[发明专利]基于粉末的增材制造法

说明书

增材制造法（3D‑打印）使用具有可熔聚合物的颗粒。所述可熔聚合物包含热塑性聚氨酯聚合物，其具有160至270℃的熔融范围(DSC，差示扫描量热法；以5K/min的加热速率进行的第二次加热)和50或更高的根据DIN ISO 7619‑1的肖氏D硬度，并且其具有在温度T下5至15 cm³/10 min的根据ISO 1133的熔体体积速率（melt volume rate（MVR））和大于或等于90 cm³/10 min的在将该温度T提高20℃时的MVR变化。借助于该方法可得到的物体。

技术领域

本发明涉及使用具有特定热塑性聚氨酯的颗粒的增材制造法。此外，其涉及借助于这种颗粒制造的物体。

背景技术

作为增材制造法是指用于逐层构建物体的那些方法。因此，它们明显不同于用于制造物体的其它方法，如铣削或钻孔。在后面提及的方法中，如此加工物体，以使该物体通过去除材料而获得其最终几何形状。

增材制造法利用不同的材料和工艺技术，以便逐层构建物体。在所谓的熔融沉积成型（FDM）中，例如，将热塑性塑料丝液化并借助于喷嘴逐层沉积在可移动的构建平台上。在固化时产生固体物体。基于物体的CAD图控制喷嘴和构建平台。如果该物体的几何形状复杂，例如具有几何形状的底切，则必须另外一起打印支撑材料，并在物体完成后再去除。

此外，存在利用热塑性粉末以便逐层构建物体的增材制造法。在这种情况下，通过所谓的涂布机施加薄的粉末层，然后借助能量源选择性熔融。在此，周围的粉末支撑部件几何形状。由此，可以比在前述的FDM法中更经济地制造复杂的几何形状。此外，可以将不同的物体以紧密挤压（gepackt）的方式布置或制造在所谓的粉末床中。由于这些优点，基于粉末的增材制造法属于市场上最经济的增材制造法。因此，它们主要由工业用户使用。基于粉末的增材制造法的实例是所谓的激光烧结（SLS，选择性激光烧结）或高速烧结（HSS）。它们彼此的区别在于将选择性熔融用能量引入塑料中的方法。在激光烧结法中，能量引入通过偏转的激光束来实现。在所谓的高速烧结（HSS）-法（EP 1648686）中，能量引入通过红外（IR）辐射体结合以选择性地印刷到粉末床中的IR吸收剂来实现。所谓的选择性热烧结（SHS）利用传统的热打印机的打印单元，以便选择性地熔融热塑性粉末。

基于目前在基于粉末的增材制造法中主要使用的聚合物，形成其机械性能可能与在其它塑料加工方法如注塑中已知的材料特性根本不同的物体。在通过增材制造法加工时，所使用的热塑性材料失去其特定的特性。

聚酰胺12 (PA12)是当前最常使用的用于基于粉末的增材制造法例如激光烧结的材料。在以注塑或通过挤出加工PA12时，其特色是高的强度和韧性。例如，商业上常用的PA12在注塑后显示出大于200%的断裂伸长率。相反，用激光烧结法制造的PA12物体显示出约15%的断裂伸长率。该部件是脆的，因此不再能被视为典型的PA12部件。这同样适用于聚丙烯(PP)，其作为粉末被提供用于激光烧结。这种材料也变脆，并因此失去了PP典型的韧性-弹性性能。其原因可以在聚合物的形态中找到。

在借助于激光或IR的熔融过程期间，尤其是在冷却时，产生了所谓的部分结晶聚合物(例如PA12和PP)的不规则内部结构。部分结晶聚合物的内部结构(形态)部分地以高有序度为特征。在冷却时，一定比例的聚合物链形成结晶的紧密挤压的结构。在熔融和冷却期间，这些微晶在不完全熔融的颗粒的边界处以及在粉末颗粒的先前的晶界处和在含于粉末中的添加剂上不规则地生长。这样产生的形态的不规则性有利于在机械应力下产生裂纹。在该基于粉末的增材法中不可避免的剩余孔隙率促进了裂纹生长。