專利名稱：快速原型制造材料系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及快速原型制造領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于快速原型制造的材料系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
快速原型制造工藝正迅速成為一種制造包括原型零件和諸如結(jié)構(gòu)陶瓷和陶瓷殼層模具等加工工具的三維物體的普通方法?？焖僭椭圃旃に嚨囊环N類型涉及一種順續(xù)形成層的方法。
在該方法中，采用粉末狀材料成形所需產(chǎn)品的每個(gè)單層。
這種復(fù)制方法具有快速加工和低材料成本等優(yōu)點(diǎn)。認(rèn)為這種方法是最快速的原型制造方法之一，并且它還能夠采用各種顏料進(jìn)行。
但是，基于粉末的普通快速原型方法有幾個(gè)缺點(diǎn)，包括所得產(chǎn)品的易碎性。最終產(chǎn)品的機(jī)械性能差的特點(diǎn)在于彈性模量低以及斷裂強(qiáng)度低。在低應(yīng)力下壓縮破裂和拉伸破裂之弱點(diǎn)其原因可以為密度低、粉末粒子之間的粘合差、粒子密度低以及存在空隙。在層內(nèi)和層間兩者的各層次中，粉末粒子僅僅松散地粘接在一起。更具體地說(shuō)，在市場(chǎng)上現(xiàn)在應(yīng)用的粉末基于石膏和/或水溶脹聚合物如淀粉、PVA等。這些粉末與含水粘合劑相互作用致使物坯(green object)的機(jī)械強(qiáng)度差、孔隙率高?；诳焖僭椭圃煲约皣娚?、直接堆積快速原型制造的、由粉末制造的零件具有強(qiáng)度差的缺點(diǎn)。產(chǎn)生這種缺點(diǎn)的原因在于，只有分子量較低的聚合物(即其溶液)能夠噴射，因?yàn)楦叻肿恿烤酆衔镎扯忍摺?br> 另外，所得產(chǎn)品機(jī)械性能差會(huì)導(dǎo)致，在粉末床中通過(guò)復(fù)制層加工的基物或物坯必須經(jīng)勞動(dòng)力密集的后加工處理。這種后加工常常涉及通過(guò)將復(fù)制物浸漬在粘合劑或補(bǔ)強(qiáng)劑如氰基丙烯酸酯膠液等中增強(qiáng)它，這些試劑透過(guò)表面并充滿體內(nèi)相互連接的孔?，F(xiàn)在可得的基于石膏的粉末和水溶脹聚合物具有長(zhǎng)的膨脹時(shí)間，能夠達(dá)30min或更長(zhǎng)。該工藝和相似工藝的其它缺點(diǎn)是，所得產(chǎn)品分辨本領(lǐng)差，這由產(chǎn)品粒狀組織所說(shuō)明。
雖然后加工干燥所得制品稍微改善機(jī)械性能，但是這種改善極微并且干燥過(guò)程很慢。其它后加工措施包括采用諸如氰基丙烯酸酯等可聚合膠液進(jìn)行增強(qiáng)，或者進(jìn)行表面處理，但是這些措施也是高成本勞動(dòng)力密集的工藝。歸根結(jié)底，機(jī)械性能和表面處理取決于材料系統(tǒng)的性能，涉及其均勻混合和充分反應(yīng)的能力。
發(fā)明概述在許多可能的實(shí)施方案之一中，本發(fā)明提供一種快速原型制造系統(tǒng)，優(yōu)選包含選自金屬氧化物和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃的堿性組分，酸性組分，和能夠促進(jìn)在堿性組分和酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)形式三維復(fù)制物的含水粘合劑。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和新穎特點(diǎn)將在下文敘述中陳述，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)閱讀這些材料或者實(shí)踐本發(fā)明可以認(rèn)識(shí)到這些。