DE102016217348B4 - Farbverschiebungsmaterial zum dreidimensionalen drucken, dreidimensionales produkt und verfahren zum dreidimensionalen drucken - Google Patents

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Abstract

Farbverschiebungsmaterial zum dreidimensionalen Drucken, umfassend:ein Farbverschiebungspigment mit einer Kern-Hülle-Struktur, wobei der Kern ein Siliciumoxid umfasst und die Hülle ein Metalloxid umfasst; wobei der Kern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst, und die Hülle, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst; undeine polymere Komponente, umfassend Laywood (ein PLA/Holz-Verbundstoff), wobei das Farbverschiebungspigment in der polymeren Komponente dispergiert und chemisch daran gebunden ist, wobei die polymere Komponente in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vorliegt.

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Farbverschiebungsmaterial zum dreidimensionalen (3D) Drucken, ein dreidimensionales Produkt und ein Verfahren zum dreidimensionalen Drucken. Genauer betrifft die vorliegende Offenbarung ein neuartiges 3D-Druckmaterial, das ein Farbverschiebungspigment enthält.
  • 3D-Drucken ist mittlerweile ein beliebtes Verfahren zur Erzeugung verschiedener Prototypen. Es gibt mehrere unterschiedliche Verfahren zum 3D-Drucken, aber am meisten verwendet und am preiswertesten ist ein Prozess, der als Schmelzschichtung (Fused Deposition Modeling, FDM) bezeichnet wird. FDM-Drucker verwenden ein thermoplastisches Filament, das auf seinen Schmelzpunkt erwärmt und dann Schicht für Schicht extrudiert wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen.
  • Schmelzschichtung (FDM) ist eines der üblicheren Verfahren, die zum 3D-Drucken verwendet werden. FDM-Drucker verwenden ein thermoplastisches Filament, das auf seinen Schmelzpunkt erwärmt und dann Schicht für Schicht extrudiert wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen. Genauer wird ein thermoplastisches Material zuerst zu einem Filament extrudiert, dann führt der Filamentdraht einer beheizten Düse Material zu. Dann wird geschmolzenes thermoplastisches Filament aus der Düse extrudiert und Material wird in Schichten abgelegt. FDM-Drucker verwenden ein Druckmaterial, welches das fertige Objekt bildet, und ein Stützmaterial, das als Traggerüst dient, welches das Objekt trägt, während dieses gedruckt wird. Es hat den Vorteil, eines der preiswertesten und am besten verfügbaren zum 3D-Drucken zu sein, insbesondere für industrielle Prototypen und für den Hobbybedarf.
  • Das häufigste Druckmaterial für FDM ist Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), wobei es sich um einen Thermoplasten handelt, der eine Glasübergangstemperatur von 105 °C aufweist. Ein anderes übliches Druckmaterial für FDM ist Polymilchsäure (PLA), wobei es sich um einen biologisch abbaubaren thermoplastischen aliphatischen Polyester auf Basis nachwachsender Rohstoffe handelt, der eine Glasübergangstemperatur von 60-65°C aufweist. Sowohl ABS als auch PLA schmelzen bereitwillig und passen in kleine Formen. Auch wenn mehrere Materialien mit einzigartigen Spezifikationen, wie PLA und ABS, verfügbar sind, besteht nach wie vor ein Bedarf an neuen Polymeren und Polymerkombinationen, um eine größere Auswahl an Spezifikationen und Fähigkeiten bereitzustellen, um verschiedenen Downstream-Verwendungen des resultierenden gedruckten Objekts gerecht zu werden.
  • Farbverschiebungspigmente werden üblicherweise in einer Reihe von Lacken, Druckfarben, Extrusionen, Pulverbeschichtungen, Kunststoffen und anderen Formen für Dekorations- oder Sicherheitszwecke verwendet. Farbverschiebungspigmente zeigen die Eigenschaft, ihre Farbe zu ändern, wenn der Lichteinfallswinkel variiert oder wenn der Betrachtungswinkel eines Betrachters sich verschiebt. Das heißt, Substrate, die mit Farbverschiebungspigmenten bestrichen oder bedruckt werden, zeigen eine Farbänderung, wenn sie aus verschiedenen Winkeln betrachtet werden. Bis heute war jedoch die Verwendung von Farbverschiebungspigmenten zum 3D-Drucken nicht bekannt.
