三维结构印刷制造技术

本发明专利技术提供了一种按照制品的数字模型在顺序层中形成三维制品的方法。该方法包括步骤：确定粉末材料层，将液体试剂以对应于数字模型的图案施用到粉末层上，和重复这些步骤以形成接续层。粉末包含第一反应性组分，液体包括能够与第一反应性组分反应的第二活性组分，这样制品以层构建。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维结构印刷，更具体地，一种通过喷射印刷技术使用计算机模型形成三维物体的方法。涉及制造物品或部件的工艺正经历生产流程的显著流线型化，这通过具有高处理能力的高速桌面计算、能够产生和表示三维物体的万用CAD软件和用于全球分发的所产生的数字文件的高速传输的出现而实现。在该开发方案内，日益重要的是能够将所产生的三维数字文件转化成真实地表示或“验证”该数字文件的可使用的物体。如果所产生的物体实际具有要最终将要制造的物体的功能，情况尤其如此。＂快速原型设计＂体系在几年前设计用于提供这种能力。尤其是，立体平版印刷已开发成为一项能够使用光聚合物的层式数字固化而产生高精度三维物体的技术。这已明显发展成一项使用UV激光和液体光敏性光聚合树脂混合物由CAD文件产生三维物体的开创性技术，但设备目前昂贵且需要专家用户。一个例子可在US-A-4,575,330中找到。在此例中，对三维物体进行数字表示并转化成一系列的数字层。UV光敏可固化液体聚合物的薄层在平台上形成，然后按照相应的层的数字表示而使用导向液体层上的合适位置的UV激光源将其固化成所需图案。随后进行重复。该体系的一个问题在于，它受限于可用的材料且不容易允许物体组成有变化。有些类似的另一现有技术是接续粉末层的激光烧结，如US4,863,538所示。另一体系的例子可在US-A-5,204,055和US-A-5,340,656中找到。这些技术描述了将液体施用到接续粉末层上以将粉末层粘结成所需图案。在US-A-5,807,437中，使用能够可变地偏转液滴的喷墨喷嘴而有效地施用所述液体。这些体系的一个缺陷在于，所得的物体可能是脆弱的且容易受损。更新的发展是描述于US-A-5,855,836的热熔体系。在这种情况下，固体制剂受热至熔化并以所需图案喷雾到基材上。它随后冷却和固化，并重复该次序以构建三维物体。该制剂包括一种最后被活化以固化该物体的反应性组分。此时缺点同样在于，可用的材料非常有限。本专利技术的一个目的是提供一种不具有已有技术体系的缺陷的用于形成三维物体的方法。更具体地，本专利技术寻求提供一种可生产坚固的并可具有变化的微观和宏观性能的物体的方法。另一目的是提供无空隙的物体。根据本专利技术的一个方面，提供了一种按照制品模型在顺序横截面层中形成三维制品的方法，该方法包括如下步骤确定粉末材料的层；将液体试剂按照对应于模型相应的横截面层的图案施用到粉末层上；和重复这些步骤以形成接续层；其中粉末基本上包含第一反应性组分，液体包括第二活性组分，所述第二活性组分能够与第一反应性组分反应或有助于第一反应性组分与其自身反应。因此，两种反应性组分在接触时反应，按所需图案形成固体层，并重复该步骤以形成固体制品。优选地，液体试剂另外包含降低粘度的稀释剂。根据本专利技术的另一方面，提供了一种按照制品模型以顺序横截面层结构形成三维制品的方法，该方法包括如下步骤确定粉末材料的层；将液体试剂按照对应于模型相应的横截面层的图案施用到粉末层上；和重复这些步骤以形成接续层；其中粉末包含第一反应性组分，液体包括降低粘度的稀释剂和第二活性组分，所述第二活性组分能够与第一反应性组分反应或有助于第一反应性组分与其自身反应。优选所述模型是数字模型。优选第二活性组分用作催化剂以有助于第一反应性组分的交联。优选所述粉末基本上包含第一反应性组分。反应可以是粉末颗粒的膨胀和增粘作用的形式并随后与流体的实际化学反应。已经发现，根据本专利技术的体系可使得所形成的制品相对坚固，因为反应性粉末和液体进行化学反应形成新的化学组分。化学键也可在层间形成，因此可以不依赖于已有技术体系中所依赖的机械粘结。所得制品是无空隙的且在结构内没有粉末残留物。该工艺通过液体有效地引起粉末溶解，得到粘稠树脂，该树脂随后固化。