[发明专利]粘合剂组合物及其在3D打印中的用途

说明书

公开了包含丙烯酸聚合物的水分散体的粘合剂组合物，其中此类组合物特别适用于增材制造方法，例如三维(3D)打印，包括熔合细丝制造(FFF)。特别地，所述组合物解决了和热塑性构建材料与构建板之间不适当的粘合度相关联的缺点，这些缺点降低了打印物体的质量。在代表性水分散体中，固体含量为至少约5重量％以及最多约95重量％的丙烯酸聚合物溶解，其中这种聚合物的其余部分包含分散的固体粒子。

技术领域

本发明的一些方面涉及丙烯酸聚合物例如丙烯酸乳液聚合物的分散体，其中所述聚合物至少部分地以固体粒子以及至少部分溶解的形式存在于连续水相中。另外的方面涉及此类分散体的在3D打印期间改进三维(3D)物体与构建板之间的粘合性的用途。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月22日提交的美国临时申请号62/609,354的优先权，该美国申请的全部内容特此通过引用整体地并入，如同在本文中充分地阐述一样。

背景技术

可通过增材和减材制造方法形成三维(3D)物体。增材制造可以是指这样的3D打印方法，其中可熔或可流动的“构建材料”(例如热塑性聚合物)的线或细丝被加热至其熔融状态或另外的可流动状态(例如，高于聚合物的玻璃化转变温度(T_g))并且由打印头或分配器以这种状态挤出。打印头具有首先将熔融聚合物小心地移动和定位到构建板上作为初始层并且随后将熔融聚合物移动和定位到此初始层和另外的层上的能力，根据需要形成特定3D物体。构建板也可被称为“打印床”、“打印垫”、“打印平台”，或甚至统称为“构建表面”。在3D打印期间，打印头在x维度、y维度和z维度上(即沿着在这些维度上定向的轴)相对于构建板移动，其中，打印头常常被编程为沿着x轴和y轴移动，而构建板沿着z轴移动以允许逐层建立物体。打印头和构建板的运动典型地是计算机驱动的，利用生成驱动信号来协调打印头和构建板的这些受控移动的计算机辅助设计(CAD)或计算机辅助制造(CAM)软件。这种方式的增材制造被称为融合细丝制造(FFF)或融合沉积建模(FDM)，所述FFF或FDM通常公开于参考文献例如US 4,749,347和US 5,121,329中。

通过FFF制造的任何3D物体的质量明显取决于连续分配/连续冷却的构建材料与构建板之间适当的粘合水平。如果构建材料的初始层未充分地粘附，则正在生成的3D物体可能从构建板移位、翘曲或分层，从而导致差的质量或者甚至不能生产所期望的完成物体。如果物体在打印期间未牢固地固定到构建板，则甚至轻微的位移力也引起物体与构建板之间的移动，可能严重地损害尺寸准确性或零件性能。

提供了熔融或可流动聚合物分配到其上的表面的构建板典型地由刚性耐用材料例如金属(例如，铝)、压克力(例如，有机玻璃)、玻璃或甚至碳纤维制成。然而，在许多应用中，此类材料并不理想地适于提供3D打印物体可牢固地且一致地粘附在上面的可靠表面,部分原因是方便最终零件取下和清洁的高表面光洁度和/或低孔隙率。由于这个原因，常常期望在3D打印之前覆盖和/或预处理构建板，以便提高物体在打印持续时间内将充分地粘附到构建板的可能性。例如，使用FFF的3D打印机的制造商常常推荐用耐热聚酰亚胺膜(例如胶带)或另外的纸遮盖胶带(例如画家胶带)覆盖构建板。还可以指定用胶水或其他液体粘合剂进行预处理作为在打印条件下将3D打印物体更好地保持到表面的方式。除了改进热塑性聚合物/构建板结合之外，此类覆盖材料还可提供可除去且可更换的要在上面打印的表面，并且在一些情况下，甚至保护构建板免于遭受物理磨损，从而增加其寿命。

尽管此类粘合剂、膜和胶带普遍存在，然而某些聚合物构建材料仍然特别难以经由3D打印方法例如FFF进行加工，因为在使用此类已知的方法来构建零件的过程中，这些聚合物构建材料不太容易实现并维持对构建表面的粘合性。特别地，由于与构建表面的分层或位移，具有升高T_g值的半结晶聚合物例如聚酰胺、聚丙烯等众所周知难以加工。已知的粘合剂材料，例如未向许多此类半结晶构建材料提供足够的粘合性。