清洁组合物制造技术

本发明专利技术公开多种新颖的清洁组合物，可用于从通过3D喷墨印刷等积层制造所获得的一印刷物体除去一固化支撑材料。所述清洁组合物是含有两种碱性物质的一组合的含水碱性组合物，所述两种碱性物质为：一碱金属氢氧化物及一碱金属硅酸盐，分别具有一浓度不超过所述组合物的总重量的3重量百分比。所述清洁组合物的特征在于高及恒定的溶解速率，并且特别适用于除去包括多个交联聚合物链(如多个交联聚丙烯酸酯链)的一固化支撑材料。本发明专利技术还公开多种包含所述碱性物质的套组，及多种利用所述清洁组合物或套组制造三维模型物体的方法，以及一种由所述方法制造的三维模型物体。

Cleaning composition

The invention discloses a variety of novel cleaning compositions, which can be used for removing a solidified support material from a printed object obtained through 3D inkjet printing and other stacking fabrication. The cleaning composition is a combination of alkaline composition containing two kinds of alkaline substances, the two kinds of alkaline substances: alkali metal hydroxide and an alkali metal silicate, 3 weight percent respectively with a total weight of not more than the concentration of the composition. The cleaning composition is characterized by high and constant dissolution rate, and is especially suitable for removing a solidified support material including multiple cross-linked polymer chains, such as a plurality of cross-linked polyacrylate chains. The invention also discloses a plurality of sets containing the alkaline substances, and a plurality of methods for making three dimensional model objects by using the cleaning compositions or sleeves, and a three-dimensional model object made by the method.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】清洁组合物
及
技术介绍
本专利技术在其一些实施例中，是有关于积层制造(AM)，特别但不限于是有关于一种用于除去可用于积层制造的一固化支撑材料的多个制剂，也作为多个清洁组合物，以及用于制备多个所述清洁组合物的多个套组，以及使用其的积层制造方法。积层制造(AM)是通过积层形成步骤(积层制造，AM)直接从计算机数据制造任意形状结构的技术。任何积层制造系统的基本操作包括将一三维计算机模型切片成多个薄的横截面，将结果转换成二维位置数据并将所述数据提供给以一分层方式制造一三维结构的控制设备。积层制造需要许多不同的制造方法，包括三维印刷，如3D喷墨打印、电子束熔化、立体光刻、选择性激光烧结、层压物体制造、熔融沈积建模等。三维(3D)印刷工艺(例如3D喷墨打印)通过多个建构材料的逐层喷墨沉积来执行。因此，一建构材料从具有一组多个喷嘴的喷头分配，以将多个层沉积在一支撑结构上。视建构材料而定，然后可以使用一合适的装置使多个层被固化或固体化。各种三维印刷技术存在并被公开在例如美国专利公告第6,259,962号、第6,569,373号、第6,658,314号、第6,850,334号、第6,863,859号、第7,183,335号、第7,209,797号、第7,225,045号、第,7,300,619号和第7,500,846号以及美国专利申请公开第20130073068号，全部为同一个申请人。