CN1666217A - 用于三维模型制作的材料和方法 - Google Patents

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Abstract

通过熔融沉积模型制作技术制造三维模型(26)及其支撑结构(28)，其中使用一种含硅氧烷的热塑塑料形成支撑结构(28)和/或模型(26)。硅氧烷起到脱模剂的作用，促进支撑结构在模型完成后从中脱离。含有硅氧烷的热塑塑料表现出良好的热稳定性，并可阻止三维模型制作装置(10)的挤出头(12)或喷射头的喷嘴(24)堵塞。

Description

用于三维模型制作的材料和方法
发明背景
本发明涉及使用加法技术模型制作(modeling)方法的三维物体制作。更具体而言，本发明涉及由以下方法形成三维物体：以预定的图形沉积第一种可固化材料以形成三维物体，与之配合沉积第二种可固化材料以提供三维物体建造时的支撑结构。
加法技术模型制作机器基于计算机辅助设计(CAD)系统提供的设计数据，通过建立模型制作的中间物而制造三维模型。使用三维模型的作用包含美感判断、CAD数学模型验证、硬质工具形成、干扰和空间布局研究、以及功能测试等。一种技术是根据CAD系统提供的设计数据以预定图案沉积可固化材料，其中建立形成模型的多个沉积层。
通过挤出头多层沉积可固化模型制作材料制造三维模型的工具和方法的实例已描述于Valavaara的美国专利4,749,347；Crump的美国专利5,121,329；Batchelder等的美国专利5,303,141；Crump的美国专利5,340,433；Batchelder等的美国专利5,402,351；Crump等的美国专利5,503,785；Batchelder等的美国专利5,764,521；Danforth等的美国专利5,900,207；Batchelder等的美国专利5,968,561；Stuffle等的美国专利6,067,480；和Batchelder等的美国专利6,238,613；所有这些专利都已转让给本发明的受让人斯特拉塔西斯公司(Stratasys，Inc.)。如美国专利5,121,329中所公开的，模型制作材料可以固体形式输送给挤出头，例如以缠绕于供料盘的挠性丝线形式或以固体棒条的形式。如美国专利4,749,347中所述，备选地，模型制作材料可以以液体形式从储液容器泵入。在任何一种情况下，熔融的模型制作材料都是由挤出头从喷嘴挤出到基底上的。挤出材料一层一层地沉积到CAD模型限定的区域中。使用的模型制作材料为固化时具有足够的粘结力粘附到上一层的可固化材料。已发现热塑塑料特别适用于这类沉积模型制作技术。
由可固化材料建造模型的另一种分层沉积技术则从喷射头的喷嘴沉积模型制作材料液滴。通过喷射头对可固化模型制作材料进行多层沉积制造三维模型的装置和方法的实例描述于例如授予Helinski等的美国专利5,136,515和授予Leyden等的美国专利6,193,923。
在现有技术的用丝线进料的Stratasys FDM三维模型制作机器中，丝线模型制作材料(或支撑材料)通过一对马达驱动的送料辊送进装载在挤出头上的液化器。在液化器内部，丝线被加热到流动温度。送料辊将丝线“泵”入到液化器，使液化器加压。丝线自身的作用相当于活塞，从而形成了泵。送料辊将丝线持续送进挤出头时，进入的丝线的力量将流动材料从分配喷嘴挤出，由此沉积到安装在建造平台上的可拆除基材上。现有技术的Stratasys FDM三维模型制作机器的模型制作材料使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)热塑塑料组合物、蜡材料、或聚碳酸酯树脂。
在通过加法技术，如通过沉积可固化模型制作材料的多层来建造三维物体时，这是一种规律而不是例外，即：必须在建造中物体的外伸部分的下面或内腔中使用支撑层或结构，其并不由模型制作材料自身直接支撑的。支撑结构可利用与模型制作材料沉积相同的沉积技术和装置来建造。装置在适当软件的控制下另外产生几何结构，作为形成中物体的外伸或空闲空间部分的支撑结构。支撑材料既可从模型制作装置中单独的分配头沉积，也可使用沉积模型制作材料的同一个分配头。
