通过承载体利用进料的三维制造的方法和设备技术

形成三维物体的方法，通过以下实施：(a)提供承载体和构建板，所述构建板包含半渗透性元件，所述半渗透性元件包含构建表面，其中所述构建表面和所述承载体限定它们之间的构建区域，和所述构建表面通过半渗透性元件与聚合抑制剂来源流体连通；(b)用可聚合液体填充所述构建区域，所述可聚合液体与所述构建表面接触；(c)通过所述构建板照射所述构建区域以在所述构建区域内产生固体聚合区域，同时形成或保持在所述固体聚合区域和所述构建表面之间形成的由可聚合液体组成的液膜脱离层，通过所述聚合抑制剂抑制该液膜的聚合；和(d)将附着有聚合区域的承载体提升远离所述构建板上的构建表面，以产生在所述聚合区域和所述构建表面之间的后续构建区域；(e)其中所述承载体具有形成在其中的至少一个通道，和通过将可聚合液体通过至少一个通道通入或压入构建区域来实施填充步骤。也描述了用于实施所述方法的设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请主张共同拥有的以下专利申请的权益：2013年12月23日提交的US临时专利申请序号61/919,903（案件号1151-3PR2)；2013年8月14日提交的61/865,841(案件号1151-3PR)和2013年2月12日提交的61/763,746(案件号1151-2PR)，其公开内容通过引用以其全文并入本文。专利
本专利技术涉及由液体可聚合材料制造固体三维物体的方法和设备。专利技术背景在常规添加剂或三维制造技术中，三维物体的构造以步进式或逐层式进行。特别地，在可见或UV光照射作用下，通过可光固化树脂的固化进行层形成。已知两种技术：一种为新层形成在增长物体的上表面；另一种为新层形成在增长物体的下表面。如果新层形成在增长物体的上表面，则在每个照射步骤之后，使构造中的物体降低进入树脂“池”，树脂新层涂覆在顶上，并进行新的照射步骤。这种技术的早期实例给出于Hull，美国专利号5,236,637，图3。这些“自上而下”技术的缺点是需要将增长物体浸没在（可能是深的)液体树脂池中并重新组成液体树脂的精确覆盖层。如果新层形成在增长物体的底部，则在每个照射步骤之后，必须使构造中的物体从制造井的底板上分离。这种技术的早期实例给出于Hull，美国专利号5,236,637，图4。虽然这种“自下而上”的技术有可能消除对深井(将物体浸没在其中)的需要，取而代之的是将物体从相对浅的井或池中提升，但在商业实施时，利用这种“自下而上”的制造技术的问题在于，当从底板分离所述固化层时，由于它们之间的物理和化学相互作用，必须极为注意，且使用额外的机械元件。例如，在美国专利号7,438,846中，弹性隔离层用于实现在底部构造平面上固化材料的“非破坏性”分离。其它方法，例如B9CreationsofDeadwood，SouthDakota，USA销售的B9CreatorTM3D打印机，使用滑动构建板。参见例如M.Joyce，美国专利申请2013/0292862和Y.Chen等人的美国专利申请2013/0295212(两者都在2013年11月7日)；也参见Y.Pan等人，J.ManufacturingSci.andEng.，134，051011-1(2012年10月)。这些方法引入机械步骤，其可能使所述设备复杂化，减慢所述方法和/或可能使最终产品变形。生产三维物体的连续方法在美国专利号7,892,474中以一定篇幅在“自上而下”技术方面提出，但是该参考文献未解释它们可如何在“自下而上”系统中以对生产的制品非破坏性的方式实现。因此，需要替代方法和设备用于三维制造，其可消除在“自下而上”制造中对机械分离步骤的需要。专利技术概要本文描述用于三维物体的总体上连续生产的方法、系统和设备(包括相关的控制方法、系统和设备)。在这些方法、系统和设备中，由液体界面生产三维物体。因此，为方便起见且不是为了限制，它们有时称为“连续液体中间相打印”。示意图在本文的图1中给出。如下讨论，界面在相同可聚合液体的第一和第二层或区域之间。