用多相可光硬化组合物进行固体成象的方法技术

由含有辐射偏转物质的可光硬化液体组合物制备整体三维物体。（*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的方法，更具体地说，涉及一种利用可光硬化材料的方法，其特征是在辐射期间可自限光硬化的深度。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对打算要固化的面积或体积的顺序照射，分步形成三维物体的各固体部分。描述了各种蒙罩技术，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专利建议使用光蒙罩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。光蒙罩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，其中一个主要问题是光硬化深度过大，它通常伴随光硬化宽度不适。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。因而，本专利技术的一个目的是解决以上提到的问题，为了限制光硬化的深度，同时增加光硬化的宽度，可在可光硬化组合物中掺入辐射偏转物质，这样可在所有方向上得到较好平衡。欧洲专利申请250，121(Scitex公司)描述了一种三维模型设备，它是使用含有辐射透明颗粒的可固化液体来达到降低收缩率的目的。本专利技术涉及使用光化辐射，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，该方法使用含有辐射偏转物质的可光硬化组合物来达到限制光硬化深度并同时增加光硬化宽度的目的，这样可在各方向得到较好的平衡。这样制得的整体三维物体或部件的完整性有很大改善。本专利技术可以概述如下一种用于从相继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，一种光引发剂和辐射偏转物质，所述偏转物质有第一折射率，组合物的其余部分有第二折射率，第一个折射率和第二个折射率间的绝对差值不是零。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显示了在透明可光硬化组合物的情况下，光硬化深度和曝光间的典型关系。图3显示了在含有辐射偏转物质的可光硬化组合物的情况下，光硬化深度和曝光间的典型关系。图4显示了在与图3相同的可光硬化组合物但不含有辐射偏转物质的情况下，光硬化深度和曝光间的关系。图5显示了在含有辐射偏转物质的可光硬化组合物的情况下，光硬化深度和曝光间的典型关系。本专利技术涉及使用可光硬化组合物利用光化辐射，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包括烯类不饱和单体、光引发剂和辐射偏转物质，辐射偏转物质有第一折射率，组合物的其余部分有第二折射率，第一折射率与第二折射率间的绝对差值不是零。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先定部分。它使最靠近可光硬化组合物40的表面46的一个薄层48光硬化到等于层48最大厚度的一个光硬化深度。射束的合成运动最好是一种矢量型运动，这样，就说这个射束以矢量方式运动或扫描。由于机电偏转装置16的惯性，射束12″在薄层48上的速度也受到这种惯性和偏转装置16的机电本质限制。两个反光镜20和22分别通过24和26的偏转是受到第二计算机控制装置34控制的，而对应于要生产的固体物品形状的图形数据则贮存在第一计算机控制装置30中。第二计算机控制装置34分别通过/反馈线50、54和58与调制装置14、偏转装置16和第一计算机控制装置30耦联起来。把贮存在计算机控制装置30中的图形数据馈给计算机控制装置34，经处理后使马达24和26旋转并使反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从相断各层可光硬化组合物，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）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入前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，辐射偏转物有一个第一折射率，组合物的其余部分有一个第二折射率，第一折射率和第二折射率间的绝对差值不是零 。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪芬，亚伯拉罕伯纳德科恩，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]