通過(guò)附屬權(quán)利要求所列措施可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選實(shí)施方案詳述在各種實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種快速原型制造系統(tǒng)、在該系統(tǒng)中包含的組合物、和包括該系統(tǒng)的快速原型制造方法。優(yōu)選快速原型制造系統(tǒng)由所謂的酸-堿膠粘劑實(shí)施(leverage)。在系統(tǒng)中所包括的組分優(yōu)選包括堿如金屬氧化物或硅鋁酸鹽玻璃，聚合物酸或其它酸，和含水粘合劑。堿性粉末與酸在水的存在下相互作用，形成以離子方式交聯(lián)的水凝膠鹽。交聯(lián)水凝膠的形成使混合物凝固。
關(guān)于在本發(fā)明的快速原型制造系統(tǒng)中所包含的材料以及所述系統(tǒng)概括地說(shuō)有三種可能的實(shí)施方案。第一種，使兩種活性組分，即酸性組分和堿性組分，能夠以干燥粉末混合物存在。然后這種粉末與粘合劑的水或極性溶劑溶液一起噴墨復(fù)制，所述粘合劑溶液不含形成膠粘劑的任何活性組分。第二種，干燥粉末混合物能夠僅僅含有堿性組分。然后，在復(fù)制過(guò)程中將含有酸性組分的粘合劑的水或極性溶劑溶液噴射到粉末床中。第三種，干燥粉末能夠含有堿性組分以及一些酸性組分，作為混合物。然后應(yīng)用粘合劑的水或極性溶劑溶液。其包含一些溶解在其中的酸性組分，如此粉末混合物和含水粘合劑兩者均包含一些活性酸性組分。然后，將粘合劑水或極性溶劑溶液以及酸性組分混合物，噴射到含有酸性或堿性組分混合物的粉末床中。
除了本發(fā)明的化學(xué)方面之外，復(fù)制工藝相似于與采用復(fù)制方法的快速原型制造工藝相關(guān)的一般技術(shù)工藝。許多平面層被復(fù)制并鄰接在一起形成三維體。復(fù)制一層一層地進(jìn)行，每層均代表最終所需產(chǎn)品的部分的斷面。粉末材料形成每個(gè)單層，并且均勻地分布，和經(jīng)諸如輥的壓制設(shè)備壓緊。當(dāng)快速原型制造方法應(yīng)用的復(fù)制機(jī)是噴墨復(fù)制機(jī)時(shí)，復(fù)制機(jī)頭將粘合劑以兩維圖案沉積到粉末上，粉末在沉積粘合劑的區(qū)域粘合，借此形成待生產(chǎn)的最終物體的復(fù)制層。將鄰近復(fù)制層的預(yù)定部分采用含水粘合劑彼此粘合，得到最終產(chǎn)品單個(gè)斷面的接合。在復(fù)制各個(gè)單層的同時(shí)，施加粘合劑。然后使沒有施加粘合劑的“末復(fù)制”區(qū)域與已施加粘合劑的復(fù)制區(qū)域分離，從而留下三維復(fù)制基物或物坯。
下面敘述本發(fā)明的化學(xué)方面?？焖僭椭圃煜到y(tǒng)的酸性組分是水/溶劑可溶的，以水/溶劑為基準(zhǔn)是酸性的。因此，酸性組分與粘合劑的水或極性溶劑溶液接觸，使質(zhì)子從酸性組分中解離。游離的質(zhì)子立即吸引快速原型制造系統(tǒng)的堿性組分，堿性組分的多價(jià)陽(yáng)離子(M+2)被質(zhì)子代替，而釋放出。
自快速原型制造系統(tǒng)的堿性組分所釋放的陽(yáng)離子作為引起組成酸性組分的化合物交聯(lián)的媒介。酸性化合物的離子交聯(lián)使酸性組分的流動(dòng)性降低。最后，交聯(lián)過(guò)程導(dǎo)致在溶液中的酸固化，其原因在于形成水(或溶劑)凝膠鹽，隨后是膠粘劑產(chǎn)品凝固并進(jìn)一步變堅(jiān)固。
這種化學(xué)工藝的說(shuō)明性(和最簡(jiǎn)單的)例子涉及玻璃離子體化學(xué)，其中快速原型制造系統(tǒng)中的酸性組分是多元酸如聚丙烯酸。在該例中的堿性組分是，例如，硅鋁酸鹽玻璃。在聚丙烯酸溶解于含水粘合劑之后，從聚丙烯酸中釋放出質(zhì)子，質(zhì)子攻擊玻璃，玻璃釋放出多價(jià)陽(yáng)離子。然后陽(yáng)離子通過(guò)形成離子鍵使多元酸交聯(lián)，這種鍵合使多元酸組分壓縮并固化，直至膠粘劑完全固化和非常堅(jiān)固。
