HINTERGRUND

Die vorliegenden Ausführungsformen betreffen allgemein die Ausbildung eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung einer schichtweise erfolgenden Ausbildung des Objekts durch die Anwendung einer Stereolithographie. Genauer betreffen die vorliegenden Ausführungsformen die Ausbildung eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung eines dreidimensionalen Druckers. Um das dreidimensionale Objekt auszubilden, werden bestimmte Materialien verwendet, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie bei Raumtemperatur fest sind und bei einer erhöhten Temperatur, bei der das geschmolzene Material aufgetragen wird, um Schichten zu bilden, geschmolzen oder fließfähig sind. Eine folgende Auftragung von Schichten auf die erste Schicht erzeugt ein dreidimensionales Objekt. Das Material wird bei der Aufbringung von Wärmestrahlung fließfähig gemacht. Somit verwendet der dreidimensionale Drucker in solchen Ausführungsformen eine thermische Stereolithographie, um die dreidimensionalen Objekte zu bilden. In den vorliegenden Ausführungsformen umfassen die Materialien eine Kombination aus kristallinen und amorphen Verbindungen, wie diejenigen, die im US-Patent Nr. 8,506,040 beschrieben sind. Ferner werden die amorphen Verbindungen und kristallinen Verbindungen aus preiswerten, stabilen und biologisch erneuerbaren Materialien gewonnen, wodurch robuste dreidimensionale Objekte geschaffen werden, die „nachhaltiger sind.

Die Stereolithographie ist eine Modellbautechnik, die dreidimensionale Objekte in Schichten aufbaut, wie in den US-Patenten Nr. 4,575,330 und 4,929,402 beschrieben ist.

Generell wird bei der Stereolithographie ein dreidimensionales Objekt schrittweise Schicht für Schicht aus einem Material ausgebildet, das die Fähigkeit hat, bei Beaufschlagung mit einer synergistischen Stimulation eine physikalische Transformation durchzumachen. Zum Beispiel werden in einer Ausführungsform der Stereolithographie Schichten aus untransformiertem Material wie einem flüssigen Photopolymer nacheinander an der Arbeitsoberfläche einer Menge des in einem Behälter enthaltenen flüssigen Photopolymers gebildet. Die untransformierten Schichten werden nacheinander über zuvor transformiertem Material gebildet. Die untransformierten Schichten werden selektiv einer synergistischen Stimulation wie UV-Strahlung oder dergleichen ausgesetzt, wobei diese Schichten Objektschichten bilden. Nach der Ausbildung der Objektschichten haften die untransformierten Schichten nach der Erstarrung in der Regel durch die natürlichen Hafteigenschaften des Photopolymers an den zuvor gebildeten Schichten.

In letzter Zeit wird das dreidimensionale Drucken, um dreidimensionale Objekte zu bilden, immer populärer. Solche Druckverfahren können verwendet werden, um alles Mögliche von kleinen Teilen für Haushaltsgeräte und Spielzeug bis zu Komponenten für Computer und Automobile auszubilden. In den letzten Jahren werden dreidimensionale Drucker häufiger sowohl im privaten Bereich als auch in Büros verwendet. Moderne dreidimensionale Drucker arbeiten auf Basis der thermischen Stereolithographie. Die Umgebungen, in denen diese Drucker verwendet werden, verlangen, dass die Druckmaterialien nicht-reaktiv und nicht-toxisch sind.

Ein ungelöstes Problem in Bezug auf die thermische Stereolithographie und insbesondere in Bezug auf das dreidimensionale Drucken besteht darin, geeignete Materialien zu finden, die aus den derzeit in diesen Systemen verwendeten Abgabevorrichtungen (beispielsweise Tintenstrahldruckköpfen) ausgegeben werden können und die auch in der Lage sind, dreidimensionale Objekte mit ausreichender Robustheit und Formtreue auszubilden. Zum Beispiel besteht bei der thermischen Stereolithographie die Notwendigkeit, das fließfähige Material schnell erstarren zu lassen, nachdem es abgegeben wurde. Die Zeit, die nötig ist, um Wärme abzuleiten und eine ausreichende Erstarrung des Materials zu ermöglichen, beschränkt die Fähigkeit, anschließende Schichten aufzulegen, da neu abgegebenes Material sich verformen kann, wenn es nicht ausreichend gekühlt wird, bevor die nächste Schicht abgegeben wird. Somit wirkt sich diese Phasenwechseleigenschaft auf die ganze Objektaufbauzeit aus. Andere bekannte Materialien, beispielsweise Hotmelt-Tinten, sind entweder nicht ausreichend robust, sind brüchig, zeigen eine erhebliche Verformung von Schicht zu Schicht, weisen hohe Viskositäten oder andere Eigenschaften auf, die den Umgang mit ihnen und ihre Abgabe aus Tintenstrahlabgabevorrichtungen mit mehreren Düsen, wie denjenigen, die für die thermische Stereolithographie verwendet werden können, erschweren.

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Ausführungsformen, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen dreidimensionale Objekte durch die Anwendung der thermischen Stereolithographie geschaffen werden können. Es ist ein weiteres Ziel, ein Material bereitzustellen, das mit einer solchen Vorrichtung und einem solchen Verfahren verwendet werden kann, um verbesserte dreidimensionale Objekte zu bilden, die robuster sind als solche, die mit bisher bekannten Materialien und Zusammensetzungen gebildet werden. Schließlich wird in den meisten Industriezweigen ständig danach gestrebt, biologisch erneuerbare und nachhaltige Materialien zu finden. Somit ist es auch ein Ziel der vorliegenden Ausführungsformen, solche Materialien zu finden, die bei der Ausbildung dreidimensionaler Objekte verwendet werden können.

KURZFASSUNG

Gemäß hierin veranschaulichten Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Ausbildung von dreidimensionalen Objekten geschaffen, das umfasst: Bereitstellen eines Phasenwechselmaterials, wobei das Phasenwechselmaterial eine kristalline Verbindung und eine amorphe Verbindung umfasst und das Phasenwechselmaterial bis zu 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe umfasst; Erwärmen des Phasenwechselmaterials auf eine Ausstoßtemperatur; Ausstoßen des Phasenwechselmaterials in Schichten übereinander, wobei jede Schicht abkühlen und/oder erstarren gelassen wird, bevor eine nächste Schicht ausgestoßen wird; und Ausbilden eines dreidimensionalen Objekts aus den kühlen und/oder erstarrten Schichten.

