包含含着色剂的固体构筑油墨的3D打印系统技术方案

本发明专利技术提供了一种彩色三维(3D)打印系统，其包括(1)针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含(a)量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯，(b)量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡，(c)量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡，(d)光引发剂，和(e)着色剂；每一固体构筑油墨具有由非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的初始固化速度和最终硬度对于多种颜色中的每一种来说大约相同，和(2)包含每一构筑油墨中使用的非可固化蜡的支承材料，所述支承材料为每一构筑油墨的沉积提供支架。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及三维打印。特别地，本专利技术涉及采用能够携带不同着色剂的UV可固化固体油墨的三维打印。
技术介绍
三维(3D)打印机在家庭和专业应用中正越来越流行。使用3D打印机有许多优点，包括更快、更经济且高吞吐量的原型评价。目前，3D打印机为用于专业用途的选择性沉积建模提供了若干解决方案。典型的打印系统经由喷墨向非可固化蜡载体施加UV可固化热熔材料。每一层，通常尺寸为微米级，在沉积后固化。当制造完成时，洗去、熔化或吹走支承材料，具体取决于其组成，从而留下3D制造物。UV可固化材料可以广泛的物理特性(例如，拉伸强度、拉伸模量、挠曲强度等)但有限数量的颜色得到，并且由于不同的固化速率和最终固化硬度值可能排除具有多种颜色的制品的打印，故使用不同的颜色是一个特别的挑战。
技术实现思路
在一些方面，本文的实施例提供了彩色三维(3D)打印系统，其包括(1)针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含(a)量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯，(b)量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡，(c)量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡，(d)光引发剂，和(e)着色剂，其中每一固体构筑油墨具有由非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的初始固化速度和最终硬度对于多种颜色中的每一种来说大约相同，和(2)包含每一构筑油墨中使用的非可固化蜡的支承材料，所述支承材料为每一构筑油墨的沉积提供支架。在一些方面，本文的实施例提供了彩色3D打印三维制品的方法，其包括(1)提供针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑/>油墨包含(a)量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯，(b)量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡，(c)量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡，(d)光引发剂，和(e)着色剂，其中每一固体构筑油墨具有由非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的固化速度和最终硬度对于多种颜色中的每一种来说大约相同，(2)提供包含每一构筑油墨中使用的非可固化蜡的支承材料，所述支承材料，如受三维制品的几何形状决定，为至少一个固体构筑油墨层的沉积提供一个或多个支架层，(3)以多个构筑油墨层沉积一种或多种固体构筑油墨以在承印物上形成三维制品，所述多个构筑油墨层中的每一个沉积的构筑油墨层设置于(a)承印物、(b)前一固体构筑油墨层的一部分、(c)一个或多个支架层的一部分或(d)它们的组合上，(4)在一个或多个支架层中沉积支承材料，每一个沉积的支架层设置于(a)承印物、(b)前一固体构筑油墨层的一部分、(c)一个或多个支架层的一部分或(d)它们的组合上，和(5)固化所述多个构筑油墨层中的每一个以形成三维制品。在一些方面，本文的实施例提供了用于彩色三维打印中的固体构筑油墨套装，所述固体构筑油墨套装中的每一者包含量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯、量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡、量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡、光引发剂和着色剂，其中所述套装中的每一固体构筑油墨具有不同的着色剂并具有由非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的固化速度和最终硬度基本相同而与给定固体构筑油墨中的着色剂无关。附图说明以下结合附图来描述本专利技术的各种实施例，其中：图1示出了根据本文的实施例的示例性青色固体构筑油墨的复数粘度对温度曲线图。图2示出了图1的示例性固体构筑油墨在加入着色剂之前的固化曲线图。图3示出了根据本文的实施例的多种固体构筑油墨的初始斜率对初始硬度曲线图。具体实施方式本文的实施例提供了固体构筑油墨的套装用于三维打印中的条件。所述固体构筑油墨为UV可固化油墨(无液体组分)并易于定制为符合与当前的三维喷墨打印系统相容的规格。所述固体构筑油墨提供优于本领域已知的常规UV可固化构筑油墨的许多优点，所述常规油墨有例如基于氨酯树脂和蜡体系的那些，例如美国专利号7,378,460和6,841,589中所述。本文公开的固体构筑油墨为着色剂的易于引入而设计，以提供广泛的颜色和打印固化前厚度为约10微米直至约5mm的层的能力。