用于通过立体光刻3D打印来制造对象的方法和装置制造方法及图纸

一种通过立体光刻3D打印来制造对象的方法，其中，对象逐层地构建于构建平台(2)上以获得结构化层堆，其中，通过根据期望的图案而使感光树脂(4)固化来获得每个结构化层，其中，将不同于感光树脂的可移除材料膜布置于两个相邻层之间，其中，在后处理步骤中，所述可移除材料膜经受物理过程和/或化学过程，该物理过程和/或化学过程引起第一可移除材料膜分裂或丧失其稳定性，并且从对象移除可移除材料。并且从对象移除可移除材料。并且从对象移除可移除材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过立体光刻3D打印来制造对象的方法和装置


[0001]本专利技术涉及一种通过立体光刻3D打印来制造对象的方法，其中，对象逐层地构建于构建平台上以获得结构化层堆，其中，每个结构化层通过以下的步骤来获得：
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提供非结构化感光树脂层，以及
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根据期望的图案而选择性地将光投影到非结构化层上，由此使感光树脂固化以获得根据该图案而结构化的结构化层。

技术介绍

[0002]另外，本专利技术涉及一种用于通过立体光刻3D打印来制造对象的装置，该装置包括：构建平台，材料载体，用于将非结构化感光树脂层施加到构建平台上或施加于部分地构建的对象上的器件，光引擎，其设计成用于使光图案化(patterning)到非结构化感光树脂层上，所述光引擎适于使感光树脂固化以获得根据该图案而结构化的结构化层。
[0003]如本文中所使用的，“光”可以包括能够诱导感光树脂的聚合的任何电磁辐射。用语“光”不需要局限于可见光，例如能够被人眼感知的光谱的部分。辐射可以具有10nm至10000nm，优选地100至500nm的范围内的波长。
[0004]用语“感光树脂”可以指通过固化过程来适形(conform)成硬化聚合材料的材料。感光树脂可以包括但不限于低聚物、光引发剂以及单体的混合物。感光树脂也可以被称为未固化光聚合物。
[0005]使感光树脂“固化”是如下的过程，其中，感光树脂由于被光辐照而聚合或交联。
[0006]如本文中所使用的，“光引擎”是能够根据预确定图案而生成动态光信息的装置。作为示例，LCD显示器、数字光处理(DLP)、其它有源掩模投影系统和/或基于激光扫描仪的系统可以用于选择性地将光信息投影于感光树脂的表面上。
[0007]与其它增材制造技术相比，可商购的立体光刻(SLA)打印机提供高的分辨率和表面质量。另外，利用如加热或薄膜涂层(参见例如EP 3284583 A1和EP 3418033 A1)那样的某些过程调整，能够打印高粘性材料(例如树脂)，其不能利用任何其它增材制造技术来处理。高粘性材料能够导致利用立体光刻来打印的部分的先进机械性质。
[0008]然而，当前的立体光刻过程一次仅能够处理一种材料。立体光刻的另一缺点是必需支承结构。对于自顶向下系统和自底向上系统两者，支承结构用来支承悬垂部分、底切部或未被主构建部分支承的其它节段。在立体光刻中，支承结构固有地由与构建材料相同的材料组成。因此，支承结构不能容易地通过清洗或熔融来移除，而是必须机械地移除，并且在许多情况下人工地移除，例如折断或切除，从而在该部分的表面上留下标记。除了表面的潜在损坏之外，这还涉及额外的时间和工作要求。尤其对于在打印过程之后需要脱粘和/或烧结的部分，例如陶瓷或金属填充的光聚合物，人工地移除支承结构是耗时以及劳动密集
和工具密集的，并且增加在过程链期间损坏该部分的进一步的风险。
[0009]其它增材制造技术(诸如喷墨打印或熔合丝制作(FFF))能够一次处理多种材料。那些系统能够通常提供用于打印支承结构的支承材料，该支承材料固有地不同于构建材料。存在用以移除该支承材料的若干方式，其包括使支承材料熔融或使用溶剂来将它冲走。这允许移除支承材料，而不损坏所打印的部分的表面。然而，用于熔合丝制作的打印系统当前缺乏准确性、层粘性以及表面质量，其对于大多数工业应用是必要的。另一方面，喷墨打印技术具有关于感光树脂的粘度参数的显著限制，起因于可用打印头的流体限制，粘度参数通常限于大约20mPa