Genauer schaffen die vorliegenden Ausführungsformen ein Verfahren zum Ausbilden von dreidimensionalen Objekten, das umfasst: Bereitstellen eines Phasenwechselmaterials, wobei das Phasenwechselmaterial eine kristalline Verbindung und eine amorphe Verbindung umfasst und das Phasenwechselmaterial bis zu 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe umfasst; Erwärmen des Phasenwechselmaterials auf eine Ausstoßtemperatur; Ausstoßen des Phasenwechselmaterials, um eine erste Schicht zu bilden; Abkühlen und/oder Erstarren lassen der ersten Schicht; und selektives Ausstoßen folgender Schichten auf die erste Schicht, entweder zum Teil oder ganz, wobei jede Schicht abkühlen und/oder erstarren gelassen wird, bevor die nächste Schicht ausgestoßen wird, und Ausbilden eines dreidimensionalen Objekts aus den kühlen und/oder erstarrten Schichten.

In weiteren Ausführungsformen wird ein System geschaffen zum Ausbilden von dreidimensionalen Objekten, das umfasst: ein Phasenwechselmaterial, wobei das Phasenwechselmaterial eine kristalline Verbindung und eine amorphe Verbindung umfasst und das Phasenwechselmaterial bis zu 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe umfasst; und einen dreidimensionalen Drucker, der einen Vorratsbehälter zum Halten des Phasenwechselmaterials, ein Heizelement zum Erwärmen des Phasenwechselmaterials auf eine Ausstoßtemperatur und einen Druckkopf umfasst zum Ausstoßen des Phasenwechselmaterials in aufeinanderfolgenden Schichten, um ein dreidimensionales Objekt zu bilden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Um die vorliegenden Ausführungsformen besser verständlich zu machen, kann auf die begleitenden Figuren Bezug genommen werden.

1 ist ein Graph, der Rheologiedaten eines aromatischen Kolophoniumesters gemäß den vorliegenden Ausführungsformen darstellt.

2 gibt das Rheologieprofil für drei Phasenwechselmaterialien wieder, die gemäß den vorliegenden Ausführungsformen hergestellt worden sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

In Bezug auf die folgende Beschreibung sei klargestellt, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und bauliche und betriebliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Ausführungsformen abzuweichen, die hierin offenbart sind.

Das dreidimensionale Drucken zur Erzeugung von dreidimensionalen Objekten wird in vielen verschiedenen Marktsegmenten immer populärer, und die Möglichkeiten für seine Verwendung werden immer vielfältiger, je weiter die Technik verbessert wird. Die vorliegenden Ausführungsformen schaffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schaffung dreidimensionaler Objekte durch die Anwendung der Stereolithographie unter Verwendung fester Materialien, die bei der Aufbringung thermischer Strahlung, beispielsweise Wärme, geschmolzen oder fließfähig gemacht werden. Die vorliegenden Ausführungsformen schaffen ferner ein einzigartiges Material, das eine kristalline Verbindung und eine amorphe Verbindung umfasst, die bei Raumtemperatur fest und bei einer erhöhten Temperatur geschmolzen ist, und die für eine bessere Robustheit im Vergleich zu auf Wachs basierenden Materialen sorgt, wie sie typischerweise für das dreidimensionale Drucken verwendet werden. Wie hierin verwendet ist Raumtemperatur definiert von etwa 20 bis etwa 27°C.

Es wurde gefunden, dass die Verwendung einer Mischung aus kristallinen und amorphen Verbindungen in Phasenwechselmaterialien, die für das dreidimensionale Drucken auf Basis der thermischen Stereolithographie verwendet werden, robuste Objekte ergibt. Die Verwendung dieses Ansatzes ist wegen der bekannten Eigenschaften von kristallinen und amorphen Materialien jedoch überraschend. Was kristalline Materialien betrifft, so tendieren kleine Moleküle allgemein dazu, zu kristallisieren, wenn sie erstarren, und organische Feststoffe mit niedrigem Molekulargewicht sind im Allgemeinen Kristalle. Obwohl kristalline Materialien im Allgemeinen härter und beständiger sind, sind diese Materialien auch viel brüchiger, so dass gedruckte Dinge, die hauptsächlich unter Verwendung einer kristallinen Tintenzusammensetzung gefertigt werden, ziemlich schadensanfällig sind. Was amorphe Materialien betrifft, so werden amorphe Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polymere, bei einer hohen Temperatur zu viskosen und klebrigen Flüssigkeiten, zeigen aber bei hohen Temperaturen keine ausreichend geringe Viskosität. Infolgedessen können die Polymere nicht bei einer erstrebenswerten Ausstoßtemperatur (≤ 140°C) ausgestoßen werden. In den vorliegenden Ausführungsformen wird jedoch gefunden, dass ein robustes Phasenwechselmaterial durch eine Mischung aus kristallinen und amorphen Verbindungen erhalten werden kann.

Außerdem hat das aktuelle Weltgeschehen, das die Energie- und Umweltpolitik, steigende und schwankende Ölpreise und das öffentliche/politische Bewusstsein für die drohende Erschöpfung globaler fossiler Reserven beinhaltet, ein Bedürfnis entstehen lassen, nachhaltige Monomere zu finden, die aus biologisch erneuerbaren Materialien gewonnen werden können. So haben die vorliegenden Ausführungsformen auf biologisch erneuerbaren Materialien basierende kristallin-amorphe Materialien gefunden, die bei der Ausbildung robuster und „nachhaltigerer” dreidimensionaler Objekte verwendet werden können. Der Begriff „biologisch erneuerbar” wird verwendet, um ein Material zu bezeichnen, das aus einem oder mehreren Monomeren besteht, die aus Pflanzenmaterial gewonnen werden. Durch die Verwendung solcher biologisch gewonnenen Rohstoffe, die erneuerbar sind, können Hersteller ihren Kohlenstoff-Fußabdruck verringern und zu einem Null-Kohlenstoff- oder sogar einem kohlenstoffneutralen Fußabdruck hin kommen. Biologisch erneuerbare Materialien sind außerdem sehr attraktiv was die spezifische Energie und Emissionseinsparungen betrifft. Die Nutzung von biologisch erneuerbaren Rohstoffen kann die Abfallmenge verringern, die in Mülldeponien eingebracht wird, und die ökonomischen Risiken und Unsicherheiten im Zusammenhang mit der Abhängigkeit von aus instabilen Regionen importiertem Erdöl verringern.

