一种用紫外线固化相变油墨制作三维物体的方法技术

一种制作三维物体的方法，包括：沉积最初量的紫外线固化相变油墨组合物在印刷区域表面上，所述油墨组合物包括任选的色料和含有辐射固化单体或预聚物、光引发剂、活性蜡以及胶凝剂的相变油墨载体；接着沉积附加量的紫外线固化相变油墨组合物来制造三维物体；以及固化这种紫外线固化相变油墨组合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术乂>开了用于三维印刷、数字制作(digital fabrication)和快速原型(rapid phototyping )应用的紫外线固化胶凝油墨。还公开了一种用所述紫外线固化胶凝油墨制成三维图像和物体(object)的方法。
技术介绍
在模拟制造业蓬勃发展的同时，人们也期望有朝一 日也能使用上通过数字制造业生产的产品。这种转变是由消费者驱动的，人们期望更多的定制产品、按需送货以及其它支持向比传统制造业更便宜的备选物方向转化的市场因素共同导致了这种转变的出现。数字制作涵盖了多种技术。目前用于三维印刷的技术包括立体平版印刷(stereolithography)和快速原型。虽然它们适用于某些用途，但这些技术又都有它们各自的局限性。立体平版印刷非常昂贵，机器设备的价格常常超过250,000美元。而所用的聚合物材料也极其昂贵，普通的立体平版印刷用光敏聚合物的价格为每加仑约800美元。快速原型系统通常采用这样一种熔融沉积法，其中沉积的是熔融的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚合物。ABS极其迅速的固化使得其在完成的物体上形成脊。需要对原型进行印刷后处理(如砂光或抛光)从而得到光滑的物体。冷冻或相变的概念是指用水性油墨在经冷却的(是指在O度以下)基质上进行三维印刷。见D.Mager等人，Phase Change RapidPortotyping With Aqueous Inks ， NIP23 and Digital Fabrication2007 Conference Proceedings,第908-911页，该文献的内容在此通过引证的方式纳入本文。已描述了用蜡基材料进行喷墨制作，但其缺点在于得到的主要结构(primary structure)既不结实又不耐用。5共同转让的、共同未决的Peter M. Kazmaier、 Hadi K. Mahabadi、 Paul F. Smith、 Chris A. Wanger、 Gabriel If time和Tyler B. Norsten 的2006年12月20日提交的序列号为11/613, 759、名为Tactile Security Feature for Document and Signature Authentication^的美国专利申请全文在此通过引证的方式纳入本文，该申请在实施方 案中描述了一种在记录介质上生成认证标记的系统和方法，它通过在 介质的图像区上沉积标记材料来产生标记材料图像和产生标记材料认 证图像。还将预定量的另外标记材料沉积在介质的认证图像区上，从 而提高认证图像区内与标记材料认证图4象相关的标记材料的量。与认 证图像区相关的固定标记材料是可触摸识别的认证标记，其中与认证 标记相关的固定标记材料相对于介质表面有一定的高度，因此可净皮触 摸识别。专利号为6, 644, 763的美国专利描述了 一种用喷墨技术产生压凸 印刷和特种印刷效果的方法。这种方法包括以下步骤将可光固化的 光敏聚合物材料沉积在为印刷效果选定的区域上，以及固化该区域。 待沉积材料的量与为印刷效果选定的区域面积以及所述凸起区域相对 于光敏聚合物材料所沉积介质的凸起高度有关。见其摘要。专利号为5, 627, 578的美国专利描述了 一种用于印刷凸起的字和 图的方法和设备，所述方法是在印刷基质上喷洒湿的油墨沉积物。随 后将热敏粉末分散在其上，粉末只粘附在湿的油墨上，接着将粉末加 热至其固化温度，从而形成凸起的字和图。