为了支撑模型，支撑材料必须粘附到模型制作材料上。同时，典型地，由于支撑材料用于产生模型赖以建立的沉积材料的基础层，支撑材料应同样地可拆除地粘附到制作模型的基材上。模型坐落在支撑材料上会产生从完成后的模型上拆除支撑结构而不损坏模型的问题。
通过在模型和支撑结构之间形成不牢固、易脱离的粘结，来处理拆除支撑结构的问题，如描述于美国专利5,503,785。物体建成后，必须从其剥离的支撑结构被称作“拆离”支撑。商业上高抗冲聚苯乙烯可用于建造拆离支撑。另外，已知一种在浴槽中洗掉的可溶性支撑材料。斯特拉塔西斯公司已在未决的美国专利申请10/019,160公开了一种用于建造可溶性支撑、以WaterworksTM名称销售的材料。
最近，高温熔融沉积模型制作机器已为人所知，这种机器可用高温、高强度的热塑性工程塑料建造模型。由于高温热塑性工程塑料耐久坚固，用这类材料建造模型很受欢迎，但也给支撑结构的建造和拆除带来了困难。拟选用的支撑材料必须能经受模型制作时的高温建造环境而不降解或下垂。通常这类材料十分坚固且抗裂。但支撑必须在模型建造之后从中拆除。因此就产生了如何从完成后的模型拆离支撑的问题。
分层沉积高强度工程聚合材料制造耐久三维物体的装置和方法公开于美国专利6,067,480。该专利公开了聚碳酸酯、聚芳醚酮和聚(甲基丙烯酸甲酯)的高压挤出。该专利没有公开支撑材料。
分层沉积高温热塑性工程塑料制造三维模型的装置和方法公开于2001年2月27日提交的未决的美国专利申请09/804,401和于2001年12月13日提交的10/018,673，每个申请都转让给斯特拉塔西斯公司。这些申请特别地公开了使用聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚砜、聚醚砜和无定形聚酰胺建造三维模型，但没有公开用于建造这一模型的拆离支撑结构所配制的材料。
用于三维模型制作的高温模型材料和支撑材料公开于未决的美国专利申请09/854,220，该申请于2001年5月11日提交并转让给斯特拉塔西斯公司。该申请所公开的支撑材料去除方法会非常繁杂。
对从用高性能热塑性工程塑料建造的模型中方便地脱除支撑结构的技术一直有改进的要求。若能提供源自既能经受高温环境又可更易从制成模型上拆除的热塑塑料的模型支撑材料会十分理想。
发明概述
本发明为一种含有硅氧烷的热塑塑料组合物和一种使用这种组合物用分层沉积模型制作技术建造三维模型的方法。这种热塑塑料组合物含有最多可达约10重量百分比的硅氧烷。
依据本发明的一种方法利用含有硅氧烷的热塑塑料组合物做支撑材料，在模型建造中为其建立支撑结构，其中硅氧烷起脱模剂的作用，促进模型建成后从中拆除支撑结构。硅氧烷脱模剂还表现出良好的热稳定性，促进该材料在高温建造环境中的使用。有利的是，硅氧烷还可保护三维模型制作装置的挤出头或喷射头喷嘴避免产生材料堵塞。因此，使用本发明的热塑塑料组合物除了作为支撑材料，还可作为模型制作材料在建造模型本身时发挥优势。
用作支撑材料时，本发明的热塑塑料组合物优选含有约1至10重量百分比的硅氧烷。用作于模型制作材料时，本发明的热塑塑料组合物含有更少量的硅氧烷，优选约0.5至2重量百分比的硅氧烷。热塑塑料组合物的基础聚合物的选用要根据沉积模型制作技术所要求的各种物理、热学和流变性能。
附图简述
图1为使用分层挤出技术形成的模型及其支撑结构的示意图。
发明详述
参考图1所示类型的沉积模型制作系统，来描述本发明。图1表示根据本发明的挤出装置10，其通过支撑结构28建造模型26。挤出装置10包括挤出头12、材料接受基础14及材料供给器18。挤出头12相对于基础14在X和Y方向移动，而基础14则在Z垂直方向移动。材料供给器18向挤出头12提供原料进料。在所述的实施方案中，固体的原料进料提供给挤出头12，并由挤出头12携带的液化器22中熔化。液化器22将原料进料加热到略高于其固化点的温度，将其变为熔融状态。熔融原料通过液化器22的喷嘴24挤出到基础14上。进料的形式可以是连续丝线、棒条、块体、球粒、颗粒等。
