ES2941970T3 - Métodos de fabricación de aditivo - Google Patents

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Abstract

Una composición para la fabricación aditiva de un artículo puede incluir un material base, una partícula funcional que tiene al menos una morfología acicular y una morfología laminar, y un aglutinante. Las partículas funcionales pueden aumentar la propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición en comparación con la propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición desprovista de partículas funcionales. Un método para fabricar un artículo a través de la fabricación aditiva puede incluir proporcionar una primera capa de una composición en polvo. La composición en polvo puede incluir un material base, una partícula funcional y un aglutinante. El método también puede incluir unir la primera capa de composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional endurecida que incluye la composición en polvo, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Métodos de fabricación de aditivo
Campo de la divulgación
La presente divulgación se refiere a composiciones y métodos con relación a la fabricación de aditivo, y más en particular, a composiciones y métodos con relación a la fabricación de aditivo que incluyen materias particuladas funcionales.
Antecedentes
Los objetos sólidos que tienen formas complejas se pueden fabricar por métodos de fabricación de aditivo que también se conocen a veces como "impresión tridimensional". La impresión tridimensional en general se puede referir a un proceso por el cual los objetos tridimensionales se fabrican a través de un proceso aditivo, donde las capas sucesivas de material se establecen en diferentes formas para formar un artículo tridimensional de fabricación. Por ejemplo, un plano digital o virtual del artículo obtenido a partir de software de diseño asistido por computadora se puede cortar en secciones transversales digitales bidimensionales del artículo, y la impresora tridimensional deposita sucesivamente el material de acuerdo con las secciones transversales digitales para formar el artículo. Una vez completado, se puede decir que el artículo tridimensional se ha "impreso". CN 103980593 B se refiere a la impresión 3D usando polietileno de alta densidad.
Un ejemplo de una técnica de impresión tridimensional a veces se conoce como fabricación de "lecho de polvo", "chorro de agente de unión" y "gota en polvo". En algunas técnicas de fabricación de lecho de polvo, se proporciona un lecho de polvo, y se forman formas bidimensionales predeterminadas en el polvo al unir el polvo, por ejemplo, al adicionar un líquido al polvo en la forma predeterminada o al calentar el polvo de acuerdo con la forma predeterminada. Después de unir una capa del polvo en la forma predeterminada, se proporciona una capa adicional del polvo sobre la capa unida, y el proceso se repite hasta que se completa el artículo tridimensional. Después de lo cual, el polvo en exceso o no unido se puede remover del artículo en un proceso a veces conocido como "desempolvado", dando por resultado de esta manera el artículo tridimensional. Posteriormente se pueden realizar procesos de terminación adicionales, tal como pintura, o tratamiento con adhesivos o resinas de reticulación para mejorar la resistencia del artículo.
Este proceso puede padecer de varios inconvenientes potenciales. Primero, los artículos creados de esta manera a menudo carecen de un nivel deseado de resistencia, dependiendo del artículo y de su uso deseado. Además, aunque algunos procesos de después de formación pueden incrementar la resistencia del artículo, estos procesos pueden adicionar gasto o proporcionar resistencia insuficiente al artículo.
Por lo tanto, puede ser deseable proporcionar composiciones y métodos para la fabricación de aditivo que mitiguen o superen uno o más de los posibles inconvenientes descritos anteriormente, así como otros posibles inconvenientes.
Sumario
En la presente se describe una composición para la fabricación de aditivo de un artículo que puede incluir un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar, y un agente de unión. La materia particulada funcional puede incrementar una propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición en comparación a la propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
También se describe en la presente, una composición en polvo para la fabricación de aditivo de un artículo que puede incluir un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar, y agente de unión. La composición en polvo dentro del artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un envasado de partículas mejorado en comparación al artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
La presente invención se define en y por las reivindicaciones anexas. De acuerdo con un primer aspecto, un método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo incluye proporcionar una primera capa de una composición en polvo. La composición en polvo incluye un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar, donde la morfología laminar se refiere a materias particuladas que tienen una relación de aspecto mayor que 1 y la relación de aspecto se determina por SEM; y agente de unión. La materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. El método también incluye unir la primera capa de composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional endurecida que incluye la composición en polvo. El método incluye además proporcionar sucesivamente capas adicionales de la composición en polvo y unir las respectivas capas para formar el artículo mediante capas de las formas bidimensionales que incluyen la composición en polvo.
También se describe en la presente, un método para fortalecer un artículo manufacturado de aditivo que puede incluir proporcionar una composición en polvo que incluye un material base y un agente de unión con una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar. El método también puede incluir unir la composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional que comprende la composición en polvo. La composición en polvo dentro del artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un envasado de partículas mejorado en comparación al artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
Descripción de realizaciones de ejemplo
No se reivindican realizaciones dirigidas a composiciones per se. No se reivindican realizaciones dirigidas a métodos para fortalecer un aditivo. De acuerdo con algunas realizaciones, una composición para la fabricación de aditivo de un artículo puede incluir un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar, y agente de unión. La materia particulada funcional puede incrementar una propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición en comparación a la propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
Como se usa en la presente, "fabricación de aditivo" se refiere al uso de una máquina, tal como una impresora tridimensional, para formar un artículo a partir de los materiales de formación, tal como, por ejemplo, las composiciones divulgadas en la presente. De acuerdo con algunas realizaciones, la fabricación de aditivo no incluye el uso de una jeringa o dispositivo manual similar para suministrar manualmente material a huecos en un artículo fabricado de acuerdo con procesos de fabricación de aditivo.