  • US 7,959,727 B2 betrifft ein Pigment, bestehend aus einem Kern aus SiO2 oder Silizium/Siliziumoxid und einer Materialschicht mit einem hohen Brechungsindex.
  • EP 1554352 B1 betrifft ein plättchenförmiges Pigment, umfassend eine Schicht, erhalten durch Sintern von mit TiO2 beschichteten SiOY-Plättchen in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur von mehr als 600°C.
  • WO 2011/134674 A1 offenbart eine lichtbrechende thermoplastische Zusammensetzung, umfassend ein thermoplastisches Polymer, von 0,001 bis 2 Gew.% anorganische Partikel mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 bis 1 µm und einem Brechungsindex von 1,9 bis 3,2, von 0,01 bis 10 Gew.-% eines polymeren Partikels mit einer durchschnittlichen Teilchengröße im Bereich von 0,2 bis 20 µm, die in ihrem Brechungsindex n bei 589 nm mindestens um 0,05 unterschiedlich vom Brechungsindex des thermoplastischen Harzpolymers sind, von 0,01 bis 1.000 ppm ein oder mehrerer Materialien, die den Brechungsindex verschieben, und von 0,005 bis 2 Gew.-% eines Interferenzpigments.
  • US 6,866,807 B2 offenbart einen Modellierfaden zur Verwendung als Ausgangsmaterial in einem Schmelzschichtmodellierliquifier und ein Verfahren zur Herstellung des Fadens.
  • Somit besteht ein Bedarf an der Schaffung von 3D-Druckzusammensetzungen, die dem resultierenden 3D-Druckobjekt erstrebenswerte neue Eigenschaften verleihen können, beispielsweise die Fähigkeit, einen großen Bereich von Effektfarben zu erzeugen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Farbverschiebungsmaterial zum 3D-Drucken mit einem Farbverschiebungspigment mit einer Kern-Hülle-Struktur, wobei der Kern ein Siliciumoxid umfasst und die Hülle ein Metalloxid umfasst, wobei der Kern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst, und die Hülle, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst; und einer polymeren Komponente, umfassend Laywood (ein PLA/Holz-Verbundstoff), wobei das Farbverschiebungspigment innerhalb der polymeren Komponente dispergiert und chemisch daran gebunden ist, wobei die polymere Komponente in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein dreidimensionales Produkt, welches das oben beschriebene Farbverschiebungsmaterial umfasst.
  • Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum 3D-Drucken, das folgendes umfasst: Bereitstellen des oben genannten Farbverschiebungsmaterials zur Verwendung zum dreidimensionalen Drucken; Extrudieren des Farbverschiebungsmaterials, um ein Filament bereitzustellen; und Zuführen des Filaments zu einer beheizten Düse, um das Farbverschiebungsmaterial auf ein Substrat aufzubringen, um ein dreidimensionales Objekt auf dem Substrat auszubilden.
  • Ausführungsformen hierin schaffen Farbverschiebungspigmente, die zum 3D-Drucken verwendet werden können, um ein 3D-Objekt zu erzeugen, das die Fähigkeit hat, einen großen Bereich von Effektfarben zu erzeugen. Es wird angenommen, dass die Aufnahme von Farbverschiebungspigmenten in 3D-Druckobjekte leuchtendere und tiefere Farbeffekte bringt als ihre Aufnahme in 2D-Druckobjekte.
  • Die Begriffe „dreidimensionales Drucken“, „3D-Drucken“ und dergleichen beschreiben allgemein verschiedene feste Freiform-Herstellungsverfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte durch selektive Ablegung, Aufspritzung und Schmelzschichtungsmodellierung.
