【技术实现步骤摘要】
使用可变温度控制的树脂的增材制造
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年8月27日提交的第63/071,124号美国临时专利申请的权益，其全部内容通过引用的方式并入本文。
技术介绍
[0003]三维(3D)打印机是用于生产聚合物3D对象的重要装置。材料(例如，聚合树脂)通常在逐层工艺中组合在一起，然后使材料固体化以形成3D对象。这种增材制造能够形成复杂且有用的结构。
技术实现思路
[0004]本文提供了用于提供在聚合物材料的增材制造中使用的受控且可变温度区的系统和过程。这种温度控制能够调整和控制聚合物性质，并促进材料的加工以形成3D聚合物对象。本文公开的系统和过程还促进了通常难以加工的材料(例如，固体树脂)的加工，并将这些材料递送到光固化区，该光固化区被配置为在逐层工艺中将材料光聚合成三维对象。如本文进一步所述，此类过程可包括以下步骤：将树脂加热至可流动温度，将树脂施加到载体(例如，膜)上，使膜冷却以增加树脂的粘度或使树脂固体化，以及将包含树脂的膜施加到被打印的区域上，然后对膜进行光固化。本文中还描述了通过该过程可以再利用未使用的树脂。
[0005]本文还提供了树脂和相关聚合物材料，其具有随着暴露于多于一个温度区而可调整的性质。在一些实施例中，形成的聚合物包括聚合物材料的多个区域，每个区域独立地具有不同的性质。本文还提供了被配置为从单组分制剂生产具有多个区域的聚合物材料的过程和系统，该多个区域具有不同性质(例如，诸如复合材料或多相体系)。
[0006]如本文进一步描述的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于生产聚合物材料的方法，所述方法包括：提供树脂；控制所述树脂的温度，所述树脂包括：具有第一温度的第一区域；以及具有第二温度的第二区域；以及聚合所述树脂以形成聚合物材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述树脂的温度是从空间上控制的。3.根据权利要求1
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2中任一项所述的方法，其中，控制所述树脂的温度是在x
‑
y维度上从空间上控制的。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中，控制所述树脂的温度是垂直于光固化光源从空间上控制的。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中，控制所述树脂的温度是在x
‑
维度、y
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维度和/或z
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维度上从空间上控制的。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述z
‑
维度是从光固化光源发出的光的方向。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的方法，其中，聚合所述聚合物材料还包括产生第一聚合区域和第二聚合区域。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一聚合区域具有与所述第二聚合区域不同的至少一个特性，所述至少一个特性选自由断裂伸长率、储能模量、拉伸模量、残余应力、颜色、透明度、疏水性、润滑性、表面纹理、结晶度百分比和相组成比组成的组。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中，控制所述温度包括将第一区域处的树脂加热或冷却至第一温度。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中，控制所述温度包括将第二区域处的树脂加热或冷却至第二温度。11.根据权利要求9
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10中任一项所述的方法，其中，加热所述第一区域处的树脂和/或加热所述第二区域处的树脂包括暴露于光源。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光源是红外光源。13.根据权利要求1
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12中任一项所述的方法，其中，所述第一温度和所述第二温度之间的差为5℃或更大、10℃或更大、15℃或更大、20℃或更大、30℃或更大、40℃或更大、50℃或更大、或大于50℃。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的方法，其中，聚合所述树脂包括光聚合。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的方法，还包括提供掩膜。16.根据权利要求1
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15中任一项所述的方法，还包括热固化所述聚合物材料。17.根据权利要求1
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16中任一项所述的方法，还包括光固化所述聚合物材料。18.根据权利要求1
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17中任一项所述的方法，还包括将所述树脂施加到基材。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述基材包括含氟聚合物。20.根据权利要求1
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19中任一项所述的方法，还包括制造对象。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述制造包括利用3D打印机打印所述树脂。22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述制造包括立体光刻、数字光处理、双光子诱导的光聚合、喷墨打印、多喷打印、熔融沉积成型或其任意组合。