在积层制造(AM)过程中，所述建构材料可以包括“模型材料”(也称为“物体材料”或“制模材料”)，其被沉积以产生期望的模型物体，并且经常使用另一种材料(“支撑材料”或“支承材料”)来为模型物体在建造时提供临时支撑。另一种材料在本文中被称为“支撑材料”或“支承材料”，并用于在建构中支撑物体的特定区域并确保后续多个物体层能够垂直放置。例如，在模型物体包括悬垂的特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形状、负角、空隙等等，物体通常使用相邻的支撑构造来建构，所述相邻的支撑构造在印刷期间被使用，并且随后被移除以显示所制造的模型物体的最终形状。制模材料和支撑材料最初可以是液体并随后硬化以形成所需的层形状。硬化过程可以通过多种方法进行，例如UV固化、相变、结晶、干燥等。在所有情况下，支撑材料都沉积在制模材料附近，使得可能形成复杂的物体几何形状和填充物体空隙。在这种情况下，去除硬化的支撑材料可能是困难且耗时的，并且可能损坏形成的最终物体。当使用目前可用的商业喷头如喷墨印刷头时，在加工即喷射温度下，支撑材料应该具有相对低的粘度(约10-20cPs)，以使其能够被喷射。此外，支撑材料应该快速硬化以允许构建之后的多个层。此外，硬化的支撑材料应该具有足够的机械强度来固定模型材料，并且具有低的形变以避免几何缺陷。现有的用于去除支撑材料的方法包括机械冲击(由工具或水喷射施加)以及化学方法，例如在加热或不加热的情况下在溶剂中溶解。机械方法是劳动密集型的，并且常常不适用于小的复杂部件，因此经常使用化学溶解方法。为了溶解支撑材料，通常将制造的物体浸入水中或能够溶解支撑材料的溶剂中。用于溶解支撑材料的溶液在本文中也称为“清洁溶液”或“清洁组合物”。然而，在很多情况下，支撑材料去除过程可能涉及危险材料、手工及/或需要训练有素的人员的专用设备、防护服和昂贵的废物处理。再者，溶解过程通常受扩散动力学的限制，并且可能需要非常长的时间，特别是当支撑结构庞大且厚重时。另外，后期处理可能需要去除模型物体表面上的“混合层”的痕迹。本文所用术语“混合层”指的是混合的硬化模型材料和支撑材料的一残余层，其形成在物体的表面上的两种材料之间的交界处，通过在两种材料之间的界面处的模型材料和支撑材料彼此混合而被制造。更进一步地，在某些情况下观察到清洁溶液的“饱和”，需要一过程反复引入新鲜批次的清洁溶液。此外，在支撑材料去除期间需要高温的方法可能是有问题的，因为存在对温度敏感的模型材料，例如蜡和某些弹性材料。用于去除支撑材料的机械方法和溶解方法在主要考虑因素是易用性、清洁性和环境安全性的办公室环境中尤其会成为问题。现有技术已经描述了用于3D建构物的水溶性材料。例如，美国专利第6,228,923号描述了一种水溶性热塑性聚合物-聚(2-乙基-2-恶唑啉)-作为三维构建过程中的支撑材料，其有关于在高压及高温下将选定材料的博带挤出到板上。适用于支撑3D物体的水溶性组合物也被公开，例如，为同一个申请人的美国专利第7,479,510号，第7,183,335号和第6,569,373号。一般而言，专利中公开的这些组合物包含至少一种UV可固化(反应性)组分，例如丙烯酸组分，至少一种非UV可固化组分，例如多元醇或二醇组分，和光引发剂。照射后，这些组合物提供了能够暴露于水、碱性或酸性溶液或水洗涤剂溶液时溶解或溶出的半固体或凝胶状材料。使用这种可溶性支撑材料的3D打印方法学也被称为“可溶性支撑技术”或“SST”，支撑材料配方通常被称为“可溶性支撑材料”或“可溶性支撑材料配方”。一可溶性支撑材料被要求在水溶液中具有足够的溶解度，以便在相对较短的时间内去除，同时使用非危险的清洁溶液，同时显示出在积层制造过程中足以支撑印刷物体的机械性能。除了溶出之外，这种支撑材料的另一个特征是暴露在水中、碱性或酸性溶液或水洗涤剂溶液时分解的能力，因为支撑材料是由亲水性组分制成的。在溶出过程中，内部力导致固化的支撑物的断裂和破裂。另外，支撑材料可以包含一种暴露于水时释放气泡的一物质，例如碳酸氢钠，其与酸性溶液接触时转化成二氧化碳。气泡有助于从模型中去除支撑物。一些洗涤剂组合物，由Alconox、Detergents制造，包含碱性物质的多种组合。这些洗涤剂组合物由制造商指出用于各种生物技术、实验室、电子、清洁和其他应用，不包括积层制造或任何其他印刷工艺。
技术实现思路
