用于弹性材料的增材制造系统、方法和相应部件技术方案

一种用于增材制造医疗器材的系统，所述系统(100)包括第一分配系统(102)、第二分配系统(104)、附着装置(106)和附着基材(130)，所述附着装置(106)构造为在所述附着基材的表面上将至少一种弹性材料附着为细丝。附着装置(106)按一定比例从第一分配系统(102)和第二分配系统(104)处接收至少一种弹性材料，以在医疗器材中实现预期的特性。附着装置(106)可包括加热和/或冷却元件(160)、声波振动模块(164)，和/或气动回吸阀(162)。附着基材(130)可具有与医疗器材的预期形状相对应的构造，并构造为能相对于附着装置(106)旋转和/或平移。系统(100)包括构造为用于控制附着的控制器。(100)包括构造为用于控制附着的控制器。(100)包括构造为用于控制附着的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于弹性材料的增材制造系统、方法和相应部件
[0001]相关申请
[0002]本申请涉及本专利技术的某些专利技术人于2019年11月12日提交的名称为“包含基于细丝的结构的医疗器材”的共同待审美国专利申请。本申请还涉及2018年11月12日提交的美国临时申请No.62/759,237，以及2018年11月12日提交的美国临时申请No.62/760,030。


[0003]本专利技术涉及增材制造领域，更特别地涉及一种用于制造基于细丝和弹性材料的结构的增材制造系统、方法和相应部件。

技术介绍

[0004]增材制造是一种越来越重要的制造方法，包括许多行业的众多应用。增材制造(也称为“3D打印”)被认为是一种工业生产的变革性方法，它有利于通过计算机辅助制造(CAM)得到的确定制品、根据计算机辅助设计(CAD)来从材料中制造三维制品。在这个意义上，增材制造是一种模拟制造工艺的数字革命。已经进行了努力来将增材制造应用于由多种类型的材料(包括聚合材料，其子集为弹性材料)所形成的制品。
[0005]包括硅胶在内的弹性材料的增材制造受到一些因素的限制。在许多现有的系统中，弹性材料的流动性要求提供一桶液体的弹性材料或前体，其中喷嘴送入固化剂，以从液体的弹性材料现场形成固态制品，而剩余的弹性材料在成型过程完成之后被排出和冲走。另外的增材制造系统要求低温或室温固化或者硫化弹性材料，以使弹性材料体能快速地固化且在成型过程中不会变形，因为如果弹性材料未固化，那么可能无法准确地添加多层弹性材料。还有其他一些增材制造系统要求一次性添加独立、离散的弹性材料的珠体或液滴，以从基底开始构建固态的三维弹性结构。
[0006]现有的用于弹性材料的增材制造的系统(包括那些使用硅胶的系统)会因使用低粘度、低温固化的材料来实现附着过程而损害最终产品的结构质量。在本领域中还不知道该如何提供一种具有预期材料特性的附着材料的顺滑、一致的质地。在医学应用中，现有的增材制造系统会阻碍具有常规制造的医疗产品所需的强度、生物相容性和弹性的医用级硅胶的增材制造。因此，现有的增材制造系统不能满足由医用级硅胶所制成的制品的需求，该制品可表现出从现有制品中获得的机械和化学特性，其包括通过其他常规制造方法(例如，模塑和挤出)形成的医疗器材。
[0007]在医疗保健应用中，硅胶由于其生物相容性和植入医疗器材的悠久历史而成为一种理想的弹性材料。由于进行了验证性的生物学测试，因此希望能使用现有的医用级硅胶材料，以缩短从概念到上市的时间。尽管硅胶材料已在医疗保健领域得到了公认的使用，但它们又厚又粘，需要高压才能将其注入模具中，以制造出精确的制品，例如通过注射成型和转送成型工艺。增材制造面临一些挑战，因为如果不使用模具，就很难以高压将基材上的很高粘度的硅胶精确地挤压成一个确定形状，同时考虑到固化速率和收缩速率，硅胶经常会在固化前变形、下陷或以其他方式失去其所需的形状。
[0008]虽然硅胶材料可以在设计阶段小批量地加工和成型，但在扩大硅胶的生产规模时会遇到困难，不仅因为其粘度难以控制，还因为为了制造医学上可接受的制品必须考虑其他因素，包括固化温度和时间，空气或气泡的夹带、收缩、部件混合和交联。硅胶是一种热固性聚合材料，会固化成给定形状的坚固、尺寸稳定且耐热和耐化学腐蚀的制品，但这种优势还要求硅胶固化成的结构必须在开始时就正确地制成，因为后续的适应性加工通常是不可行的。这限制了通过增材制造形成弹性结构的可定制性。在商业上可扩展的水平上的任何增材制造方法都应该能够保持固化的硅胶的机械特性，例如医用级硅胶制品所期望的韧性和弹性及其他特性，同时还能提供高产量和精度。
[0009]现有的用于增材制造的系统仅可提供整体式或单特性的结构，因为仅可附着单一等级或混合的材料。增材制造的制品的结构和功能受限于通过单一材料特性可以实现的内容。需要一种增材制造系统，其可以精确地附着具有不同特性的材料，以获得在期望的区域中具有期望特性的最终产品。
[0010]现有的制造系统的另一个问题在于，许多制造系统仅限于一次性附着一种离散的弹性材料的珠体，从而将3D打印制品的构造限制为不连续的结构，这些结构是独立的液滴或珠体的总和，而不包括顺滑且连续的层、细丝或具有各种特性的结构。
[0011]许多生产和制造方法限于提供一种模具，其中可以注入弹性材料并随后固化以获得所需的形状和性能。这在制备制品时极大地限制了设计和制造的灵活性。由于现有方法限于附着离散珠体的工艺或将弹性材料注入阴模的工艺，因此需要一种系统，其能够附着弹性材料的细丝，以形成在所需位置具有所需特性的结构。
[0012]现有系统针对如下实施方式，其中：仅在笛卡尔坐标系中从下至上地构建制品。在其他系统中，重力对未固化或部分固化的聚合材料的影响限制了制品的尺寸，因为在制品上添加的材料过多会导致因重力变形，特别是与如上所述的粘度和固化速率的影响相结合。需要一种增材制造系统，其能克服重力的影响，并允许在多个维度中增材制造制品。
[0013]试图在旋转的构建表面或基材上执行增材制造的方案并不能用于要求特定粘度和固化速率的医用级硅胶的增材制造，而是限于使用能清除多余的非预期的附着材料的刮刀或切割器的系统。这些系统还构造为允许材料从基材上滴落或掉落。关于使用旋转基材来在没有切割器和滴落构造的情况下通过硅胶实现医用级结构的预期打印，以实现导电负性制造程过程，这并没有相关的教导。
[0014]需要一种增材制造系统，以克服现有系统的局限性，即，使用低品质的弹性材料来实现限于附着离散珠体的附着，材料特性单一，且不能动态地考虑增材制造的弹性制品的不同部件或部件的不同结构和功能需求，以及增材制造方法限于自下而上的过程，其中重力影响不能得到缓解和解决。非常需要在增材制造中使用具有确定性生物学测试的已知硅胶材料，以形成适用于医疗器材的精确的硅胶基结构。