挤出头的运动受到控制，以使材料多路径和多层沉积到基础14上建造三维模型26，并进一步建造设定的支撑结构28，以便在建造模型26时对其进行物理支撑。在建造室(未示出)中，模型26及其支撑结构28建造在基础14上，建造室的环境受到控制以促进热固化。第一层沉积材料粘附在基础14上以形成底层，随后的每层材料则互相粘附。
分配模型制作材料A形成模型26，与模型制作材料A的分配相配合，分配支撑材料B形成支撑结构28。为方便起见，所示的挤出装置10只带有一个材料供给器18。然而，应当理解的是，在本发明的应用中，模型制作材料A和支撑材料B是作为单独的原料进料从单独的材料供给器提供给挤出装置10的。
在所述的实施方案中，模型制作材料A和支撑材料B是以基本上连续的“路径”从挤出头沉积在水平层上，并以固体形式提供给挤出头。本领域的技术人员应当理解的是，本发明在应用中也可利用各种其他类型的模型制作机器的优点，包含使用喷射头和选用液体形式的材料提供给挤出头的那些机器。
模型制作和支撑材料的流变学
模型制作材料A和支撑材料B必须满足它们所应用的特定模型制作系统的许多模型制作标准，通常涉及热性能、强度、粘度和粘附力。模型制作材料A和支撑材料B必须具有适合模型制作技术的熔体粘度。理想的是，用于熔融沉积模型制作的材料具有低的熔体粘度。挤出温度时的熔体粘度必须足够低，以便材料才能以大致连续的路径或珠粒挤出。此外，挤出温度时的熔体粘度必须足够低，以便材料的沉积路径或珠粒具有很低的熔体强度，以使它们铺平而不卷起。通过提高材料挤出时的温度，来降低熔体粘度。但是，较高的挤出温度增加了能耗、增加热生成量、并且增加材料降解的机会。
理论上，融体的粘度与材料的分子量有关，且接近临界分子量时性能降低。因此，熔体粘度的低限定义为临界分子量时的粘度，但几乎所有商业级聚合物都会高于临界分子量以便能发挥出好的物理性能。
熔体粘度的测量可通过其反向参数，熔体流动指数(melt flow)。用于在带丝线泵挤出机(filament-pump extruder)的Stratasys FDM模型制作机器中建造模型的材料必须在挤出温度时具有高的熔体流动指数，以便在相对较低的压力下，约211kg/cm(3000psi)或更低，材料作为连续珠粒挤出。通过丝线泵类型挤出机沉积的材料高熔体流动指数的合适值大于约5gms/10min，其是根据ASTM D1238，在挤出温度、1.2kg荷载下测量的。更优选熔体流动指数为5至30g/10min。较低的熔体流动指数(较高的粘度)适合于高压挤出，如适宜于通过公开于美国专利6,067,480中的装置的高压挤出。
为了合理地支撑建造中的模型，支撑材料B必须与自身粘结(自层叠)。支撑材料B必须与模型制作材料A形成弱的、可分离的粘结(共层叠)，以便才能从完成后的模型上分离而不损及模型。在基础上建立支撑结构的区域，支撑材料还必须与基础粘结。
为了制备尺寸精确的模型，模型制作和支撑材料必须在制造环境(build envelope)条件下冷却时表现出很小的收缩性。支撑材料B的收缩必须与模型制作材料A的相匹配。材料的收缩差异会沿着模型和支撑结构的粘结点产生应力和粘结失败。根据ASTM注塑成型测试标准，典型地，无定形聚合物固化时的收缩率小于或等于0.010英寸/英寸。无定形聚合物的收缩特性用于沉积模型制作的目的是可以接受的，而结晶性聚合物用于沉积模型制作时则表现出过高的收缩率。可以在材料中加入填料以减少收缩。可以在本发明材料中加入结晶性添加剂，只要其加入量足够的少，以保证材料继续表现出无定形聚合物的收缩特性即可。
可根据制成模型的特定应用来选择特定的模型制作材料A。固体状态的支撑材料B必须有足够的机械强度，以便在模型成形时为其提供支撑。支撑材料B必须承受模型制作材料A施加的力，否则模型会出现不合要求的卷曲和变形。要求的拉伸强度典型地为211kg/cm(3000psi)至844kg/cm(12000psi)。