特别地，所述固体构筑油墨在设计上是灵活的以考虑初始硬度和固化速率的差异，以便固体构筑油墨的套装的每一颜色可改变为与固化时间和最终硬度同步，从而避免不同颜色上不均匀的收缩和固化速率等潜在问题。在本文公开的选择性沉积方法中，可将可固化固体构筑油墨喷射到非可固化蜡支承材料上；任选地此非可固化蜡可为无光引发剂的可固化固体油墨的变型。虽然出于材料的经济性和方法学原因，通常支承蜡将为与配制固体构筑油墨所用相同的蜡，但没有它们得相同的严格要求。在每一次沉积后或者在多遍之后使每一层固化，或在一些实施例中，仅在已制造出整个三维物体后才进行固化。当制造完成时，可自3D制造物洗去、熔化或吹走支承材料，具体取决于支承材料的组成。当与喷射打印系统联合采用时，本文公开的UV可固化固体构筑油墨通常可具有以下性质：(1)它们是可喷射的，在约70℃和95℃之间的温度下粘度为约8至约16cps；(2)固化前在低于约30℃的温度下，它们为软固体；和(3)一旦暴露于UV辐照，它们即展示出高的固化速率。在实施例中，所有固体构筑油墨组分(即，单体、光引发剂等)在环境温度下均为固体。这些固体构筑油墨具有易于着色且其相变性质使得它们适于在包括多孔支承材料在内的实际上任何承印物上打印的附加优点。另外，如上面所提到，所述固体构筑油墨可一遍打印成所需的3D维度而无常规3D工艺中介于中间的打印/固化步骤。这些和其它优点对本领域技术人员将是显而易见的。在实施例中，提供了彩色3D打印系统，其包括针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含量为约55重量％至约95重量％的固体丙烯酸酯、量为约5重量％至约45重量％的非可固化蜡、量为约0.1重量％至约30重量％的可固化蜡、光引发剂和着色剂，其中每一固
体构筑油墨具有由非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的固化速度和最终硬度对于多种颜色中的每一种来说大约相同，所述系统还包括包含每一构筑油墨中使用的非可固化蜡的支承材料，所述支承材料为每一构筑油墨的沉积提供支架。所述支承材料通常经由沉积固体构筑油墨的相同打印机构建立。本专利技术的实施例为在三维打印中的应用提供了具有高反应性和极小收缩的低能量紫外(UV)可固化有色固体构筑油墨。这些固体构筑油墨可任选地含有胶凝剂添加剂并可配制为具有90℃下低于20cPs或者90℃下约20至约5cPs或者90℃下约15至约8cPs的粘度，和低于3％或者约1至约3％的收缩值。如本文所用，收缩值指自液态冷却时油墨的收缩。另外，这些油墨展示出远高于常规固体油墨如可自Xerox Corporation或Océ North America商购获得的那些的固化后硬度。这些固体构筑油墨还显示出固化速率和固化后最终硬度的可调性以及凝固时组分间改进的相容性。固化速率可通过绘制硬度值对暴露于UV光的持续时间(ft/s，英尺每秒)(Fusions UV掺杂汞D-灯泡，600W/em)的曲线并应用以下表达式来获得：y＝m1+m2·(1-exp(-m3·x))本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色三维(3D)打印系统，所述系统包括：针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含：量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯；量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡；量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡；光引发剂；和着色剂；其中每一固体构筑油墨具有由所述非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的初始固化速度和最终硬度对于所述多种颜色中的每一种来说大约相同；和包含每一构筑油墨中使用的所述非可固化蜡的支承材料，所述支承材料为每一构筑油墨的沉积提供支架。

【技术特征摘要】
2015.02.24 US 14/6306291.一种彩色三维(3D)打印系统，所述系统包括：针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含：量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯；量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡；量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡；光引发剂；和着色剂；其中每一固体构筑油墨具有由所述非可固化蜡相对于可固化蜡的比率调节的固化速度，以便每一固体构筑油墨的初始固化速度和最终硬度对于所述多种颜色中的每一种来说大约相同；和包含每一构筑油墨中使用的所述非可固化蜡的支承材料，所述支承材料为每一构筑油墨的沉积提供支架。2.根据权利要求1所述的系统，其中对于所述多种颜色中的每一种，每一固体构筑油墨具有不同的初始硬度。3.根据权利要求1所述的系统，其中每一构筑油墨的固化速度部分地独立于针对每一构筑油墨选择的光引发剂。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多种颜色包括青色、品红、黄色和黑色。5.根据权利要求1所述的系统，其中每一构筑油墨具有在约5至约60个单位的范围内的初始硬度。6.根据权利要求1所述的系统，其中每一构筑油墨具有在约25至约300的范围内的初始斜率，所述斜率对应于固化速度。7.一种彩色3D打印三维制品的方法，所述方法包括：提供针对多种颜色中的每一种的固体构筑油墨，每一固体构筑油墨包含：量为约40重量％至约70重量％的固体丙烯酸酯；量为约10重量％至约45重量％的非可固化蜡；量为约1重量％至约15重量％的可固化蜡；光引发剂；和着色剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·布莱顿，J·L·贝勒里伊，M·N·克雷蒂安，N·乔普拉，B·乔莎克瑞恩，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：美国;US