Como se utiliza en la presente, "morfología acicular" se refiere a materias particuladas que incluyen, o se derivan de, estructuras o cristales delgados, tipo aguja, o materias particuladas que tienen una forma similar. Como se utiliza en la presente, "morfología laminar" se refiere a materias particuladas que tienen una relación de aspecto mayor que 1. Por el contrario, las partículas que tienen una relación de aspecto menor que o igual a 1 se consideraría que tienen una "morfología de bloques".
La morfología de la materia particulada funcional, de acuerdo con algunas realizaciones, se puede caracterizar por la relación de aspecto. La relación de aspecto de una materia particulada se refiere en general a una relación de la longitud con respecto al ancho de la materia particulada. Para una muestra de materia particulada determinada, la relación de aspecto se puede determinar como un promedio. Por ejemplo, la relación de aspecto de la materia particulada funcional de acuerdo con algunas realizaciones se puede determinar al depositar primero una suspensión espesa que incluye una muestra de la materia particulada funcional en una etapa de SEM estándar y recubrir la suspensión espesa con platino. Las imágenes de la suspensión espesa se pueden obtener posteriormente, y las dimensiones de las partículas se pueden determinar, por ejemplo, utilizando un análisis basado en computadora, en el cual se asume que el espesor y el ancho de las partículas son iguales. La relación de aspecto se puede determinar entonces al promediar un número de cálculos (por ejemplo, cincuenta cálculos) de relaciones de aspecto de longitud con respecto a ancho de partícula individual. Se contemplan otros métodos de determinación de relaciones de aspecto.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, una relación de aspecto de al menos 15:1, una relación de aspecto de al menos 18:1, una relación de aspecto de al menos 24:1, una relación de aspecto de al menos 34:1, o una relación de aspecto de al menos 55:1.
Los tamaños de partícula y otras propiedades de tamaño de partícula a los que se hace referencia en la presente divulgación se pueden medir utilizando un instrumento Sedigraph 5100, como se suministra por Micromeritics Corporation. Usando este dispositivo de medición, el tamaño de una partícula determinada se expresa en términos del diámetro de una esfera de diámetro equivalente, que se sedimenta a través de la suspensión, a veces denominada "un diámetro esférico equivalente" o "ESD". La mediana de tamaño de partícula, o el valor "d50", es el valor determinado por el esd de partícula en la que 50 % en peso de las partículas tienen un esd menor que el valor d50. De manera similar, el valor "d30" es el valor determinado por el esd de partícula en el que el 30 % en peso de las partículas tienen un esd menor que el valor d30, y el valor "d70" es el valor determinado por el esd de partícula en el que el 70 % en peso de las partículas tienen un esd menor que el valor d70. De manera similar, el valor "d10" es el valor determinado por el esd de partícula en el que el 10 % en peso de las partículas tienen un esd menor que el valor d10, y el valor "d90" es el valor determinado por el esd de partícula en el que el 90 % en peso de las partículas tienen un esd menor que el valor d90. Se contemplan otros métodos y/o dispositivos para determinar el tamaño de partícula y propiedades relacionadas.
La distribución de tamaño de partícula (psd) de la materia particulada también se puede caracterizar por una "inclinación" de distribución de tamaño de partícula. La inclinación de psd se deriva de la inclinación de una curva de psd, donde el diámetro de partícula se grafica en el eje x contra un porcentaje de masa acumulativa de partículas en el eje y. Una amplia distribución de partículas tiene una inclinación relativamente más baja, en tanto que una estrecha distribución de tamaño de partícula da lugar a una inclinación relativamente más alta. En algunos aspectos, la inclinación se puede calcular como una relación de:
Figure imgf000004_0001
o la relación del tamaño de partícula a una masa acumulativa de menos del 30 % de las partículas (d3o), al tamaño de partícula a una masa acumulativa de menos del 70 % de las partículas (d70), como se determina por un Sedigraph 5100, multiplicado por 100. Conforme los valores de d30 y d70 se aproximan entre sí, el factor de inclinación incrementa.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 96. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 79 a 84, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 85 a 96, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, o una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 84.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 3,0 micrones a 55,0 micrones. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 8,5 micrones a 19,8 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 6,4 micrones a 13,0 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 9,3 micrones a 15,1 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 11,7 micrones a 55,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 13,0 micrones a 27,9 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones, el material base puede incluir un material de aglomeración en frío. Por ejemplo, el material base puede ser al menos uno de plastificante, cemento, y geopolímero, polímero, o cualquier material que tenga características similares.
De acuerdo con algunas realizaciones, la composición es un polvo. De acuerdo con algunas realizaciones, la composición puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 53 grados. Por ejemplo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 44 grados, de 30 grados a 48 grados, de 30 grados a 38 grados, de 30 grados a 60 grados, de 30 grados a 34 grados, o de 30 grados a 50 grados.
De acuerdo con algunas realizaciones, la composición puede comprender de 70 % en peso a 80 % en peso de material base, de 15 % en peso a 35 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 35 % en peso de agente de unión. Por ejemplo, la composición puede comprender de 70 % en peso a 75 % en peso de material base, de 20 % en peso a 25 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 15 % en peso de agente de unión.
De acuerdo con algunas realizaciones, la composición puede estar sustancialmente desprovista de aceleradores. Por ejemplo, la composición puede estar completamente desprovista de aceleradores. De acuerdo con algunas realizaciones, la composición puede incluir aceleradores, tal como, por ejemplo, sulfato de potasio.