当以丝线或棒条的形式供料时，模型制作材料A和支撑材料B必须有足够的强度以保证运输中不会破裂。当以丝线形式供料时，无论是绕轴还是不绕轴，材料还必须具有足够的强度和挠度以保证可被加工成丝线，并通过挤出装置进料而不发生破裂。类似地，以丝线形式供料的材料必须有足够的刚度以保证通过挤出装置进料时不因压缩力而变形。
对于热性能，模型制作材料A和支撑材料B应当具有相似的热挠曲特性，以便两种材料可成功地挤出到同一建造室内。如美国专利5,866,058所教导，在一个加热到高于热塑塑料或其他热固化模型制作材料的固化温度的室内建造模型，然后逐渐冷却，将应力从材料中释放。应力在模型制作过程中从模型中退火除去，以便完成后的模型就不会有应力，且具有的扭变会非常小。该专利还教导，模型制作材料的玻璃化转变温度(Tg)应高于建造室的温度，以便模型就不会因变弱而发生下垂。因此，建造室温度的优选范围在模型制作材料A的固化温度和它的蠕变松弛温度(蠕变松弛温度定义为应力松弛模量自其温度低限下降十倍时的温度点)之间。类似地，支撑材料B的玻璃化转变温度应高于建造室的温度，以便支撑结构不会变形并可保持其支撑的模型的结构精确度。实验中发现支撑材料B的玻璃化转变温度(或热挠曲温度)应约在模型制作材料A的20℃以内，优选15℃以内。材料中加入填料具有提高材料玻璃化转变温度的作用。实践中，玻璃化转变温度用热挠曲温度来表示。在此公开的示例性材料的热挠曲温度用材料DMA软化点测得。
用作模型制作材料A和支撑材料B的示例性聚合物、或用于配制这类材料的示例性聚合物包括：聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS。如所述的，特定材料配方的选择要考虑沉积模型制作技术所要求的各种物理、热学和流变性能。支撑材料的选择还需进一步考虑它与模型制作材料的粘结强度。
材料测试：
以下为材料配方的实施例，作为非常高模型制作环境温度下(建造室温度为200℃或更高)的支撑材料进行测试。材料配方作为聚苯砜模型制作材料的支撑材料进行测试。具体地，在每一种情况下，聚苯砜模型制作材料为Radel R 5600 NT(获自BP Amoco)。聚苯砜树脂的热挠曲温度为236℃，在1.2kg荷载、400℃时的熔体流动指数为20-30gms/10min。实例3为本发明的实施例，而实施例1和2为比较例。
所有经测试的材料都满足以上讨论的流变学标准。在每一种情况下，都使用聚合物化学中的常规技术对组分材料进行混合。示例性材料成功地形成为直径非常小的[约1.778mm(0.070英寸)]模型制作丝料，经干燥后水分含量低于700ppm，并且用于丝线进料的沉积模型制作机器。根据上述实施例的材料在测试时，使用未决的美国专利申请09/804,401(2001年2月27日提交)及10/018,673(2001年12月13日提交)所公开类型的丝线进料分层沉积模型制作机器。
实施例1
各种尺寸的模型在温度为约200至225℃的建造室内建造，使用的模型制作材料为聚苯砜、且支撑材料包含聚苯砜与无定形聚酰胺的混合物。在某些情况下，支撑材料还包含聚砜。各种组分材料的重量百分比：约60至90重量百分比的聚苯砜和约10至40重量百分比的无定形聚酰胺的掺混物，或约60至90重量百分比的聚苯砜、约1至40重量百分比的聚砜和约10至40重量百分比的无定形聚酰胺的掺混物。一种所测试的特别示例性树脂为50重量百分比的Radel R 5600 NT聚苯砜(获自BP Amoco)、25重量百分比的Udel P 1710 NT 15聚砜(获自BP Amoco)和25重量百分比的EMS TR 70无定形聚酰胺(获自瑞士EMS-Chemie AG)的掺混物。该树脂的热挠曲温度为224℃，且熔体流动指数与模型制作材料的类似。支撑材料从温度为约350℃的液化器中挤出，形成用聚苯砜树脂制造的模型的支撑结构。
