3D打印设备和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于形成三维物体的设备和方法。所述设备包括平台，所述三维物体形成在所述平台上。所述设备包括具有构建表面的溶氧液体。所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域。所述设备包括设置在所述溶氧液体上的光敏液体。所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度。所述设备包括光学透明构件。所述光学透明构件支撑所述溶氧液体。所述设备包括辐射源，所述辐射源配置为穿透所述光学透明构件和所述溶氧液体照射所述构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物。所述设备包括控制器，所述控制器配置为推动所述平台远离所述构建表面。建表面。建表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年8月24日提交的美国临时申请63/069,317的优先权，其全部内容并入本文。


[0003]本专利技术涉及在3D打印应用中消除或改善透氧膜的大的膜变形的工艺。

技术介绍

[0004]透氧膜可用于3D自上而下投影打印应用。

技术实现思路

[0005]本公开的系统和方法可以解决与在三维(3D)自上而下投影打印工艺中的具有墨水的透氧膜的膜变形有关的问题。本公开的系统和方法能够在不需要透氧膜的情况下使用连续3D打印。此外，本公开的系统和方法可以解决大面积打印的膜变形问题，可以用于高分辨率打印大的物体。
[0006]本公开的至少一个方面涉及一种用于形成三维物体的设备。所述设备包括平台，所述三维物体形成在所述平台上。所述设备包括具有构建表面的溶氧液体。所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域。所述设备包括设置在所述溶氧液体上的光敏液体。所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度。所述设备包括光学透明构件。所述光学透明构件支撑所述溶氧液体。所述设备包括辐射源，该辐射源配置为穿透所述光学透明构件和溶氧液体照射所述构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物。所述设备包括控制器，该控制器配置为推动所述平台远离所述构建表面。
[0007]本公开的另一方面涉及一种用于形成三维物体的设备。所述设备包括平台，所述三维物体形成在所述平台上。所述设备包括具有构建表面的透氧膜。所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域。所述设备包括设置在所述透氧膜上的光敏液体。所述设备包括溶氧液体。所述溶氧液体支撑所述透氧膜。所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度。所述设备包括光学透明构件。所述光学透明构件支撑所述溶氧液体。所述设备包括辐射源，该辐射源配置为穿透所述光学透明构件、所述溶氧液体和所述透氧膜照射构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物。所述设备包括控制器，该控制器配置为推动所述平台远离所述构建表面。
[0008]本公开的另一方面涉及一种用于形成三维物体的方法。所述方法包括提供平台和具有构建表面的溶氧液体。所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域。所述方法包括将光敏液体设置在所述溶氧液体上。所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度。所述方法包括在光学透明构件上支撑所述溶氧液体。所述方法包括穿透所述光学透明构件和所述溶氧液体照射所述构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物。所述方法包括推动所述平台远离所述构建表面。
[0009]本领域的技术人员将理解，该
技术实现思路
仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。如仅由权利要求界定的，本文记载的设备和/或工艺的其他方面、专利技术特征和优点将在本文阐述的详细描述中结合附图变得显而易见。
附图说明
[0010]本说明书中记载的主题的一个或多个实施方式的细节在下文的附图和描述中说明。从描述、附图和权利要求中，所述主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
[0011]图1示出了根据一个实施例的全氟萘烷和墨水界面。
[0012]图2示出了根据一个实施例的水和全氟萘烷在AF2400膜上的接触角。
[0013]图3示出了根据一个实施例的全氟萘烷的吸收光谱。
[0014]图4示出了根据一个实施例的全氟萘烷、水和空气的折射率曲线。
[0015]图5示出了根据一个实施例的没有固体膜界面的倒置数字光投影(DLP)系统的示意图。
[0016]图6示出了根据一个实施例的图5中平台的X
‑
Z横截面区域的详细视图。
[0017]图7示出了根据一个实施例的不可压缩载氧液体的示意图。
[0018]图8示出了根据一个实施例的在静水压力下膜变形的示意图。