  • Das Farbverschiebungsmaterial der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein Farbverschiebungspigment und eine polymere Komponente. Das Farbverschiebungspigment weist eine Kern-Hülle-Struktur auf.
  • Erfindungsgemäß umfasst der Kern des Farbverschiebungspigments ein Siliciumoxid, und die Hülle, die über dem Kern angeordnet ist, umfasst ein Metalloxid. Insbesondere kann der Kern ganz aus dem Siliciumoxid bestehen, und die Hülle kann ganz aus dem Metalloxid bestehen. Die Metalloxidhülle stellt die Quelle für das Farbmittel bereit, und die Kern-Hülle-Struktur sorgt für den Farbverschiebungseffekt.
  • Das Siliciumoxid im Farbverschiebungskern ergibt eine weiche Farbverschiebung und einen schillernden Interferenzeffekt. In Ausführungsformen umfasst das Siliciumoxid Siliciumdioxid.
  • Die Metalloxidhülle kann ein oder mehrere Metalloxide, ein oder mehrere Mischmetalloxide oder eine Mischung aus dem einen oder den mehreren Metalloxiden und dem einen oder den mehreren Mischmetalloxiden beinhalten. Beispiele für Metalloxid beinhalten unter anderem Titandioxid (TiO2), Zinnoxid (SnO2), Selentrioxid (Se2O3), Ceroxid (CeO2), Yttriumoxid (Y2O3), Eisenoxid (Fe2O3), Zinkoxid (ZnO), Zirconiumoxid (ZrO2), Kupferoxid, Aluminiumoxid und Mischungen davon. Beispiele für Mischmetalloxid beinhalten unter anderem Zinkeisenchromoxid, Eisenchromoxid, Nickelantimontitanoxid, Chromantimontitanoxid, Chromaluminiumoxid, Cobaltchromoxid, Cobalttitanoxid, Chromeisenoxid, Kupferchromoxid, Chromeisennickeloxid, Cobaltaluminiumoxid, Cobaltchromaluminiumoxid, Zinkeisenoxid und Mischungen davon. Das Farbverschiebungspigment kann eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 50 µm (Mikrometer), von 2 bis 40 µm oder von 5 bis 30 µm aufweisen. Das Farbverschiebungspigment kann in Form eines Plättchens vorliegen.
  • Das Siliciumoxidteilchen kann eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,1 bis 50 µm, von 1 bis 40 µm oder von 2 bis 30 µm aufweisen. Die Menge an Siliciumoxid, die im Farbverschiebungspigment vorhanden ist, kann im Bereich von 1 bis 99 Gewichtsprozent oder 5 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, liegen.
  • Beispiele für die Farbverschiebungspigmente können im Handel erhältliche Farbverschiebungspigmente der H.W. Sands Corp. (Jupiter, FL) mit dem Markennamen Sands-Secure® beinhalten. Dies sind synthetische Pigmente mit einer Größe von 5-50 Mikrometer. Beispiele für Sands-Secure®-Farbverschiebungspigmente beinhalten: Azurpigment mit einer Farbverschiebung von Goldgrün zu Tieflau; Cassiuspigment mit einer Farbverschiebung von Violett zu Grünblau; Cypruspigment mit einer Farbverschiebung von Kupfer zu Bronzegrün; Valeripigment mit einer Farbverschiebung von Türkis zu Silber; und Viennapigment mit einer Farbverschiebung von Grün zu Orangerot.
  • Andere im Handel erhältliche Farbverschiebungspigmente können auch Colorstream® von EMD Performance Materials beinhalten.
  • In Ausführungsformen kann der Farbverschiebungskern optional mit anderen Farbmitteln gemischt werden, zum Beispiel mit Pigmentblättchen, Teilchen oder Farbstoffen unterschiedlicher Farbtöne, Chrominanz und Leuchtkraft, um die gewünschten Farbeigenschaften zu erreichen. In Ausführungsformen kann der Farbverschiebungskern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent, 0,2 Gewichtsprozent bis 3 Gewichtsprozent oder 0,5 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent enthalten.