根据本实施例，对于制造时间少于20小时的模型该支撑材料令人满意，但对于制造时间更长的模型并不成功。据观察，在制造室中超过20小时后支撑材料表现出热不稳定性。热不稳定性表现在材料变暗，最终变黑，并且牢固地粘接在模型上。理想的是，能经受长达200小时制造时间的材料才可用于建造大型、复杂的部件。因此，虽然发现本实例的支撑材料用于支撑小型部件时令人满意，但不适于更普遍的高温应用。
实施例2
测试模型在温度为约200至225℃的建造室内建造，使用的模型制作材料为聚苯砜、支撑材料包含各种聚醚砜、聚苯砜或聚醚酰亚胺的树脂(即：UltemTM)。这些材料表现出良好的热稳定性，却不能从模型上脱离。含有聚苯砜的支撑材料十分牢固地粘附在模型上。含有聚醚酰亚胺的支撑材料比较牢固地粘附在模型上，而含有聚醚砜的支撑材料虽然粘附在模型上的牢固度最低，还是过于牢固而不适使用。
实施例3
大型及小型的聚苯砜模型在温度为约200至225℃的建造室内建造，使用的支撑材料包含聚醚砜基础聚合物和硅氧烷脱模剂。为了方便起见，使用商购的材料(compound)来制备含有硅氧烷的“母料”，硅氧烷与基础聚合物混合。对各种母料进行了测试，其中包含聚丙烯、线性低密度聚乙烯和高抗冲聚苯乙烯。此外，也对各种硅氧烷进行了测试，其粘度范围从约60,000厘沲(中等粘度)至5千万厘沲(极高粘度)。极高粘度的硅氧烷的分子量高，而粘度较低的硅氧烷的分子量也较低。
已发现，与极高粘度的硅氧烷相比，中等粘度的硅氧烷是一种更好的脱模剂；与测试过的其它母料相比，高抗冲聚苯乙烯母料更容易从聚苯砜模型制作材料脱离。在一个优先实施方案中，母料含有约75重量百分比的高抗冲聚苯乙烯共聚物和约25重量百分比粘度为60,000厘沲(cSt)的硅氧烷。在该实施方案中，支撑材料包含约90-95重量百分比的聚醚砜、为约3-8重量百分比的高抗冲聚苯乙烯和为约1-3重量百分比的硅氧烷。该组合物的示例性实例使用BASF的Ultrason E-1010聚醚砜和Dow-Corning的MB25-504苯乙烯-丁二烯共聚物，其含有羟基封端聚二甲基硅氧烷(即：羟基封端硅氧烷)。该材料从温度为约420℃的液化器中挤出，成功形成用聚苯砜树脂制造的模型的支撑结构。模型建成后支撑结构令人满意地从模型上脱离。
本实施例的支撑材料显示的拉伸强度为352kg/cm(5000psi)至844kg/cm(12,000psi)，显示出典型的无定性聚合物的收缩性，在1.2kg荷载、高达450℃的温度时的熔体流动指数为约5-30gms/10min，且热挠曲温度为约232℃。
结果讨论
表明：在基础聚合物中加入少量的硅氧烷削弱了基础聚合物与模型制作材料之间的粘接，从而使聚合物可用来形成可从模型脱离的支撑结构。虽然各种硅氧烷都可望有效地应用于本发明，但中等粘度(相当于约104至105厘沲)的硅氧烷提供了良好的脱模特性。
由于硅氧烷脱模剂在温度为225℃时表现出的耐热性超过200小时，本发明尤其适用于对非常热的环境中用高温热塑塑料制得的模型提供支撑。
虽然本发明的组合物通过使用一种聚醚砜基础聚合物而得到证明，但也可以将硅氧烷脱模剂加入到多种其它的基础聚合物中，可类似地减少支撑结构在模型上的粘附。基础聚合物的选用要根据沉积模型制作方法所要求的各种物理、热学和流变性能。对于高温方法，加入到聚苯砜或聚醚砜基础聚合物的硅氧烷表现出良好的热稳定性。可用于各种建造环境的其它可能的基础聚合物包括：聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS。基础聚合物和模型制作材料之间粘附力越大的地方，硅氧烷的加入量越多。适当的硅氧烷加入量可以减弱但不会破坏支撑结构与模型之间的粘接，以便可以为建造中的模型提供足够支撑的粘附力。在某些情况下，需要的硅氧烷可望多达约10重量百分比。
