用选择性激光烧结制造三维物体的增材制造方法

说明书

本披露涉及一种用于制造三维(3D)物体的增材制造(AM)方法，该方法包括：a)沉积粉末状材料(M)的连续层，该粉末状材料至少部分地再循环、包含至少一种聚(醚酮酮)(PEKK)，该聚(醚酮酮)具有如通过电感耦合等离子体发射光谱法(ICP‑OES)测量的超过30ppm的磷含量；以及b)在沉积后续层之前选择性地烧结每个层。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月13日提交的美国临时申请号62/760271和2019年1月15日提交的欧洲专利申请19151955.2的优先权，出于所有目的将这些申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本披露涉及一种使用包含至少一种聚(醚酮酮)(PEKK)聚合物的至少部分地再循环的粉末状聚合物材料(M)来制造三维(3D)物体的增材制造(AM)方法，特别地涉及一种通过激光烧结从此粉末状聚合物材料(M)可获得的3D物体。

背景技术

增材制造系统用于从用计算机辅助设计(CAD)建模软件创建的数字蓝图打印或以其他方式构建3D物体。作为可用的增材制造技术之一的选择性激光烧结(“SLS”)使用来自激光的电磁辐射将粉末状材料熔合成块。激光通过在粉末床的表面上扫描由物体的数字蓝图生成的截面选择性地熔合粉末状材料。在扫描截面之后，粉末床降低一个层的厚度，施加新的材料层，并且重新扫描该床。在顶部粉末层中的聚合物颗粒的局部完全聚结以及与先前的烧结层的粘合是必须的。重复此过程直到完成物体。

在SLS打印机的粉末床中，通常将粉末状材料预加热至接近树脂的熔点(Tm)的加工温度。对于半结晶聚合物，在打印期间应至少对于若干个烧结层尽可能久地抑制结晶(Tc)。因此，必须将加工温度精确调节在半结晶聚合物的熔融温度(Tm)与结晶温度(Tc)之间，也称为“烧结窗口”。粉末的预加热使得对于激光而言更容易将未熔合的粉末层的选定区域的温度升高至熔点。激光引起仅在由输入信息指定的位置处的粉末的熔合。典型地基于使用的聚合物并且为了避免聚合物降解来选择激光能量暴露。

当该过程完成时，将未熔合的粉末从3D物体上除去，并且可以将其再循环并且重新用于后续的SLS过程中。

通过激光烧结生产制品可能花费长的时间，对于某些制品或零件超过16小时。这意味着粉末材料在SLS打印机的粉末床中经受高温持续延长的时间段(称为热老化)。这可能以其不再可再循环的方式不可逆地影响聚合物材料。不仅聚合物的化学性质因热老化而改变，而且聚合物材料的机械特性(诸如其韧性)也改变。对于一些半结晶聚合物，诸如聚(醚酮酮)(PEKK)，加工温度过高导致降解和/或交联，这负面地影响SLS可加工性和再循环。因此，SLS方法的潜力受到针对该方法优化的有限材料数量的限制。

WO 2019/002620 A1(美国索尔维特种聚合物公司(Solvay Specialty PolymersUSA))涉及一种具有小于150μm的d_0.9值的PEKK聚合物粉末，其中PEKK聚合物具有至少500℃的Td(1％)，并且涉及此种粉末在用于制造3D物体的方法中的用途。

WO 2013/085947(牛津性能材料公司(Oxford Performance Materials))涉及一种通过使用电磁辐射选择性烧结粉末来从该粉末制造三维物体的方法，其中该粉末包含再循环的PAEK，例如再循环的PEKK。诸位发明人已经进行了若干次实验并且证实了实际上仅某些PEKK聚合物可以被再循环到新的3D打印工艺周期中。

CN 108686860 A涉及个性化的3D打印椎体间融合器(interbody fusion cage)及其制备方法。根据实例2，将PEKK和磷酸镁的共混物用于使用选择性激光烧结方法制备腰椎融合器。诸位发明人证实了此种共混物展现出差的机械特性以及在热老化后完全没有流动。

发明内容