[0019]图9示出了根据一个实施例的AF2400膜的变形。
[0020]图10示出了根据一个实施例的在膜上加载不同的静水压力下图9中描绘的虚线上的膜变形。
[0021]图11示出了根据一个实施例的归一化变形与静水压力的关系图。
[0022]各图中相同的参考数字和名称指示相同的元件。
具体实施方式
[0023]氧抑制层(例如死区)可以控制3D打印应用中的打印固化层厚度。具有高透氧性的固体膜界面(例如AF2400)可用于控制光聚合的抑制。这些固体膜界面可以是化学惰性和紫外线透明的。然而，当以高分辨率在大横截面区域进行3D打印时，这些透氧膜可能会出现问题。当使用高紫外线(UV)强度打印时，死区厚度会减小并导致视窗黏附缺陷。所述视窗黏附缺陷会抑制打印物体的自由运动。在打印过程完成之前，3D打印的物体可能倒塌并落入槽中。此外，当使用大量墨水打印时，所述墨水的静水压力会导致膜发生明显的垂直偏转，并可能使聚合平面偏离投影仪的焦平面。这可能导致以较低的功率强度和较低的分辨率打印物体。因此，需要在保持高分辨率的同时改进具有大横截面区域的3D物体的工艺。
[0024]快速、高精度的增材制造(AM)在器官制造和3D支架打印中可以很重要。三维打印可以通过对CAD模型进行切片和逐层光聚合一个物体来使计算机辅助设计(CAD)虚拟3D模型成为现实。立体光刻(SL)技术可用作以自上而下的方式进行UV激光光栅化曝光的平台。数字光投影(DLP)可以消除激光光栅化，并可以使UV可固化聚合物的光聚合以自下而上的方式在单次曝光中发生。在所有这些技术中，大气中的氧气可以抑制光聚合。氧抑制可以发生在构建视窗处并导致死区的形成。所述死区可包括氧抑制占主导地位且不发生光聚合反应的位置。对于视窗下方的环境空气，死区可以通过公式1计算：
[0025][0026]其中C是比例值，Φ0是单位时间内单位面积的光子通量，α
PI+Ab
是光引发剂和吸收剂的吸收峰，D
e
表示单体与光引发剂的反应活性。增加Φ0或α
PI+Ab
可以降低氧气浓度。在20μm到30μm之间的死区厚度，所述死区可以忽略不计，以至于交联聚合物可以粘附在所述膜上并产生缺陷或导致打印物体失败。
[0027]为了克服由小死区厚度引起的粘附缺陷，所述透氧膜可以用密度高于生物墨水的溶氧液体(例如载氧液体)代替。所述溶氧液体可包括全氟萘烷(PFD)(C
10
F
18
)，一种密度为1.917g/cm3且氧溶解度为40.5mlO2/100ml液体的溶氧液体。图1是PFD和墨水界面。PFD的高密度可以使这种载氧液体非常稳健以创造两相系统(例如，用于水溶性油墨)。图2图示了水和PFD在AF2400膜上的接触角。此外，PFD对AF2400膜具有强大的润湿性，从而提高PFD和AF2400的粘附性。图3示出了PFD的吸收光谱。PFD在365nm和405nm处的吸光度分别为0.07和0.03。PFD可作为固体透氧膜的替代品。
[0028]图4示出了全氟萘烷、水和空气的折射率曲线。由于相对于空气具有高折射率(1.36)，投影图像可能需要修改以补偿物体变小的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于形成三维物体的设备，包括：平台，所述三维物体形成在所述平台上；溶氧液体，所述溶氧液体具有构建表面，所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域；光敏液体，所述光敏液体设置于所述溶氧液体上，其中所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度；光学透明构件，所述光学透明构件配置为支撑所述溶氧液体；辐射源，所述辐射源配置为穿透所述光学透明构件和所述溶氧液体照射所述构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物；和控制器，所述控制器配置为推动所述平台远离所述构建表面。2.根据权利要求1所述的设备，还包括：再循环所述溶氧液体的蠕动泵。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述溶氧液体是碳氟化合物材料。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述溶氧液体的氧溶解度大于0.3ml O2/ml溶氧液体。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述三维物体是人造器官。6.一种用于形成三维物体的设备，包括：平台，所述三维物体形成在所述平台上；透氧膜，所述透氧膜具有构建表面，所述构建表面和所述平台界定在其间的构建区域；光敏液体，所述光敏液体设置于所述透氧膜上；溶氧液体，所述溶氧液体支撑所述透氧膜，其中，所述溶氧液体的密度大于所述光敏液体的密度；光学透明构件，所述光学透明构件支撑所述溶氧液体；辐射源，所述辐射源配置为穿透所述光学透明构件、所述溶氧液体和所述透氧膜照射所述构建区域以从所述光敏液体形成固体聚合物；和控制器，所述控制器配置为推动所述平台远离所述构建表面。7.根据权利要求6所述的设备，还包括：再循环所述溶氧液体的蠕动泵。8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述溶氧液体是全氟萘烷、K...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：朗格生物技术公共公益股份有限公司，
类型：发明
国别省市：