这不同于其中液体仅用于将粉末颗粒粘结在一起而没有任何化学相互作用的体系。粉末在接触液体时经历快速溶解。这样得到一种保持其形状直至固化完成的粘稠的、几乎不动的树脂。这在液体在高温下喷射时尤其可实现，如下所述。稀释剂的作用是双重的。首先，粘度的下降使得液体由较小孔的喷嘴喷出，而无需升高温度，这样获得优异的分辨率。其次，它提高了液体在粉末体中的渗透，这样获得反应物的更均相分布，同时还使得粉末快速聚集，这提高分辨率并进一步使得存在于喷射液体中的反应性液体与粉末的表面和内部稳固地进行反应。粉末层都可具有相同的配方，但不同的材料可用于不同的层或甚至相同的层。不同的液体也可在相同的层的不同的位置上或在不同的层上使用。适宜地，使用经过粉末层的线性阵列的喷嘴而施用液体。因此不同的液体可供给至不同的喷嘴，和/或不同的液体可按照相应的顺序路径，在相同的粉末层或随后层上施用。三维物体的层式构成可因此使得不同的液体可在每层构成过程中或在不同的整个层或多层中以成像方式喷射/喷雾，由此提供不同的强度和柔韧性性能。该工艺可包括照射制品的另一步骤。可逐像素地、逐行地或逐层地、和/或在已形成几层之后、和/或在已形成所有的层之后对制品进行照射。优选采用电磁辐射。合适的源包括UV光、微波辐射、可见光、激光束和其它类似源。所用的喷嘴体系优选相当于或相同于用于喷墨体系、优选压电喷墨体系的。优选地，喷嘴开口的尺寸是10-100μm，和/或所施加的液滴的尺寸是5-100μm，但喷嘴开口可小于1μm，甚至低至几个纳米，因此允许施用相应尺寸的液滴。优选地，该工艺包括改变像素滴的数目和/或改变每个像素、每线和/或每层所施加的液体的步骤，以实现制品的可变性能。另一随后的喷射或喷雾可覆盖相同的以前所涉及的区域。通过使该组合物与可编程的压电印刷头技术结合，可以改变所形成的物体的微观材料性能，以实现在实际的功能性三维物体中所需的强度、结构和可变的宏观性能。因为压电印刷头的像素寻址能力可高至20微米斑点，所得分辨率可与使用激光寻址体系可获得的分辨率相当。该寻址能力在使用纳米喷射技术传输微微升体积或更少的液体时可甚至更高。高度精密的物体可以以精细清晰度制造。不同的流体/组分可在这些寻址方案内以像素式、线式和层式分配，进一步可通过在像素、线和层中以无规或配置的方式进行群集而分化，以提供从柔性、弹性和可适应的至刚性和韧化的甚至更多的材料性能改变。除了有差异的材料性能(机械和结构)，在所形成的物体中的真实的和精确的彩色再现可通过具有可着色的或可脱色的反应性粉末或通过在分配液体中引入着色剂而得到。另外，所述层可具有不同的厚度且每层可通过在其范围内改变其厚度而以规定的形貌自身形成。层间和层中的形貌可图案化，因此获得光学或机械作用。图案(光学，电，或集成电光)可以是平面的(即在层内)或可以是在层状结构内的三维公开电路。通常，所形成的层可以是最高300μm厚度，尽管它们更通常可能是最高200μm。可获得低至80μm或50μm的薄层和可能甚至更薄的30μm或1μm的层。但为了通过使用相邻喷嘴的阵列而实现这些能力，首先需要具有可在高喷射点火频率(优选5-20KHz行频和优选60-100KHz单独喷射频率)下喷射的低粘度液体(在环境温度下低于40cps，其中2-30cps为优选)。因此已惊人地发现，用于将正常可聚合混合物的粘度从超过40cps降至低于15cps(更有用的粘度范围)的存在于喷射液体中的稀释剂起着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种按照制品模型在顺序横截面层中形成三维制品的方法，该方法包括如下步骤：确定粉末材料层；将液体试剂按照对应于模型相应的横截面层的图案施用到粉末层上；和重复这些步骤以形成接续层；特征在于所述粉末基本上包含第一反应性组分，所述液体包含第二活性组分，所述第二活性组分能够与第一反应性组分反应或有助于第一反应性组分与其自身反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RC帕特尔，RJ皮斯，赵勇，JH鲍威尔，M罗兹，
申请(专利权)人：范蒂科有限责任公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]