  • Verschiedene geeignete Farbmittel beliebiger Farben können in dem Farbverschiebungsmaterial vorhanden sein, einschließlich von geeigneten farbigen Pigmenten, Farbstoffen und Mischungen davon, einschließlich von REGAL 330®; (Cabot), Acetylenruß, Lampenruß, Anilinschwarz; Magnetiten, wie Mobay-Magnetite M08029™, M08060™; Columbian-Magnetite; MAPICO BLACKS™ und oberflächenbehandelten Magnetiten; Pfizer-Magnetiten CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™; Bayer-Magnetiten BAYFERROX 8600™, 8610™; Northern-Pigments-Magnetiten NP-604™, NP-608™; Magnox-Magnetiten TMB-100™ oder TMB-104™; und dergleichen; Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Mischungen davon, wie spezifisches Phthalocyanin HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1 ™, erhältlich von Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1 ™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026™, E.D. TOLUIDINE RED™ und BON RED C™, erhältlich von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ von Hoechst und CINQUASIA MAGENTA™, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours & Company, und dergleichen. Im Allgemeinen sind farbige Pigmente und Farbstoffe, die ausgewählt werden können, cyan-, magentafarbene oder gelbe Pigmente oder Farbstoffe und deren Mischungen. Beispiele für Magenta, die ausgewählt werden können, beinhalten beispielsweise 2,9-Dimethyl-substituierten Chinacridon- und Anthrachinonfarbstoff, der im Colour Index als CI 60710, CI Dispersed Red 15 bezeichnet wird, Diazofarbstoff, der im Colour Index als CI 26050, CI Solvent Red 19 bezeichnet wird, und dergleichen. Andere Farbmittel sind Magentafarbmittel (Pigment Red) PR81:2, CI 45160:3. Erläuternde Beispiele für Cyan, die ausgewählt werden können, beinhalten Kupfer-Tetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, x-Kupfer-Phthalocyaninpigment, im Colour Index als CI 74160, CI Pigment Blue aufgeführt, und Anthrathrene Blue, im Colour Index als CI 69810, Special Blue X-2137 bezeichnet, und dergleichen; während erläuternde Beispiele für Gelb, die ausgewählt werden können, Diarylidgelb-3,3-Dichlorbenzidenacetoacetanilide, ein Monoazopigment, das im Colour Index als CI 12700, CI Solvent Yellow 16 bezeichnet wird, ein Nitrophenylaminsulfonamid, das im Colour Index als Forum Yellow SE/GLN, CI Dispersed Yellow 33 2,5-Dimethoxy-4-sulfoanilidphenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilide bezeichnet wird, und Permanent Yellow FGL, PY17, CI 21105 und bekannte geeignete Farbstoffe, wie Rot, Blau, Grün, Pigment Blue 15:3 C.I. 74160, Pigment Red 81:3 C.I. 45160:3 und Pigment Yellow 17 C.I. 21105 und dergleichen, siehe zum Beispiel das US-Patent 5,556,727 .
  • Das Farbmittel, genauer das schwarze, cyanfarbene, magentafarbene und/oder gelbe Farbmittel, wird in einer Menge, die ausreicht, dem 3D-Druckmaterial die gewünschte Farbe zu verleihen, aufgenommen. Im Allgemeinen wird Pigment oder Farbstoff für ein farbiges 3D-Druckmaterial beispielsweise in einer Menge von 2 bis 60 Gewichtsprozent oder 2 bis 9 Gewichtsprozent und für ein schwarzes 3D-Druckmaterial zu 3 bis 60 Gewichtsprozent aufgenommen.
  • Wie bereits erörtert, umfasst das Farbverschiebungsmaterial ferner eine polymere Komponente (oder polymere Matrix), die Laywood (ein PLA/Holz-Verbundstoff) umfasst. In Ausführungsformen wird das Farbverschiebungspigment zusammen mit der polymeren Komponente extrudiert, um das 3D-Farbverschiebungsmaterial zu bilden. Das Farbverschiebungspigment kann in Form eines Filaments oder in anderen Formen vorliegen.
