通过喷墨打印三维物体制造技术

本文提供了一种使用多个液体喷墨组合物、机械和多个方法在基材上形成三维物体的方法，而不含多个干粉或多个紫外线固化剂。根据所述增材方法，通过在固化基层之前在所述基层上喷墨打印顶层，来数字打印所述三维物体，而以一凝胶形成一层，并且随后固化凝胶物体。并且随后固化凝胶物体。并且随后固化凝胶物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过喷墨打印三维物体
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年12月29日提交的美国临时专利申请第63/131,343号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
[0003]本专利技术的
及
技术介绍

[0004]在本专利技术的一些实施方案中，本专利技术涉及三维(3D)打印，并且更具体但不排他的涉及通过喷墨标准方法、机械和组合物打印3D物体的方法。
[0005]喷墨打印的概念最初由Lord Rayleigh于1878年提出，并于1951年Siemens获得了第一台二维喷墨打印机的专利，称为Rayleigh分解喷墨设备。从那时起，3D喷墨打印已经被概念化并付诸实践，但主要仍然是一种基于粉末的方法(又名MIT方法)，其中通常高度为200微米(μm)、粒径范围在50至100μm之间的固体颗粒层通过打印的液体材料粘合在一起，以生成3D模型。在基于粉末的技术中，第一层粉末例如通过辊均匀分布在支撑台的顶部，之后喷墨打印机头将液体粘合材料的液滴打印到粉末层上所需的固化区域。第一层完成后，平台落下，第二粉末层被分布并选择性地与打印的粘合材料结合。重复这些步骤，直到生成3D模型，之后通常会对模型进行热处理，以增强粉末在所需区域的结合。未结合的粉末在加工过程中充当支撑材料，并在制造后被去除。
[0006]在热相变技术中，室温下为固体的蜡状材料被熔化，并通过喷墨沉积到基材上。蜡在冷却后凝固，然后沉积新的液体蜡层。支撑结构的构建方式与模型构建层相同，并使用相同的材料。此技术的主要缺点是表面质量相对较差、支撑去除困难，以及所用蜡类材料的机械性能较差。
[0007]在PolyJet方法中，通过UV固化液体组合物的选择性喷墨沉积和立即固化的工艺，并且通过通过暴露于泛紫外线辐射，逐层形成切片。支撑结构的构建方式与3D物体切片相同，但使用不同的材料。支撑材料通常是紫外线可固化的凝胶材料，可以轻松被去除，并留下轮廓分明且光滑的物体表面。由于PolyJet已被证明可以克服现有3D打印方法的许多传统缺点，因此此方法成为3D喷墨打印的主导方法。
[0008]尽管多年来已经开发出许多改进和不同的方法，但直到十年前，还没有开发出能够一次使用多种建模材料构建物体的系统。2007年11月，以色列Objet Geometry有限公司揭露了一项新技术突破，可以同时使用两种UV固化建模材料来构建复杂的组件和结构。此外，如Objet Geometry有限公司所声称的，这项新技术还提供了构建复合材料或数字材料的可能性。
[0009]美国专利第7,134,749号提供了一种在深色纺织品上进行彩色打印的方法和设备，所述方法包括以下步骤：将白色墨水层直接数字施加到纺织品上，以及在固化白色墨水之前在所述白色墨水层上数字打印彩色图像。此技术的局限性在于其足以适用于使用分散染料染色的合成织物，其中染料迁移到白色底层，并在图像固化步骤中将其着色。
[0010]美国专利第9,624,390号教示了一种在染色的合成纺织品基材上喷墨打印图像的方法，所述方法包括对合成纺织品进行改性，使其在其上表现出带负电的官能团，从而获得改性的合成纺织品基材；对改性合成纺织基材进行染色，得到染色后的改性合成纺织基材；
使改性基材的至少一部分表面与包含酸的固定组合物接触，从而获得改性基材的湿润部分；将有色油墨组合物和/或不透明白色底色油墨组合物直接喷墨打印在湿润部分上，从而形成图像；并固化图像。此技术的局限性是需要对织物进行预处理，这增加了处理时间和成本，并且可能不适用于所有合成纤维。
[0011]WIPO专利申请第WO/2018/138720号公开了一种设计用于在染色合成织物上打印的油墨组，其包括固定组合物和至少一个油墨组合物，所述油墨组合物包含分散的颜料和/或染料、低温固化自交联树脂和水性载体，并配制为表现出高于7的碱性pH；所述固定组合物包含酸和水性载体，并配制为呈现低于7的酸性pH，所述油墨组用于直接数字喷墨打印彩色图像于染色基材上，其中低温固化自交联树脂为pH敏感性低温固化自交联树脂，其在低于典型固化温度的温度下引发交联反应，范围为90℃至110℃。此技术带来的限制是这种低温固化自交联树脂的成本，并且其足以适用于所有合成织物，即使在100至110℃的低温固化下，由于织物染色过程的质量或其他性能、油墨成分和客户的需求，也可能会受到染料迁移的影响。
[0012]另外的现有技术文献包括美国专利第4,575,330号、第5,387,380号、第5,733,497号、第5,855,836号、第6,569,373号和第7,300,619号。