第一层或区域(有时也称为“死区”)包含聚合抑制剂(至少为抑制聚合的量)；在第二层或区域中，抑制剂已经消耗至基本不再抑制聚合的点(或已不再结合或渗透在其中)。第一和第二区域未形成彼此之间的严格的界面，而是有组成梯度，其还可描述为在它们之间形成与明显界面相对的中间相，因为所述相彼此可混溶，且还产生它们之间(也在制造的三维物体和通过其照射可聚合液体的构建表面之间)的聚合梯度(部分地或完全地重叠)。三维物体可由聚合梯度连续地制造、增长或生产(而不是逐层制造)。因此，可减少或消除在生产的物体上产生缺陷或切割线，这可发生在逐层技术中，例如Y.Pan等人或J.Joyce等人描述的(上述说明)。当然，当期望时，如下进一步讨论，可有意引入这种缺陷或切割线。在连续液体相界面打印的一些实施方案中，第一层或区域紧接地提供在构建板之上，或与构建板接触。构建板对于引发聚合的照射(例如，图案化照射)是透明，但是构建板优选对聚合抑制剂为半渗透性的并允许聚合抑制剂(例如，氧)部分或完全通过其中(例如，以便连续地将抑制剂进料至“死区”)。构建板优选为“固定的”或“不动的”，意思是其不需滑动、缩进、回弹等以产生分离或顺序步骤(如在逐层方法中)。当然，构建板在x和/或y方向的较小运动(不会过度地中断聚合梯度，但是仍允许液体界面的连续聚合)仍可适应一些实施方案，也如下论述。因此，本专利技术提供了形成三维物体的方法，其包含：提供承载体和具有构建表面的光学透明的元件，所述承载体和所述构建表面限定了它们之间的构建区域；用可聚合液体填充所述构建区域；通过所述光学透明元件照射所述构建区域以由所述可聚合液体形成固体聚合物，同时将所述承载体提升远离所述构建表面以由所述固体聚合物形成三维物体，还同时地，(i)连续保持可聚合液体的死区与所述构建表面接触，和(ii)连续保持在所述死区和所述固体聚合物之间的聚合区域梯度和它们的相互接触，所述聚合区域梯度包含部分固化形式的所述可聚合液体(例如，使得在所述三维物体中的固体聚合物层之间的缺陷或切割线形成减少)。在一些实施方案中，光学透明元件包含半渗透性元件，和通过将聚合抑制剂进料通过所述光学透明元件来实施所述连续保持死区，从而产生在所述死区内的抑制剂梯度和任选地所述聚合区域额梯度的至少一部分；在其它实施方案中，光学透明元件包含半渗透性元件，且经配置以包含足够量的抑制剂（或“池”)以连续保持死区足够的时间长度，以生产要制造的制品，在所述方法期间没有另外的抑制剂进料(在生产运行之间，该“池”可补充或再装入)。在一些实施方案中，光学透明元件由半渗透性含氟聚合物、刚性透气聚合物、多孔玻璃或它们的组合组成。在一些实施方案中，照射步骤用二维辐射图案投影在所述构建区域内实施，其中所述图案随时间变化，而所述同时提升步骤持续足够的时间以形成所述三维物体(即，在该时间期间，保持所述聚合区域梯度)。虽然死区和聚合区域梯度在它们之间不具有严格的边界(两者相会的那些位置)，在一些实施方案中，聚合区域梯度的厚度至少与死区的厚度一样大。因此，在一些实施方案中，死区具有0.01、0.1、1、2或10微米至100、200或400微米或更大的厚度，和/或所述聚合区域梯度和所述死区共同厚度为1或2微米至400、600或1000微米或更大。在一些实施方案中，聚合区域梯度保持(当聚合步骤持续时)的时间为至少5、10、15、20或30秒至5、10、15或20分钟或更多，或直到三维产品完成。所述方法还可包含中断所述聚合区域梯度的步骤，经过足以在所述三维物体中形成切割线的时间(例如，在有意切割的预定所需位置，或在所述物体中阻止切割或减少切割不重要的位置)，然后恢复所述聚合区域梯度(例如，通过暂停和继续提升步骤，增加然后减少照射强度，和它们的组合)。所述方法还可包含在将所述可聚合液体提供至构建区域和/或在构建区域内时加热所述可聚合液体(例如按在以下实例中给出的量)，以减少它们在构建区域内的粘度(例如，按在以下实例中给出的量)。可实施所述方法和执行所述设备，本文档来自技高网...