De acuerdo con algunas realizaciones, el agente de unión puede incluir al menos uno de dextrina, alcohol polivinílico (PVA), gel de celulosa, almidón, almidón modificado, y almidón catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco, mica moscovita, caolín hidratado (por ejemplo, caolín hidratado de alta relación de aspecto), wollastonita, y bentonita natural. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco y wollastonita. De acuerdo con ciertas realizaciones, las materias particuladas funcionales se pueden tratar en superficie. Por ejemplo, materia particulada funcional se puede tratar en superficie con silanos funcionales, tal como, por ejemplo, amino, metacrilato, vinilo, epoxi, mercapto, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir wollastonita de tratada en superficie y no tratada. Por ejemplo, la wollastonita se puede tratar en la superficie con silanos funcionales, tal como, por ejemplo, amino, metacrilato, vinilo, epoxi, mercapto, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con algunas realizaciones, se pueden usar los siguientes tratamientos de superficie:
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En algunas realizaciones, el tratamiento en superficie puede incluir los siguientes agentes de acoplamiento: 1-propanamina, 3-(tri-etoxisilil)-, trimetoxi [3-(oxiranilmetoxi)propil] de superficie de aminosilano, ácido epoxisilano 2-propenoico, éster de 2-metil-,3-(trimetoxisilil)propil-metacrilsilano, eteniltrietoxi, trimetoxi de vinilsilano (3-cloropropilo), halo-alquil-(cloro-propil-), 1,2-etanodiamina, N-[3'-(trimetoxisilil)propilo], silano, etoxitrimetilo, 2,5,7,10-tetraoxa-6-silaundecano y/o 6-etenil-6-(2-metoxietoxi).
En algunas realizaciones, se pueden usar los siguientes agentes con la funcionalidad correspondiente: glicidiloxipropiltrimetoxisilano (GLYMO)=alta compatibilidad con epoxi; tridecafluorooctiltrimetoxisilano=oleofobicidad hidrofobicidad; metiacriloxipropiltrimetoxisilano (MEMo )= resistencia al rayado; trietoxi-propil-amino-silano (TEPAS) HMDS= sílice de alto pH - 9 carga electrostática; octametil-ciclo-tetra-siloxano (D4)= HCl residual bajo, claridad mejorada; hexa-decilsilano (Cl6)=humedad en agua; poli-dimetil-siloxano (PDMS)=alta hidrofobicidad; hexametil-di-silazano (HDSM)=pH neutral; trimetoxi-silano (TMOS)= cadena larga, estabilidad polar alta; PDMS = dimetil-dicloro-silano (DDS)=alta conversión de OH.
En algunas realizaciones, el tratamiento en superficie puede ser un polímero, emulsión, o cera que se deposita o funde sobre la superficie de la materia particulada. Un ejemplo es un anhídrido maleico injertado con PP o una emulsión de polímero basado en agua. Estos tipos de tratamientos de superficie pueden no formar un enlace químico a la superficie de la materia particulada funcional y pueden no actuar como un agente de acoplamiento desde la superficie de materia particulada funcional en un sistema de resina. Este tipo de tratamiento en superficie se puede utilizar habitualmente para impartir una propiedad mecánica mejorada en el sistema de resina, tal como una propiedad de impacto.
En algunas realizaciones, el polímero puede ser un elastómero sólido que consta de dimetilsiloxano, metilhidrógeno siloxano terminado en dimetilvinilo y dimetilo. En algunas realizaciones, el polímero puede ser un anhídrido maleico injertado con PP. En algunas realizaciones, puede ser un polipropileno funcionalizado con anhídrido maleico.
En algunas realizaciones, la emulsión puede ser una emulsión basada en agua. En algunas realizaciones, la emulsión basada en agua puede ser un polisiloxano, polímero de PP, o polímero de uretano organomodificado.
En algunas realizaciones, el tratamiento químico también puede ser un silano de base orgánica que tiene la estructura genérica tal como R-(CH2)n-Si-X 3, donde R es una porción orgánica no hidrolizable que puede ser ya sea un alquilo, aromático, u organofuncional. De acuerdo con ciertas realizaciones, estos grupos proporcionan compatibilidad orgánica dentro de un sistema de resina o en el caso de silanos organofuncionales reactivos, para hacerse reaccionar conjuntamente dentro del polímero.
En algunas realizaciones, el grupo R puede ser un alquilo, arilo, o aromático para mejorar el brillo, el poder de ocultamiento, el tiempo de mezcla, y otras propiedades con relación a la dispersión de mineral mejorada. Los silanos de alquilo, arilo, y aromáticos también se pueden utilizar para proporcionar superficies hidrófobas a la superficie de materias particuladas para la aplicación sensible a la humedad. La X representa porciones alcoxi, lo más habitualmente metoxi o etoxi, que se hacen reaccionar con las diversas formas de grupos hidroxilo y liberan metanol o etanol. Estos grupos pueden proporcionar el enlace con sustratos inorgánicos, pigmento, o agente de relleno para mejorar la integridad y adhesión de recubrimiento. En algunas realizaciones, el grupo alquilo puede ser polialquilenoxidoalcoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo aromático puede ser un feniltrimetoxisilano.
En algunas realizaciones, el grupo R es un grupo organofuncional, tal como amino, epoxi, o vinilo o algún otro grupo que puede reaccionar en la resina orgánica (es decir, compuesto de resina plástica), en tanto que el grupo X establece el enlace covalente químico con la superficie de EMVG. Se pueden usar grupos R más complejos que contienen más de uno del mismo tipo de grupo organofuncional para reactividad incrementada con la resina orgánica.
En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es amino, tal como 3-aminopropiltrietoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es epoxi, tal como 3-glicidoxipropiltrimetoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es un éster de organosilano, tal como viniltrietoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es un metacrilo, tal como 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es un halo-alquilo, tal como 3-cloropropiltrimetoxisilano. En algunas realizaciones, el grupo organofuncional es más complejo y tiene más de un grupo funcional en el grupo R.
En algunas realizaciones, los grupos R multifuncionales pueden ser múltiples grupos amina, tal como 3-(2-aminoetilamino)propiltrimetoxisilano.