技术实现思路

[0013]本专利技术提供了一种与在数字喷墨打印中使用的喷墨组合物的流动性和关键性质相关的问题的解决方案，所述问题阻碍了此类组合物和技术用于三维(3D)物体。如本领域已知的，喷墨组合物必须符合某些流变学(rheological)要求，其对于3D物体打印中的增材(additive)方法是不利的，然而，本专利技术教示了通过使用两部分的胶凝(jellification)反应来形成出现物体的每一层，同时这些层仍然是湿的和未固化的，而利用这些相同的性质，以在任何基材上形成复杂的高分辨率3D物体，所述基材包括不平坦和吸收性的表面，例如：织物)。每个层通过喷墨打印成层(layer
‑
forming)组合物和凝胶(jellification)组合物而形成，而成层组合物在接触基材(或前一层)上的凝胶组合物时凝结。3D物体是通过在所有层都还湿(未固化)的情况下逐层添加，最后通过热固化物体而形成的。
[0014]因此，根据本专利技术的一些实施方案的一方面，提供了一种在基材的表面上打印或以其他方式形成三维固体(solid)物体的方法，其通过以下方式进行：
[0015](a)使用成层组合物和凝胶组合物在所述表面的区域上喷墨打印图案，从而形成第一凝胶层；
[0016](b)在所述第一凝胶层上重复步骤(a)，从而在所述第一凝胶层上形成第二凝胶层；
[0017](c)重复步骤(b)n次，以在所述第二凝胶层上形成第n凝胶层，从而形成三维凝胶物体，其中n为等于或大于1的整数；以及
[0018](d)固化所述三维凝胶物体，从而形成所述三维物体。
[0019]根据本专利技术的一些实施方案，所述第一凝胶层、所述第二凝胶层和所述第n凝胶层中的每一个的厚度/高度独立地为至少10微米(μm)。
[0020]根据本专利技术的一些实施方案，所述三维凝胶物体中的可辨别的结构特征的空间分辨率为至少0.1毫米(mm)。
[0021]根据本专利技术的一些实施方案，n大于2，或大于4。
[0022]根据本专利技术的一些实施方案，所述成层组合物和所述凝胶组合物中的每一个基本上不含紫外线固化剂(UV
‑
curable agent)。
[0023]根据本专利技术的一些实施方案，所述成层组合物包含颜料(pigment)。
[0024]根据本专利技术的一些实施方案，所述颜料是不透明的。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在基材的表面上形成三维(固体)物体的方法，其特征在于，所述方法包含步骤：(a)使用成层组合物和凝胶组合物在所述表面的区域上喷墨打印图案，从而形成第一凝胶层；(b)在所述第一凝胶层上重复步骤(a)，从而在所述第一凝胶层上形成第二凝胶层；(c)重复步骤(b)n次，以在所述第二凝胶层上形成第n凝胶层，从而形成三维凝胶物体，其中n为等于或大于1的整数；以及(d)固化所述三维凝胶物体，从而形成所述三维物体。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一凝胶层、所述第二凝胶层和所述第n凝胶层中的每一个的厚度/高度独立地为至少10微米。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述三维凝胶物体中的可辨别的结构特征的空间分辨率为至少0.1毫米。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：n大于2。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物和所述凝胶组合物中的每一个基本上不含紫外线固化剂。6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物包含颜料。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述颜料是不透明的。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：不透明的所述颜料的浓度为1至40wt％。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述颜料是半透明的。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：半透明的所述颜料的浓度为2至30wt％。11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物包含凝胶剂，所述凝胶剂在小于7的pH下、在接触阳离子时或是在接触金属氧化物时凝结。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述凝胶剂选自于由pH敏感性碱溶性聚合物所组成的群组，所述pH敏感性碱溶性聚合物选自于由聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚亚胺及其任何混合物和/或共聚物所组成的群组。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述成层组合物中的所述凝胶剂的浓度为0.1至30wt％。14.如权利要求6至13中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物还包含浓度为0至30wt％的非凝结成膜剂。15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于：选择所述凝胶剂，和/或当所述非凝结成膜剂存在时，选择所述非凝结成膜剂，使得独立固化的1毫米厚的膜表现出至少5％的伸长率，所述独立固化的1毫米厚的膜由包含所述凝胶剂和/或所述非凝结成膜剂的所述成层组合物所形成。16.如权利要求6至14中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物在25℃下的粘度为4至25cps。17.如权利要求6至16中任一项所述的方法，其特征在于：所述成层组合物中的最大分散粒径为小于5微米。18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其特征在于：以10至120皮升的液滴尺寸来打印所述成层组合物。
19.如权利要求1至18中任一项所述的方法，其特征在于：所述凝胶组合物包含选自于由酸、二价阳离子和金属氧化物所组成的群组的凝胶引发剂。20.如权利要求19所述的方法，其特征在于：所述凝胶组合物中的所述凝胶引发剂的浓度为0.1至20wt％。21.如权利要求19所述的方法，其特征在于：所述凝胶引发剂是暂时酸，并且所述凝胶组合物的pH...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉哈夫，
申请(专利权)人：康丽数码有限公司，
类型：发明
国别省市：