基于基材的加成法制造工艺和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于加成法制造的方法和设备，其在提供具有适当强度和耐用性的基材的同时提供有助于新硬化的树脂层与基材分离的基材。在一个实施方式中，所述基材是包含传输层和结构层的多层基材，所述传输层包含聚烯烃或含氟聚合物，并且所述结构层包含半结晶热塑性聚合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于基材的加成法制造工艺和装置相关专利申请的交叉引用本专利申请要求2011年6月15日递交的美国临时申请No.61/497225的优先权，该申请通过全文引用结合于此，如同在本文中完整阐述一样。专利
本专利技术涉及基于基材的加成法制造工艺和其装置。专利技术背景加成法制造工艺（additivefabricationprocess）利用物体的计算机辅助设计(CAD)数据逐层构建三维制件。这些三维制件可以由树脂、粉末或其他材料制成。用于制造三维制品的加成法制造工艺是本领域已知的。加成法制造工艺的实例为立体平版印刷(SL)。SL是一种用于快速制造某些应用中的模型、原型、图案和生产部件的公知方法。SL使用物体的CAD数据，其中该数据被转变为三维物体的薄的横截面。这些数据加载在计算机中，控制激光束扫描横截面的图案穿过容纳在桶中的可辐射固化树脂组合物的，从而固化与横截面相对应的树脂的薄层。用树脂再涂布固化层，然后激光束扫描另一个横截面，从而使在前一层的顶部的另一个树脂层硬化。可选地，机器必须在再涂布步骤和扫描下一个横截面之间停留，以使可辐射固化树脂平衡。逐层地重复该过程直到完成三维物体。最初形成时，该三维物体通常未完全固化，因而如果需要的话可能要进行后固化。SL是一种基于桶的（vat-based)加成法制造工艺。基于桶的系统由其中发生成像的可辐射固化树脂的大储液器或桶组成。可垂直运动的升降台浸入桶中并在构建固态三维物体时用于支撑该物体。基于桶的加成法制造工艺的速度例如受再涂布过程和可选的停留时间（在构建三维物体的每一层之间必须发生）的抑制。业已开发出使用基于桶的系统发生成像的加成法制造系统，该系统被改进为使用薄片或膜来协助形成各层。这种技术公开于例如美国专利5171490、7052263和7438846中。业已开发出的其他加成法制造系统，它们被称为无桶系统。无桶系统与传统的基于桶的系统相比不同之处在于，成像步骤不是发生在可辐射固化树脂的储液器中。而是将可辐射固化树脂的层运送到成像区，每次运送一层。无桶系统的实例公开于例如欧洲专利EP1710625和美国专利6547552、7614866、7758799以及7731887中。可商购的无桶系统的例子为来自3DSystems,Inc.的系统。这些机器中的一些采用上下颠倒的构建平台，其中当构建制件时，其被垂直向上运送，而不是像在传统的基于桶的设备中那样垂直向下运送。在本专利申请通篇中，把需要将刚固化的固体层与分离层或载体(例如膜、薄片、玻璃或板）分离的步骤的工艺称为基于基材的加成法制造工艺。在本专利申请通篇中，这种分离层和载体将被统称为基材。基于基材的工艺通常按照同样的一般方法：将可辐射固化树脂层涂布到基材上，将可辐射固化树脂层与之前固化的层接触，将可辐射固化树脂暴露于光化辐射，从而形成粘附到之前固化的层上的固化层，将固化层与基材分离，并重复上述步骤足够多的次数，以构建三维物体。尽管加成法制造工艺中基材的使用提供了若干较之传统基于桶的系统的改进，但基材的使用也存在一些挑战。例如，基于基材的工艺增加了用可辐射固化树脂精确且充分涂布基材的复杂性。在基于基材的工艺中，从基材可辐射固化树脂涂布不足或不均匀或者去湿不足或不均匀会对三维物体的构建产生负面的影响。此外，增大的工艺速度需要在新固化的树脂层中产生适当的生坯强度，从而有助于将新固化的层从基材上适当地剥离并适当地结合到之前固化的层上。