  • Der Farbverschiebungskern umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der Farbverschiebungs-Hülle-Kern-Komponente, 10 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments, bevorzugt 15 bis 85 Gewichtsprozent oder 20 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent. Die Metalloxidhülle umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der Farbverschiebungs-Hülle-Kern-Komponente, 10 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments, bevorzugt 15 bis 85 Gewichtsprozent oder 20 Gewichtsprozent bis 80 Gewichtsprozent. In Ausführungsformen weist die Farbverschiebungs-Kern-Hülle-Komponente einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1 bis 50 µm oder 2 bis 40 µm oder 5 bis 30 µm auf.
  • Das Farbverschiebungspigment kann mit der polymeren Komponente kombiniert und extrudiert werden, beispielsweise mit einem Kunststoff wie ABS, PLA, Nylon, PET, PVA, HIPS, oder einem Holz wie natürlichem Holz oder Laywood (einem PLA/Holz-Verbundstoff). PLA, Polymilchsäure oder Polylactid, mit der folgenden Struktur, wird in großem Umfang als Filamentmaterial zum 3D-Drucken verwendet:
    Figure DE102016217348B4_0001
  • Biologisch abbaubare PLA-Materialien sind erhältlich von NatureWorks, LLC (Minnetonka, MN). Von diesen polymeren Komponenten ist nur Laywood (PLA/Holz-Verbundstoff) erfindungsgemäß.
  • In Ausführungsformen kann das Farbverschiebungspigment in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent, 5 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent oder 10 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vorliegen.
  • Erfindungsgemäß liegt die polymere Komponente in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent, bevorzugt 60 Gewichtsprozent bis 95 Gewichtsprozent oder noch bevorzugter 70 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vor.
  • Im Allgemeinen weist das Farbverschiebungsmaterial ein Verhältnis von Farbverschiebungspigment zu polymerer Komponente von 1:99 bis 1:1, 1:19 bis 1:1,5 oder 1:9 bis 1:2,3 auf.
  • In Ausführungsformen kann das Zahlenmittel des Molekulargewichts des Farbverschiebungsmaterials in einem Bereich von 5.000 bis 100.000 Gramm pro Mol oder von 10.000 bis 200.000 Gramm pro Mol liegen. In Ausführungsformen kann das Gewichtsmittel des Molekulargewichts des Farbverschiebungsmaterials in einem Bereich von von 10.000 bis 500.000 Gramm pro Mol oder von 20.000 bis 200.000 Gramm pro liegen. Bestimmte physikalische Eigenschaften machen das Farbverschiebungsmaterial geeignet zum 3D-Drucken, dazu gehören ein Erweichungspunkt, der bei 50 °C bis 250 °C oder bei 60 °C bis 200 °C liegt; eine Viskosität von 0.2 to 10 Pa · s (200 Centipoise bis 10.000 Centipoise) oder von 1 to 8 Pa · s (1.000 Centipoise bis 8.000 Centipoise) bei 100 °C bis 200 °C; ein Youngscher Modul von 0,5 bis 5 Gigapascal oder von 0,5 bis 2 Gigapascal; eine Streckspannung von 10 bis 100 Megapascal oder von 10 bis 60 Megapascal, eine Tg von 50 °C bis 200 °C oder von 60 °C bis 150 °C.
  • In Ausführungsformen wird das Farbverschiebungsmaterial zur Verwendung zum 3D-Drucken zu einem Filament, einer Spule oder zu einem Granulat ausgebildet.
  • In Ausführungsformen werden Verfahren zum 3D-Drucken bereitgestellt, die das Bereitstellen eines Farbverschiebungsmaterials zur Verwendung zum 3D-Drucken umfassen. Das Verfahren kann ferner das Extrudieren des Farbverschiebungsmaterials, um ein Filament bereitzustellen, und das Zuführen des Filaments zu einer beheizten Düse umfassen, um das Farbverschiebungsmaterial auf ein Substrat aufzubringen, um ein Objekt auf dem Substrat auszubilden.