由个人电脑图形软件操控 的标准便携式喷泡型喷墨印刷机提供了需要的非接触性油墨沉积。喷 墨印刷机的分散盒(dispensing cartridge)里采用非接触性干燥油 墨制剂(如果需要，用两种或更多种分开的颜料)，用于待呈现凸起 形状的图或字的部分。热敏粉末分散和加热器连接在喷墨印刷机的输 出部分，或与之集成来完成压凸印刷过程。压凸印刷和非压凸印刷也 可通过分别采用分散干油墨和非干油墨实现。见其摘要。喷墨印刷装置在本领域中是已知的。例如，喷墨印刷装置通常分 为两类连续流型和按需滴墨(drop-on-demand)型。在连续流型喷墨 系统中，油墨在压力下通过至少一个喷孔或喷嘴以连续流的方式喷出。 扰动所述流，导致其在距所述喷孔固定的距离处分散为微滴(droplet )。 在分散点处，根据数字数据信号使所述微滴带电，并且使其穿过静电场，6所述静电场可调整每个微滴的轨迹以使其射向再循环槽或者射向记录介质上的特定位置。在按需滴墨系统中，根据数字数据信号将微滴从喷孔直接发射到记录介质上的某个位置。除非是准备将微滴置于所述记录介质之上，否则不会形成或发射微滴。存在至少三类按需滴墨式喷墨系统。 一类按需滴墨系统为具有油墨填充槽或通道作为其主要组件的压电设备，所述油墨填充槽或通道的一端具有一个喷嘴，而另一端附近具有一个压电换能器以产生压力脉冲。已知另一类按需滴墨系统为声波油墨印刷。已知，声束对它碰撞到的物体施加辐射压力。因此，当声束碰撞到下方液体池的自由液面(即液体/空气界面)时，其施加到所述池表面上的辐射压力可能会达到足够高的水平以从该池释放出单个的液体微滴，尽管存在表面张力的约束力。将声束聚焦到所述池的表面之上或附近可加强其在给定量的输入功率下所施加的辐射压力。还已知另一类按需滴墨系统为热喷墨或气泡喷墨的，并且产生高速度微滴。这类按需滴墨系统的主要组件为油墨填充槽，所述油墨填充槽的 一端具有一个喷嘴，并且在该喷嘴附近有一个产热电阻。代表印刷信号的数字信息在喷孔或喷嘴附近的每个油墨通道内的电阻层中产生一个电流脉沖，导致最邻近的油墨连接料(通常为水)几乎立即挥发并且产生气泡。当该气泡膨胀时，将喷孔处的油墨以受推进微滴形式压出。在一个典型的压电喷墨设备设计中，通过以下方式来施加图像通过在基质——如图像接受部件或中间转印部件——相对于喷墨头的4-18次旋转(增量运动)过程中适当地喷射有色油墨。即在每次旋转之间印刷头均相对于基质有一个小的平移。该方法简化了印刷头设计，并且所述小的移动确保了良好的微滴定位。在喷墨工作温度下，使液体油墨的微滴从所述印刷设备中喷射出。当所述油墨微滴与记录用基质的表面接触时，它们快速固化以形成由凝固油墨滴构成的预定图案。喷墨印刷方法可能会采用在室温下为固体并且在高温下为液体的油墨。这类油墨可被称为固体油墨、热熔油墨、相变油墨等。例如，美国专利No. 4，490，731——该专利的全部内容通过引证的方式纳入本文-公开了 一种用于分散印刷到诸如纸的基质上的固体油墨的装置。在采用热熔油墨的热喷墨印刷方法中，将所述固体油墨用印刷装置中的加热器熔化并且作为液体使用(即喷射)，方式与常规热喷墨印刷中的方式相似。当与印刷的基质接触时，所述熔融油墨快速凝固，使得色料基本保留在所述基质的表面上，而未因毛细作用被带入到所述基质(例 如纸)中，籍此使得印刷密度高于通常使用液体油墨获得的印刷密度。 因此，喷墨印刷中相变油墨的优势在于消除了处理过程潜在的油墨泄 漏、宽范围的印刷密度和质量、最小程度的纸张起皱或形变，并且使得 可以长时间的不印刷而没有喷嘴阻塞的危险，甚至不用给喷嘴加帽。利用喷墨印刷机形成凸起的印刷图像也是已知的，例如，上文所述专利号为6，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作三维物体的方法，包括：　沉积最初量的紫外线固化相变油墨组合物在印刷区域表面上，所述油墨组合物包括任选的色料和含有辐射固化单体或预聚物、光引发剂、活性蜡以及胶凝剂的相变油墨载体；　接着沉积附加量的紫外线固化相变油墨组合物来生成三维 物体；以及　固化所述紫外线固化相变油墨组合物。