【技术保护点】
形成三维物体的方法，其包含以下步骤：(a) 提供承载体和构建板，所述构建板包含半渗透性元件，所述半渗透性元件包含构建表面，其中所述构建表面和所述承载体限定它们之间的构建区域，和其中所述构建表面通过所述半渗透性元件与聚合抑制剂来源流体连通；(b) 用可聚合液体填充所述构建区域，所述可聚合液体与所述构建表面接触；(c) 通过所述构建板照射所述构建区域以在所述构建区域内产生固体聚合区域，同时形成或保持在所述固体聚合区域和所述构建表面之间形成的由所述可聚合液体组成的液膜脱离层，通过所述聚合抑制剂抑制该液膜的聚合；和(d) 将附着有所述聚合区域的所述承载体提升远离所述构建板上的所述构建表面，以产生在所述聚合区域和所述构建表面之间的后续构建区域；(e) 其中所述承载体具有形成在其中的至少一个通道，和通过将所述可聚合液体通过所述至少一个通道通入或压入所述构建区域来实施所述填充步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.12 US 61/763746;2013.08.14 US 61/865841;201.形成三维物体的方法，其包含以下步骤：
(a)提供承载体和构建板，所述构建板包含半渗透性元件，所述半渗透性元件包含构建表面，其中所述构建表面和所述承载体限定它们之间的构建区域，和其中所述构建表面通过所述半渗透性元件与聚合抑制剂来源流体连通；
(b)用可聚合液体填充所述构建区域，所述可聚合液体与所述构建表面接触；
(c)通过所述构建板照射所述构建区域以在所述构建区域内产生固体聚合区域，同时形成或保持在所述固体聚合区域和所述构建表面之间形成的由所述可聚合液体组成的液膜脱离层，通过所述聚合抑制剂抑制该液膜的聚合；和
(d)将附着有所述聚合区域的所述承载体提升远离所述构建板上的所述构建表面，以产生在所述聚合区域和所述构建表面之间的后续构建区域；
(e)其中所述承载体具有形成在其中的至少一个通道，和通过将所述可聚合液体通过所述至少一个通道通入或压入所述构建区域来实施所述填充步骤。
2.权利要求1的方法，其中所述承载体具有在其中形成的多个通道，和其中将不同的可聚合液体压入通过所述多个通道的不同通道。
3.权利要求1或2的方法，其进一步包含同时形成与所述物体分开的至少一个或多个外部进料导管，所述至少一个进料导管各自与所述承载体内的通道流体连通，以将至少一种或多种不同的可聚合液体从所述承载体供应至所述构建区域。
4.前述权利要求任一项的方法，其进一步包含：
(e)连续和/或重复步骤(b)至(e)以产生附着在先前的聚合区域的后续聚合区域，直到彼此附着的聚合区域的连续或重复沉积形成所述三维物体。
5.权利要求4的方法，其中步骤(b)至(e)同时实施。
6.前述权利要求任一项的方法，其中所述构建板是基本上固定的或不动的。
7.前述权利要求任一项的方法，其中所述聚合抑制剂来源为在所述半渗透性元件内的聚合抑制剂储器。
8.权利要求1-6任一项的方法，其中所述半渗透性元件还包含与所述构建表面分开的进料表面。
9.权利要求8的方法，其中所述进料表面与聚合抑制剂流体接触，以便提供所述聚合抑制剂来源。
10.前述权利要求任一项的方法，其进一步包含加热所述可聚合液体以减少它们在所述构建区域内的粘度。
11.权利要求1-9任一项的方法，其进一步包含在所述构建区域内冷却所述可聚合液体以消散通过聚合反应产生的热量。
12.前述权利要求任一项的方法，其中所述提升步骤在至少0.1、1、10、100或1000微米/秒的累积率下实施。
13.前述权利要求任一项的方法，其中将过量的可聚合液体供应至所述构建区域，由此移除或排出以冷却所述构建区域，然后任选地再循环回到所述构建区域。
14.前述权利要求任一项的方法，其中所述提升步骤通过从所述构建表面垂直地提升所述承载体来实施。
15.权利要求8或从属于权利要求8的权利要求9-14任一项的方法，其中：所述半渗透性元件包含上表面部分、下表面部分和侧表面部分；所述构建表面在所述上表面部分上；和所述进料表面在所述上表面部分、所述下表面部分和所述侧表面部分的至少之一上。
16.前述权利要求任一项的方法，其中所述半渗透性元件具有0.1或1毫米-10或100毫米的厚度；和/或
其中所述半渗透性元件具有至少7.5x10-17m2s-1Pa-1(10巴)的氧渗透率；和/或
其中所述半渗透性元件由半渗透性含氟聚合物、刚性透气聚合物、多孔玻璃或它们的组合形成。
17.前述权利要求任一项的方法，其中所述照射步骤用光化辐射实施。
18.前述权利要求任一项的方法，其中所述承载体在其上具有可溶性牺牲层，和所述三维物体在所述可溶性牺牲层上形成。
19.前述权利要求任一项的方法，其中：所述构建区域的总表面积占所述构建表面总表面积的至少70%；和/或
其中所述承载体和物体在任何方向的横向运动不超过所述构建区域在相应方向宽度的30%。
20.前述权利要求任一项的方法，其中所述可聚合液体包含自由基可聚合液体和所述抑制剂包含氧。
21.权利要求1-19任一项的方法，其中所述可聚合液体包含酸催化或...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM德西蒙，A埃尔莫什金，N埃尔莫什金，ET萨穆尔斯基，
申请(专利权)人：卡本桑迪有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US