制造具有血管特性的物体的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种管状结构，由多种非生物建构材料配方积层制造，包括：一细长芯部；一壳体，封装所述芯部；以及一中间壳体，位于所述芯部和所述壳体之间。所述芯部、所述壳体和所述中间壳体中的每一个均由不同材料制成或由多种材料的不同组合制成，并且所述芯部和所述中间壳体两者都是可被去除的。积层制造所述管状结构可用于制造具有一血管的多种特性的一物体。

Methods and systems for making objects with vascular properties

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造具有血管特性的物体的方法和系统相关申请本申请主张于2017年6月28日提交的美国专利临时申请案申请号为62/538,015的优先权，所述临时申请案与下述美国专利临时申请案申请号为62/538,003、62/538,018、62/538,006以及62/538,026共同提出申请。上述申请的内容均通过引用并入本文作为参考，如同在此完整地完整阐述一样。
及
技术介绍
本专利技术在其一些实施例中，是有关于一物体的积层制造，特别但不限于是有关于一种通过积层制造制造具有血管特性的物体的方法和系统。积层制造通常是利用物体的计算器模型制造三维(3D)物体的过程。这种过程用于各种领域，例如用于可视化、演示和机械原型制作以及快速制造(RM)的设计相关领域。任何积层制造系统的基本操作包括将三维计算器模型切成薄的横截面，将结果转换成二维位置数据并将数据馈送到以分层方式制造三维结构的控制设备。积层制造的一种类型是三维喷墨打印过程。在三维打印过程中，从具有一组喷嘴的分配头分配建构材料，以将层沉积在支撑结构上。然后，根据建构材料，可以使用合适的设备将各层固化或固体化。各种三维打印技术存在并已公开，例如，所有同一申请人的美国专利号US6259962、US6569373、US6658314、US6850334、US7183335、US7209797、US7225045、US7300619、US7479510、US7500846、以及US7962237。几种积层制造工艺允许使用多于一种模型材料来积层形成物体。例如，同一申请人的美国专利公开号US2010/0191360的美国专利申请公开了一种系统，所述系统包括具有多个分配头的固体自由成型形式制造设备，建构材料供应设备被配置为向多个分配头供应多种建构材料。制造装置和控制单元被配置用于控制制造和供应装置。系统有多种操作模式。在一种模式中，所有分配头在制造设备的单个建构物扫描周期期间操作。在另一种模式中，一个或多个分配头在单个建构物扫描周期或其一部分期间不起作用。所述建构材料可以包括模型材料和支撑材料，其分别形成物体和在所述物体被建构时形成支撑物体的临时支撑结构。沉积模型材料(其可包括一种或多种配方中所包括的一种或多种材料)以产生所需物体。支撑材料在本领域中也称为“支承材料”(可以包括一种或多种材料)，可以使用或不使用多个模型材料组件，用于在建构过程中支撑物体的特定区域，以及确保后续物体的多个层的适当垂直设置。例如，在物体包含悬垂特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形、内弯角度、空隙等，通常在打印过程中使用相邻支撑结构来构造物体。在所有情况下，支撑材料都沉积在模型材料附近，从而能够形成复杂的物体几何形状并填充物体空隙。在所有现有使用的技术中，通常在暴露于固化条件(例如固化能量)时，使沉积的支撑材料和模型材料硬化，以形成所需的层形状。打印完成后，将多个支撑结构移除，以露出制作的3D物体的最终形状。当使用诸如喷墨打印头之类的当前市售的商业打印头时，支撑材料在工作温度即喷射温度下应具有相对较低的粘度(约10-20厘泊)，以便可以使其被喷射。此外，支撑材料应快速硬化以允许后续层的建构。另外，硬化的支撑材料应具有足够的机械强度以将模型材料固定在适当的位置，并且应具有低形变以避免几何缺陷。去除支撑材料的已知方法包括机械冲击(通过工具或水刀施加)，以及化学方法，例如在加热或不加热的情况下溶解在溶剂中。机械方法是劳动密集型的，并且通常不适用于小的复杂组件。为了溶解多种支撑材料，通常将制造的物体浸入能够溶解多种支撑材料的水中或溶剂中。用于溶解支撑材料的溶液在本文中也称为“多种清洁溶液”。然而，在很多情况下，去除支撑材料的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交界处形成彼此混合的模型材料和支撑材料。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)-作为三维建构过程中的支撑材料，其有关于在高压及高温下将选定材料的博带挤出到板上。美国专利第7,255,825号描述了一种含有可熔性晶体水合物的含水支撑材料。适用于在构造3D物体中形成硬化的支撑材料的配方也被先前公开，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。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。几种积层制造工艺允许使用多于一种模型材料来积层形成物体。例如，同一申请人的美国专利公开号US2010/0191360的美国专利申请公开了一种系统，所述系统包括具有多个分配头的固体自由成型形式制造设备，建构材料供应设备被配置为向多个分配头供应多种建构材料。制造装置和控制单元被配置用于控制制造和供应装置。系统有多种操作模式。在一种模式中，所有分配头在制造设备的单个建构物扫描周期期间操作。在另一种模式中，一个或多个分配头在单个建构物扫描周期或其一部分期间不起作用。在诸如PolyjetTM(StratasysLtd.，Israel)的3D喷墨打印工艺中，根据软件文件定义的预定配置，从一个或多个打印头选择性地喷射建构材料并将其沉积在连续层中的制造托盘上。同一申请人的美国专利公开号US9,227,365公开了带壳物体的固体自由形式制造的方法和系统，所述带壳物体由多个层、一构成多个核心区域的一分层核心以及，构成包封区域的一分层外壳构成。积层制造工艺已用于形成类似橡胶的材料。例如如本文所述，在PolyjetTM系统中使用橡胶状材料。这些材料被配制为具有相对低的粘度，从而允许例如通过喷墨进行分配，并且产生低于室温例如-10℃或更低的Tg。后者是通过制备交联度相对较低的产物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管状结构，通过多种非生物建构材料配方的积层制造制成，其特征在于：所述管状结构包括：/n一细长芯部；/n一壳体，所述壳体封装所述芯部，以及/n一中间壳体，位于所述芯部和所述壳体之间，/n其中所述芯部、所述壳体和所述中间壳体中的每一个均由不同材料制成或由多种材料的不同组合制成，并且所述芯部和所述中间壳体两者都是可被去除的。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 US 62/538,0151.一种管状结构，通过多种非生物建构材料配方的积层制造制成，其特征在于：所述管状结构包括：
一细长芯部；
一壳体，所述壳体封装所述芯部，以及
一中间壳体，位于所述芯部和所述壳体之间，
其中所述芯部、所述壳体和所述中间壳体中的每一个均由不同材料制成或由多种材料的不同组合制成，并且所述芯部和所述中间壳体两者都是可被去除的。