在快速原型制造系統(tǒng)中有三種基本化學(xué)組分，即，活性酸性組分、活性堿性組分和含水粘合劑。堿性組分能夠是金屬氧化物，也能夠是硅鋁酸鹽玻璃。含水粘合劑必須能夠促進(jìn)堿性組分和酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)形成三維復(fù)制物。酸性組分能夠是諸如下述的一種或多種酸性組分如有機(jī)多元酸，單體酸，低聚物酸，具有能夠形成可與來(lái)自所述堿性金屬氧化物的金屬離子交聯(lián)的水凝膠(或溶劑凝膠)鹽的陰離子的單體，以及能夠與所述堿性金屬氧化物形成含氧鹽聚合物基質(zhì)的可水解金屬鹽。
形成用于所述快速原型制造的膠粘劑系統(tǒng)的酸-堿組合的例子包括如下a.氧化鋅-多元羧酸膠粘劑b.金屬氧化物(即，Be、Zn、Cu、Mg、Ca、Sr、Ba的氧化物，或其它金屬氧化物)-正磷酸或多磷酸膠粘劑。在這種情況下，金屬陽(yáng)離子使磷酸鹽陰離子交聯(lián)，結(jié)果形成水凝膠基質(zhì)。
c.活性硅鋁酸鹽玻璃(即，xCaO*yAl2O3*zSiO2*nCaF2，和即往往含有氟)與正磷酸或多磷酸的混合物。在這種情況下，膠粘劑的凝固涉及形成二氧化硅凝膠與離子交聯(lián)的磷酸鹽離子的水凝膠基質(zhì)。玻璃的平均粒度優(yōu)選為約30～50μm或更低，因?yàn)樾≈睆讲ＡЯＷ与y以涂布。
d.含氧鹽粘合膠粘劑。其通過(guò)諸如ZnO或MgO等的金屬氧化物粉末，但金屬氧化物粉末不限于這些氧化物，和其中金屬為例如Zn或Mg的金屬氯化物或金屬硫酸鹽的濃溶液的酸-堿反應(yīng)來(lái)形成。
e.玻璃-離子交聯(lián)聚合物膠粘劑。在這種情況下，系統(tǒng)的堿性組分是活性硅鋁酸鹽玻璃(即，xCaO*yAl2O3*zSiO2，并且常常含有氟，即，以CaF2的形式)，而系統(tǒng)的酸性組分是含有諸如-COOH、-SO3H和-PO3H2官能基團(tuán)的有機(jī)聚酸。玻璃-離子交聯(lián)聚合物混合物也可以含有少量低分子量絡(luò)合劑，如L-或D-酒石酸，以便調(diào)節(jié)膠粘劑凝固過(guò)程的動(dòng)力學(xué)。在一些情況下，應(yīng)該對(duì)玻璃-離子交聯(lián)聚合物膠粘劑進(jìn)行預(yù)處理，使聚酸粉末表面親水較小，因此對(duì)因吸濕結(jié)塊的敏感性較小。優(yōu)選的預(yù)處理包括向干燥膠粘劑混合物中加入一些防結(jié)塊疏水劑。該試劑能夠包括某些硬脂酸鹽(Mg，Ca，Zn)或卵磷脂，其濃度為0.01～13.0wt％。
上述類型的膠粘劑具有優(yōu)良的壓縮強(qiáng)度和值得注意的較好的機(jī)械性能，相對(duì)于一般應(yīng)用于快速原型制造系統(tǒng)的普通系統(tǒng)而言。應(yīng)用這些膠粘劑，不需要任何增強(qiáng)后處理。這些膠粘劑具有很短的凝固/固化時(shí)間。不必進(jìn)行干燥，因?yàn)樵诤澈蟿┲械乃谒?堿固化反應(yīng)期間被消耗和成為固相部分，一般這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行到完成遠(yuǎn)快于現(xiàn)在市場(chǎng)上有的材料組成的物坯的干燥。另外，通過(guò)這些膠粘劑生產(chǎn)的材料有連續(xù)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明膠粘劑借助諸如下述的離子反應(yīng)特別是在水或其它極性溶劑存在下固化，即中和、成鹽、螯合作用、結(jié)晶作用、或者離子和共價(jià)交聯(lián)。如上所述，在系統(tǒng)中包含的組分優(yōu)選包括諸如金屬氧化物或硅鋁酸鹽玻璃的堿性組分、酸性組分和含水粘合劑。酸性組分通常是聚合物酸(聚羧酸、聚磺酸、聚膦酸)或其它酸(磷酸，水楊酸衍生物)，或可水解的金屬鹽。粘合劑不限于含水者。任何能夠使酸性組分和堿性組分相互作用的極性溶劑可以是有效的，只要它能夠溶解或增溶各組分并且促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)。