必须设法应对固化着的液体可辐射固化树脂对基材的粘附。当新固化的可辐射固化树脂层固化时，会产生对之前固化的层的内聚强度以及对基材的粘接强度。关键是，新固化的可辐射固化树脂层完全从基材上剥离。新固化的可辐射固化树脂层从基材上剥离被称为粘附破坏。新固化的层对之前固化的层的粘附被称为内聚强度。对之前固化的层产生良好的内聚强度，对于所有加成法制造应用来说都很重要。然而，由于将基材与新固化的可辐射固化树脂层分离所产生的附加力，所以在基于基材的加成法制造工艺中，内聚强度比在未采用基材的加成法制造工艺中重要得多。当新固化的可辐射固化树脂层对基材的粘附性比对之前固化层的粘附性更强，并且新固化的可辐射固化树脂层要么不能完全与基材分离，要么造成之前固化的各层之间出现一些分离时，发生内聚破坏。总之，除非在每一个构建层内聚破坏之前固化层/基材界面发生粘接破坏，否则构建将失败。在可辐射固化树脂领域中众所周知的是，混杂可辐射固化树脂能产生具有最期望的机械性能的固化三维制品。混杂可辐射固化树脂是既包含可自由基聚合的组分又包含可阳离子聚合的组分以及光引发剂的可辐射固化树脂。通常，可辐射固化树脂中阳离子聚合的速率被认为对于加成法制造应用来说太慢，除非将足量可自由基聚合的组分引入可辐射固化树脂中。光引发的自由基聚合速率非常快，远大于光引发的阳离子聚合速率。因此，在混杂可辐射固化树脂的初始固化后，固化三维制品的机械性能随时间增加。此外，由于相对于仅由可自由基聚合组分制成的可辐射固化树脂，固化速率较慢，混杂可辐射固化树脂存在挑战，例如对基材的粘附性增加。可能因此，混杂可辐射固化树脂在基于基材的加成法制造工艺中的用途并不为人所熟知。在不使用基材的加成法制造应用中，混杂可辐射固化树脂配方已经是优选的了。与可阳离子固化的组分相比，可自由基聚合的组分通常对基材产生较小的粘接强度。可能因此，对于配制在基于基材的加成法制造工艺中使用的液体可辐射固化树脂的商业尝试通常得到完全基于自由基的组合物。这种组合物通常包含各种(甲基)丙烯酸酯和/或氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的混合物。参见3DSystems,Inc.的美国专利7358283和WO2010/027931。众所周知，氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯与阳离子固化体系最不相容。请参见Vabrik等"AStudyofEpoxyResin-AcrylatedPolyurethaneSemi-InterpenetratingPolymerNetworks,"JournalofAppliedPolymerScience,第68卷,111-119(1998)。与完全由可自由基固化组分组成的可辐射固化树脂相比，混杂固化的可辐射固化树脂对基材的粘接强度更大。可用于基于基材的加成法制造工艺中的混杂固化液体可辐射固化树脂和用于基于基材的加成法制造的方法在例如PCT/US2010/60722中公开，其通过引用全部并入本文。为了促进所期望的剥离性能，许多加成法制造工艺已经采用柔性基材。“柔性”指的是基材不是刚性的，结果该基材可以例如被传送到辊上，而不是平板形式。柔性基材可以是弹性的（如在美国专利7438846中）或者基本上无弹性的（如在美国专利7731887中）。具体地，柔性基材在各种各样的基于基材的加成法制造工艺中是理想的。可用于基于基材的加成法制造工艺的各种柔性基材在本领域中是已知的。例如，Fudim的US5171490讨论了基于基材的加成法制造工艺。Fudim优选氟化乙烯丙烯共聚物。3DSystems,Inc.的US5447822讨论了类似的设备并提到由MYLAR或环氧制成的基材是可接受的，只要它们是紫外透明的并且可以具有适当的厚度即可。3DSystems,Inc.