Es wurde bereits gefunden, dass die Verwendung einer Mischung aus Verbindungen mit kristallinen und amorphen Molekülen in Phasenwechsel-Tintenzusammensetzungen robuste Tinten bereitstellt, und insbesondere Phasenwechseltinten, die auf beschichtetem Papier robuste Bilder zeigen, wie im US-Patent 8,506,040 offenbart. Druckproben, die mit solchen Phasenwechseltinten erzeugt werden, zeigen eine bessere Robustheit in Bezug auf Kratzen, Falzen und Falz-Offset im Vergleich zu derzeit erhältlichen Phasenwechseltinten.

Die vorliegenden Ausführungsformen schaffen ein Phasenwechselmaterial zur Verwendung bei der Ausbildung von dreidimensionalen Objekten, das Leistungsvorgaben erfüllt, kostengünstig und umweltverträglich ist. Genauer sind in den vorliegenden Phasenwechselmaterialien aromatische Kolophoniumester als amorphes Bindemittel in die Phasenwechselformulierung mit einer kristallinen Verbindung eingebaut. In weiteren Ausführungsformen umfassen die Phasenwechselmaterialien auch Pigment, Pigmentdispergierungsmittel und Synergiste. Die aromatischen Kolophoniumester erleichtern die Haftung auf Substraten oder ebenso von aufeinanderfolgenden Schichten, die aus dem Phasenwechselmaterial gebildet werden. Die aromatischen Kolophoniumester sind außerdem preiswerte, stabile Rohmaterialien. Diese Materialien werden von Kolophoniumsäuren abgeleitet, die aus Kiefernharz extrahiert werden. Die vorliegenden Ausführungsformen schaffen somit eine Formulierung für Phasenwechselmaterialien, die auf kristallinen und amorphen Verbindungen basieren, die nicht nur robuste Phasenwechselmaterialien und insbesondere Phasenwechselmaterialien bereitstellen, die robuste dreidimensionale Objekte schaffen, sondern die außerdem aus preiswerten, stabilen und biologisch erneuerbaren Materialien gewonnen werden. Die vorliegenden Ausführungsformen schaffen eine neue Art von Phasenwechselmaterialien, die eine Mischung aus (1) kristallinen und (2) amorphen Verbindungen umfassen, im Allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von etwa 60:40 bis etwa 95:5. In spezifischeren Ausführungsformen liegt das Gewichtsverhältnis der kristallinen zur amorphen Verbindung bei etwa 65:35 bis etwa 95:5 oder bei etwa 70:30 bis etwa 90:10.

Jede Verbindung oder Komponente verleiht den Phasenwechselmaterialien bestimmte Eigenschaften, und die Phasenwechselmaterialien, die eine Mischung dieser amorphen und kristallinen Verbindungen beinhalten, zeigen eine ausgezeichnete Robustheit. Die kristalline Verbindung in der Phasenwechselformulierung treibt den Phasenwechsel beim Kühlen durch eine rasche Kristallisation voran. Die kristalline Komponente legt auch die Struktur des fertigen gedruckten Objekts fest und erzeugt ein hartes dreidimensionales Objekt durch Verringern der Klebrigkeit der amorphen Verbindung. Die amorphen Verbindungen sorgen für Klebrigkeit und verleihen dem gedruckten dreidimensionalen Objekt Robustheit.

In Ausführungsformen liefern die vorliegenden Ausführungsformen Phasenwechselmaterialien, die bis zu 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe oder von etwa 50 bis 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe oder von etwa 70 bis etwa 75% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe umfassen. Das bedeutet, dass bis zu 80% der Komponenten aus erneuerbaren Ressourcen, beispielsweise Pflanzen, gewonnen werden. Die amorphen Materialien sind preiswert, biologisch abbaubar und kommen aus biologisch erneuerbaren Quellen. Die aus diesen Materialien hergestellten Phasenwechselmaterialien zeigen eine im Vergleich zu herkömmlicherweise verwendeten Materialien ausgezeichnete Robustheit.

In Ausführungsformen erfüllen die Phasenwechselmaterialien bestimmte physikalische Eigenschaften. Zum Beispiel weist das Phasenwechselmaterial einen Schmelzpunkt (T_melt) von etwa 60 bis etwa 140°C oder von etwa 70 bis etwa 30°C auf. In Ausführungsformen weist das Phasenwechselmaterial einen Kristallisationspunkt (T_crys) von etwa 65 bis etwa 110°C oder von etwa 70 bis etwa 100°C auf. In weiteren Ausführungsformen weist der resultierende Phasenwechsel eine Viskosität von etwa 1 bis etwa 22 cps oder von etwa 3 bis etwa 12 cps oder von etwa 5 bis etwa 10 cps bei 140° auf. Bei Raumtemperatur ist das resultierende Phasenwechselmaterial ein robuster Feststoff mit einer Viskosität von etwa ≥ 10⁶ cps. Die Phasenwechselmaterialien der vorliegenden Ausführungsformen sorgen für eine rasche Erstarrung beim Abkühlen. In Ausführungsformen erreichen die Phasenwechselmaterialien eine feste Form mit einer Viskosität von mehr als 1 × 10⁶ cps innerhalb eines Zeitraums von etwa 1 bis etwa 10 Sekunden oder von etwa 1 bis etwa 8 Sekunden beim Abkühlen. Wie hierin verwendet, bedeutet „Abkühlen” die Ableitung von Wärme und die Rückkehr zur Umgebungstemperatur. In weiteren Ausführungsformen weist das Phasenwechselmaterial eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 50 nm bis etwa 400 nm auf, gemessen wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennnummer 13/680,322 beschrieben.

In Ausführungsformen wirkt die amorphe Verbindung als das Bindemittel für die kristalline Verbindung und etwaige Farbmittel oder andere Nebenzusatzstoffe. Die vorliegenden Ausführungsformen verwenden aromatische Kolophoniumester. Diese Materialien werden von Kolophoniumsäuren abgeleitet, die aus Kiefernharz extrahiert werden. Natürliche Kolophoniumsäuren weisen Doppelbindungen auf. Um aromatische Kolophoniumsäuren zu erhalten, werden die Materialien einem Disproportionierungs-(Dehydrierungs-)Prozess unterzogen, um aromatische Bindungen zu bilden. Die Umwandlung von Doppelbindungen in aromatische Bindungen verbessert die Wärmestabilität der Materialien. Die resultierende Carbonsäuregruppe wird dann mit verschiedenen Alkoholen umgesetzt, wodurch man aromatische Kolophoniumester erhält.