在本發(fā)明實(shí)施方案之一中，酸-堿膠粘劑的酸組分或聚合物酸組分，能夠部分地或全部地用單體或低聚物不飽和可聚合酸部分，以及其鹽或其它酸衍生基團(tuán)代替。在這種情況下，在膠粘劑組分的酸-堿相互作用之后形成的交聯(lián)水凝膠能夠通過(guò)聚合，和，因此，不飽和部分共價(jià)交聯(lián)而進(jìn)一步增強(qiáng)。具有酸基團(tuán)或活性酸衍生基團(tuán)的可聚合不飽和單體、低聚物或預(yù)聚物的例子可以包括磷酸和膦酸的不飽和有機(jī)酯(German AS No.2711234和GermanOS No.3150285)，單氟磷酸的不飽和有機(jī)酯(US Pat.No.3,997,504)，含有直接鍵合到磷上的氯或溴的磷酸的不飽和有機(jī)酯(Eur.Pat.No 0058483)，焦磷酸酯(酐)形式的磷酸的不飽和有機(jī)酯(German OS No.3048410)，不飽和羧酸，具有-SO2H、-SO3H、-O-SO3H型基團(tuán)的不飽和含硫的有機(jī)酸部分，硼酸的不飽和有機(jī)衍生物，即含有下述基團(tuán)者-B(OH)2、B(OH)(OR)、-O-B(OH)2、-O-B(OH)(OR)，其中R是H或烷基，含有陽(yáng)離子酸自由基如NR2H+、-RR2H+(其中R是氫或烷基)的不飽和有機(jī)部分，和/或含有在a)-h)中所列酸性物質(zhì)的不同組合的不飽和有機(jī)部分。
活性酸衍生物能夠用?；u、用酸酐、用酰胺、腈和酯代替，這些物質(zhì)在水或其它極性溶劑例如醚存在下易于水解成酸，因此能夠與酸-堿膠粘劑的堿性組分，即，金屬氧化物、陶瓷、沸石或可瀝濾的(leachable)活性玻璃進(jìn)行離子交換、中和、成鹽或螯合反應(yīng)。特別優(yōu)選的是羧酸根、磷酸根、膦酸根、磺酸根或硼酸根形式或者其活性衍生物形式的酸基團(tuán)或活性酸衍生物。
在按照本發(fā)明的可聚合膠粘劑混合物中的可聚合不飽和單體、低聚物或預(yù)聚物能夠攜帶鏈烯基、鏈烯氧基、環(huán)烯基、芳鏈烯基或鏈烯芳基，優(yōu)選丙烯?；⒓谆；?、乙烯基或苯乙烯基，并且這些中，特別優(yōu)選在許多單體中構(gòu)成可聚合基團(tuán)的丙烯?；图谆；?。特別合適的是含有至少兩個(gè)可聚合基團(tuán)或者至少兩個(gè)酸基團(tuán)或酸衍生基團(tuán)的化合物。例子是甘油二(甲基丙烯酸)酯的磷酸酯或1-甲基丙烯酰氧基乙烷-1，1-二膦酸。
非常需要在酸-堿膠粘劑系統(tǒng)中存在可聚合不飽和酸部分，以及在混合物中存在聚合引發(fā)劑。引發(fā)劑的作用是能夠在膠粘劑酸堿組分相互作用引起初始凝固之后引發(fā)不飽和物質(zhì)聚合。膠粘劑不飽和組分共價(jià)聚合能夠通過(guò)光輻照(光)或加熱來(lái)引發(fā)。用于光引發(fā)聚合的引發(fā)劑的例子是α-二酮和叔胺的混合物。用于熱引發(fā)聚合的典型引發(fā)劑包括但不限于有機(jī)或無(wú)機(jī)過(guò)氧化物如過(guò)氧化苯甲?；蜻^(guò)硫酸銨。
含水或基于極性溶劑的粘合劑的主要用途是傳遞和/或使膠粘劑的酸性組分與堿性組分相互作用。除了水和/或溶劑外，液體粘合劑也可以含有a.表面活性劑/潤(rùn)濕劑，促使粉末表面迅速被粘合劑潤(rùn)濕，b.著色劑，如染料或顏料，為復(fù)制物提供顏色，c.共溶劑，改善染料在粘合劑中的溶解性，d.可溶聚合物，改善流變行為和改進(jìn)粘合劑的可噴射性。
e.絡(luò)合劑，即，酒石酸或EDTA，控制凝固行為和酸-堿反應(yīng)系統(tǒng)的速率。