En algunas realizaciones, se puede aplicar una variación adicional del tratamiento en superficie sobre la materia particulada funcional utilizando una combinación de una emulsión, polímero o cera y un químico tipo organosilano. La combinación se puede aplicar al mismo tiempo. Un tipo preferido sería organosilano y una emulsión en una cantidad de hasta 1-2 % en peso de cada tipo. En ciertas realizaciones donde el tratamiento en superficie está funcionando como un agente humectante/lubricante para mejorar la fluidez y dispersión, entonces se usan agentes como alcoxisilanos funcionales de polietilenglicol, o alternativamente, se pueden adicionar arilalcoxisilanos o viniltrimetoxisilano, o viniltrietoxisilano.
En algunas realizaciones, el agente silanizado humectante no reactivo puede incluir, pero no se limita a, metilsilanos, alquilsilanos lineales, y silanos aromáticos. En algunas realizaciones, los agentes silanados humectantes no reactivos pueden incluir etiltrimetoxisilano y octiltrimetoxisilano. En algunas realizaciones, los agentes silanizados humectantes no reactivos pueden incluir feniltrimetoxisilano.
En algunas realizaciones, los tratamientos en superficie pueden incluir, pero no se limitan a, silanos funcionales de amino, silanos funcionales de vinilo, y silanos funcionales de epoxi. En algunas realizaciones, los tratamientos en superficie pueden incluir viniltrimetoxisilano, 3-aminopropiltrimetoxisilano, glicidoxipropiltrimetoxisilano, (3-glicidopropil)trimetoxisilano, y-glicidoxipropildietoxisilano, y-(3,4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano, yanilinopropiltrimetoxisilano, y-(2-aminoetil)amino-propiltrimetoxisilano, y y-metacriloxipropiltrimetoxisilano. En algunas realizaciones, los agentes de acoplamiento reactivo pueden incluir I-propano-amina, 3-(trietoxisililo).
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada se puede tratar en superficie con una mezcla binaria, tal como, por ejemplo, que incluye dos silanos diferentes al mismo tiempo con dos (o más) silanos, por ejemplo, en una relación de dos a uno.
De acuerdo con algunas realizaciones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones. Por ejemplo, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 25 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 20 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (da r) de menos de 10 micrones, o el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 15 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1. Por ejemplo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 34:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 24:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 4:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1, o el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 18:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1.
De acuerdo con algunas realizaciones, la composición en polvo se puede configurar para unirse mediante la adición de un líquido. Por ejemplo, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos, tal como, por ejemplo, glicoles. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir glicoles y un acelerador. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión, tal como, por ejemplo, acrílicos, vinil acrílico, etileno vinil acetato (EVA), y estireno acrílico. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión que contienen sólidos no volátiles que varían de, por ejemplo, 45 % a 55 % en peso, y que pueden tener un intervalo mínimo de temperatura de formación de película de cero a 75 grados C. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir un coalescente, tal como, por ejemplo, propilenglicol, alcoholes de éster, polietilenglicol, o PVP. De acuerdo con algunas realizaciones, los agentes de unión de emulsión pueden mejorar el refuerzo, potenciar la resistencia a la rotura, y/o mejorar la dureza del artículo producido con la materia particulada funcional en comparación al artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones, la composición se puede configurar para unirse mediante calentamiento. Por ejemplo, la composición se puede configurar para unirse mediante calentamiento mediante un láser.
De acuerdo con algunas realizaciones, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 50 % más alto en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional. Por ejemplo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 100 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición que está desprovista de la materia particulada funcional, al menos 150 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición que está desprovista de la materia particulada funcional, o al menos 200 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición que está desprovista de la materia particulada funcional.
Sin desear limitarse por la teoría, se cree que al menos una de las propiedades de resistencia del artículo fabricado que incluye el materia particulada funcional incrementa sorprendentemente en comparación a la propiedad de resistencia del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional, debido a que cuando la composición se pone en contacto con un líquido o se calienta durante la fabricación de aditivo, pequeñas cantidades del material base (por ejemplo, plastificante) cristalizan y se interbloquean, cementando de esta manera también las partículas insolubles restantes. Se cree que los cristales de interbloqueo son responsables de incrementar una propiedad de resistencia del artículo fabricado.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir una materia particulada laminar o materia particulada que tiene una morfología laminar (por ejemplo, talco laminado o talco que tiene una morfología laminar), y la materia particulada laminada o laminar mejora sorprendentemente el módulo de flexión, que, sin desear limitarse por la teoría, se cree que es un resultado del envasado de partículas mejorado de la composición. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir una materia particulada acicular (por ejemplo, wollastonita acicular que tiene una alta relación de aspecto), que puede mejorar sorprendentemente el módulo de flexión de un artículo fabricado. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir materias particuladas que tienen una morfología acicular (por ejemplo, wollastonita acicular que tiene una alta relación de aspecto) y materias particuladas que tienen una morfología laminar o laminada (por ejemplo, talco laminar). La combinación de partículas aciculares y laminares, de acuerdo con algunas realizaciones, puede exhibir un efecto sinérgico sobre el incremento de una propiedad de resistencia del artículo fabricado. Por ejemplo, una materia particulada funcional que incluye materias particuladas que tienen una morfología acicular y materias particuladas que tienen una morfología laminar o laminada puede incrementar el módulo de flexión por un porcentaje sorprendentemente alto.
