[发明专利]改善3D打印物体的耐热性的方法和系统

说明书

本文公开了使用增材制造来制造物体的方法和系统，其包括处理所述物体以改善其耐热性，如处理所述物体以允许物体的材料在可逆凝胶化介质中结晶。所述可逆凝胶化介质可用作所述物体的临时模具以减少、最小化或消除处理期间物体的变形。与处理之前物体相比，所述物体的这种处理可以提高物体的材料的软化温度，由此可以改善所述物体的耐热性。

技术领域

本发明一般涉及增材制造，特别地涉及处理使用增材制造工艺形成的物体的方法和系统。

背景技术

增材制造是以添加方式(通常是逐层)构造物体的各种制造技术中的任一种。增材制造通常被公众称为“3D打印”。一种类型的增材制造技术是基于挤出沉积，如熔融沉积成型(FDM)或熔丝制造(FFF)。在过去的几年中，FDM或FFF已经成为成型、原型设计和生产应用的常用技术。

FDM或FFF通常涉及将连续长丝形式的热塑性聚合物供给至加热的挤出喷嘴。挤出喷嘴中的热塑性聚合物可被加热到高于其玻璃化转变温度的温度，在该温度下热塑性长丝可以变成粘稠熔体，因而被挤出。挤出喷嘴可以以三维运动方式移动，并且可以通过步进电机和计算机辅助制造(CAM)软件进行精确控制，从而可以从底部向上，一次一层地构造物体。物体的第一层可以沉积在基材上，并且由于温度下降，附加层可以通过凝固依次沉积并融合(或部分融合)至先前的层。该过程可以继续，直到完全构造三维物体。该技术公开在例如美国专利号5,121,329中。

热塑性聚合物通常用作基于挤出沉积的增材制造技术中的构造材料。例如，聚乳酸(PLA)传统上被认为是可以实现简单且无故障的3D打印的材料。使用这种材料的3D打印物体的主要缺点是，由于这些热塑性聚合物的低软化温度和/或玻璃化转变温度而导致其有限的耐高温性。例如，使用PLA的3D打印物体在高于PLA的玻璃化转变温度(T_g)(约55℃至约60℃)下可能软化、变形，甚至开始流动。3D打印物体的有限耐热性可能会阻止它们用于需要良好耐热性或热稳定性的应用中。例如，使用PLA的3D打印物体不适合用作高温环境下使用的机器部件，也不适合用作医疗器械，因为使用PLA的3D打印物体不能通过约100℃或以上的高温高压灭菌。

用于改善3D打印物体的耐热性的方法可包括，例如，在后处理程序中在3D打印物体的热塑性聚合物中诱发结晶。这可以增大热塑性聚合物的结晶度和/或熔融温度，其可以导致所述材料的软化温度升高，由此可以改善3D打印物体的耐热性。例如，在PCT/CN2014/077119中，公开了一种诱发由PLA制成的3D打印长丝结晶的方法，其包括后处理步骤。然而，由于3D打印工艺期间的快速冷却(即没有足够的时间用于PLA结晶)，通过3D打印制成的PLA部件仍然是基本上非结晶的。因此，由PLA制成的3D打印部件的软化温度在后处理步骤之后仍然相当低，例如小于60℃或约60℃，这限制了如PLA的许多热塑性聚合物用作3D打印材料。

因此，需要开发改善使用增材制造技术构造的物体的耐热性的方法和系统。

发明内容

本文公开了制造物体的方法和系统。在一个实施方式中，所述方法包含：使用3D打印机形成物体，和在至少一种可逆凝胶化介质中处理所述物体。在本发明的一个实施方式中，所述方法进一步包含在至少一种可逆凝胶化介质中将所述物体退火，以使所述物体的材料结晶。在一个实施方式中，所述方法包含通过使所述物体的材料结晶来提高所述物体的软化温度和/或耐热性。