In bestimmten Ausführungsformen wird der aromatische Kolophoniumester ausgewählt aus der Gruppe, die aus und Mischungen davon besteht. In weiteren Ausführungsformen umfasst die amorphe Verbindung eine Mischung aus in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 15% oder von etwa 5% bis etwa 10%, bezogen auf das Gesamtgewicht der amorphen Verbindung, in einem Bereich von etwa 1% bis etwa 6% oder von etwa 1% bis etwa 3%, bezogen auf das Gesamtgewicht der amorphen Verbindung, in einem Bereich von etwa 3% bis etwa 8% oder von etwa 4% bis etwa 6%, bezogen auf das Gesamtgewicht der amorphen Verbindung, und in einem Bereich von etwa 75% bis etwa 90% oder von etwa 75% bis etwa 85%, bezogen auf das Gesamtgewicht der amorphen Verbindung.

Ein Beispiel für diese im Handel erhältlichen Harze ist Sylvatac RE 40, das von Arizona Chemicals (Savannah, Georgia) im Handel erhältlich ist. Es ist eine Mischung aus Estern, die aus der Reaktion des Harzes mit 2-Hydroxymethyl-1,3-propandiol und kleinen Mengen an Pentaerythrit erzeugt werden. Die nachstehende Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung von Sylvatac RE 40, die aus einer MALDI-Analyse abgeleitet wurde. Tabelle 1. Zusammensetzung von Sylvatac RE 40

Erforderliche Eigenschaften für einen amorphen Binder, der in den vorliegenden Ausführungsformen für ein robustes Phasenwechselmaterial verwendet werden kann, beinhalten eine niedrige Tg, eine geringe Viskosität und eine Stabilität. bei erhöhten Temperaturen. In Ausführungsformen weist die amorphe Verbindung eine Tg von etwa –10°C bis etwa 30°C oder von etwa –10°C bis etwa 25°C auf. Eine Reihe von im Handel erhältlichen Bindern von Arizona Chemicals wurde geprüft und nachstehend sind einige der gemessenen Eigenschaften angegeben. Tabelle 2. Glasübergangstemperatur (Tg) von im Handel erhältlichen Kolophoniumesterbindern

Binder	Tg (°C)
Sylvatac RE 40	4,7
Sylvatac RE 25	–9,6
Sylvatac RE 85	39
Unitac 70	37,7
Sylvalite RE 80HP	35,8
Sylvalite RE 85L	39
Sylvalite 100L	50.4

Phasenwechselmaterialien, die aus diesen amorphen Bindern hergestellt werden, müssen bei der Ausstoßtemperatur über längere Zeit stabil sein. Infolgedessen müssen die amorphen Verbindungen bei diesen hohen Temperaturen ebenfalls stabil sein. In einer Ausführungsform ließ man Sylvatac RE 40 in einem Ofen bei 140°C 5 Tage lang aushärten, und es zeigte keine nennenswerte Erhöhung der Viskosität (d. h. diese stieg nicht um mehr als 10 cps), wie in 1 dargestellt ist.

In einer anderen Ausführungsform umfassen die Phasenwechselmaterialien Abitol E-Esterharze als amorphe Binder, wie in der US-Patentanmeldung Nr. 13/680,322 offenbart ist. Kolophoniumalkohol, Abitol E, wird aus Kiefernharz gewonnen und kann mit Disäuren, wie Bernstein-, Itacon- und Azelainsäure, umgesetzt werden, die 100% BRC sind, um ein amorphes Bindemittel für die Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung der vorliegenden Offenbarung zu bilden. Konkrete Beispiele werden von den allgemeinen Formeln I und/oder II: oder oder eine Mischung aus einer oder mehreren Verbindungen der allgemeinen Formeln 1 und/oder II dargestellt; wobei R₁ definiert ist als Alkylengruppe, einschließlich substituierter und unsubstituierter Alkylengruppen, wobei Heteroatome in der Alkylengruppe vorhanden sein können, aber nicht müssen; (b) Arylengruppe, einschließlich substituierter und unsubstituierter Arylengruppen, wobei Heteroatome in der Arylengruppe vorhanden sein können, aber nicht müssen; (c) Arlylalkylengruppe, einschließlich substituierter und unsubstituierter Arylalkylengruppen, wobei Heteroatome im Alkylabschnitt oder im Arylabschnitt der Arylalkylengruppe oder in beiden vorhanden sein können, aber nicht müssen; oder (d) Alkylarylengruppe, einschließlich substituierter und unsubstituierter Alkylarylengruppen, wobei Heteroatome im Alkylabschnitt oder im Arylabschnitt der Alkylarylengruppe oder in beiden vorhanden sein können, aber nicht müssen; wobei zwei oder mehr Substituenten aneinandergefügt sein können, um einen Ring zu bilden.

Konkrete Beispiele für Harzester sind unter andere die nachstehend gezeigten Strukturen:

In noch anderen Ausführungsformen werden Phasenwechselmaterial-Zusammensetzungen geschaffen, die ein amorphes Amid umfassen, das von Amin D abgeleitet wird. Amin D ist ein biologisch erneuerbares Material, das von Kolophoniumsäure abgeleitet wird, wie in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/765,827 offenbart. Der amorphe Binder weist die Formel auf, worin R ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Alkylgruppe, einer Arylgruppe, einer Alkylarylengruppe, einer Arylalkylengruppe und Kombinationen davon, wie hierin beschrieben; eine kristalline Verbindung; einen optionalen Synergisten; ein optionales Dispergierungsmittel; und ein optionales Farbmittel.

In weiteren Ausführungsformen wird eine Phasenwechselmaterial-Zusammensetzung beschrieben, die eine amorphe Verbindung der Formel aufweist, worin R₁ ausgewählt ist as der Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe, einer Arylengruppe, einer Alkylarylengruppe, einer Arylalkylengruppe und Kombinationen davon. Die amorphen Verbindungen zeigen eine relativ niedrige Viskosität (< 10² Centipoise (cps) oder von etwa 1 bis etwa 100 cps oder von etwa 5 bis etwa 95 cps) nahe der Ausstoßtemperatur ((≤ 140°C, oder von etwa 100 bis etwa 140°C oder von etwa 105 bis etwa 140°C), aber eine sehr hohe Viskosität (> 10⁵ cps) bei Raumtemperatur.

In Ausführungsformen ist die amorphe Verbindung in einer Menge etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent oder von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 35 Gewichtsprozent oder von etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Phasenwechselmaterials, vorhanden.

In Ausführungsformen sind die amorphen Verbindungen mit einer kristallinen Verbindung formuliert, und ein Phasenwechselmaterial zum Bilden von dreidimensionalen Objekten zu bilden. Wie bereits angegeben, werden die Säuren, die verwendet werden, um die Kolophoniumesterbinder herzustellen, aus Kiefernharz gewonnen und weisen mindestens 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe auf. Die verwendeten kristallinen Verbindungen sind ebenfalls biologisch erneuerbar und weisen mindestens 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe auf. Die resultierenden Phasenwechselmaterialien weisen bis zu 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe auf. Die resultierenden Phasenwechselmaterialien zeigen gute rheologische Profile. Proben, die mit den Phasenwechselmaterialien erzeugt werden, zeigen eine ausgezeichnete Robustheit.