De acuerdo con algunas realizaciones, una composición en polvo para la fabricación de aditivo de un artículo puede incluir un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos una de una morfología acicular y una morfología laminar, y un agente de unión. La composición en polvo dentro del artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un envasado de partículas mejorado en comparación al artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 50 % más alto en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional. Por ejemplo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 100 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, al menos 150 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, o al menos 200 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, una relación de aspecto de al menos 15:1, una relación de aspecto de al menos 18:1, una relación de aspecto de al menos 24:1, una relación de aspecto de al menos 34:1, o una relación de aspecto de al menos 55:1.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 96. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 79 a 84, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 85 a 96, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, o una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 84.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 3,0 micrones a 55,0 micrones. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 8,5 micrones a 19,8 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 6,4 micrones a 1 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 9,3 micrones a 15,1 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 11,7 micrones a 55,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 13,0 micrones a 27,9 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, el material base puede incluir un material de aglomeración en frío. Por ejemplo, el material base puede ser al menos uno de plastificante, cemento, y geopolímero, polímero, o cualquier material que tenga características similares.
De acuerdo con ciertas realizaciones, el material base puede ser un polímero seleccionado de poliamidas (por ejemplo, nailon-11, nailon-12), poliacetales, polipropileno, polietileno, ionómeros, policarbonatos, ácido poliláctico (PLA), y poliestireno.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 53 grados. Por ejemplo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 44 grados, de 30 grados a 48 grados, de 30 grados a 38 grados, de 30 grados a 60 grados, de 30 grados a 34 grados, o de 30 grados a 50 grados.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición en polvo puede comprender de 70 % en peso a 80 % en peso de material base, de 15 % en peso a 35 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 35 % en peso de agente de unión. Por ejemplo, la composición puede comprender de 70 % en peso a 75 % en peso de material base, de 20 % en peso a 25 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 15 % en peso de agente de unión.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición en polvo puede estar sustancialmente desprovista de aceleradores. Por ejemplo, la composición en polvo puede estar completamente desprovista de aceleradores. De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición puede incluir aceleradores, tal como, por ejemplo, sulfato de potasio.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, el agente de unión puede incluir al menos uno de dextrina, alcohol polivinílico (PVA), gel de celulosa, almidón, almidón modificado, y almidón catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco, mica moscovita, caolín hidratado (por ejemplo, caolín hidratado de alta relación de aspecto), wollastonita, y bentonita natural. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco y wollastonita.
De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional de la composición en polvo puede incluir wollastonita de tratada en superficie y no tratada. Por ejemplo, la wollastonita se puede tratar en la superficie con silanos funcionales, tal como, por ejemplo, amino, metacrilato, vinilo, epoxi, mercapto, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con algunas realizaciones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones. Por ejemplo, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 25 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 20 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (dar) de menos de 10 micrones, o el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 15 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1. Por ejemplo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 34:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 24:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 4:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1, o el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 18:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición en polvo se puede configurar para unirse (por ejemplo, endurecerse) mediante la adición de un líquido. Por ejemplo, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos, tal como, por ejemplo, glicoles. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir glicoles y un acelerador. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión, tal como, por ejemplo, acrílicos, vinil acrílico, etileno vinil acetato (EVA), y estireno acrílico. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión que contienen sólidos no volátiles que varían de, por ejemplo, 45 % a 55 % en peso, y que pueden tener un intervalo mínimo de temperatura de formación de película de cero a 75 grados C. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir un coalescente, tal como, por ejemplo, propilenglicol, alcoholes de éster, polietilenglicol, o PVP. De acuerdo con algunas realizaciones, los agentes de unión de emulsión pueden mejorar el refuerzo, potenciar la resistencia a la rotura, y/o mejorar la dureza del artículo producido con la materia particulada funcional en comparación al artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones de la composición en polvo, la composición en polvo se puede configurar para unirse mediante calentamiento. Por ejemplo, la composición en polvo se puede configurar para unirse mediante calentamiento mediante un láser.
Un método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo incluye proporcionar una primera capa de una composición en polvo. La composición en polvo incluye un material base, una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar, donde la morfología laminar se refiere a materias particuladas que tienen una relación de aspecto mayor que 1 y la relación de aspecto se determina por SEM; y agente de unión. La materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. El método también incluye unir la primera capa de composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional endurecida que incluye la composición en polvo. El método incluye además proporcionar sucesivamente capas adicionales de la composición en polvo y unir las respectivas capas para formar el artículo mediante capas de las formas bidimensionales endurecidas que incluyen la composición en polvo.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo, el método puede ser consistente con las técnicas de fabricación a veces conocidas como fabricación de "lecho de polvo", "chorro de agente de unión" y "gota en polvo". En algunas de estas realizaciones, se puede proporcionar un lecho de polvo, y se forman formas bidimensionales predeterminadas en el polvo al unir el polvo, por ejemplo, al adicionar un líquido al polvo en la forma predeterminada o al calentar el polvo de acuerdo con la forma predeterminada. Después de unir una capa del polvo en la forma predeterminada, se puede proporcionar una capa adicional del polvo sobre la capa endurecida, y el proceso se puede repetir hasta que se completa el artículo tridimensional. Después de lo cual, de acuerdo con algunas realizaciones, el polvo en exceso o no endurecido se puede remover del artículo en un proceso a veces conocido como "desempolvado". De acuerdo con algunas realizaciones, se pueden realizar posteriormente procesos de terminación adicionales, tal como pintura o tratamiento (por ejemplo, tratamiento térmico) para fortalecer el artículo.
Las realizaciones de fabricación de lecho de polvo, chorro de agente de unión, y gota en polvo se distinguen de, por ejemplo, un proceso de fabricación de aditivo a veces conocido como "fabricación de filamento fundido" (por ejemplo, MODELADO POR DEPOSICIÓN FUNDIDAMR), donde un filamento de polímero (o alambre metálico) se desenrolla de una bobina para suministrar material a una boquilla de extrusión configurada para fundir el filamento y promover o detener el flujo de material fundido utilizado para la fabricación de aditivo del artículo en una superficie de fabricación o placa de impresión. La combinación de boquilla y placa de impresión se configura para moverse en direcciones horizontales y verticales para controlar la deposición del material fundido usando un programa de fabricación asistida por computadora o de diseño asistido por computadora (CAD). Al formar las capas sucesivas de acuerdo con el diseño asistido por computadora del artículo de acuerdo con la fabricación de filamentos fundidos, se dice que el objeto se imprime.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la unión de las capas puede incluir al menos uno de adicionar líquido a la composición en polvo en el patrón predeterminado, y calentar la composición en polvo de acuerdo con el patrón predeterminado. De acuerdo con algunas realizaciones, adicionar líquido a la composición en polvo puede incluir adicionar agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos a la composición en polvo. De acuerdo con algunas realizaciones, calentar la composición en polvo puede incluir calentar la composición en polvo mediante un láser.