在系統(tǒng)的酸部分含有共價(jià)可聚合酸性部分時(shí)，組分的初始酸-堿相互作用仍然用于復(fù)制和生產(chǎn)所謂的“物坯”。在初始復(fù)制之后，“物坯”的機(jī)械性能、易處理性和耐環(huán)境因素(水分和/或濕度)，通過(guò)涉及經(jīng)暴露到光或熱使“物坯”材料固化的后處理，而得到顯著提高?！拔锱鳌辈伙柡筒糠值木酆蠈?dǎo)致共價(jià)交聯(lián)和通過(guò)初始酸-堿相互作用形成的水凝膠鹽基質(zhì)的進(jìn)一步增強(qiáng)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，在將含水或基于極性溶劑的粘合劑加入到粉末中之后，能夠立即引發(fā)不飽和可聚合部分的共價(jià)交聯(lián)。在這種情況下，共價(jià)交聯(lián)與通過(guò)酸-堿相互作用而進(jìn)行的離子交聯(lián)同時(shí)發(fā)生。這種途徑的機(jī)械實(shí)施方案包括在復(fù)制的粉末表面上方存在可見或UV范圍的光源，或來(lái)自諸如紅外輻射的熱。在這種情況下“物坯”固化與“物坯”一層一層地復(fù)制同時(shí)進(jìn)行。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中涉及活性玻璃-離子交聯(lián)聚合物化學(xué)的示例性反應(yīng)混合物，包含約60wt％～約90wt％活性硅鋁酸鹽玻璃。平均分子量為約2,000至約1,000,000的酸性粉末以約5wt％～約40wt％存在。優(yōu)選在這種情況下酸組分是平均分子量為約10,000～約150,000的聚丙烯酸。還包含L-或D-酒石酸。最后，可噴射含水粘合劑以干燥混合物的約5wt％至約50wt％存在。
有能按照本發(fā)明原理應(yīng)用的其它膠粘劑系統(tǒng)。例如以前應(yīng)用于牙科和外科用途的酸-堿膠粘劑可以與本快速原型制造系統(tǒng)一起應(yīng)用，包括聚羧酸酯膠粘劑例如基于氧化鋅和聚丙烯酸的外科膠粘劑，如在U.S.Pat.No.3,751,391中所公開者，在此引入作為參考，和玻璃離子交聯(lián)聚合物膠粘劑如在U.S.Pat.No.3,814,717中所公開者，在此引入作為參考，和在英國(guó)專利No.1,316,129中所公開者，也在此引入作為參考。
采用上述本發(fā)明快速原型制造系統(tǒng)的材料，能夠形成幾種操作并進(jìn)行了改進(jìn)。按照第一種操作，酸性組分和堿性組分，在加入含水粘合劑之前，先以干燥粉末形式混合在一起。在該操作中，優(yōu)選堿性組分是金屬氧化物或如上所述的活性玻璃，酸性組分是有機(jī)聚酸或金屬鹽。粉末表面用可噴射含水粘合劑印刷，其溶解酸性組分并引發(fā)凝固反應(yīng)。這種方法在酸性組分是高分子量聚酸時(shí)是特別有用的。
按照這個(gè)第一種操作和其它操作，含水粘合劑可以通過(guò)噴射設(shè)備輸入，其還可以含有絡(luò)合劑和著色劑。在化學(xué)方面涉及玻璃離子交聯(lián)聚合物系統(tǒng)的情況下，聚酸在與含水粘合劑接觸之后發(fā)生溶解。形成粘稠液相，使部分反應(yīng)的玻璃粒子粘合在一起。當(dāng)聚酸是高分子量化合物時(shí)，最終產(chǎn)物的機(jī)械性能得到顯著改善。優(yōu)選有機(jī)聚酸的平均分子量為約10,000～約150,000，但是該范圍能夠擴(kuò)展到約2,000～約1,000,000。更優(yōu)選，有機(jī)聚酸的分子量為100,000以下。
按照本發(fā)明快速原型制造系統(tǒng)的第二種操作，酸性組分以液體形式與粉末分開貯存。優(yōu)選酸性組分與含水粘合劑混合。雖然并不這么限制，但這種方法對(duì)于酸性組分平均分子量較低的情況而言能夠作為典型。在任何情況下，酸性組分溶解在液體粘合劑中，和隨后在噴墨印刷的情況下通過(guò)噴射設(shè)備輸送到含有堿性組分的粉末中。本路線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這是一種較高效的反應(yīng)，因?yàn)樵趶?fù)制期間不需要將酸性組分溶解在含水粘合劑中。