  • Beim 3D-Drucken mit dem hierin offenbarten Farbverschiebungsmaterial kann ein Stützmaterial bereitgestellt werden. Dieses Material kann im Allgemeinen entfernt werden und dient als vorübergehende Stütze, wenn komplexe dreidimensionale Objekte hergestellt werden. Geeignete Stützmaterialien sind in der Technik bekannt. Siehe beispielsweise das US-Patent Nr. 8,460,451 B2 .
  • Das Stützmaterial kann durch denselben oder einen anderen Druckkopf abgegeben werden wie das Farbverschiebungsmaterial. Das Stützmaterial wird häufig als Flüssigkeit zugeführt und umfasst in der Regel ein hydrophobes chemisches Material, das bei Umgebungstemperatur fest und bei erhöhten Aufbringungstemperaturen flüssig ist. Anders als das Farbverschiebungsmaterial wird das Stützmaterial jedoch anschließend entfernt, um das fertige dreidimensionale Teil bereitzustellen.
  • Das Entfernen des Stützmaterials kann anhand mehrerer Prozesse bewerkstelligt werden, unter anderem durch Erwärmen des Stützmaterials auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts in Verbindung mit der Verwendung eines geeigneten organischen Trägers, um das Stützmaterial in ausreichendem Umfang aus dem Farbverschiebungsmaterial zu entfernen.
  • In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts das selektive Aufbringen von Schichten aus einem Farbverschiebungsmaterial wie hierin offenbart als Konstruktionsmaterial zum Ausbilden des dreidimensionalen Objekts auf einem Substrat, wobei das Konstruktionsmaterial optional ein Verdünnungsmittel beinhalten kann. In Ausführungsformen umfasst ein Verfahren zum Drucken eines dreidimensionalen Objekts ferner das Stützen mindestens einer Schicht des Konstruktionsmaterials mit einem Stützmaterial. Außerdem wird/werden das Konstruktionsmaterial und/oder das Stützmaterial in Ausführungsformen von hierin beschriebenen Verfahren selektiv gemäß einem Bild des dreidimensionalen Objekts aufgebracht, wobei das Bild in einem computerlesbaren Format vorliegt.
  • Im folgenden illustrierenden Beispiel beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist. Wie hierin verwendet, bezeichnet „Raumtemperatur“ eine Temperatur von 20 °C bis 30 °C.
  • Illustrierendes Beispiel 1* (nicht erfindungsgemäß)
  • Dieses illustrierende Beispiel beschreibt die Herstellung und Beschreibung eines exemplarischen 3D-gedruckten Farbverschiebungsmaterials.
  • Herstellung des Farbverschiebungsmaterials: Man mische und extrudiere die Farbverschiebungs-Kern-Hülle-Komponente mit einer polymeren Komponente, beispielsweise PLA. Man gebe 47,5 g PLA-Polymer in einen auf 62 °C aufgeheizten Haake-Mischer. Man gebe nach und nach 2,5 g Cassius-Pigment in den Trichter und compoundiere die Mischung 30 Minuten lang bei 30 UpM. Nach 30 Minuten schalte man den Haake aus und nehme die Mischung aus dem Mischer. Nach dem Abkühlen vermahle man die Mischung zu feinen Pellets und gebe diese in das MFI-Instrument, wo man sie 6 Minuten lang bei 90 °C äquilibrieren lasse. Dann extrudiere man das Material mit einem Gewicht von 17 kg durch eine Düse mit 2 mm Durchmesser. Es wird ein 1 m langes Stück Filament erzeugt. Durch die Coextrusion wird das Farbverschiebungsmaterial erzeugt. Die Wärme während des Mischens und Extrudierens trägt dazu bei, die Farbverschiebungs-Kern-Hülle-Komponente chemisch an die polymere Matrix zu binden. Die chemische Bindung kann während des Druckprozesses noch verstärkt werden, wenn Wärme angewendet wird.