Por ejemplo, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos, tal como, por ejemplo, glicoles. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir glicoles y un acelerador. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión, tal como, por ejemplo, acrílicos, vinil acrílico, etileno vinil acetato (EVA), y estireno acrílico. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión que contienen sólidos no volátiles que varían de, por ejemplo, 45 % a 55 % en peso, y que pueden tener un intervalo mínimo de temperatura de formación de película de cero a 75 grados C. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir un coalescente, tal como, por ejemplo, propilenglicol, o alcoholes de éster. De acuerdo con algunas realizaciones, los agentes de unión de emulsión pueden mejorar el refuerzo, potenciar la resistencia a la rotura, y/o mejorar la dureza del artículo producido con la materia particulada funcional en comparación al artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 50 % más alto en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional. Por ejemplo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 100 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, al menos 150 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, o al menos 200 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante la fabricación de aditivo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, una relación de aspecto de al menos 15:1, una relación de aspecto de al menos 18:1, una relación de aspecto de al menos 24:1, una relación de aspecto de al menos 34:1, o una relación de aspecto de al menos 55:1.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 96. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 79 a 84, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 85 a 96, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, o una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 84.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 3,0 micrones a 55,0 micrones. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 8,5 micrones a 19,8 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 6,4 micrones a 13,0 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 9,3 micrones a 15,1 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 11,7 micrones a 55,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 13,0 micrones a 27,9 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, el material base puede incluir un material de aglomeración en frío. Por ejemplo, el material de base puede ser al menos uno de plastificante, cemento, y geopolímero, o cualquier material que tenga características similares.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 53 grados. Por ejemplo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 44 grados, de 30 grados a 48 grados, de 30 grados a 38 grados, de 30 grados a 60 grados, de 30 grados a 34 grados, o de 30 grados a 50 grados.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la composición en polvo puede comprender de 70 % en peso a 80 % en peso de material base, de 15 % en peso a 35 % en peso de materia particulada funcional y de 5 % en peso a 35 % en peso de agente de unión. Por ejemplo, la composición puede comprender de 70 % en peso a 75 % en peso de material base, de 20 % en peso a 25 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 15 % en peso de agente de unión.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante la fabricación de aditivo, la composición en polvo puede estar sustancialmente desprovista de aceleradores. Por ejemplo, la composición en polvo puede estar completamente desprovista de aceleradores. De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante la fabricación de aditivo, la composición puede incluir aceleradores, tal como, por ejemplo, sulfato de potasio.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, el agente de unión puede incluir al menos uno de dextrina, alcohol polivinílico (PVA), gel de celulosa, almidón, almidón modificado, y almidón catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco, mica moscovita, caolín hidratado (por ejemplo, caolín hidratado de alta relación de aspecto), wollastonita, y bentonita natural. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco y wollastonita.
De acuerdo con algunas realizaciones del método, la materia particulada funcional puede incluir wollastonita de tratada en superficie y no tratada. Por ejemplo, la wollastonita se puede tratar en la superficie con silanos funcionales, tal como, por ejemplo, amino, metacrilato, vinilo, epoxi, mercapto, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con algunas realizaciones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones. Por ejemplo, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 25 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 20 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (da r) de menos de 10 micrones, o el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 15 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1. Por ejemplo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 34:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 24:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 4:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1, o el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 18:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1.
De acuerdo con algunas realizaciones, un método para fortalecer un artículo manufacturado aditivo puede incluir proporcionar una composición en polvo que incluye un material base y un agente de unión con una materia particulada funcional que tiene al menos uno de una morfología acicular y una morfología laminar. El método también puede incluir unir la composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional endurecida que comprende la composición en polvo. La composición en polvo dentro del artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un envasado de partículas mejorado en comparación al artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la unión de las capas puede incluir al menos uno de adicionar líquido a la composición en polvo en el patrón predeterminado, y calentar la composición en polvo de acuerdo con el patrón predeterminado. De acuerdo con algunas realizaciones, adicionar líquido a la composición en polvo puede incluir adicionar agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos a la composición en polvo. De acuerdo con algunas realizaciones, calentar la composición en polvo puede incluir calentar la composición en polvo mediante un láser.