23.根据权利要求20
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22中任一项所述的方法，其中，所述对象包括具有至少一个不同特性的多个区域，所述至少一个不同特性选自由以下各项组成的组：断裂伸长率、储能模量、拉伸模量、残余应力、玻璃化转变温度、吸水率、硬度、颜色、透明度、疏水性、润滑性、表面纹理(例如，表面光洁度
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无光泽、有光泽)、结晶度百分比和相组成比。24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述多个区域各自具有小于250μm、小于200μm、小于150μm、小于100μm、小于90μm、小于80μm、小于70μm、小于60μm、小于50μm、小于40μm、小于30μm、小于20μm或小于10μm的定形尺寸。25.根据权利要求23所述的方法，其中，任何特定区域的体素尺寸具有小于1000μm、小于500μm、小于250μm、小于200μm、小于150μm、小于100μm、小于90μm、小于80μm、小于70μm、小于60μm、小于50μm、小于40μm、小于30μm、小于20μm或小于10μm的一个至三个定形尺寸。26.根据权利要求1
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25中任一项所述的方法，其中，所述树脂包括晶体材料并且所述第一区域或所述第二区域中的一个包括熔化形式的晶体材料。27.根据权利要求1
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26中任一项所述的方法，其中，所述树脂是均质的。28.根据权利要求1
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27中任一项所述的方法，其中，树脂相在聚合之前分离成两个或更多个相。29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述树脂相在温度变化时分离。30.根据权利要求28所述的方法，其中，所述树脂相在光聚合时分离。31.根据权利要求1
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30中任一项所述的方法，其中，所述树脂包括多个单体，所述多个单体中的大部分在所述第一温度下共聚并在所述第二温度下均聚。32.根据权利要求1
‑
30中任一项所述的方法，其中，所述树脂包括多个单体，所述多个单体中的大部分在所述第二温度下共聚并在所述第一温度下均聚。33.根据权利要求1
‑
32中任一项所述的方法，其中，控制所述树脂的温度引发二次化学反应。34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述二次化学反应包括离子热反应、环氧化物聚合、离子热聚合、键断裂反应、键形成反应、催化剂活化或其任意组合。35.根据权利要求20
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34中任一项所述的方法，其中，所述对象是正畸器械。36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述正畸器械是矫治器、扩张器或间隔器。37.根据权利要求35或36所述的方法，其中，所述正畸器械包括多个牙齿接纳腔，所述多个牙齿接纳腔被配置为将牙齿从第一位形向第二位形重新定位。38.根据权利要求35或36所述的方法，其中，所述正畸器械是被配置为将牙齿从初始位形向目标位形重新定位的多个正畸器械中的一个。39.根据权利要求35或36所述的方法，其中，所述正畸器械是被配置为根据治疗计划将牙齿从初始位形向目标位形重新定位的多个正畸器械中的一个。40.根据权利要求35
‑
39中任一项所述的方法，其中，所述正畸器械是矫治器。41.由根据权利要求1
‑
40中任一项所述的方法形成的聚合物材料。42.根据权利要求41所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于以下中的一个或多个：断裂伸长率大于或等于5％；储能模量大于或等于500MPa；
拉伸模量大于或等于500MPa；残余应力大于或等于0.01MPa；以及在水中浸泡24小时后弯曲模量大于或等于60MPa。43.根据权利要求41
‑
42中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于断裂伸长率大于或等于5％。44.根据权利要求41
‑
43中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于储能模量大于或等于500MPa。45.根据权利要求41
‑
44中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于拉伸模量大于或等于500MPa。46.根据权利要求41
‑
45中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于残余应力大于或等于0.01MPa。47.根据权利要求41
‑
46中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于在水中浸泡24小时后弯曲模量大于或等于60MPa。48.根据权利要求41
‑
47中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：残余应力为初始负荷的5％至45％、或残余应力为初始负荷的20％至45％。49.根据权利要求41
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48中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：拉伸模量从500MPa至2000MPa、或拉伸模量从800MPa至2000MPa。50.根据权利要求41
‑
49中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：断裂伸长率大于或等于5％；储能模量大于或等于500MPa；拉伸模量大于或等于500MPa；以及残余应力大于或等于0.01MPa。51.根据权利要求41
‑
50中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：断裂伸长率大于10％、断裂伸长率大于20％、断裂伸长率大于30％、断裂伸长率为5％至250％、断裂伸长率为20％至250％、或断裂伸长率值在40％至250％之间。52.根据权利要求41
‑
51中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：储能模量为0.1MPa至4000MPa、储能模量为300MPa至3000MPa、或储能模量为750MPa至3000MPa。53.根据权利要求41
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52中任一项所述的聚合物材料，其中，所述聚合物材料的特征在于：残余应力为0.01MPa至15MPa、或残余应力为2MPa至15MPa。54.根据权利要求49所述的聚合物材料，其中，所述残余应力是在浸泡于水溶液中24小时后测量的。55.一种对象，包括：包括第一多个单体的第一区域，所述第一区域的特征在于第一组物理性质；以及包括第二多个单体的第二区域，所述第二区域的特征在于第二组物理性质，其中，所述第一多个单体和所述第二多个单体类似，而所述第一组物理性质和所述第二组物理性质不同。56.根据权利要求55所述的对象，其中，所述第一多个单体和所述第二多个单体基本上
相同。57.根据权利要求55
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56中任一项所述的对象，其中，所述对象由单一树脂形成。58.根据权利要求57所述的对象，其中，所述单一树脂是均质的。59.根据权利要求55
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58中任一项所述的对象，其中，所述对象还包括第三区域，所述第三区域包括第三多个单体并且特征在于第三组物理性质，其中，所述第一多个单体、所述第二多个单体和所述第三多个单体类似，而所述第一组物理性质、所述第二组物理性质和所述第三组物理性质彼此不同。60.根据权利要求59所述的对象，其中，所述第一多个单体、所述第二多个单体和所述第三多个单体基本相同。61.根据权利要求55
‑
60中任一项所述的对象，其中，所述第三区域比所述第一区域和所述第二区域更非晶。62.一种用于形成对象的系统，所述系统包括：树脂注射器，其被配置为施配树脂；第一温控元件；光源；构建平台，其被配置为保持对象；以及载体平台，其被配置为将树脂从所述树脂注射器载送到所述第一温控元件、所述光源和所述构建平台。63.一种用于形成对象的系统，所述系统包括：打印头，所述打印头包括：树脂注射器，其被配置为施配树脂；第一温控元件；以及光源；以及构建平台，其被配置为保持对象。64.根据权利要求63所述的系统，其中，所述打印头被配置为将所述树脂施配到所述构建平台上，从而形成沉积层。65.根据权利要求64所述的系统，其中，所述打印头被配置为将所述树脂施配到所述沉积层上。66.根据权利要求63
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65中任一项所述的系统，其中，所述打印头包括多个树脂注射器，每个所述树脂注射器被配置为施配单独的树脂。67.根据权利要求63
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66中任一项所述的系统，其中，所述打印头还包括红外加热元件。68.根据权利要求63
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67中任一项所述的系统，其中，所述打印头被配置为水平移动。69.根据权利要求63
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68中任一项所述的系统，其中，所述打印头被配置为在二维平面中水平移动。70.根据权利要求63
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69中任一项所述的系统，其中，所述打印头被配置为垂直移动。71.根据权利要求63
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70中任一项所述的系统，其中，所述打印头被配置为在三个空间维度上移动。72.根据权利要求62
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71中任一项所述的系统，其中，所述构建平台被配置为水平移动、在二维平面中水平移动、垂直移动、或在三个空间维度上移动。
73.根据权利要求62所述的系统，其中，所述第一温控元件被定位于所述树脂注射器之后并且被配置为降低所述树脂的温度。74.根据权利要求62所述的系统，其中，所述第一温控元件被定位于厚度控制器之后并且被配置为降低所述树脂的温度。75.根据权利要求62所述的系统，其中，所述第一温控元件被定位于所述树脂注射器中并且被配置为提高所述树脂的温度。76.根据权利要求62或72
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74中任一项所述的系统，其中，所述第一温控元件包括冷却板。77.根据权利要求76所述的系统，其中，所述冷却板被连接到冷却器或热电冷却系统。78.根据权利要求62
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77中任一项所述的系统，其中，所述树脂注射器加热所述树脂。79.根据权利要求62
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78中任一项所述的系统，还包括第二温控元件。80.根据权利要求79所述的系统，其中，...
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