虽然将高抗冲聚苯乙烯共聚物用于证明本发明，然而这类共聚物只是本发明组合物可以包含的共聚物的一个示例。在硅氧烷与基础聚合物混合(compound)时使用高抗冲聚苯乙烯母料是出于方便。本领域的技术人员会认可，可以使用多种母料(如：用支撑材料的基础聚合物制造的母料)，可以使用不需要母料的其它混合技术(如液体硅氧烷可直接加入到基础聚合物中)，并且热塑塑料组合物可以以不同的用量包含多种其它共聚物以满足特定应用的加工要求。
含硅氧烷的热塑塑料的意外好处是该材料可防止挤出头液化器喷嘴阻塞。材料的这一特性，虽然不是有意的，却非常理想。典型地，由于无法接受喷嘴中材料堵塞，基于挤出的分层沉积模型制作机器的液化器在仅挤出约32kg(7磅)的材料后就需要更换。观察到含硅氧烷的材料的抗堵塞性能超过了本领域此前所知的任何材料。用于含硅氧烷的热塑塑料挤出的液化器喷嘴可挤出超过18kg(40磅)的材料，才需更换。喷嘴寿命因此可延长超过400％。因此，证明硅氧烷提供模型制作材料以及支撑材料所需要特性的热塑塑料。
证明包含仅为0.75重量百分比硅氧烷的组合物具有抗喷嘴堵塞性能。对于模型制作材料，材料中硅氧烷的含量因此可保持非常低的含量，约0.5重量百分比至2重量百分比，以延长液化器的寿命，而不会降低模型材料的强度。本领域的技术人员会认可，粘度较高的硅氧烷，其脱模性能要差一些，可能有利用作模型制作材料的添加剂。本领域的技术人员还会认可，当模型制作材料和支撑材料都含有硅氧烷时，可能优选减少支撑材料中的硅氧烷用量。
同时本领域的技术人员还会认可，模型制作材料A和支撑材料B可以包括惰性和/或活性填充材料。填料可以提供增强的材料特性，这些增强的特性可能是正是所需求的，依最终模型的使用目的而定。例如，填料可提供RF屏蔽、导电性或不传导无线电的特性(在某些医疗应用中有用)。备选地，填料可以降低材料的特性，但这对于某些应用可以接受。如：廉价的填料可加入到模型制作材料A或支撑材料B中，以降低这些材料的成本。填料也可改变材料的热特征，如，填料可增强材料的耐热性，填料可减少材料热固化时的收缩。代表性填料包含玻璃纤维、碳纤维、碳黑、玻璃微球、碳酸钙、云母、滑石、二氧化硅、氧化铝、碳化硅、硅灰石、石墨、金属和盐。
有助于脱除支撑结构的填充材料也可用于本发明的组合物中。例如，接触水或另一种溶剂时会溶胀的填充材料可以对拆除支撑结构有用。接触水或另一种溶剂时会释放气体的填充材料可能同样对拆除支撑结构有用。
本领域的技术人员还会认可，许多其它添加剂也可能根据特定应用的要求用于材料性能的改进。例如，添加增塑剂可以降低热塑塑料的耐热性和熔体流动指数。添加染料或颜料可以改变颜色。添加抗氧剂可以缓解材料在挤塑机中的热降解。
上述实例中的模型制作材料A和支撑材料B可以被成型为丝线、棒条、颗粒等，用作模型制作的原料，或者，可以无需预先固化作为液体原料使用。也可选择将混合物固化造粒。
应当注意的是，虽然材料在本申请中被称作“模型制作”或“支撑”材料，但这些材料也可相互替换，以使用所谓的“支撑”材料形成模型，以及使用所谓的“模型制作”材料形成该模型的支撑结构。然而，在特定的制造技术中，希望的是，用于形成模型的材料具有优越于用于形成支撑结构的材料的性能(如，更高的强度和硬度)。
虽然本发明通过参考代表性实施方案而进行了描述，但是应当理解的是，本发明并不限于实施方案中的细节，而是由后附权利要求范围所限定。

Claims (26)

1.一种建造三维模型的加法技术方法，该方法包含下面的步骤：
沉积含有约0.5至10重量百分比硅氧烷的热塑塑料组合物的多层。
2.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物包含少于约2重量百分比的硅氧烷，并且所述的热塑塑料组合物形成所述的模型。
3.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物包含大于约1重量百分比的硅氧烷，并且所述热塑塑料组合物形成所述模型的支撑结构。
4.权利要求1的方法，其中所述的热塑塑料组合物还包含一种基础聚合物，其选自聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS。