Por ejemplo, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos, tal como, por ejemplo, glicoles. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir glicoles y un acelerador. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión, tal como, por ejemplo, acrílicos, vinil acrílico, etileno vinil acetato (EVA), y estireno acrílico. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir agentes de unión de emulsión que contienen sólidos no volátiles que varían de, por ejemplo, 45 % a 55 % en peso, y que pueden tener un intervalo mínimo de temperatura de formación de película de cero a 75 grados C. De acuerdo con algunas realizaciones, el líquido puede incluir un coalescente, tal como, por ejemplo, propilenglicol, alcoholes de éster, polietilenglicol, o PVP. De acuerdo con algunas realizaciones, los agentes de unión de emulsión pueden mejorar el refuerzo, potenciar la resistencia a la rotura, y/o mejorar la dureza del artículo producido con la materia particulada funcional en comparación al artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 50 % más alto en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición desprovista de la materia particulada funcional. Por ejemplo, el artículo fabricado que incluye la materia particulada funcional puede tener un módulo de flexión al menos 100 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, al menos 150 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional, o al menos 200 % mayor en comparación al módulo de flexión del artículo fabricado con la composición en polvo que está desprovista de la materia particulada funcional.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, una relación de aspecto de al menos 15:1, una relación de aspecto de al menos 18:1, una relación de aspecto de al menos 24:1, una relación de aspecto de al menos 34:1, o una relación de aspecto de al menos 55:1.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 96. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 79 a 84, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 85 a 96, una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 79, o una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 84.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de micrones a 55,0 micrones. Por ejemplo, la materia particulada funcional puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 8,5 micrones a 19,8 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 6,4 micrones a 13,0 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 9,3 micrones a 15,1 micrones, una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 11,7 micrones a 55,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 13,0 micrones a 27,9 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, el material base puede incluir un material de aglomeración en frío. Por ejemplo, el material de base puede ser al menos uno de plastificante, cemento, y geopolímero, o cualquier material que tenga características similares.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 53 grados. Por ejemplo, la composición en polvo puede tener un ángulo de reposo que varía de 30 grados a 44 grados, de 30 grados a 48 grados, de 30 grados a 38 grados, de 30 grados a 60 grados, de 30 grados a 34 grados, o de 30 grados a 50 grados.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la composición en polvo puede comprender de 70 % en peso a 80 % en peso de material base, de 15 % en peso a 35 % en peso de materia particulada funcional y de 5 % en peso a 35 % en peso de agente de unión. Por ejemplo, la composición puede comprender de 70 % en peso a 75 % en peso de material base, de 20 % en peso a 25 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 15 % en peso de agente de unión.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la composición en polvo puede estar sustancialmente desprovista de aceleradores. Por ejemplo, la composición en polvo puede estar completamente desprovista de aceleradores. De acuerdo con algunas realizaciones, la composición puede incluir aceleradores, tal como, por ejemplo, sulfato de potasio.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, el agente de unión puede incluir al menos uno de dextrina, alcohol polivinílico (PVA), gel de celulosa, almidón, almidón modificado, y almidón catiónico.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco, mica moscovita, caolín hidratado (por ejemplo, caolín hidratado de alta relación de aspecto), wollastonita, y bentonita natural. De acuerdo con algunas realizaciones, la materia particulada funcional puede incluir al menos uno de talco y wollastonita.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, la materia particulada funcional puede incluir wollastonita tratada en superficie y no tratada. Por ejemplo, la wollastonita se puede tratar en la superficie con silanos funcionales, tal como, por ejemplo, amino, metacrilato, vinilo, epoxi, mercapto, y mezclas de los mismos.
De acuerdo con algunas realizaciones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones. Por ejemplo, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 25 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 20 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (da r) de menos de 10 micrones, o el talco puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 15 micrones, y la wollastonita puede tener una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones.
De acuerdo con algunas realizaciones del método de fortalecimiento, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1. Por ejemplo, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 34:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 24:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 4:1, el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 55:1, o el talco puede tener una relación de aspecto de al menos 18:1, y la wollastonita puede tener una relación de aspecto de al menos 3:1.
Ejemplos
Una mezcla de polvo de yeso disponible comercialmente vendida por U.S. Gypsum Company bajo el nombre comercial Hydrocal WhiteMR se usó para experimentos de fabricación de aditivo (es decir, chorro de agente de unión). El Hydrocal WhiteMR se combinó con una materia particulada funcional de ejemplo que incluía talco laminado o laminar y/o wollastonita acicular a diversos niveles de carga como se describe en la tabla 1 a continuación para formar una mezcla homogénea. Un agente de unión de ejemplo, dextrina y polímero soluble en agua se adicionaron a las composiciones de muestra a un nivel de carga de 5 %. Se utilizó un líquido comercial vendido por Z Corporation para el chorro de agente de unión para fabricar los artículos mediante fabricación de aditivo de acuerdo con un proceso de chorro de agente de unión de ejemplo.
Para medir la resistencia en verde o resistencia a la rotura de los artículos fabricados, se imprimieron barras de prueba que tenían una forma de sección transversal rectangular, una longitud de 100 milímetros, un ancho de 15 mm y una altura de 5 mm, usando una máquina de chorro de agente de unión Z Corporation. Entonces se permitió que las barras fabricadas curaran a 29,4°C (85 grados Fahrenheit) durante la noche sin someterse a ningún tratamiento posterior con adhesivos o materiales de resina de reticulación.
El módulo de flexión de estas barras de prueba se probó utilizando una máquina Intron 3367 y se comparó conta una barra de prueba de control formada a partir de una composición que incluye una mezcla de polvo de yeso comercial vendida por Z Corporation para una máquina de chorro de agente de unión, pero que no incluye una materia particulada funcional. La tabla 1 a continuación muestra los resultados de la prueba.
Tabla 1
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Se pueden sacar varias conclusiones de los resultados mostrados en la tabla 1. Primero, la adición de una materia particulada funcional de ejemplo que incluye talco laminado y una alta relación de aspecto de wollastonita acicular sorprendentemente y de manera significativa mejoró el módulo de flexión de los artículos fabricados en comparación al control. Segundo, la adición de una materia particulada funcional de ejemplo que incluye un talco laminado de diferente tamaño de partícula parece haber mejorado el envasado de partículas de la composición (es decir, una composición en polvo) y dio por resultado un módulo de flexión más alto en comparación al control. Tercero, la adición de una materia particulada funcional que incluye una materia particulada acicular de alta relación de aspecto (es decir, wollastonita) en la composición de manera sorprendente y significativamente mejoró el módulo de flexión en comparación al control. Finalmente, la materia particulada funcional de ejemplo que incluye una combinación de talco laminado y wollastonita acicular mostró un efecto sinérgico, de manera sorprendente y significativamente mejorando el módulo de flexión en algunos ejemplos por más de 150 %.