Wie oben angegeben, weisen die kristallinen Verbindungen alle einen hohen Anteil an biologisch erneuerbaren Inhaltsstoffen auf. Genauer werden die Fettalkohole, die verwendet werden, um die kristallinen Verbindungen herzustellen, aus Pflanzen gewonnen, wodurch diese Komponenten mindestens 80% biologisch erneuerbare Inhaltsstoffe erhalten.

Phasenwechselmaterialien der vorliegenden Ausführungsformen verwenden die in Tabelle 3 aufgeführten kristallinen Verbindungen. Tabelle 3. Kristalline Verbindungen

Der Gehalt an biologisch erneuerbaren Inhaltsstoffen basiert auf dem Gewichtsprozentanteil von biobasierten Materialien am Gesamtgewicht des Phasenwechselmaterials. Sämtliche Ausgangsmaterialien, die verwendet werden, um die kristallinen Verbindungen der vorliegenden Ausführungsformen herzustellen, sind preiswert und sicher.

Die kristallinen Verbindungen zeigen eine scharfe Kristallisation, eine relativ geringe Viskosität (≤ 12 Centipoise (cps) oder von etwa 0,5 bis etwa 20 cps oder von etwa 1 bis etwa 15 cps bei einer Temperatur von etwa 140°C, aber eine sehr hohe Viskosität (> 10⁶ cps) bei Raumtemperatur. Diese Materialien weisen eine Schmelztemperatur (T_melt) von weniger als 150°C oder von etwa 65 bis etwa 150°C oder von etwa 66 bis etwa 145°C und eine Kristallisationstemperatur (T_crys) von über 60°C oder von etwa 60 bis etwa 140°C oder von etwa 65 bis etwa 120°C auf. Die ΔT zwischen T_melt und T_crys liegt bei unter 55°C. Die ausgewählten kristallinen Verbindungen liefern die resultierenden Phasenwechselmaterialien mit Eigenschaften einer raschen Kristallisation.

In Ausführungsformen ist die kristalline Verbindung in einer Menge etwa 60 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent oder von etwa 65 Gewichtsprozent bis etwa 95 Gewichtsprozent oder von etwa 70 Gewichtsprozent bis etwa 90 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Phasenwechselmaterials, vorhanden.

Die Phasenwechselmaterialien der vorliegenden Ausführungsformen können ferner herkömmliche Zusätze beinhalten, um sich die bekannte Funktionalität, die mit solchen herkömmlichen Zusätzen assoziiert ist, zunutze zu machen. Solche Zusätze beinhalten beispielsweise mindestens ein Antioxidans, Gleit- und Verlaufmittel, Klärungsmittel, Viskositätseinstellmittel, Haftmittel, Weichmacher und dergleichen.

Das Phasenwechselmaterial kann optional Antioxidanzien enthalten, um die Bilder vor Oxidation zu schützen, und kann auch die Komponenten vor Oxidation schützen, während sie als erwärmte Schmelze im Druckervorratsbehälter vorhanden sind. Beispiele für geeignete Antioxidanzien sind unter anderem N,N'-Hexamethylen-bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamamid) (IRGANOX 1098, erhältlich von BASF); 2,2-Bis(4-(2-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamoyloxy))ethoxyphenyl)propan (TOPANOL-205, erhältlich von Vertellus); Tris(4-tert-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)isocyanurat (Aldrich); 2,2'-Ethyliden-bis(4,6-di-tert-butylphenyl)fluorphosphonit (ETHANOX-398, erhältlich von Albermarle Corporation); Tetrakis(2,4-di-tert-butylphenyl)-4,4'-biphenyldiphosphonit (Aldrich); Pentaerythritoltetrastearat (TCI America); Tributylammoniumhypophosphit (Aldrich); 2,6-Di-tert-butyl-4-methoxyphenol (Aldrich); 2,4-Di-tert-butyl-6-(4-methoxybenzyl)phenol (Aldrich); 4-Brom-2,6-dimethylphenol (Aldrich); 4-Brom-3,5-didimethylphenol (Aldrich); 4-Brom-2-nitrophenol (Aldrich); 4-(Diethylaminomethyl)-2,5-dimethylphenol (Aldrich); 3-Dimethylaminophenol (Aldrich); 2-Amino-4-tert-amylphenol (Aldrich); 2,6-Bis(hydroxymethyl)-p-cresol (Aldrich); 2,2'-Methylendiphenol (Aldrich); 5-(Diethylamino)-2-nitrosophenol (Aldrich); 2,6-Dichlor-4-fluorphenol (Aldrich); 2,6-Dibromfluorphenol (Aldrich); α-Trifluor-o-cresol (Aldrich); 2-Brom-4-fluorphenol (Aldrich); 4-Fluorphenol (Aldrich); 4-Chlorphenyl-2-chlor-1,1,2-trifluorethylsulfon (Aldrich); 3,4-Difluorphenylessigsäure (Aldrich); 3-Fluorphenylessigsäure (Aldrich); 3,5-Difluorphenylessigsäure (Aldrich); 2-Fluorphenylessigsäure (Aldrich); 2,5-Bis(trifluormethyl)benzoesäure (Aldrich); Ethyl-2-(4-(4-(trifluormethyl)phenoxy)phenoxy)propionat (Aldrich); Tetrakis-(2,4-di-tert-butylphenyl)-4,4'-biphenyldiphosphonit (Aldrich); 4-tert-Amylphenol (Aldrich); 3-(2H-Benzotriazol-2-yl)-4-hydroxyphenethylalkohol (Aldrich); NAUGARD 76, NAUGARD 445, NAUGARD 512 und NAUGARD 524 (Hersteller Chemtura Corporation); und deren Mischungen. Das Antioxidans, falls vorhanden, kann in jeder gewünschten oder wirksamen Menge in den Phasenwechselmaterialien vorhanden sein, beispielsweise von 0,25 Prozent bis etwa 10 Prozent, bezogen auf das Gewicht des Phasenwechselmaterials, oder von etwa 1 Prozent bis etwa 5 Prozent, bezogen auf das Gewicht des Phasenwechselmaterials.

