[发明专利]PEKK挤出增材制造方法和产品

说明书

本发明涉及材料挤出增材制造方法，包括熔丝制造，用于使用聚醚酮酮(“PEKK”)和聚醚醚酮(“PEEK”)制造改进的零件、装置和原型。使用本发明的改进方法，PEKK或PEEK聚合物易于通过FFF进行3D打印，使得其在沉积过程中充分缓慢地结晶，以使所得零件在打印过程中保持大部分或基本上无定形，因而每层具有较低的百分比收缩率和/或更均匀的收缩率，且在打印过程中很少或不会从基底上翘曲，但又足够快，以使所得零件在打印后加工中结晶，而其打印结构基本上没有或没有任何损失。

发明领域

本发明涉及材料挤出增材制造方法，包括熔丝制造，其可用于使用包含聚芳基酮[如聚醚酮酮(“PEKK”)和聚醚醚酮(“PEEK”)]的热塑性聚合物组合物来制造改进的零件、装置和原型。

背景

材料挤出增材制造是可用于制造设备、零件和原型的过程。材料挤出增材制造括熔丝制造(“FFF”)工艺和材料挤出工艺，除非另有说明，它们在本文可互换使用。

在FFF中使用无定形热塑性聚合物是已知的。例如，参见《增材制造技术：3D打印，快速原型制作和直接数字制造》，Gibson,I，Rosen，D.和Stucker，B；施普林格(Springer)，2014年11月26日，第164页。然而，这种材料存在缺点和挑战。例如，与类似聚合物的半结晶材料相比，无定形材料具有较低的耐化学性。由无定形热塑性聚合物制成的零件具有较低的连续使用温度(即，与由相似聚合物的半结晶材料制成的零件相比，该零件在相对较低的特定温度范围内使用)。因此，对于需要这种高性能零件的应用而言，诸如聚芳基醚酮(“PAEK”)之类的半结晶热塑性材料是令人感兴趣的。PEEK已针对此类应用得到研究，但发现不足。

当用于FFF工艺时，半结晶PEEK通常会产生不希望的翘曲和收缩，从而导致所得到的物体/产品不适合使用。解决这些缺陷的一种提议的方法(如美国专利第9,527,242号所述)是使用半结晶聚合物和另一种聚合物材料的共混物。美国专利公开2015/0874963描述了这样的共混物，其包含半结晶PAEK和无定形聚合物。这两种方法都需要将这些组分共混在一起的预备步骤，使其制造起来既昂贵又费时。另外，材料在印刷过程中结晶，从而导致层的不整齐和/或不均匀的收缩，并且随着零件的结晶而从构造板(build plate)翘曲。

使用PEKK进行FFF打印过程会导致产品/设备/材料在打印后几乎完全结晶(与PEEK一样)。用PEKK进行的这种打印工艺在通常用于常规熔体挤出工艺中的常规熔体加工温度下产生差的Z方向性能，还明显从构造板翘曲，这限制了能印刷的零件的尺寸。使用T:I比通常为60:40的PEKK的已知FFF打印工艺导致材料在打印后基本上呈非晶态，并产生不希望的较低使用温度范围，这意味着所得零件在高于聚合物的Tg的温度下无法保持尺寸稳定性。

发明内容

因此，需要一种改进的方法，其中PAEK聚合物可以通过FFF容易地打印，使得一方面，它在沉积过程中充分缓慢地结晶，以使所得零件在打印过程中大部分保持、基本上保持甚至完全保持无定形，从而在打印过程中具有较低百分比的和/或更均匀的每层收缩率，并且几乎不会或不会从基础/构建结构上发生翘曲，另一方面，其速度足够快，使所得到的零件可以在后处理步骤中基本或完全结晶，而不会损失其打印结构。本发明提供了这样的优点。