利用含空心球的可光硬化组合物的固体成象的方法技术

一种由含有辐射偏转物质的可光硬化液态组合物制成的完整三维物体。所述辐射偏转物质为热绝缘材料并有不同于液体的折射率。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及借助于光硬化生产三维物体，更具体地说，涉及一种利用含有辐射偏转物质的可光硬化组合物的方法，所述辐射偏转物质为空心球形式，同时还用作热绝缘材料。已经有人提出很多借助于光硬化生产三维模形的系统。Scitex公司1987年6月6日提交的欧洲专利申请NO.250，121很好地总结了适用于本
的文献，其中包括应归功于Hull、Kodama和Herbert的各种方法。更多的背景情况详见1988年6月21日公布给Fudim的美国专利NO.4，752，498。这些方法涉及借助于打算要固化的面积或体积的顺序照射，分步形成三维物品的各因体部分。描述了各种掩蔽技术，以及直接激光写入法的使用，即用一个激光束按照预期图样照射可光硬化的聚合物，一层一层地建造一个三维模型。然而，所有这些方法都没有确认与在刚性三维物品整体内每一层上保持恒定曝光并使有硬化部分达到基本恒定的最终厚度的方法相结合来利用矢量扫描优点的实际途径。此外，它们也没有认识到在特定操作范围内有一些非常重要的相互关系制约着这种工艺过程和设备参数，以使其切实可用。这样的范围是依赖于光硬化材料的恒定曝光水平范围，依赖于光硬化分辨率和深度的该射束以最大加速度移动的最小距离范围，以及依赖于可光硬化组合物感光速度(photospeed)的最大射束强度范围。例如，Scitex专利建议使用光掩膜或光栅扫描以达到均匀曝光，但没有提出在矢量扫描情况下保持曝光恒定的办法。光掩膜的使用使得这样的技术过于费时和昂贵。同矢量扫描相比光栅扫描也是不理想的，这有许多理由，其中包括即使所要生产的物品只是总体积中一个非常小的部分，也需要进行全域扫描，在多数情况下，所要贮存的数据量大大增加，在总体上，对所贮存的数据的管理更加困难，和需要把基于CAD(计算机辅助设计)的矢量数据转换成光栅数据。另一方面，在矢量扫描的情况下，只有对应于刚性物品形状的区域才发布扫描，所要贮存的数据量较小，这种数据可以更容易管理，而且，“基于CAD的机器90%以上都发生和利用矢量数据”(Lasers & Optronics，1989年1月，卷8，期1，页56)。激光矢量扫描之所以迄今尚未被广泛利用的主要原因在于如下事实尽管它有优点，但它引进了一些有关目前最方便的光化辐射源(如激光器)的现有反射系统的光学部件(如反光镜)惯性的问题。由于这些系统本质上是机电的，因而任何射束速度的达到都涉及一定的加速度。这种不可避免的速度非均匀性导致不可接受的厚度变化。特别是在没有以高强度直接预先曝光水平各层中部分的情况，有必要使用高射束速度，因而要使用更长的加速时间，进一步导致厚度非均匀性。使用低强度激光不是一种好的解决办法，因为它使固体物品的生产过于费时。此外，除非如同在本专利技术的详细说明部分论证的那样，至少观察到前述的深度和曝光水平关系，否则会进一步减少矢量扫描的可用性。除了非常一般的论述外，固体成象领域中的有关技术迄今尚未对组合物本身给予特别的注意。因此，通常使用的组合物有很多不同的问题，这类问题是光硬化深度过大，它通常伴随光硬化宽度不足和厚度不均匀，在该刚性物品中那些不是正好在基质上的悬臂部分或其它部分，这个问题变得特别严重;由于光硬化期间聚合热的局部损失而造成的感光速度的损失;由于远离光硬化处的热扩散而造成的分辨率损失;由于辐射偏转物质与可光硬化组合物其余物质的比重不同而造成贮存稳定性的降低。因此，本专利技术的目的就是通过下述方法解决上述问题，将折射率较大差别辐射偏转物质掺入可光硬化组合物中，以限制光硬化深度，同时增加光硬化宽度，这样在各个方向可取得较好的分辨率;利用有热绝缘性能的辐射偏转物质以改善感光速度和分辨率;利用比重与可光硬化组合物中其余物质相近的辐射偏转物质以改进贮存稳定性。欧洲专利申请250，121(Scitex公司)公开了一种三维模型装置，它利用含有辐射透明颗粒的可固化液体来减少收缩。美国专利4，504，565(Baldvins)公开了一种可辐射成像的组合物，其中的像体是在强烈辐射曝光下形成的。