Claims (7)

  1. Farbverschiebungsmaterial zum dreidimensionalen Drucken, umfassend: ein Farbverschiebungspigment mit einer Kern-Hülle-Struktur, wobei der Kern ein Siliciumoxid umfasst und die Hülle ein Metalloxid umfasst; wobei der Kern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst, und die Hülle, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent des Farbverschiebungspigments umfasst; und eine polymere Komponente, umfassend Laywood (ein PLA/Holz-Verbundstoff), wobei das Farbverschiebungspigment in der polymeren Komponente dispergiert und chemisch daran gebunden ist, wobei die polymere Komponente in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vorliegt.
  2. Farbverschiebungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Siliciumoxid Siliciumdioxid umfasst.
  3. Farbverschiebungsmaterial nach Anspruch 1, wobei das Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titandioxid, Zinnoxid, Selentrioxid, Ceroxid, Yttriumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Zirconiumoxid, Kupferoxid, Aluminiumoxid, Zinkeisenchromoxid, Eisenchromoxid, Nickelantimontitanoxid, Chromantimontitanoxid, Chromaluminiumoxid, Cobaltchromoxid, Cobalttitanoxid, Chromeisenoxid, Kupferchromoxid, Chromeisennickeloxid, Cobaltaluminiumoxid, Cobaltchromaluminiumoxid, Zinkeisenoxid und Mischungen davon.
  4. Dreidimensionales Produkt, ein Farbverschiebungsmaterial zum dreidimensionalen Drucken umfassend, umfassend: ein Farbverschiebungspigment mit einer Kern-Hülle-Struktur, wobei der Kern ein Siliciumdioxid umfasst und die Hülle ein Metalloxid umfasst; wobei der Farbverschiebungskern, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent umfasst und die Metalloxidhülle, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungspigments, 10 bis 90 Gewichtsprozent umfasst; und eine polymere Komponente, umfassend Laywood (ein PLA/Holz-Verbundstoff), wobei das Farbverschiebungspigment in der polymeren Komponente dispergiert und chemisch daran gebunden ist, wobei die polymere Komponente in einer Menge von 50 Gewichtsprozent bis 99 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Farbverschiebungsmaterials, vorliegt; wobei das Farbverschiebungsmaterial zu einem oder mehreren Filamenten ausgebildet ist.
  5. Dreidimensionales Produkt nach Anspruch 4, wobei das Metalloxid der Hülle ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Titandioxid, Zinnoxid, Selentrioxid, Ceroxid, Yttriumoxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Zirconiumoxid, Kupferoxid, Aluminiumoxid, Zinkeisenchromoxid, Eisenchromoxid, Nickelantimontitanoxid, Chromantimontitanoxid, Chromaluminiumoxid, Cobaltchromoxid, Cobalttitanoxid, Chromeisenoxid, Kupferchromoxid, Chromeisennickeloxid, Cobaltaluminiumoxid, Cobaltchromaluminiumoxid, Zinkeisenoxid und Mischungen davon.
  6. Dreidimensionales Produkt nach Anspruch 4 mit einer Viskosität von 0.2 to 10 Pa · s (200 Centipoise bis 10.000 Centipoise) bei 100 °C bis 200 °C, einem Youngschen Modul von 0,5 bis 5 Gigapascal und einer Tg von 50 °C bis 200 °C.
  7. Verfahren zum dreidimensionalen Drucken, umfassend: Bereitstellen eines Farbverschiebungsmaterials zur Verwendung zum dreidimensionalen Drucken, wobei das Farbverschiebungsmaterial das Farbverschiebungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist; Extrudieren des Farbverschiebungsmaterials, um ein Filament bereitzustellen; und Zuführen des Filaments zu einer beheizten Düse, um das Farbverschiebungsmaterial auf ein Substrat aufzubringen, um ein dreidimensionales Objekt auf dem Substrat auszubilden.
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