In Ausführungsformen beinhaltet das hierin beschriebene Phasenwechselmaterial auch ein Farbmittel. Das Phasenwechselmaterial kann optional Farbmittel enthalten, wie Farbstoffe oder Pigmente. Die Farbstoffe können entweder aus der Gruppe Cyan, Magenta, Gelb, Schwarz (CMYK) oder aus Volltonfarben kommen, die aus kundenspezifischen Farbstoffen oder Pigmenten oder Pigmentmischungen erhalten werden. Auf Farbstoffen basierende Farbmittel sind mit der Grundzusammensetzung mischbar, welche die kristallinen und amorphen Verbindungen und etwaige andere Zusätze enthält.

Jedes gewünschte oder wirksame Farbmittel kann in den Phasenwechselmaterialien verwendet werden, unter andere Farbstoffe, Pigmente, Mischungen davon, vorausgesetzt, dass das Farbmittel in dem Träger aufgelöst oder dispergiert werden kann und mit den anderen Komponenten, die in den Phasenwechselmaterialien verwendet werden, kompatibel ist. Die Phasenwechselmaterialien können in Kombination mit herkömmlichen Phasenwechseltinten-Färbematerialien verwendet werden, beispielsweise mit Colour Index (C. I.) Solvent-Farbstoffen, Disperse-Farbstoffen, modifizierten Acid- und Direct-Farbstoffen, Basic-Farbstoffen, Sulfur-Farbstoffen, Vat-Farbstoffen und dergleichen. Beispiele für geeignete Farbstoffe sind unter anderem Neozapon Red 492 (BASF); Orasol Red G (Pylam Products); Direct Brilliant Pink B (Oriental Giant Dyes); Direct Red 3BL (Classic Dyestuffs); Supranol Brilliant Red 3BW (Bayer AG); Lemon Yellow 6G (United Chemie); Light Fast Yellow 3G (Shaanxi); Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Bemachrome Yellow GD Sub (Classic Dyestuffs); Cartasol Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Cibanone Yellow 2G (Classic Dyestuffs); Orasol Black RLI (BASF); Orasol Black CN (Pylam Products); Savinyl Black RLSN (Clariant); Pyrazol Black BG (Clariant); Morfast Black 101 (Rohm & Haas); Diaazol Black RN (ICI); Thermoplast Blue 670 (BASF); Orasol Blue GN (Pylam Products); Savinyl Blue GLS (Clariant); Luxol Fast Blue MBSN (Pylam Products); Sevron Blue 5GMF (Classic Dyestuffs); Basacid Blue 750 (BASF); Keyplast Blue (Keystone Aniline Corporation); Neozapon Black X51 (BASF); Classic Solvent Black 7 (Classic Dyestuffs); Sudan Blue 670 (C. I. 61554) (BASF); Sudan Yellow 146 (C. I. 12700) (BASF); Sudan Red 462 (C. I. 26050) (BASF); C. I. Disperse Yellow 238; Neptune Red Base NB543 (BASF, C. I. Solvent Red 49); Neogen Blue FF-4012 (BASF); Fatsol Black BR (C. I. Solvent Black 35) (Chemische Fabriek Triade BV); Morton Morplas Magenta 36 (C. I. Solvent Red 172); Metallphthalocyanin-Farbmittel, wie diejenigen, die im US-Patent Nr. 6,221,137 offenbart sind. Es können auch polymere Farbstoffe verwendet werden, wie diejenigen, die beispielsweise im US-Patent Nr. 5,621,022 und im US-Patent Nr. 5,231,135 offenbart sind und die beispielsweise von Milliken & Company als Milliken Ink Yellow 869, Milliken Ink Blue 92, Milliken Ink Red 357, Milliken Ink Yellow 1800, Milliken Ink Black 8915-67, unverschnittenes Reactint Orange X-38, unverschnittenes Reactint Blue X-17, Solvent Yellow 162, Acid Red 52, Solvent Blue 44 und unverschnittenes Reactint Violet X-80 im Handel erhältlich sind.

Pigmente sind ebenfalls geeignete Farbmittel für die Phasenwechselmaterialien. Beispiele für geeignete Pigmente sind unter anderem PALIOGEN Violet 5100 (BASF); PALIOGEN Violet 5890 (BASF); HELIOGEN Green 18730 (BASF); LITHOL Scarlet D3700 (BASF); SUNFAST Blue 15:4 (Sun Chemical); Hostaperm Blue B2G-D (Clariant); Hostaperm Blue B4G (Clariant); Permanent Red P-F7RK; Hostaperm Violet BL (Clariant); LITHOL Scarlet 4440 (BASF); Bon Red C (Dominion Color Company); ORACET Pink RF (BASF); PALIOGEN Red 3871 K (BASF); SUNFAST Blue 15:3 (Sun Chemical); PALIOGEN Red 3340 (BASF); SUNFAST Carbazole Violet 23 (Sun Chemical); LITHOL Fast Scarlet 14300 (BASF); SUNBRITE Yellow 17 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue 16900, 17020 (BASF); SUNBRITE Yellow 74 (Sun Chemical); SPECTRA PAC C Orange 16 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue K6902, K6910 (BASF); SUNFAST Magenta 122 (Sun Chemical); HELIOGEN Blue D6840, D7080 (BASF); Sudan Blue OS (BASF); NEOPEN Blue FF4012 (BASF); PV Fast Blue B2GO1 (Clariant); IRGALITE Blue GLO (BASF); PALIOGEN Blue 6470 (BASF); Sudan Orange G (Aldrich); Sudan Orange 220 (BASF); PALIOGEN Orange 3040 (BASF); PALIOGEN Yellow 152, 1560 (BASF); LITHOL Fast Yellow 0991 K (BASF); PALIOTOL Yellow 1840 (BASF); NOVOPERM Yellow FGL (Clariant); Ink Jet Yellow 4G VP2532 (Clariant); Toner Yellow HG (Clariant); Lumogen Yellow D0790 (BASF); Suco-Yellow L1250 (BASF); Suco-Yellow D1355 (BASF); Suco Fast Yellow D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM Pink E 02 (Clariant); Hansa Brilliant Yellow 5GX03 (Clariant); Permanent Yellow GRL 02 (Clariant); Permanent Rubine L6B 05 (Clariant); FANAL Pink D4830 (BASF); CINQUASIA Magenta (DU PONT); PALIOGEN Black 10084 (BASF); Pigment Black K801 (BASF); und Kohleschwarzfarben wie REGAL 330^TM (Cabot), Nipex 150 (Evonik) Carbon Black 5250 und Carbon Black 5750 (Columbia Chemical) ebenso wie deren Mischungen.