技术实现思路

[0015]本专利技术的用于制造硅胶结构的增材制造系统、方法和相应部件有利地提供了一种系统，其用于提供预期量的材料，并在制品的预期位置处提供改进的分配和附着装置，以便在预期位置处得到顺滑、连续附着的具有各种受控的预期特性的材料的珠体、细丝或层。本专利技术的增材制造系统可包括三个主要分配系统，包括第一分配系统、第二分配系统和附着
装置。增材制造系统还可包括设置为与这三个主要分配系统配合的附着基材。
[0016]第一分配系统可包括至少一种增材制造材料的桶或容器，该材料设置为当增材制造系统从材料形成制品时从桶或容器中被抽出并输送到第二分配系统。不同的桶或容器可对应于不同的材料。硅胶通常具有双组分、1：1混合比例的材料，优选地从至少两个容器中抽取，然而更多的容器可以在增材制造制品的预期位置处形成具有预期特性的硅胶成分的不同组合。
[0017]第二分配系统可包括配料柱或配料器以及控制阀，其设置为与第一分配系统中的相应的桶或容器相对应或配合。配料柱优选地从容器中抽取材料，并将其存储在配料柱的空间中。与配料柱相关联的控制阀设置为用于控制速率和体积，材料根据该速率和体积而存储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增材制造系统(100)，包括：第一分配系统(102)，其包括至少一种弹性材料的容器；第二分配系统(104)，其包括至少一个配料器(112)和至少一个控制阀(110)，所述第二分配系统(104)构造为用于以预定量从所述第一分配系统(102)处接收所述至少一种弹性材料；附着装置(106)，其构造为用于在附着所述至少一种弹性材料之前从所述第二分配系统(104)处接收和混合所述至少一种材料；以及附着基材(130)，所述至少一种弹性材料附着在所述附着基材上，所述附着基材(130)设置为能在所述附着装置附着至少一种弹性材料时沿第一方向移动；其中，当所述附着装置将所述至少一种弹性材料附着到所述附着基材(130)上时，所述附着装置(106)或所述附着基材(130)沿不同于所述第一方向的方向移动。2.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括声波振动模块(164)。3.根据权利要求1所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置包括喷嘴(190)、动态混合模块(150)和第二控制阀(170)，所述动态混合模块(150)构造为用于从所述第一分配系统(102)处以预定量接收所述至少一种弹性材料。4.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)还包括至少一个加热和/或冷却元件(160)。5.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)还包括至少一个气动回吸阀(162)。6.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述动态混合模块(150)包括叶轮(180)，所述叶轮设置为能旋转并由驱动器(151)驱动。7.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括位于所述喷嘴(190)附近的声波振动模块(164)。8.根据权利要求3所述的增材制造系统(100)，其特征在于，所述附着装置(106)包括至少一个温度传感器和至...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞格多尔，
申请(专利权)人：奥索冰岛有限公司，
类型：发明
国别省市：