[发明专利]生产用于SLS 3D打印的砜聚合物微粒的方法

说明书

本发明题为“生产用于SLS 3D打印的砜聚合物微粒的方法”。本发明公开了一种生产用于3D打印的聚砜微粒的方法。例如，该方法包括：通过将聚砜溶解于有机溶剂中来形成聚砜混合物，形成聚合物稳定剂或表面活性剂的水性溶液，将聚砜混合物添加到水性溶液中以形成聚砜溶液，以及处理聚砜溶液以获得具有期望颗粒尺寸、期望颗粒尺寸分布和期望形状的聚砜微粒。

本公开整体涉及用于三维打印的材料，并且更具体地，涉及生产用于选择性激光烧结(SLS)三维(3D)打印的砜聚合物微粒的方法。

背景技术

选择性激光烧结(SLS)为基于粉末床的增材制造(AM)技术，用于生产复杂的三维部件。当激光束扫描粉末时，粉末由于温度升高而熔融，并且成品部件逐层接近全密度，并且应得到块体材料(即，聚合物)的特性。理论上，可经由此技术处理可转化成粉末形式的每种热塑性聚合物。然而，现实是每种新材料在熔融、聚结和固结期间表现不同，并且需要优化SLS处理参数。基于聚合物的热分布以及其能量吸收的“处理”窗口来选择床温度和激光能量输入。激光参数还需要基于粉末的颗粒尺寸和形状进行优化。

用于SLS的粉末材料的可用性是有限的，其中约95％的材料市场由聚酰胺-12组成，该聚酰胺-12为结晶尼龙级聚合物。高玻璃化转变柔性无定形材料诸如聚砜(PSU)不可用作可打印粉末。与半结晶聚合物粉末不同，必须将无定形聚合物粉末加热至高于玻璃化转变温度，此时该聚合物在类似温度下处于比半结晶聚合物更粘稠的状态。半结晶聚合物为具有明确熔点(Tm)的高度有序分子。与无定形聚合物不同，半结晶聚合物不会随着温度升高而逐渐软化，而是保持坚硬，直到吸收了给定量的热量，然后迅速转化成粘稠液体。当半结晶材料高于Tm时，其具有非常低的粘度，并且将流动并通过快速冷来与其他烧结层重叠。另一方面，无定形聚合物将随着温度升高而逐渐软化，但是不像半结晶材料那样容易流动。无定形粉末的流动和烧结速率将更小，并且烧结层之间的共混将更受阻碍且高度多孔。

发明内容

根据本文所示的方面，提供了生产用于3D打印的聚砜微粒的方法。本发明实施方案所公开的一个特征为以下方法，该方法包括：通过将聚砜溶解于有机溶剂中来形成聚砜混合物，形成聚合物稳定剂或表面活性剂的水性溶液，将聚砜混合物添加到该水性溶液中以形成聚砜溶液，以及处理聚砜溶液以获得具有期望颗粒尺寸、期望颗粒尺寸分布和期望形状的聚砜微粒。

本发明实施方案所公开的另一个特征为用于3D打印方法的方法。在一个实施方案中，该方法包括：分配由施加到聚砜、有机溶剂、去离子水和聚合物稳定剂的混合物的纳米沉淀过程形成的聚砜微粒的层，其中多个聚砜颗粒具有大于10微米的颗粒尺寸、具有介于40微米至100微米之间的颗粒尺寸分布，并且具有球形形状；拉平多个聚砜微粒的该层；经由选择性激光烧结过程在聚砜微粒的该层上打印期望形状；以及重复分配、拉平和打印以形成三维对象。

附图说明

通过结合附图考虑以下具体实施方式可容易地理解本公开的教导内容，其中：

图1示出了生产用于本公开的3D打印的聚砜微粒的示例性方法的流程图；

图2示出了使用通过本公开所公开的方法生产的聚砜微粒进行3D打印的示例性方法的流程图；并且

图3示出了通过本公开生产的聚砜微粒的扫描电镜(SEM)图像的示例。

为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的附图标号来指定附图共有的相同元件。

具体实施方式

本公开提供了生产用于SLS 3D打印的砜聚合物微粒的方法。如上所述，可期望使用无定形聚合物进行SLS 3D打印。无定形聚合物具有允许无定形粉末的流动和烧结速率小于半结晶聚合物的特性，并且烧结层之间的共混可能更受阻碍且高度多孔。