按照本發(fā)明復(fù)制系統(tǒng)的第三種操作，將前兩種操作組合，如此一些酸性組分和全部堿性組分，在加入含水粘合劑之前，以干燥粉末的形式混合在一起。另外，在復(fù)制之前，含水粘合劑單獨(dú)地與其余量酸性組分混合。按照這種方法，優(yōu)選干燥粉末中的酸性組分的平均分子量高于與含水粘合劑混合的酸性組分的平均分子量。這種方法綜合具有第一種和第二種方法的優(yōu)點(diǎn)。另外，改善了最終生產(chǎn)的物品的整體性，其原因在于酸性聚合物最初存在于粘合劑中，以及具有較高平均分子量的酸性聚合物與粉末混合的能力。本方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改善了存在于粉末中的酸性組分的溶解性。存在于液體粘合劑中的酸性組分有助于使粉末中的酸性粘合劑溶解，因此使復(fù)制物品的結(jié)構(gòu)均勻性更好。
實(shí)施例#1粉末混合物組成
液體粘合劑組成(wt％)2-吡咯烷酮 5.2％Tergitol-15-S-7 0.25％Tergitol-15-S-5 0.20％聚乙二醇(M～10K)1.00％Dowfax-8390 0.15％水 余量將上述配方的無(wú)色粘合劑噴霧到粉末(玻璃離子交聯(lián)聚合物混合物)中。在復(fù)制期間粘合劑/粉末的質(zhì)量比為1.5∶10。在將粘合劑噴到粉末混合物之后，進(jìn)行2min膠粘劑混合物初始凝固。復(fù)制品為白色物品。所得物品具有足以進(jìn)行處理和在復(fù)制完成之后立即清除未反應(yīng)的粉末的機(jī)械強(qiáng)度。
實(shí)施例#2粉末混合物組成
*組成LG163-4.5SiO2*Al2O3*1.5P2O5*4.5CaO*0.5CaF2液體粘合劑組成(wt％)透明2-吡咯烷酮 5.2％Tergitol-15-S-70.25％Tergitol-15-S-50.20％聚乙二醇(M～10K) 1.00％Dowfax-83900.15％水 余量黃色2-吡咯烷酮 5.2％Tergitol-15-S-70.25％Tergitol-15-S-50.20％聚乙二醇(M～10K) 1.00％Dowfax-83900.15％Acid Yellow 23(黃染料) 0.6％水 余量青色2-吡咯烷酮 5.2％Tergitol-15-S-7 0.25％Tergitol-15-S-5 0.20％聚乙二醇(M～10K)1.00％Dowfax-8390 0.15％Direct Blue 199(青色染料) 0.6％水 余量品紅2-吡咯烷酮 5.2％Tergitol-15-S-7 0.25％Tergitol-15-S-5 0.20％聚乙二醇(M～10K)1.00％Dowfax-8390 0.15％Ilford M377(品紅染料) 0.6％水 余量將上述配方的粘合劑噴霧到粉末(玻璃離子交聯(lián)聚合物混合物)中。在復(fù)制期間粘合劑/粉末質(zhì)量比為1.7∶10。在將粘合劑噴到粉末混合物之后，進(jìn)行4min膠粘劑混合物初始凝固。復(fù)制品為著色物品。所得物品具有足以進(jìn)行處理和在復(fù)制完成之后5min清除未反應(yīng)的粉末的機(jī)械強(qiáng)度。
上文敘述僅僅為了說(shuō)明和敘述本發(fā)明。這并不意味著窮盡或限制本發(fā)明于所公開的任何明確的形式。能夠按照上述敘述進(jìn)行許多改進(jìn)和變更。
為了最好地解釋本發(fā)明的原理和其實(shí)踐應(yīng)用，選擇并敘述了優(yōu)選的實(shí)施方案。上文敘述是用來(lái)使本領(lǐng)域其它技術(shù)人員，在適于所設(shè)想的具體應(yīng)用的情況下，以各種實(shí)施方案和采用各種改進(jìn)來(lái)利用本發(fā)明。發(fā)明人的意圖是，發(fā)明范圍由如下權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種快速原型制造材料系統(tǒng)，包含堿性組分，選自金屬氧化物和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃，酸性組分，和含水粘合劑，其能夠引發(fā)所述堿性組分和所述酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)形成三維復(fù)制物。