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s。这对可实现的机械性质具有显著影响，因为低粘性单体一般以短聚合物链为特征并且形成密集聚合物网络，因而导致脆弱聚合物部分。
[0010]为了克服打印过程的某些限制，可组合不同的打印策略。存在用以出于着色目的而使热塑性塑料(FFF)与来自喷墨打印头(例如US 10486364B2)以及SLA系统和喷墨打印头(例如US 10486364B2、US 10449715B2、US 2015/131074 A1)的光聚合物组合的途径。用于SLA的多材料途径通常意味着多个桶，每个桶具有不同树脂(例如US 2017/100899A1)。然而，那些途径通常遭受不同材料之间的交叉污染问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目标是改进基于立体光刻的打印方法和装置，以允许放置能够在后处理步骤中容易地且可控地移除而不损坏所打印的对象的表面的支承结构。
[0012]为了解决该目标和其它目标，本专利技术在其第一方面提供一种通过立体光刻3D打印来制造对象的方法，其中，对象逐层地构建于构建平台上以获得结构化层堆，其中，每个结构化层通过以下的步骤来获得：
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提供非结构化感光树脂层，以及
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根据期望的图案而选择性地将光投影到非结构化层上，由此使感光树脂固化以获得根据该图案而结构化的结构化层，其中，结构化层堆包括第一对相邻结构化层，其中，不同于感光树脂的第一可移除材料膜通过从喷射器喷射可移除材料的滴落物(drop)来放置到所述第一对相邻结构化层的第一结构化层上，此后，所述第一对相邻结构化层的第二结构化层构建于第一可移除材料膜上，由此将第一可移除材料膜布置在所述第一对相邻结构化层的第一结构化层与第二结构化层之间，并且其中，在后处理步骤中，第一可移除材料膜经受物理过程和/或化学过程，该物理过程和/或化学过程引起第一可移除材料膜分裂或丧失其稳定性，并且从对象移除可移除材料。
[0013]本专利技术使用允许处理机械地有利的光聚合物的基于立体光刻的打印过程，并且基于在打印过程期间选择性地添加附加物质的观念，附加物质是可移除材料。特别地，本专利技术基于如下的观念：将可移除材料膜布置在结构化经固化感光树脂层之间，并且由此在3D打印的对象的不同部分之间提供临时界面，该临时界面能够在后处理步骤中容易地分裂并移除。这样的可移除界面能够用于使3D打印的对象分离成两个或更多个部分，或从对象移除支承结构，而不会负面地影响其表面。
[0014]由于可移除材料并非与感光树脂相同的材料，因而用以移除可移除材料的后处理
步骤能够被设计为仅可移除材料对其作出反应的过程，由此使经固化感光树脂不受影响。特别地，后处理步骤被设计成使可移除材料膜经受引起第一可移除材料膜分裂或丧失其稳定性的物理过程和/或化学过程。
[0015]根据优选实施例，物理过程和/或化学过程选自由熔融、蒸发、升华、膨胀以及在溶剂中溶解组成的群组。由此，后处理步骤利用经固化感光树脂和可移除材料的不同的物理性质和/或化学性质，并且应用仅在可移除材料中，而不在经固化感光树脂中产生分裂反应(诸如熔融、蒸发、升华、膨胀以及在溶剂中溶解)的物理过程和/或化学过程。
[0016]如引言中所提到的，在立体光刻过程中使用多种材料一般要求使用多个材料贮存器，诸如桶，针对每种材料而存在一个材料贮存器，其中，构建平台或至少部分地构建在其上的对象交替地浸没到所述贮存器中。然而，这导致不同材料之间的交叉污染，因为当对象浸没到第二材料中时，在已产生的第一材料的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过立体光刻3D打印来制造对象的方法，其中，所述对象逐层地构建于构建平台上以获得结构化层堆，其中，每个结构化层通过以下的步骤来获得：
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提供非结构化感光树脂层，以及