5.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物的热挠曲温度大于约220℃。
6.权利要求5的方法，其中所述热塑塑料组合物在1.2kg荷载、高达450℃温度时的熔体流动指数为约5至30gms/10min，且拉伸强度为约352kg/cm(5,000psi)至844kg/cm(12,000psi)。
7.权利要求6的方法，其中所述热塑塑料组合物还包含选自聚醚砜、聚苯砜和聚醚酰亚胺的基础聚合物。
8.权利要求1的方法，其中所述硅氧烷的粘度相当于约104至105厘沲。
9.权利要求1的方法，其中所述硅氧烷为羟基封端聚硅氧烷。
10.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物的热挠曲温度大于约40℃，在荷载1.2kg、高达450℃温度时的熔体流动指数为约5至30gms/10min，拉伸强度为约211kg/cm(3,000psi)至844kg/cm(12,000psi)。
11.权利要求1的方法，其中所述热塑塑料组合物沉积到温度为约180℃至250℃的制造室中。
12.一种建造三维模型及其支撑结构的加法技术方法，所述的模型通过多层沉积可固化模型制作材料形成，且所述支撑结构通过多层沉积可固化支撑材料形成，其中所述支撑材料为一种包含约1至10重量百分比硅氧烷脱模剂的热塑塑料组合物。
13.权利要求12的方法，其中所述支撑材料还包含一种基础聚合物，其选自聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS。
14.权利要求13的方法，其中所述基础聚合物为聚醚砜，且其中所述支撑材料还包含高抗冲聚苯乙烯。
15.权利要求14的方法，其中所述模型制作材料包含作为主组分的聚苯砜树脂。
16.权利要求12的方法，其中所述支撑材料还包含聚醚砜基础聚合物。
17.权利要求16的方法，其中所述的支撑材料还包含高抗冲聚苯乙烯，且其中所述模型制作材料包含作为主组分的聚苯砜树脂。
18.一种用于多层沉积三维模型制作的热塑塑料组合物，该组合物包含选自一种基础聚合物和重量百分比为约0.5至10的硅氧烷，所述的基础聚合物选自：聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯砜、聚亚苯基、聚碳酸酯、高抗冲聚苯乙烯、聚砜、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、无定形聚酰胺、聚酯、尼龙、PEEK、PEAK和ABS，该组合物的热挠曲温度大于约40℃，在1.2kg荷载、高达450℃温度时的熔体流动指数为约5至30gms/10min，且拉伸强度为约211kg/cm(3,000psi)至844kg/cm(12,000psi)。
19.权利要求18的热塑塑料组合物，其中所述基础聚合物选自聚醚砜、聚苯砜和聚醚酰亚胺，其中热挠曲温度大于约220℃。
20.权利要求19的热塑塑料组合物，其中所述的组合物在至少200小时的时间长度、高达约225℃温度时表现出热稳定性。
21.权利要求18的热塑塑料组合物，其中所述硅氧烷为羟基封端聚硅氧烷。
22.权利要求18的热塑塑料组合物，其中所述组合物中基础聚合物的重量百分比为约60％至约99％。
23.权利要求22的热塑塑料组合物，其中所述热塑塑料组合物还包含约3至15重量百分比的高抗冲聚苯乙烯。
24.权利要求23的热塑塑料组合物，其中所述基础聚合物为聚醚砜。
25.权利要求24的热塑塑料组合物，其中所述组合物中聚醚砜的重量百分比为约90至95百分比，所述组合物中高抗冲聚苯乙烯的重量百分比为约3至8百分比，并且所述组合物中硅氧烷脱模剂的重量百分比为约1至3百分比。
26.权利要求18的热塑塑料组合物，其为丝线形式。
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