使用提供液体或类液体材料的配方的积层制造方法组成比例

本发明专利技术公开一种使用建构材料配方积层制造三维物体的方法。所述建构材料配方在暴露于一固化条件后提供液体或类液体材料，以及本发明专利技术亦公开由此可获得的多种三维物体。所述方法可用于制造具有一个或多个中空结构的物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用提供液体或类液体材料的配方的积层制造方法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62/538,018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、62/538,006、62/538,015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(AM)，特别但不限于是有关于一种可用于积层制造中的配方、方法和系统，同时提供在其一部分中具有液体或类液体材料的一三维物体。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。现有各种积层制造技术，其中包括立体光刻、数字光处理(DLP)及三维(3D)打印，特别是3D喷墨打印。这些技术通常通过逐层沉积和固化一种或多种建构材料，通常是可光聚合的(可光固化的)材料来进行。例如，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(硬化)。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、US7962237以及US9031680，上述申请的内容均通过引用并入本文。用于积层制造的打印系统可包括接收介质和一个或多个打印头。接收介质可以是例如制造托盘，其可以包括水平表面以承载从打印头分配的材料。打印头可以是例如具有多个分配喷嘴的喷墨头，所述多个分配喷嘴沿着打印头的纵向轴线布置成一排或多排的阵列。打印头可以定位成使得其纵向轴线基本上平行于分度方向。打印系统还可以包括控制器，例如微处理器，用于控制打印过程，包括根据预定义的扫描计划(例如，转换为立体光刻(STL)格式的CAD配置被格式化以及编程化到控制器中)的打印头的移动。打印头可包括多个喷射喷嘴。所述多个喷射喷嘴将材料分配到接收介质上以产生表示3D物体的横截面的层。除了打印头之外，还包括固化条件的能量来源，用于固化分配的建构材料。固化能量通常是辐射，例如UV辐射。另外，打印系统可以包括一整平装置，用于在沉积后续的层之前，在沉积和至少部分固化之后整平及/或设定每层的高度。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零件。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Pol本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种积层制造一个三维物体的方法，其特征在于：所述方法包括：/n以与所述物体的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，从而形成所述物体；/n其中至少一些所述多个层的形成包括：/n分配至少两种建构材料配方，所述至少两种建构材料配方包括：一模型材料配方M，所述模型材料配方M在暴露于一固化条件下形成一硬化模型材料M；以及一配方L，所述配方L在暴露于所述固化条件下形成一材料L，所述材料L具有至少一以下特性：/n一粘度不超过10000厘泊；/n一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；/n一剪切模量低于20千帕；当承受不大于1巴的一正压时具有流动性；/n一剪切稀化行为及/或一触变行为；及/n一热稀化行为；/n并且，使所述分配的建构材料配方暴露于所述固化条件下，从而形成所述硬化模型材料M和所述材料L。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 US 62/538,0181.一种积层制造一个三维物体的方法，其特征在于：所述方法包括：
以与所述物体的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，从而形成所述物体；
其中至少一些所述多个层的形成包括：
分配至少两种建构材料配方，所述至少两种建构材料配方包括：一模型材料配方M，所述模型材料配方M在暴露于一固化条件下形成一硬化模型材料M；以及一配方L，所述配方L在暴露于所述固化条件下形成一材料L，所述材料L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；当承受不大于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；及
一热稀化行为；
并且，使所述分配的建构材料配方暴露于所述固化条件下，从而形成所述硬化模型材料M和所述材料L。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述硬化模型材料M形成至少一中空结构，并且所述材料L被至少部分地封闭在所述中空结构中。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物体的形状由一计算机物体输入数据描述，所述方法还包括：生成用以描述所述中空结构中的多个腔室的一计算机物体数据；生成以一缩小形式描述所述多个腔室的一计算机物体数据；并将所述计算机物体输入数据与以所述缩小形式描述所述多个腔室的所述计算机物体数据组合，以提供用以描述所述中空结构和一芯部的一组合的计算机物体数据，其中所述芯部被所述中空结构以在所述中空结构的一内表面和所述芯部的一最外表面之间存在一间隙的方式加以封装。


4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述中空结构选自一管状结构、一分支管状结构和相互缠绕的多个管状结构。


5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述管状结构中的至少一个的一直径小于1厘米。


6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述材料L被完全封闭在所述中空结构中。


7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于：当所述材料L承受不大于1巴、或不大于0.5巴或不大于0.3巴的正压时是可流动的。


8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L的一粘度不超过10,000厘泊，并且其中所述配方L的一粘度与所述材料L的所述粘度相差不大于10％。


9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料。


10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述不可固化的材料包括分子量小于2000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)。


11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料和一可固化材料。


12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述可固化材料包括一单官能可固化材料。


13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：所述可固化材料是亲水性的。


14.如权利要求11至13任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一剪切稀化材料及/或一触变材料。


15.如权利要求11至14任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一热稀化材料。


16.如权利要求11至15任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一水溶性材料或一水不混溶性材料。


17.如权利要求11至16任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在所述配方L中的一含量为10％至25％。


18.如权利要求11至17任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L是水溶性的或水混溶性的。


19.如权利要求11至18任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L是一剪切稀化材料、一触变材料或一热稀化材料。


20.如权利要求11至19任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在所述暴露之后，去除所述材料L。


21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述去除是通过施加一条件来进行的，在所述条件下所述材料L为可流动的。


22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述条件包括一正压为不大于1巴、或者不大于0.5巴、或者不大于0.3巴。


23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述正压包括气压、液压，或气压与液压的组合。


24.如权利要求21至23任一项所述的方法，其特征在于：所述条件包括热能。


25.如权利要求21至24任一项所述的方法，其特征在于：所述条件包括剪切力。


26.如权利要求1至25任一项所述的方法，其特征在于：所述至少两种建构材料配方包括一第三配方S，所述配方S在暴露于一固化条件下形成一材料S，所述材料S为一硬化支撑材料。


27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述材料M形成至少一中空结构，所述材料S被至少部分地封闭在所述中空结构内，并且所述材料L被至少部分地封闭在所述第三材料内。


28.如权利要求26或27所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述材料L至少部分地包围所述材料S，从而在所述中空结构的一内表面和所述材料S之间形成一中间壳体。


29.如权利要求26至28任一项所述的方法，其特征在于：所述材料S是水溶性的或水混溶性的。


30.如权利要求26至2...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔·季科夫斯基，鲍里斯·拜洛坎，阿米特·费弗，盖尔·贝贡，约阿夫·布莱斯勒，
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