的US5637169讨论了在支持片材和保护片材之间包含反本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于加成法制造的方法，其包括：（1）提供包含传输层和结构层的柔性多层基材，所述传输层包含聚烯烃或含氟聚合物，并且所述结构层包含半结晶热塑性聚合物；（2）将可辐射固化树脂层涂布到所述柔性多层基材的所述传输层上；（3）将所述可辐射固化树脂层与之前固化的层接触；（4）将所述可辐射固化树脂层暴露于光化辐射，从而形成粘附到所述之前固化的层上的固化层，所述光化辐射由光化辐射源提供；（5）将所述固化层与所述柔性多层基材分离；并且（6）重复步骤2?5足够多的次数，以构建三维物体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.15 US 61/497,2251.用于加成法制造的方法，其包括：(1)提供包含传输层和结构层的柔性多层基材，所述传输层包含聚烯烃或含氟聚合物，并且所述结构层包含半结晶热塑性聚合物；(2)将可辐射固化树脂层涂布到所述柔性多层基材的所述传输层上；(3)将所述可辐射固化树脂层与之前固化的层接触；(4)将所述可辐射固化树脂层暴露于光化辐射，从而形成粘附到所述之前固化的层上的固化层，所述光化辐射由光化辐射源提供；(5)将所述固化层与所述柔性多层基材分离；并且(6)重复步骤(2)-(5)足够多的次数，以构建三维物体。2.如权利要求1所述的方法，其中所述柔性多层基材在支持物的每个方向上具有大于12kJ/m2且小于500kJ/m2的比基本断裂功、或大于8mJ/mm3且小于500mJ/mm3的wpβ或者二者兼之。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述柔性多层基材具有平行方向和横断方向，并且所述柔性多层基材在所述平行方向和所述横断方向上均具有大于12kJ/m2且小于500kJ/m2的比基本断裂功、大于8mJ/mm3且小于500mJ/mm3的wpβ或者二者兼之。4.如权利要求3所述的方法，其中所述可辐射固化树脂包含30至85重量％的可阳离子固化的化合物，以及10至60重量％的可自由基固化的化合物。5.如权利要求4所述的方法，其中所述传输层具有表面，所述表面固定到结构层上，其中所述表面的至少一部分已进行电晕处理了。6.如权利要求5所述的方法，其中所述柔性多层基材具有20至250微米的厚度。7.如权利要求6所述的方法，其中所述光化辐射是在320至400nm范围内的UV辐射。8.如权利要求7所述的方法，其中所述传输层包含聚烯烃。9.如权利要求8所述的方法，其中所述传输层为聚乙烯或聚甲基戊烯。10.如权利要求9所述的方法，其中所述结构层为热塑性聚酰胺或热塑性聚酯。11.如权利要求10所述的方法，其中所述可辐射固化树脂在暴露于所述光化辐射时具有25℃至45℃的温度。12.如权利要求11所述的方法，其中所述传输层具有亚光表面饰面。13.如权利要求12所述的方法，其中所述柔性多层基材是通过层压过程所产生的双层基材，用聚氨酯粘合剂将所述传输层和所述结构层彼此固定。14.用于加成法制造的装置，其包含：(1)包含传输层和结构层的柔性多层基材，所述传输层包含聚烯烃或含氟聚合物，并且所述结构层包含半结晶热塑性聚合物；(2)涂覆机，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尔科·马库斯·马特乌斯·德里森，米歇尔·伊丽莎白·塞兹，保卢斯·安东尼厄斯·玛丽亚·斯蒂曼，约翰·爱德蒙德·索特维尔，徐际庚，理查德·托马斯，米查·穆尔德斯，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
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