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根据期望的图案而选择性地将光投影到所述非结构化层上，由此使所述感光树脂固化以获得根据所述图案而结构化的所述结构化层，其中，所述结构化层堆包括第一对相邻结构化层，其中，不同于所述感光树脂的至少第一可移除材料膜通过从喷射器喷射所述可移除材料的滴落物来放置到所述第一对相邻结构化层的第一结构化层上，此后，所述第一对相邻结构化层的第二结构化层构建于所述第一可移除材料膜上，由此将所述第一可移除材料膜布置在所述第一对相邻结构化层的所述第一结构化层与所述第二结构化层之间，并且其中，在后处理步骤中，所述第一可移除材料膜经受物理过程和/或化学过程，所述物理过程和/或化学过程引起所述第一可移除材料膜分裂或丧失其稳定性，并且从所述对象移除所述可移除材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理过程和/或化学过程选自由熔融、蒸发、升华、膨胀以及在溶剂中溶解组成的群组。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结构化层堆包括第二对相邻结构化层，其中，不同于所述感光树脂的第二可移除材料膜通过从喷射器喷射所述可移除材料的滴落物来放置到所述第二对相邻结构化层的第一结构化层上，此后，所述第二对相邻结构化层的第二结构化层构建于所述第二可移除材料膜上，由此将所述第二可移除材料膜布置在所述第二对相邻结构化层的所述第一结构化层与所述第二结构化层之间，并且其中，在所述后处理步骤中，所述第二可移除材料膜经受物理过程和/或化学过程，所述物理过程和/或化学过程引起所述第二可移除材料膜分裂或丧失其稳定性，并且从所述对象移除所述可移除材料。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，由所述感光树脂组成的支承结构在所述第一可移除材料膜与所述第二可移除材料膜之间产生，其中，在所述后处理步骤中，从所述对象移除所述支承结构。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，由所述感光树脂组成的支承结构在所述第一可移除材料膜与所述构建平台之间产生，其中，在所述后处理步骤中，从所述对象移除所述支承结构。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在将第一结构化感光树脂层构建于所述构建平台上之前，第三可移除材料膜通过从喷射器喷射所述可移除材料的滴落物来放置到所述构建平台上。7.根据权利要求4、5或6所述的方法，其中，所述支承结构包括多个柱。8.根据权利要求4至7中的任一项所述的方法，其中，所述支承结构由多个经固化感光树脂层构建。9.根据权利要求8所述的方法，其中，可移除材料膜各自布置于所述经固化感光树脂层之间。10.根据权利要求4至9中的任一项所述的方法，其中，所述图案的区段各自用于逐层地构建所述支承结构。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述后处理步骤在所述对象的所述逐层构造结束之后实施。12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，所述可移除材料：
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由至少可聚合基团以及可选地至少一个亲水或亲油基团组成，所述可光聚合基团优选地选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、乙烯醚、乙烯酯、马来酰亚胺、环醚、异氰酸盐、胺或其它可聚合不饱和或饱和基团，其中，处于其聚合或预聚合状态的所述可移除材料优选地可在溶剂中溶解和/或膨胀，并且优选地包含羟基基团、羰基基团和羧基基团以及具有其它负电性杂原子的衍生物、胺、离子液体和盐，例如羟基甲基丙烯酸乙酯(HEMA)、2
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(2
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乙氧基乙氧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：库比科有限责任公司，
类型：发明
国别省市：