[发明专利]用于三维(3D)打印的组合物

说明书

背景技术

三维(3D)打印是一种用于从数字模型制作三维固体物体的添加剂打印方法。3D打印经常用于快速的产品原型制作、模具生成和母模具生成(mold master generation)。因为3D打印技术涉及应用连续的材料层，所以它们被认为是添加剂方法。这不同于通常依赖于移除材料以创建最终物体的传统机械加工工艺。在3D打印中使用的材料通常需要固化或熔化，这对于某些材料而言可以使用热辅助挤出或烧结来实现，而对于其它材料而言可以使用数字光投影技术来实现。

发明内容

本公开一般地涉及用于三维(3D)打印的组合物。

本文所公开的组合物的实例产生了表现出所需的机械性能(例如，拉伸强度、伸长性能，热挠曲和/或冲击强度)和所需的表面光洁度(即，表面RMS粗糙度小于5μm)的3D物体。这相对于传统的热固性材料是有利的，传统的热固性材料通常具有所需的表面光洁度，但表现出差的伸长性、冲击强度和/或尺寸精度。这相对于传统的热塑性材料(例如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂)也是有利的，传统的热塑性材料通常表现出合理的机械性能，但由于用于固化/熔化的热辅助挤出或烧结工艺，其具有差的表面光洁度。据认为，获得在本文中公开的实例中的所需的机械性能和表面光洁度性能的能力至少部分地归于包括在本文所公开的组合物中的建造模块的类型和数量。特别是，在所述建造模块被以合适的比例包括并暴露于光时，所述建造模块能够形成缠结聚合物网络，所述缠结聚合物网络具有用传统热固性材料形成的3D物体的表面光洁度性能和用传统热塑性材料(例如聚碳酸酯)形成的3D物体的机械性能。

本文所公开的组合物的实例包括3种建造模块，即刚性建造模块、弹性建造模块和光敏建造模块。所述刚性建造模块是液体的、能够固化的、能够交联的单体，所述弹性建造模块是固体热塑性颗粒，并且所述光敏建造模块是光敏添加剂。在一些情况下，所述组合物只包括这3种建造模块(即不添加其它组分)，而在其它情况下，所述组合物包括所述3种建造模块和用于聚合的催化剂(这将在下文讨论)。

所述液体的、能够固化的、能够交联的单体在所述组合物中是液体形式的，并且在暴露于光之后产生固化的聚合物网络。所述液体的、能够固化的、能够交联的单体的实例包括丙烯酸酯单体、氨基甲酸乙酯单体、环氧单体、硅氧烷单体、以及它们的组合。丙烯酸酯单体的实例包括三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEG DMA)、三乙二醇二丙烯酸酯、二(乙二醇)二甲基丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯和二(乙二醇)二乙烯基醚。氨基甲酸乙酯单体的实例包括来自Sartomer，Exton，PA的CN9000系列的脂族氨基甲酸乙酯丙烯酸酯。环氧单体的实例是双酚A丙三醇二甲基丙烯酸酯，并且硅氧烷单体的实例是乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷。在一个实例中，PATTERN RESIN^TM(来自GC America Inc.，Alsip，IL的丙烯酸树脂)也可以被用作液体的、能够固化的、能够交联的单体。

所用的液体的、能够固化的、能够交联的单体的量的范围为组合物的总wt％的约10wt％至约70wt％。在一些情况下，所用的液体的、能够固化的、能够交联的单体的量取决于所使用的固体微粒化的热塑性颗粒的量。理想的是，液体的、能够固化的、能够交联的单体以润湿所使用的(一种或多种)固体热塑性颗粒的量的量存在，从而在施用所述组合物时可以得到所述组合物的均匀涂层。

存在于本文所公开的组合物中的(一种或多种)固体热塑性颗粒是固体形式的。所述固体热塑性颗粒具有范围为从约200nm至约50μm的粒度。在一些实例中，粒度范围为从约2μm至约35μm，并且在其它实例中，粒度范围为从约2μm至约10μm或至约20μm。已发现的是，当粒度过大时，所述组合物是非均匀的，并当粒度过小时，所述组合物的粘度太高(即200,000cp以上)。具有合适粘度的均匀混合物(如人眼所观察到的)是所需的，从而所述组合物可以作为薄涂层容易地施用。当粘度太高时，可能难以施加相对薄的层。