对用于去除在积层制造工艺如3D喷墨印刷中获得的硬化(例如固化)的支撑材料的改进方法存在未被满足的需求。本专利技术人现在已经设计并成功地实施了一种新颖的清洁溶液，其从印刷物体有效地去除了硬化的支撑材料。所设计的清洁溶液是一种碱性清洁溶液，其取代了目前使用的碱性清洁溶液，目前使用的碱性清洁溶液特征为溶解速率差及/或达到饱和的溶解曲线(当使用普通清洁溶液时)，并且经常需要由一批新鲜的清洁溶液重复更换清洁溶液。本文公开的所述清洁溶液特别适用于去除可溶于浓碱溶液中的固化的支撑材料，例如3重量百分比或更多的碱性氢氧化物，例如氢氧化钠及/或氢氧化钾。通常，可溶于碱性溶液的固化支撑材料的溶解速率较低，特别是溶解速率的特征在于饱和曲线。由于支撑材料的溶解导致目前使用的碱性清洁溶液的饱和度经常需要用新批次替换一批清洁溶液，以便在合理的时间内实现支撑材料的完全溶解。本文公开的清洁溶液包含多个碱性物质，其相较于溶解某种固化的支撑材料所需的浓度有更低的一浓度，并且值得注意地导致固化的支撑材料基本上恒定的溶解速率，其特征在于基本上是非饱和曲线。例如参见图1。本文公开的清洁溶液包含碱金属氢氧化物和另外具有缓冲能力的碱性试剂(例如洗涤剂)，例如碱金属硅酸盐如偏硅酸钠。根据本专利技术一些实施例的一目的，提供了一种清洁组合物，用于从通过一积层制造所获得的一印刷物体中去除一固化支撑材料，其特征在于，所述组合物包含：一碱金属氢氧化物、一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种清洁组合物，用于从通过一积层制造所获得的一印刷物体中去除一固化支撑材料，其特征在于，所述组合物包含：一碱金属氢氧化物、一碱金属硅酸盐以及水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.14 US 62/205,010;2015.08.14 US 62/205,0091.一种清洁组合物，用于从通过一积层制造所获得的一印刷物体中去除一固化支撑材料，其特征在于，所述组合物包含：一碱金属氢氧化物、一碱金属硅酸盐以及水。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物是氢氧化钠。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐是偏硅酸钠。4.如权利要求3所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐是偏硅酸钠。5.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐的一浓度低于所述组合物的总重量的5重量百分比，或者低于4重量百分比，或者低于3重量百分比。6.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物及所述碱金属硅酸盐的一总浓度低于所述组合物的总重量的10重量百分比，或低于8重量百分比，或低于6重量百分比，或低于5重量百分比，或低于4重量百分比。7.如权利要求5所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物及所述碱金属硅酸盐的一总浓度低于所述组合物的总重量的10重量百分比，或低于8重量百分比，或低于6重量百分比，或低于5重量百分比，或低于4重量百分比。8.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物的一浓度范围为所述组合物的总重量的1至3重量百分比。9.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐的一浓度范围为所述组合物的总重量的1至3重量百分比。10.如权利要求8所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐的一浓度范围为所述组合物的总重量的1至3重量百分比。11.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物的一浓度范围为所述组合物的总重量的1至3重量百分比，以及所述碱金属硅酸盐的一浓度范围为所述组合物的总重量的1至3重量百分比。12.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属氢氧化物的一浓度为所述组合物的总重量的2重量百分比。13.如权利要求1至4任一项所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐的一浓度为所述组合物的总重量的1重量百分比。14.如权利要求12所述的组合物，其特征在于：所述碱金属硅酸盐的一浓度为所述组合物的总重量的1重量百分比。15.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马里亚纳·博拉斯，
申请(专利权)人：斯特拉塔西斯公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL