用于由液态可聚合材料以高分辨率制造固态三维对象的方法和装置。材料(202)非数字地涂覆在膜(204)上，通过激光器数字地移除过量材料，从而留下要打印的层的负像，并且然后所述图像与正在制造的对象(220)的现有部分接合并暴露于非数字UV固化光源。由于数字化的唯一部分是材料移除，并且此部分是通过激光器完成的，因此与常规的增材或3D制造技术相比，打印速度和制造过程的稳健性显著改进。速度和制造过程的稳健性显著改进。速度和制造过程的稳健性显著改进。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高分辨率负片3D打印机的系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年5月11日提交的美国临时申请号62/704,446的优先权。
[0003]本专利技术涉及用于由液态可聚合材料以高分辨率制造固态三维对象的方法和装置。
技术介绍
[0004]在常规增材或三维制造技术中，三维对象的构造是以逐层的方式执行的。层形成是通过光可固化树脂在可见光或UV光照射的作用下固结来执行的。两种技术是已知的：一种是新层形成在生长物体的顶表面处；另一种是新层形成在生长物体的底表面处。
[0005]如果新层形成在生长对象的顶表面处，那么在每个照射步骤之后，将构造中的对象下放到树脂“池”中，将新树脂层涂覆在顶部，并且进行新的照射步骤。这种技术的示例在Hull的美国专利号5,236,637中给出。此类“自上而下”技术的缺点是需要将生长对象浸入液体树脂的深池中并在对象的下一层形成之前重构液体树脂的精确覆盖层。
[0006]如果新层形成在生长对象的底部处，那么在每个照射步骤之后，构造中的对象必须与制造井中的底板分离。这种技术的示例在Hull的美国专利号5,236,637中给出。虽然此类“自上而下”技术有可能通过替代地将对象从相对较浅的井或池中提升出来而消除对将对象浸入其中的深井的需求，但是如商业上实现的此类“自上而下”制造技术的问题在于当由于固结层与底板之间的物理和化学相互作用而将它们分离时，必须格外小心，并采用另外的机械元件。例如，在美国专利号7,438,846中，使用弹性分离层来在底部构造平面处实现固结材料的“无损”分离。其他方法采用滑动构建板，例如，如美国专利号9,636,873所示。此类方法引入可能使装置复杂化、减慢方法、和/或可能使产品变形的机械步骤。
[0007]在美国专利号7,892,474中关于“自上而下”技术相当详尽地提出了用于生产三维对象的连续方法，并且迄今为止的最佳方法由WO 2014/126837提供。在那，形成相同可聚合液体的第一与第二层或区域之间的界面。第一层或区域(有时也称为“死区”)包含聚合抑制剂(至少呈聚合抑制量)；在第二层或区域中，抑制剂已被消耗(或未以其他方式掺入或渗透到其中)到聚合基本上不再受到抑制的程度。第一区和第二区彼此之间不形成严格的界面，而是存在成分梯度，所述成分梯度也可以描述为在它们之间形成中间相，而不是尖锐的界面，因为这些相可以相互混溶，并且还在它们之间(以及在被制造的三维对象与通过其照射可聚合液体的构建表面之间)产生(部分或完全重叠的)聚合梯度。
[0008]尽管前景广阔，但该技术具有若干限制。首先，它一次只能用于一种材料制剂，这极大地限制了可以通过该技术生产的制品的物理性质。其次，生产速率受所用抑制剂、液相粘度和UV光源功率的限制。另外，制品仍浸入树脂浴中，并需要在过程结束时对其进行清理以移除残留物。
技术实现思路
[0009]鉴于当前增材或三维(“3D”)制造技术的上述限制，本专利技术提供了一种更快的方法来产生三维制品，通过在膜上以高分辨率产生制造中的制品的下一层，并在膜与先前形成的制品部分接触期间将其暴露于对应光源，以产生形成的制品的下一层。由于这是一个连续的序列生产过程，对象形成的速率及其灵活性比其他技术有所改进。每层可引入多种材料，并且生产过程结束时无需清理。
[0010]在一个实施例中，提供了一种用于3D打印的新方法，所述方法减少了浪费并提高了制造速度。材料非数字地涂覆在膜上，通过激光数字地移除过量材料，并且完整图像然后与正在制造的对象(此处也称为样本)的现有部分接合并暴露于非数字UV固化光源。由于数字化的唯一部分是材料移除，并且所述部分是通过激光完成的，因此与常规的增材或3D制造技术相比，打印速度和制造过程的稳健性显著改进。
[0011]在材料中，最适合本方法是高粘度材料，所述高粘度材料不会在材料喷射单元和样本构建单元之间移动，然而，可以使用任何材料，同时考虑到随着材料粘度的降低，正在生产的样本的最终分辨率也会降低。
[0012]根据本专利技术配置的负片3D打印系统的一个实施例包括：基于膜和辊的涂覆系统；位于材料再利用单元顶部的激光喷射系统；以及样本构建单元，其中膜在UV固化过程中与样本接触。另一个任选单元是样本释放单元，其可以使用机械、化学或光学(例如，激光)装置或这些方法的任何组合来操作。
[0013]涂覆系统可以以若干方式中的任一种来实施。例如，在一个实施例中，涂覆系统可以包括具有成膜单元的注射器，在该成膜单元中，涂覆膜在两个辊之间通过。可以使用的其他涂覆方法包括传统的丝网印刷、分配器单元打印、微凹版涂覆、槽模涂覆、喷墨打印或辊涂覆。
[0014]涂覆可以在受控环境中进行，例如，以防止溶剂蒸发或氧化并最小化材料浪费以供以后重复使用，并且在一些实施例中，在其中被涂覆在膜上的材料通过的闭环中实施通过一个再利用单元，在每个循环中向以前未使用的部分添加少量材料。
[0015]在一些情况下，涂覆系统可以支撑多种材料的3D打印。
[0016]负片数字激光喷射系统可以包括具有足够能量的脉冲激光以从膜表面喷射材料的负像。其间可用于这种目的的可能的激光包括红外(IR)激光、紫外(UV)激光、二氧化碳(CO2)激光等。
[0017]用于转印材料的膜应该是透明膜，至少对所使用的激光的波长透明(或几乎透明)的膜，膜上有或没有涂层。可以使用的透明膜的示例是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、双轴向取向的聚丙烯(BOPP)、聚酰亚胺(PI)等。
[0018]膜涂层用于增强材料从膜到材料再利用系统的喷射。为此，可以使用具有添加剂的金属或其他聚合物涂层，所述添加剂在激光波长下吸收并通过暴露于激光负片喷射系统数字地产生透明区域。
[0019]如上所述，能够用于本系统的3D打印的材料组合非常广泛，并且详细列出所有可能的材料是不切实际的。以举例的方式，可能的材料可以是具有UV固化单体和聚合物的UV/可见光固化材料制剂、粘胶或敏感材料、丙烯酸酯、环氧树脂、氨基甲酸酯、粘合剂、膏等，和具有添加剂(诸如陶瓷、金属、有机添加剂、纤维增强材料等)的UV固化单体和聚合物，或UV
固化蜡。
[0020]该系统可用于通过光固化或部分固化的低粘度或高粘度材料，并且也可用于通过热固化的材料，诸如陶瓷和金属膏、焊膏(环氧树脂基或氨基甲酸酯基)，或带或不带可UV固化的末端的硅树脂家族材料。反应可以通过光、热或其他催化剂(Pt、OH等)或这些机构的组合进行。
[0021]该系统还可以用于高度敏感材料3D打印，例如，3D打印生物相容材料。它还可用于在室温或高温下(经过一些调整)的热塑性材料的3D打印。
[0022]在该系统的实施例中使用的固化系统不是数字过程，并且因此，可以采用边界范围的固化装置。例如，可以使用UV或可见光固化系统，也可以使用IR或其他热固化系统(作为后处理)。也可以使用化学潜催化剂进行固化反应。
[0023]作为一个示例，基本的UV制剂能够使用单体和聚合物,如丙烯酸酯、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】1.一种系统，包括：打印和涂覆单元，所述涂覆单元被配置为用材料的均匀层涂覆基板并且将涂覆基板提供给负片打印单元，所述负片打印单元被配置为从所述涂覆基板移除过量材料并且将具有所述材料的剩余片段的所述涂覆基板的最终版本提供到样本构建单元，所述样本构建单元被配置为将具有所述材料的剩余片段的所述涂覆基板与样本接合，并且在与所述样本接触期间固化所述材料的所述剩余片段，所述涂覆基板表示正在制造的制品的层的图像。2.如权利要求1所述的系统，其中所述涂覆系统包括以下中的一者：丝网印刷模块，所述丝网印刷模块被配置为使用刀片或刮刀将所述材料涂覆在具有清晰限定的孔的丝网或膜版模上，并且进一步随后将所述材料以软或硬接合方式转印到所述基板；分配器，所述分配器被配置为将所述材料打印到所述基板上；喷墨头，所述喷墨头被配置为将所述材料打印到所述基板上；凹版印刷或微凹版印刷系统，所述凹版印刷或微凹版印刷系统被配置为用所述材料的所述均匀层涂覆所述基板；缝模系统，所述缝模系统被配置为用所述材料的所述均匀层涂覆所述基板；辊涂覆系统，所述辊涂覆系统被配置为用所述材料的所述均匀层涂覆所述基板；以及所述材料的注射器和泵，所述泵将所述材料从所述注射器驱动到所述基板上，并且被配置为将所述涂覆基板朝向辊或刀具之间的间隙输送并且输送通过所述间隙，以在所述基板上以由所述间隙限定的厚度产生所述材料的所述均匀层。3.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述涂覆系统位于具有受控环境的封闭单元内部。4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述涂覆系统被配置为用多于一种材料涂覆所述基板。5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述涂覆系统包括所述间隙并且被配置为在调节所述间隙的宽度的同时使所述基板双向平移通过所述涂覆系统。6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述材料是以下中的一者：聚合物材料、或聚合物和单体材料的混合物、金属膏、焊膏、陶瓷膏、高粘度材料、低粘度材料、蜡质材料、敏感材料、或能够通过UV光或加热固化的材料。7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述负片打印单元是包含高频激光器的基于激光的系统，所述系统被配置为将材料从所述涂覆基板喷射到材料再利用系统。8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述基板是以下中的一者：连续透明膜基板、由金属层涂覆的透明膜基板、或由金属层和电介质层涂覆的透明膜基板。9.如前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括：支撑材料添加单元，所述支撑材料添加单元被配置为在固化期间在所述样本与所述基板之间的接触处注入支撑材料。10.一种方法，包括：在打印和涂覆单...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉夫，
申请(专利权)人：IO技术集团公司，
类型：发明
国别省市：
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