该组合物包括(a)空心瓷微球和(b)在组合物强烈辐射曝光期间不受损的并且在强烈辐射曝光下不影响产生的像体的粘结剂物质。本专利技术涉及利用可光硬化组合物，采用光化辐射(最好以诸如由直接写入的激光器提供的射束形式)，一层一层地生产三维光硬化固体物体的方法，所述可光硬化组合物含有辐射偏转物质以限制光硬化的深度，同时增加光硬化宽度，这样在各个方向上均取得较好的分辨率。这样形成的整体三维物体的完整性也大大改善了。所述辐射偏转物质为空心球形式，还具有热绝缘性能，最好其比重与可光硬化组合物中其余物质相近。本专利技术可以概述如下一种用于由连续各层可光硬化液体组合物准确制造整体三维物体的方法，包括下列步骤(a)形成一层可光硬化液体;(b)借助于光化辐射曝光，使该层可光硬化液体的至少一部分光硬化;(c)在上述对光化辐射曝光的这一层上引进一层新的可光硬化液体;(d)借助于光化辐射曝光使这个新液层的至少一部分光硬化，要求是所述可光硬化组合物含有一种烯类不饱和单体，一种光引发剂和一种辐射偏转物质，所述辐射偏转物质是空心球并用作热绝缘材料，偏转物质有第一折射率，而该光硬化组合物的其余物质有第二折射率，第一折射率和第二折射率的绝对差值不为零;(e)连续重复步骤(c)和(d)直到制成三维物体。读者参照以下的详细说明，结合对附图的研读，就能加强对本专利技术优选实施方案实际执行的理解，其中附图说明图1是用于实施本专利技术工艺优选方案的设备的框图。图2表示不含有空心球的可光硬化组合物中，曝光与光硬化深度之间的典型关系。图3表示在含有空心玻璃球作为辐射偏转物质的可光硬化组合物中，曝光与光硬化深度之间的典型关系。本专利技术涉及利用可光硬化组合物，用光化辐射(最好以诸如由直接写入的激光器提供的射束形式)，一层一层地直接生产三维光硬化固体物体的方法，所述可光硬化组合物含有一种烯类不饱和单体、一种光引发剂和辐射偏转物质，所述辐射偏转物质是热绝缘材料并有射率，而该光硬化组合物的其余物质有第二折射率，第一折射率与第二折射率之间的绝对差值不为零。如上所述，已经提出很多借助于光硬化生产三维模型的系统。Scitex公司于1987年6月6日提出的欧洲专利申请NO.250，121对适用于本
的文献做了很好的总结，其中包括归功于Hull，Kodama和Herbert的各种方法。进一步的背景情况详见1988年6月21日公布给Fudim的美国专利NO.4，752，498。在图1中，以框图形式说明了以一种较好的方案实施本专利技术的设备。这种设备及其操作描述如下。图1中所示的光化辐射装置10，最好是一个高功率激光器，用它提供具有一定强度的光化射束12。射束12通过调制器14，在此可以调制光束强度。调制的射束12′再通过偏转装置16，例如一个由两个反光镜20和22组配形式的矢量扫描器，每个反光镜分别由不同的马达24和26单独驱动。通过让马达24所驱动的反光镜20转动，使射束在X方向上偏转，而通过让反光镜22转动，使射束在Y方向上偏转，X方向垂直于Y方向。这样就把光化射束12″可控地偏转到盛放在容器44中并有一个表面46的可光硬化组合物的预选定部分。它使最靠近可光硬化组合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由连续各层可光硬化的液体组合物准确制作完整的三维物体的方法，包括以下步骤：（ａ）形成一层可光硬化液体；（ｂ）通过对光化辐射曝光，使该层可光硬化液体的至少一部分光硬化；（ｃ）把一层新的可光硬化液体引进到面对光化辐射曝光的那 一层上；（ｄ）通过对光化辐射曝光，使该新液层的至少一部分光硬化，要求是，该可光硬化组合物包含一种烯类不饱和单体，一种光引发剂和辐射偏转物质，所述辐射偏转物为热绝缘材料，并有第一折射率，而该光硬化组合物其余物质有第二折射率，第一折射率和第 二折射率间的绝对差值不是零。（ｅ）连续重复步骤（ｃ）和（ｄ），直到制成三维物体。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：范倪如珍，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]