[发明专利]用于三维印刷的聚合物材料

说明书

本发明提供一种在三维印刷机系统中能够用作成型材料和/或支承材料的聚合物材料。所述聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包括基体聚合物。微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相中。

相关申请

本申请要求2013年8月9日提交的第61/863,944号的美国临时申请的优先权，将其整体在此引入本文作为参考。

发明背景

使用基于挤出的分层沉积系统来通过挤出可流动的成型材料以逐层的方式从计算机辅助设计(“CAD”)模型建造三维物体。在这样的系统中，成型材料通常被挤出通过挤出端并且以一系列的层被沉积到在x-y平面中的基材上。一旦温度下降，挤出的成型材料融合到先前沉积的成型材料并固化。然后沿着z-轴(与x-y平面垂直)增加挤出头相对于基材的位置，并重复该过程以形成类似CAD模型的三维物体。在建造中的物体的悬空部分的下面或腔中通常建造支承结构，该物体不通过成型材料本身支承。支承结构可以使用与沉积成型材料相同的沉积技术建造。主计算机生成额外的几何体充当用于正在形成的三维物体的悬空或自由空间片段的支承结构。然后在建造过程中，依照已生成的几何体，从与成型材料相同的喷嘴或第二喷嘴沉积支承材料。在制造过程中，支承材料粘附到成型材料，并且当建造过程完成时，支承材料可从完成的三维物体上移除。此外，支承结构还可以在打印3-D物体之前创建，从而为所述物体提供更稳定的基底。

不管使用的具体的系统，用作成型和支承材料的两种最常用的聚合物是丙烯腈丁二烯苯乙烯(“ABS”)和聚乳酸(“PLA”)。ABS是相对挠性和可加工的聚合物，但它是不可再生的并且当将其放置与印刷表面接触时，它也倾向于卷曲或弯曲。另一方面，虽然PLA是可再生的并且不易卷曲，但它相对较脆并缺少挠性。这样的性能会显著地限制PLA在复杂的形状中的使用，所述复杂的形状中要求材料刚度和冲击强度之间的良好平衡。这样，目前对能够用作三维印刷系统中的成型材料和/或支承材料的改进的聚合物材料存在需求。

发明概述

根据本发明的一个实施方案，公开了用于三维印刷机系统的印刷机硒鼓。所述印刷机硒鼓包括携带聚合物材料的卷轴。所述聚合物材料由包含连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包括基体聚合物，并且微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相中。

根据本发明的另一个实施方案，公开了用于形成三维物体的方法。所述方法包括印刷三维结构作为成型材料的一系列连续层和任选地由支承材料印刷支承结构。所述成型材料、支承材料或两者包含由包括连续相的热塑性组合物形成的聚合物材料，所述连续相包括基体聚合物。微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在连续相中。

下面将更详细地讨论本发明的其它特征和方面。

附图简述

参照附图，在说明书的其余部分中，更具体地阐述针对本领域普通技术人员而言包括其最佳实施方式的本发明的完整且能够实现的公开内容，其中：

图1是可以用于本发明的基于挤出的三维印刷机系统的一个实施方案的前视图；

图2是可以使用本发明的聚合物材料形成的三维前体物体的一个实施方案的透视图；

图3A-3C是图2沿着线3A-3A的横截面图，描绘了建造三维物体的过程；

图4是可以用于本发明的印刷机硒鼓的一个实施方案的分解透视图；

图5-6是实施例1的未拉伸的材料的SEM显微照片，其中在图5中材料在垂直于机器方向被切割并且在图6中材料在平行于机器方向被切割；

图7-8是实施例1的拉伸的材料的SEM显微照片(材料在平行于机器方向的取向被切割)；