Pigmentdispersionen in den Phasenwechselmaterialien können durch Synergiste und Dispergierungsmittel stabilisiert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Pigment durch ein auf Amin basierendes Dispergierungsmittel stabilisiert werden, das im US-Patent Nr. 7,973,186 beschrieben ist. In bestimmten Ausführungsformen weist das auf Amin basierende Dispergierungsmittel eine Struktur der Formel II auf: worin x von etwa 1 bis etwa 10 ist und y von etwa 10 bis etwa 10.000 ist. In bestimmten Ausführungsformen ist x von etwa 2 bis etwa 8 oder von etwa 3 bis etwa 5. In bestimmten Ausführungsformen ist y von etwa 5 bis etwa 20 oder von etwa 9 bis etwa 14. In einer spezifischen Ausführungsform weist das auf Amin basierende Dispergierungsmittel die folgende Struktur auf: worin y von etwa 9 bis etwa 14 ist (Verbindung A).

Das Dispergierungsmittel in dem Pigmentkonzentrat kann in einer Menge etwa 2 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent, von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 35 Gewichtsprozent oder von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Pigmentkonzentrats, vorhanden sein.

Generell können geeignete Pigmente organische Materialien oder anorganisch sein. Auf magnetischem Material basierende Pigmente sind ebenfalls geeignet. Magnetische Pigmente beinhalten magnetische Nanopartikel, beispielsweise ferromagnetische Nanopartikel.

Ebenfalls geeignet sind die Farbmittel, die im US-Patent Nr. 6,472,523 , U.S. Pat. Nr. 6,726,755 , U.S. Pat. Nr. 6,476,219 , U.S. Pat. Nr. 6,576,747 , U.S. Pat. Nr. 6,713,614 , U.S. Pat. Nr. 6,663,703 , U.S. Pat. Nr. 6,755,902 , U.S. Pat. Nr. 6,590,082 , U.S. Pat. Nr. 6,696,552 , U.S. Pat. Nr. 6,576,748 , U.S. Pat. Nr. 6,646,111 , U.S. Pat. Nr. 6,673,139 , U.S. Pat. Nr. 6,958,406 , U.S. Pat. Nr. 6,821,327 , U.S. Pat. Nr. 7,053,227 , U.S. Pat. Nr. 7,381,831 und US-Pat. Nr. 7.427.323 offenbart sind.

In Ausführungsformen werden Solvent- bzw. nicht-wasserlösliche Farbstoffe verwendet. Ein Beispiel für einen nicht-wasserlöslichen Farbstoff, der hierin verwendet werden kann, kann spirituslösliche Farbstoffe beinhalten, und zwar wegen ihrer Verträglichkeit mit den hierin offenbarten Trägern. Beispiele für geeignete spirituslöslichen Farbstoffe sind unter anderem Neozapon Red 492 (BASF); Orasol Red G (Pylam Products); Direct Brilliant Pink B (Global Colors); Aizen Spilon Red C-BH (Hodogaya Chemical); Kayanol Red 3BL (Nippon Kayaku); Spirit Fast Yellow 3G; Aizen Spilon Yellow C-GNH (Hodogaya Chemical); Cartasol Brilliant Yellow 4GF (Clariant); Pergasol Yellow 5RA EX (Classic Dyestuffs); Orasol Black RLI (BASF); Orasol Blue GN (Pylam Products); Savinyl Black RLS (Clariant); Morfast Black 101 (Rohm and Haas); Thermoplast Blue 670 (BASF); Savinyl Blue GLS (Sandoz); Luxol Fast Blue MBSN (Pylam); Sevron Blue 5GMF (Classic Dyestuffs); Basacid Blue 750 (BASF); Keyplast Blue (Keystone Aniline Corporation); Neozapon Black X51 (C. I. Solvent Black, C. I. 12195) (BASF); Sudan Blue 670 (C. I. 61554) (BASF); Sudan Yellow 146 (C. I. 12700) (BASF); Sudan Red 462 (C. I. 260501) (BASF) und deren Mischungen.

Das Farbmittel kann in jeder gewünschten oder wirksamen Menge in dem Phasenwechselmaterial enthalten sein, um die gewünschte Farbe oder den gewünschten Farbton zu erhalten, beispielsweise mindestens von etwa 0,1 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials bis etwa 50 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials, mindestens von etwa 0,2 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials bis etwa 20 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials und mindestens von etwa 0,5 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials bis etwa 10 Gewichtsprozent des Phasenwechselmaterials.

Das Phasenwechselmaterial kann auf jede gewünschte oder geeignete Weise hergestellt werden. Zum Beispiel können die einzelnen Komponenten des Phasenwechselmaterials zusammengemischt werden, gefolgt von Erwärmen der Mischung auf mindestens ihren Schmelzpunkt, beispielsweise von etwa 60°C bis etwa 150°C, 80°C bis etwa 145°C und 85°C bis etwa 140°C. Das Farbmittel kann zugesetzt werden, bevor die Grundbestandteile erwärmt worden sind oder nachdem die Grundbestandteile erwärmt worden sind. Wenn es sich bei den ausgewählten Farbmitteln um Pigmente handelt, kann die geschmolzene Mischung einem Mahlen in einem Attritor oder einer Medienmühle unterzogen werden, um eine Dispergierung des Pigments im Träger zu bewirken. Die erwärmte Mischung wird dann für etwa 5 Sekunden bis etwa 30 Minuten oder länger gerührt, um eine im Wesentlichen homogene, gleichförmige Schmelze zu erhalten, gefolgt von einer Abkühlung des Phasenwechselmaterials auf Umgebungstemperatur (in der Regel von etwa 20°C bis etwa 25°C). Die Phasenwechselmaterialien sind bei Umgebungstemperatur fest. Die Phasenwechselmaterialien der vorliegenden Ausführungsformen verwenden eine thermische Stereolithographie, um dreidimensionale Objekte zu bilden. Das Verfahren kann einen Tintenstrahldruckkopf verwenden. In den vorliegenden Ausführungsformen umfasst das Verfahren die Bereitstellung eines Phasenwechselmaterials wie hierin beschrieben. Das Phasenwechselmaterial wird auf eine Temperatur erwärmt, die das Phasenwechselmaterial zu einer Flüssigkeit schmilzt, so dass es ausgestoßen werden kann oder eine Viskosität von etwa 1 bis etwa 22 cps aufweist. In Ausführungsformen beträgt die Ausstoßtemperatur mindestens 140°C oder etwa 110 bis etwa 135°C oder etwa 115 bis etwa 130°C. Sobald das Phasenwechselmaterial ausgestoßen werden kann, stößt das Verfahren das Phasenwechselmaterial selektiv in Schichten aus. Zum Beispiel wird das Phasenwechselmaterial ausgestoßen, um eine erste Schicht zu bilden. Die erste Schicht kann auf einem Substrat ausgebildet werden. Man lässt die erste Schicht abkühlen und erstarren. Wie oben beschrieben erreicht das Phasenwechselmaterial eine feste Form mit einer Viskosität über 1 × 10⁶ cps innerhalb eines Zeitraums von etwa 1 bis etwa 10 Sekunden oder von etwa 1 bis etwa 8 Sekunden nach dem Abkühlen. Sobald es erstarrt ist, werden folgende Schichten auf die erste Schicht aufgebracht, wobei jede Schicht abkühlen und erstarren gelassen wird, bevor die nächste Schicht ausgestoßen wird, wodurch das dreidimensionale Objekt gebildet wird. In Ausführungsformen wird die ausgestoßene Schicht auf etwa 115 bis etwa 75° abkühlen gelassen, bevor die folgende Schicht ausgestoßen wird. Bei der Ausbildung nicht-planer Schichten kann auch ein Stützmaterial verwendet werden, um die Lücken zu füllen, während die nicht-planen Schichten gebildet werden, um die Schichten zu stützen, während sie ausgebildet werden. Das Stützmaterial wird danach am Ende des Verfahrens von der Endstruktur entfernt. In Ausführungsformen kann das Stützmaterial Materialien umfassen, die einen Schmelzpunkt aufweisen, der mindestens 20 bis 30°C niedriger ist als der Schmelzpunkt des Phasenwechselmaterials. Beispiele für geeignete Stützmaterialien sind unter anderem Stearinsäure, Stearylalkohol, Bienenwachs, Carnubawachs, Kesterwachs K-82H, Kesterwachs K-60P, Kesterwachs K-82P, Kesterwachs K-72 und alle Wachse mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 110°C.

