增材制造可剥离的牺牲结构的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种增材制造一个三维的物体(210)的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体(212)，按照与所述物体(210)的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，(ii)一牺牲结构(220)，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体(214)，以及(iii)多个中间层的一堆叠体(216)，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且位于所述多个模型层的堆叠体(212)与所述牺牲结构(220)之间；以及向所述牺牲结构(220)施加一剥离力(218)以去除所述牺牲结构(220)，并暴露在所述牺牲结构(220)下方的所述多个模型层的堆叠体(212)及/或所述多个中间层的堆叠体(216)。

The method and system of additive manufacturing peelable sacrificial structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】增材制造可剥离的牺牲结构的方法及系统
本申请涉及2017年05月29日提交的美国临时专利申请第62/512,134号，所述申请又与专利国际申请第IL2017/050604号共同提交，所述专利国际申请第IL2017/050604号主张2016年5月29日提交的美国临时专利申请第62/342,970的优先权。所有上述文件所有的内容均通过引用其全文并入本文。
技术介绍
在一些实施例中，本专利技术涉及增材制造(additivemanufacturing,AM)，并且更具体地但非排他地涉及用于可剥离的牺牲结构的增材制造的方法及系统。增材制造(additivemanufacturing,AM)是一种可通过增材形成步骤直接从计算机数据中制造任意形状的结构的技术。任何AM系统的基本操作都包括将三维计算机模型切成薄截面，将结果转换为二维位置数据，以及将数据提供给控制设备，所述控制设备以分层的方式制造一三维结构。增材制造需要多种不同的制造方法，包括三维打印，例如三维喷墨打印、电子束熔化、光固化立体造型术、选择性激光烧结、层压物体制造、熔融沉积成型等等。三维打印过程，例如三维喷墨打印，通过逐层喷墨沉积来被执行。因此，自具有一组喷嘴的一分配头来分配建构材料，以将层沉积在支撑结构上。然后，取决于建构材料，可以使用合适的装置固化(cured)或固化(solidified)各层。各种三维打印技术存在并公开于例如美国专利第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、第7,500,846号及第9,031,680号，这些专利均由同一受让人转让，在此通过引用将其全文并入。典型的增材制造过程的建构材料包括一建模材料(modelmaterial)(也称为“建模材料(modelingmaterial)”)，其被沉积以产生所需的物体；以及一支撑材料(supportmaterial)(也称为“支撑材料(supportingmaterial)”)，其在建构期间为物体的特定区域提供临时支撑，并用于确保后续物体层的适当垂直放置。例如，在物体包括悬垂特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形状、负角、空隙等等，通常使用相邻的支撑结构来建构物体，所述支撑结构在打印期间使用，然后被移除以露出制成品的最终形状。去除支撑材料的已知方法包括水刀冲击、化学方法，例如溶解在溶剂中，通常与热处理结合。例如，对于水溶性支撑材料，将包括其支撑结构的经制造的物体浸入能够溶解支撑材料的水中。例如，在美国专利第6,228,923号、第7,255,825号、第7,479,510号、第7,183,335号及第6,569,373号中描述了用于AM的支撑材料，这些专利全部转让给本受让人，并且通过引用将其全文并入。转让给本受让人的美国专利第8,865,047号，并通过引用全文纳入本文，公开了一种构造支撑结构的方法，其中，所述支撑结构包括带，所述带与在三维物体中被设计成空的空间的一容积中的各层相交。通过在带上施加提升力，而将支撑结构自所述容积移除。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种增材制造一个三维物体的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间；以及向所述牺牲结构施加一剥离力(例如，在干燥环境中)以去除所述牺牲结构，并暴露在所述牺牲结构下方的所述多个模型层的堆叠体及/或所述多个中间层的堆叠体。根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种通过增材制造来制造一个三维物体的系统。所述系统包含：多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；一第二分配头，被配置为分配一弹性体材料；以及一第三分配头，被配置为分配一支撑材料，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料；一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化如上所述的所述多个层，并且可选地及优选地如以下进一步详细说明及示例。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构及所述多个中间层被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述多个模型层的至少两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上；并且所述基座、所述牺牲结构及所述多个中间层被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200微米(μm)至约300μm，更优选为自约210μm至约290μm，更优选为自约220μm至约280μm，例如约250μm。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTMD-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性至少为每米4千牛顿(kN)，一旦固化。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTMD-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性为自每米约4kN至每米约8kN，更优选为自每米约5kN至每米约7kN。根据本文描述的本专利技术的任何实施方案中的一些实施方案，所述剥离力的一大小为自约1N至约20N，例如约10N。根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种增材制造一个三维物体的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；以及(ii)一分层的牺牲结构，由交错的支撑材料的片及建模材料的片所形成；以及向所述牺牲结构施加一剥离力(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造一个三维的物体的方法，其特征在于，所述方法包含：/n依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；/n以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间；以及/n向所述牺牲结构施加一剥离力以去除所述牺牲结构，并暴露在所述牺牲结构下方的所述多个模型层的堆叠体及/或所述多个中间层的堆叠体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170529 US 62/512,1341.一种增材制造一个三维的物体的方法，其特征在于，所述方法包含：
依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；
以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间；以及
向所述牺牲结构施加一剥离力以去除所述牺牲结构，并暴露在所述牺牲结构下方的所述多个模型层的堆叠体及/或所述多个中间层的堆叠体。


2.一种计算机软件产品，其特征在于，所述计算机软件产品包含：一计算机可读介质，存储有多个程序指令，所述多个指令在被一增材制造系统的一计算机控制器读取时，使所述系统依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间。


3.一种通过增材制造来制造一个三维的物体的系统，其特征在于，所述系统包含：
多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；一第二分配头，被配置为分配一弹性体材料；以及一第三分配头，被配置为分配一支撑材料，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料；
一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及
一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由所述弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由所述支撑材料制成，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。


5.根据权利要求4所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构及所述多个中间层被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述多个模型层的至少两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。


7.根据权利要求6所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上；并且所述基座、所述牺牲结构及所述多个中间层被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200微米至约300微米。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的一最小厚度为自约500微米至约3毫米。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTMD-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性至少为每米4千牛顿，一旦固化。


11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTMD-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性为自每米约4千牛顿至每米约8千牛顿。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述剥离力的一大小为自约1牛顿至约20牛顿。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料是包括多个二氧化硅颗粒的一制剂。


14.如权利要求13所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂的特征为，在硬化时的一抗撕裂性比具有所述相同的弹性体材料但不含所述多个二氧化硅颗粒的一固化剂高至少每米0.5千牛顿。


15.根据权利要求13及14中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个二氧化硅颗粒的一平均粒径小于1微米。


16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一亲水性表面。


17.根据权利要求13至15中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一疏水性表面。


18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括多个官能化的二氧化硅颗粒。


19.根据权利要求18所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒被多个可固化的官能基官能化。


20.根据权利要求19所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述可固化的官能基包括多个(甲基)丙烯酸酯基。


21.根据权利要求18至20任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个二氧化硅颗粒在所述制剂中的一含量占所述制剂的总重量的重量百分比为自约1至约20、自约1至约15、或自约1至约10。


22.根据权利要求18至20任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料与所述多个二氧化硅颗粒的一重量比为自约30：1至约4：1。


23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料的一含量为占所述制剂的一总重量的至少40％，或者至多50％。


24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂包括一附加可固化的材料。


25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂包括一弹性体单官能可固化的材料、一弹性体多官能可固化的材料以及一附加单官能可固化的材料。


26.根据权利要求25所述的方法、计算机软件产品或系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尼夫·希特里特，爱德华多·纳帕丁斯基，
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