[发明专利]用于增材制造的具有减少排放的聚合物长丝

说明书

本发明题为“用于增材制造的具有减少排放的聚合物长丝”。本发明提供了组合物，包括能够与熔丝制造相容的聚合物长丝，其包含：热塑性聚合物；和生物基添加剂，其以有效量与热塑性聚合物混合以在增材制造条件下将总挥发性有机化合物(TVOC)排放减少以重量计至少约10％，如通过气相色谱仪确定并且单独相对于热塑性聚合物测量的。用于形成能够与熔丝制造相容的聚合物长丝的方法可包括：形成包含热塑性聚合物和生物基添加剂的熔融共混物；以及挤出熔融共混物并冷却以形成包含与热塑性聚合物混合生物基添加剂的聚合物长丝。生物基添加剂以有效量存在以在增材制造条件下将总挥发性有机化合物(TVOC)排放减少以重量计至少约10％，如通过气相色谱仪确定并且单独相对于热塑性聚合物测量的。

技术领域

本公开总体涉及增材制造，并且更具体地涉及与熔丝制造相容的聚合物长丝，该聚合物长丝在打印期间提供挥发性有机化合物(VOC)减少的排放。

背景技术

增材制造，也称为三维(3D)打印，是快速增长的技术领域。虽然增材制造传统上用于快速原型制作活动，但是该技术正被越来越多地用于生产具有任何数量的复杂形状的商业零件和工业零件。增材制造方法通常通过逐层构建零件来操作，例如，通过：1)沉积从连续长丝获得的熔融打印材料流，或2)使用激光烧结打印材料的粉末颗粒。逐层沉积通常在计算机的控制下进行，以基于待制造零件的数字三维“蓝图”将打印材料沉积在精确位置，其中打印材料的固结与沉积结合进行以形成打印零件。形成打印零件的主体的打印材料在本文中可被称为“构建材料”。

采用熔融打印材料流供零件形成的增材制造方法有时被称为“熔融沉积成型”或“熔丝制造”方法。通过加热热塑性聚合物长丝来形成熔融打印材料，该熔融打印材料然后逐层沉积并聚结以形成具有指定形状的固结零件。其他增材制造技术依赖于加热以固结聚合物颗粒，并且可以包括例如粉末床熔合(PBF)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔融(EBM)、粘结剂喷射和多喷射熔合(MJF)、vat光聚合、定向能量沉积等。

由于增材制造技术在商业、学校和家庭环境中变得越来越普遍，因此越来越关注提高操作安全性。在这些技术中可能遇到的一个问题是产生挥发性有机化合物(VOC)，尤其是在增材制造和类似方法期间将打印材料(诸如聚合物长丝、聚合物颗粒或聚合物片)至少加热到它们的软化温度进行挤出、打印和固结时。含有苯乙烯或丙烯酸单体单元(诸如聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS))的热塑性聚合物可释放特别危险的VOC。为了减少潜在健康影响，增材制造单元可以装配有空气过滤器和/或可以在通风的工作空间中操作。然而，这些措施可能是繁琐的，并且不适用于所有环境。

发明内容

本公开涉及用于减少增材制造期间VOC排放的生物基添加剂和制造含有生物基添加剂的打印材料的方法。

在一些方面，与熔丝制造相容的聚合物长丝包括：热塑性聚合物；和生物基添加剂，该生物基添加剂以有效量与该热塑性聚合物混合以在增材制造条件下将总挥发性有机化合物(TVOC)排放减少以重量计至少约10％，如通过气相色谱仪确定并且单独相对于热塑性聚合物测量的。

在一些方面，用于形成与熔丝制造相容的聚合物长丝的方法包括：形成包含热塑性聚合物和生物基添加剂的熔融共混物；以及挤出该熔融共混物并冷却以形成包含与该热塑性聚合物混合的生物基添加剂的聚合物长丝；其中生物基添加剂以有效量存在以在增材制造条件下将总挥发性有机化合物(TVOC)排放减少以重量计至少约10％，如通过气相色谱仪确定并且单独相对于热塑性聚合物测量的。

在一些方面，增材制造方法包括：提供聚合物长丝，该聚合物长丝包含热塑性聚合物和生物基添加剂，该生物基添加剂以有效量与该热塑性聚合物混合以在增材制造条件下将总挥发性有机化合物(TVOC)排放减少以重量计至少约10％，如通过气相色谱仪确定并且单独相对于热塑性聚合物测量的；将聚合物长丝加热到高于热塑性聚合物的软化温度以形成软化的聚合物材料；以及逐层沉积该软化的聚合物材料以形成打印零件。

附图说明