Die hierin beschriebenen Phasenwechselmaterialien sind in den folgenden Beispielen näher dargestellt. Alle Teile und Prozentsätze sind auf das Gewicht bezogen, solange nichts anderes angegeben ist.

Die hierin angegebenen Beispiele dienen der Veranschaulichung verschiedener Zusammensetzungen und Konditionen, die bei der Praktizierung der vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden können. Alle Anteile sind auf das Gewicht bezogen, solange nichts anderes angegeben ist. Es liegt jedoch auf der Hand, dass die vorliegenden Ausführungsformen mit vielen Arten von Zusammensetzungen in die Praxis umgesetzt werden können und viele verschiedene Anwendungsmöglichkeiten gemäß der obigen Offenbarung und wie im Folgenden ausgeführt haben können.

Beispiel 1

Herstellung des Phasenwechselmaterials

Biologisch erneuerbare amorphe und kristalline Materialien wurden entweder synthetisiert oder gekauft, wenn sie im Handel erhältlich waren. Mehrere Phasenwechselmaterialien wurden durch Schmelzmischen von amorphen und kristallinen Verbindungen und anderen Komponenten formuliert, wie in Tabelle 4 dargestellt.

Um ein wirksames Ausstoßen zu ermöglichen, müssen die Phasenwechselformulierungen in der Schmelze homogen sein. Daher müssen die amorphen und kristallinen Materialien mischbar sein, wenn sie geschmolzen sind, und die kristalline Verbindung darf sich nicht in ihre Phasen auftrennen, wenn sie über längere Zeit bei der Ausstoßtemperatur stehen gelassen wird. Tabelle 4. Nachhaltige Phasenwechselmaterialien *Der Gehalt an biologisch erneuerbaren Inhaltsstoffen wird als Gewichtsprozentanteil von biobasierten Materialien am Gesamtgewicht des Phasenwechselmaterials berechnet.
**Rheologieprofile für die obigen Formulierungen für die drei Phasenwechselmaterialien sind in 2 dargestellt.

Beispiel 2

Ein Block von 2 × 2 cm wird durch Ausstoßen von Phasenwechselmaterial 1 von Beispiel 1 in einem randomisierten Muster (Schicht an Schicht) auf Xerox Durapaper^®-Papier unter Verwendung eines Xerox Phaser^® 8400 Festtintendruckers, der bei 124°C ausstößt, erhalten. Ungefähr 100 Schichten werden gedruckt, was eine fertige Dicke von ungefähr 1 mm ergibt. Die Wartezeit zwischen dem Drucken der einzelnen Schichten beträgt etwa 2 Sekunden. Der Druckkopf wird bewegt, während sich das Bild aufbaut, um einen konstanten Abstand zwischen dem Block und dem Druckkopf aufrechtzuerhalten. Der Block, der eine gute strukturelle Integrität aufweist, wird nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur von dem Substrat abgezogen. Der resultierende dünne Block kann auf normale Weise gehandhabt werden und zeigte eine gute Bruchfestigkeit, wodurch er die Eignung des Phasenwechselmaterials 1 für eine Reihe von Anwendungen demonstrierte. Es wird erwartet, dass komplexere Strukturen auf die gleiche Weise gedruckt werden können, um Form- oder funktionale Objekte zu erzeugen.

Beispiel 3

Ein Block von 2 × 2 cm wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 gedruckt, außer dass das Phasenwechselmaterial 2 von Beispiel 1 verwendet und bei 120°C ausgestoßen wird.

Beispiel 4

Ein Block von 2 × 2 cm wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 gedruckt, außer dass das Phasenwechselmaterial 3 von Beispiel 1 verwendet und bei 120°C ausgestoßen wird.

Aufgrund der obigen Eigenschaften wird erwartet, dass die Materialien der vorliegenden Ausführungsformen robustere Strukturen liefern als bisher durch dreidimensionales Drucken erreicht werden konnten.

Die Ansprüche, seien sie wie ursprünglich vorgelegt oder seien sie geändert, umfassen Variationen, Alternativen, Modifikationen, Verbesserungen, Äquivalente und weitgehende Äquivalente der hierin offenbarten Ausführungsformen und Lehren, einschließlich solcher, die derzeit weder vorhersehbar sind noch in Betracht gezogen werden, und die von Anmeldern/Patentinhabern oder anderen kommen können. Solange dies in einem Anspruch nicht ausdrücklich angegeben ist, sollte weder aus der Beschreibung noch aus irgendwelchen anderen Ansprüchen geschlossen oder übernommen werden, dass Schritte oder Komponenten von Ansprüchen eine bestimmte Reihenfolge, Anzahl, Position, Größe oder Form oder einen bestimmten Winkel oder eine bestimmte Farbe oder ein bestimmtes Material aufweisen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

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