2.按照權(quán)利要求1的快速原型制造系統(tǒng)，其中所述酸性組分是選自下述的一種或多種酸性組分，即有機(jī)多元酸、單體酸，具有能夠形成可與來(lái)自所述堿性金屬氧化物的金屬離子交聯(lián)的水凝膠鹽的陰離子的單體，和，能夠與所述堿性金屬氧化物形成含氧鹽聚合物基質(zhì)的可水解金屬鹽。
3.按照權(quán)利要求1的快速原型制造系統(tǒng)，其中所述堿性組分是金屬氧化物，所述酸性組分是聚羧酸，或與所述金屬氧化物形成含氧鹽鍵的金屬氯化物或硫酸鹽。
4.按照權(quán)利要求1的快速原型制造系統(tǒng)，其中所述酸性組分是至少一種選自正磷酸和聚磷酸的組分。
5.一種用于快速原型制造的組合物，包含以干燥粉末形式混合在一起的堿性組分和酸性組分，其中所述堿性組分選自金屬氧化物和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃，而所述酸性組分是選自下述的一種或多種酸性組分，即有機(jī)多元酸、單體酸，具有能夠形成可與來(lái)自所述堿性金屬氧化物的金屬離子交聯(lián)的水凝膠鹽的陰離子的單體，和，能夠與所述堿性金屬氧化物形成含氧鹽聚合物基質(zhì)的可水解金屬鹽。
6.一種用于快速原型制造的組合物，包含與含水粘合劑混合的酸性組分，所述粘合劑能夠促進(jìn)在堿性組分和所述酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)形成三維復(fù)制物，所述堿性組分選自金屬氧化物和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃，酸性組分是選自下述的一種或多種酸性組分，即有機(jī)多元酸、單體酸，具有能夠形成可與來(lái)自所述堿性金屬氧化物的金屬離子交聯(lián)的水凝膠鹽的陰離子的單體，和，能夠與所述堿性金屬氧化物形成含氧鹽聚合物基質(zhì)的可水解金屬鹽。
7.一種復(fù)制三維物體的方法，包括采用能夠促進(jìn)在所述堿性組分和酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)的含水粘合劑溶液，反復(fù)滲入包含堿性組分的各個(gè)粉末層，所滲入的粉末層彼此鄰近形成，從而形成三維復(fù)制物，其中所述堿性組分選自金屬氧化物，和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃，所述酸性組分與所述粉末和/或所述粘合劑水溶液混合。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述酸性組分選自有機(jī)多元酸、單體酸，具有能夠形成可與來(lái)自所述堿性金屬氧化物的金屬離子交聯(lián)的水凝膠鹽的陰離子的單體，和，能夠與所述堿性金屬氧化物形成含氧鹽聚合物基質(zhì)的可水解金屬鹽。
9.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述堿性組分是金屬氧化物，所述酸性組分是聚羧酸，或與所述金屬氧化物形成含氧鹽鍵的金屬氯化物或硫酸鹽。
10.按照權(quán)利要求7的方法，其中所述酸性組分是至少一種選自正磷酸和聚磷酸的組分。
全文摘要
一種快速原型制造系統(tǒng)優(yōu)選包含選自金屬氧化物和一種或多種硅鋁酸鹽玻璃的堿性組分，酸性組分(聚合的、低聚的或可聚合的低分子量酸或可水解的酸性金屬鹽)，和能夠促進(jìn)在堿性組分和酸性組分之間的交聯(lián)反應(yīng)形成三維復(fù)制物的含水粘合劑。
文檔編號(hào)C04B35/624GK1711223SQ200380103376
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月14日
發(fā)明者V·P·卡斯珀基克, T·M·蘭布賴特 申請(qǐng)人:惠普開發(fā)有限公司