De acuerdo con pruebas adicionales, se formuló un líquido de agente de unión en emulsión usando agente de unión acrílico al 100 %. El objetivo al usar este líquido de ejemplo es mejorar adicionalmente la resistencia en verde del artículo, tal que se pueda evitar el procesamiento de post-tratamiento para mejorar la resistencia de los artículos fabricados.
Para ajustar la viscosidad del líquido de agente de unión en emulsión a la tinta de impresión comercial vendida a los artículos de impresión fabricados mediante chorro de agente de unión, el nivel de sólidos de agente de unión acrílico se ajustó a un nivel de sólidos de 20 % en peso. La viscosidad Brookfield del líquido de agente de unión en emulsión de ejemplo mencionado en la tabla 2 a continuación es similar a la de los líquidos de impresión disponibles comercialmente para imprimir los artículos fabricados mediante chorro de agente de unión.
Tabla 2
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Para medir la resistencia en verde o resistencia a la rotura de las barras moldeadas, la composición de las mezclas en polvo listadas en la tabla 2 se mezcló con 30 PHR de tinta de emulsión en un recipiente pequeño hasta que todas las partículas se humedecieron, y se formó una pasta uniforme. Entonces, la pasta se transfirió a un molde de caucho de silicio de forma rectangular que tenía una longitud de 100 mm, un ancho de 15 mm y una altura de 5 mm, y la cantidad en exceso de pasta en la parte superior de la superficie se niveló con una espátula. Los materiales se dejaron curar durante la noche, las barras curadas se removieron del molde, y se dejaron curar a 29,4°C (85 grados F) durante ocho horas adicionales. Para comparación, el molde de control se preparó utilizando una mezcla de chorro comercialmente disponible y líquido por el mismo proceso. Como se puede ver en la tabla 2, los datos de módulo de flexión mostraron una mejora sorprendente y significativa en comparación al molde de control.
Otras realizaciones serán evidentes para aquellos expertos en la técnica a partir de la consideración de la memoria descriptiva y práctica de las realizaciones divulgadas en la presente. Se propone que la memoria descriptiva y los ejemplos se consideren sólo como ejemplo.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un método de fabricación de un artículo mediante fabricación de aditivo, el método que comprende:
proporcionar una primera capa de una composición en polvo que comprende:
un material base;
una materia particulada funcional que tiene al menos una de una morfología acicular y una morfología laminar, donde la morfología laminar se refiere a materias particuladas que tienen una relación de aspecto mayor que 1 y la relación de aspecto de la materia particulada funcional se determina por SEM; y
agente de unión,
unir la primera capa de composición en polvo en un patrón predeterminado para formar una forma bidimensional endurecida que comprende la composición en polvo; y
proporcionar sucesivamente capas adicionales de la composición en polvo y unir las respectivas capas para formar el artículo mediante capas de las formas bidimensionales endurecidas que comprenden la composición en polvo.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la unión de las capas comprende al menos una de la adición de líquido a la composición en polvo en el patrón predeterminado, y el calentamiento de la composición en polvo de acuerdo con el patrón predeterminado.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, donde la adición de líquido a la composición en polvo comprende adicionar agentes de unión de emulsión termoplásticos acuosos a la composición en polvo, opcionalmente donde calentar la composición en polvo comprende calentar la composición en polvo mediante un láser.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la materia particulada funcional tiene una relación de aspecto de al menos 3:1, donde la relación de aspecto de la materia particulada funcional se determina por SEM.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la materia particulada funcional tiene una inclinación de distribución de tamaño de partícula que varía de 50 a 96 donde la inclinación = (d30/d70) x 100, como se mide de acuerdo con la descri pción.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la materia particulada funcional tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 3 micrones a 55 micrones, por ejemplo, la materia particulada funcional tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 8,5 micrones a 19,8 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 6,4 micrones a 13,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 9,3 micrones a 15,1 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 11,7 micrones a 55,0 micrones, o una mediana de tamaño de partícula (d50) que varía de 13,0 micrones a 27,9 micrones, donde la mediana de tamaño de partícula (d50) se mide de acuerdo con la descripción.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la composición comprende de 70 % en peso a 80 % en peso de material base, de 15 % en peso a 35 % en peso de materia particulada funcional, y de 5 % en peso a 15 % en peso de agente de unión.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el material base incluye un material de aglomeración en frío, por ejemplo, el material base puede ser al menos uno de plastificante, cemento, y geopolímero.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde el agente de unión comprende al menos uno de dextrina, poli (alcohol vinílico) (PVA), gel de celulosa, almidón, almidón modificado, y almidón catiónico.
10. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la materia particulada funcional comprende al menos uno de talco y wollastonita.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde la materia particulada funcional comprende talco y wollastonita, donde el talco tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones y la wollastonita tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones y donde la mediana de tamaño de partícula (d50) se mide de acuerdo con la descripción.
12. El método de acuerdo con la reivindicación 10, donde el talco tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 30 micrones, o menos de 25 micrones, o menos de 20 micrones, o menos de 15 micrones y la wollastonita tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, donde la mediana de tamaño de partícula (d50) se mide de acuerdo con la descripción.
13. El método de acuerdo con la reivindicación 11, donde el talco tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 25 micrones, o menos de 20 micrones, o menos de 15 micrones y la wollastonita tiene una mediana de tamaño de partícula (d50) de menos de 10 micrones, donde la mediana de tamaño de partícula (d50) se mide de acuerdo con la descri pción.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, donde el talco tiene una relación de aspecto de al menos 12:1, y la wollastonita tiene una relación de aspecto de al menos 55:1, donde la relación de aspecto se determina por SEM.
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