【技术特征摘要】
US 2008-9-4 12/204,3071.一种制作三维物体的方法，包括沉积最初量的紫外线固化相变油墨组合物在印刷区域表面上，所述油墨组合物包括任选的色料和含有辐射固化单体或预聚物、光引发剂、活性蜡以及胶凝剂的相变油墨载体；接着沉积附加量的紫外线固化相变油墨组合物来生成三维物体；以及固化所述紫外线固化相变油墨组合物。2. 权利要求1的方法，其中用于制作三维物体的方法包括数字制作。3. 权利要求1的方法，其中所述沉积步骤包括人工沉积紫外线固化 相变油墨组合物或用 一种喷墨印刷装置进行沉积。4. 权利要求1的方法，其中所述沉积步骤包括将紫外线固化相变油 墨组合物人工沉积至模具中或用 一种压电喷墨印刷装置进行沉 积。5. 权利要求1的方法，其中至少一种固化单体或预聚物是多官能丙 烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物。6. 权利要求5的方法，其中多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯化合物 为丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、四丙烯酸季戊四醇酯、四曱 基丙烯酸季戊四醇酯、`1, 2-乙二醇二丙烯酸酯、1，2-乙二醇二甲 基丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸 酯、1， 12-十二烷醇二丙烯酸酯、1， 12-十二烷醇二甲基丙烯酸酯、 三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯三丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、 三丙二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、胺改性的聚醚丙烯 酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甘油丙氧基化三丙烯酸酯、二 季戊四醇五丙烯酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、乙氧基化季戊四 醇四丙烯酸酯或者其混合物或结合物。7. 权利要求l的方法，其中胶凝剂是具有下式的化合物O O 0 0R3— X—R2—NH-R厂NH—R2' —X -R3'其中R!是(i) 一个亚烷基，包括直链的和支链的、饱和的和不饱 和的、环状的和无环的、以及取代的和未取4戈的亚烷基，在所述亚烷基中可存在也可不存在杂原子，(ii)一个亚芳基，包括取 代的和未取代的亚芳基，在所述亚芳基中可存在也可不存在杂原 子，(iii)一个芳基亚烷基，包括取代的和未取代的芳基亚烷基， 其中所述芳基亚烷基的烷基部分可为直链的或支链的、饱和的或 不饱和的、以及环状的或无环的，在所述芳基亚烷基的芳基或烷 基部分可存在也可不存在杂原子，或(iv) —个烷基亚芳基，包 括取代的和未取代的烷基亚芳基，其中所述烷基亚芳基的烷基部 分可为直链的或支链的、饱和的或不饱和的、以及环状的或无环 的，在所述烷基亚芳基的芳基或烷基部分中可存在也可不存在杂 原子，R2和R2，各自彼此独立地为(i)亚烷基，包括直链的和支链的、饱和的和不饱和的、环状的和无环的、以及取代的和未取代的亚 烷基，在所述亚烷基中可存在也可不存在杂原子，(ii )亚芳基， 包括取代的和未取代的亚芳基，在所述亚芳基中可存在也可不存 在杂原子，(iii)芳基亚烷基，包括取代的和未取代的芳...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克雷蒂安，B基奥什科林，PG奥戴尔，JL贝乐丽，CA瓦格纳，N肖帕，
申请(专利权)人：施乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]