2.如权利要求1所述的管状结构，其特征在于：所述中间壳体由一硬化支撑材料制成，并且所述芯部由一液体材料或一类液体的材料制成。


3.如权利要求1所述的管状结构，其特征在于：所述芯部由一硬化支撑材料制成，并且所述中间壳体由一液体材料或一类液体的材料制成。


4.如权利要求2及3任一项所述的管状结构，其特征在于：所述液体或类液体材料具有至少一以下特性：
一粘度不超过10000厘泊；
一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；
一剪切模量低于20千帕；
当承受小于1巴的一正压时具有流动性；
一剪切稀化行为及/或一触变行为；以及
一热稀化行为。


5.如权利要求1至4任一项所述的管状结构，其特征在于：所述管状结构具有一血管的形状。


6.如权利要求1至5任一项所述的管状结构，其特征在于：所述壳体嵌入在一支撑结构中。


7.如权利要求6所述的管状结构，其特征在于：所述支撑结构是可被去除的。


8.一种通过多种非生物建构材料配方的积层制造制成的物体，所述物体具有一器官的形状，其特征在于：所述物体包括：
至少一具有一血管的形状的结构；以及
至少一具有血管以外的一身体结构的形状的结构，
其中具有所述血管的形状的所述结构是根据权利要求1至4中任一项所述的管状结构。


9.一种通过多种非生物建构材料配方的积层制造制成的物体，所述物体具有一器官的形状，其特征在于：所述物体包括：
一互连网络，由多个细长结构组成，所述多个细长结构中的每一个结构都具有一血管的形状，并且是根据权利要求1至4中任一项所述。


10.如权利要求1至9任一项所述的管状结构或物体，其特征在于：所述管状结构或物体还包括嵌入在所述壳体中的多个加强组件。


11.如权利要求10所述的管状结构或物体，其特征在于：所述多个加强组件被定向成影响所述壳体的多个非等向性机械性能。


12.如权利要求10及11任一项所述的管状结构或物体，其特征在于：所述多个加强组件包括至少一个细长加强组件，所述至少一个细长加强组件平行于所述壳体的一纵轴嵌入所述壳体中。


13.如权利要求10至12任一项所述的管状结构或物体，其特征在于：所述多个加强组件包括至少一个环形加强组件，所述至少一个环形加强组件沿定义所述壳体的一方位方向嵌入在所述壳体中。


14.如权利要求1至13任一项所述的管状结构或物体，其特征在于：所述管状结构或物体还包括在一衬里层，所述衬里层至少部分地覆盖所述壳体的一内表面，所述衬里层设置在所述中间壳体和所述内表面之间，其中在所述衬里层和所述壳体之间的一接合性比所述中间壳体和所述衬里层之间的一接合性更强。


15.如权利要求14所述的管状结构或物体，其特征在于：所述衬里层比所述壳体硬。


16.如权利要求14至15任一项所述的管状结构或物体，其特征在于：所述衬里层具有一斑块组织的多种机械性能。


17.一种积层制造具有一血管的多个特性的至少一个管状结构的方法，其特征在于：所述方法包括步骤：
接收描述一血管的形状的一图像数据作为输入；
将所述图像数据转换为一计算器物体数据；
接收沿所述血管的多个硬度级别作为输入；
查询存储有一查找表的一计算器可读介质，所述查找表具有多个条目，每个条目对应于多个硬度级别的一不同范围，并且与选自由一建构材料配方、多个建构材料配方的一组合和一壁厚所组成的群组中的至少一个积层制造参数相关联；
基于输入的所述多个硬度级别，从所述查找表中提取多个积层制造参数；以及
根据所述提取的多个积层制造参数来操作一积层制造系统，以形成与所述血管的形状相对应的一配置图案的多个层。


18....

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·季科夫斯基，阿米特·费弗，
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