用於三維模型印刷的組合物和方法

2023-08-22 17:57:36

專利名稱：用於三維模型印刷的組合物和方法
技術領域：
本發明一般性地涉及一種三維物體構造方法，並且具體地涉及用於三維印刷複雜結構的方法和組合物。
背景技術：
三維印刷(three-dimensional printing)通常通過構造層狀部件(parts inlayers)來進行，三維印刷是一種用於構造三維物體的方法。三維印刷相對迅速和靈活，能夠用於製備標準部件(prototype part)，例如直接從CAD文件來加工(tooling)和快速製備三維的複雜結構。
使用三維印刷可以使製造商能夠在加工之前獲得任意擬定產品的全三維模型(full three-dimensional object)，由此可以顯著降低加工成本，並且獲得設計和製備之間的更好同步性。也可以獲得較低的產品成本和改進的產品質量。
使用三維印刷也可以直接製備全三維物體，由此充分降低成本，並且獲得設計、生產和消費(使用)之間更好的同步性。這樣也可以獲得較低的產品成本和改進的產品質量。
已經對用於計算機控制的三維印刷開發出各種系統。在本申請受讓人的美國專利6,259,962(在此將其引入作為參考)中，描述了用於三維模型印刷(three-dimensional model printing)的裝置和方法的實施方式。依據該專利文獻中的一些實施方式，所述裝置包括具有多個噴嘴的印刷頭，與印刷頭相連的分配器(其用於選擇地分配層狀界面材料(interface material in layers))，和用於任選地固化所沉積的各層的固化設備。各沉積層的厚度可以通過選擇地調節來自多個噴嘴中每一個的輸出量來控制。
在本申請受讓人的美國專利申請09/412,618(在此將其引入作為參考)中，所描述的實施方式包括用於三維模型印刷的裝置和方法。該申請的一些實施方式描述了用於印刷複雜三維模型的系統和方法，該系統和方法使用了具有不同硬度或彈性的界面材料，並且混合來自於每個印刷頭的界面材料，以控制形成三維模型的材料的硬度。該模型的結構層(constructionlayer)可具有不同於用來形成隔離(和支撐)層的材料彈性模量(更硬)的界面材料形成，從而能夠形成複雜形狀。
可輻射固化油墨公開於，例如美國專利4,303,924、5,889,084和5,270,368中。其中，美國專利4,303,924公開了用於噴滴印刷(jet-drop printing)的可輻射固化組合物，其含有多官能烯屬不飽和材料、單官能烯屬不飽和材料、反應性增效劑、染料著色劑和油溶性鹽。其中，美國專利5,889,084描述了用於噴墨印刷的可輻射固化油墨組合物，其包含陽離子光反應性環氧化物或乙烯基醚單體或低聚物、陽離子光引發劑和著色劑。其中，美國專利5,270,368公開了用於噴墨印刷的紫外可固化油墨組合物，其包含具有至少兩種丙烯酸酯組分的樹脂成分、光引發劑和有機載體。
公開於這些參考文獻中的油墨組合物通常用於噴墨印刷。用於噴墨印刷的組合物，通常不同地由用於構造三維物體的組合物來配製，因此具有不同的性能。例如，在室溫下高粘度對於三維物體來說是所期望的性能，並且因此通常將用於構造三維物體的組合物設計成在室溫下具有高粘度。相反，將用於噴墨印刷的組合物設計成在室溫下具有低粘度，以在印刷過程中良好運行。上述參考文獻均沒有公開特別為三維印刷而配製的組合物。
用於立體光刻術(stereolithography)的可輻射固化組合物公開於美國專利5,705,316。US5,705,316公開了具有至少一個乙烯基醚基團的化合物，其分子中還含有至少一個其它官能團如環氧或丙烯酸酯基團；也公開了包含這些化合物的組合物；和使用這些組合物製備三維物體的方法。美國專利5,705,316的化合物是不容易獲得的複雜分子，並且因此需要特別合成，這導致額外的時間和成本。
因此，需要一種簡單、容易獲得的可固化組合物，所述組合物特別地配製成構造三維物體。進一步需要一種簡單、容易獲得的可固化組合物，所述組合物通過在構造期間於物體周圍形成支撐和/或隔離層，而特別地配製成向三維物體提供支撐物。最後，需要一種構造具有改性質量的三維物體的方法。

發明內容
本發明實施方式涉及用於製備三維物體的組合物。本發明實施方式進一步涉及在三維物體製備中用作支撐和/或隔離材料的組合物。本發明實施方式進一步涉及用於通過三維印刷製備三維物體的方法，和涉及通過該方法獲得的三維物體。
因此，本發明的實施方式提供了一種通過選擇分配的方法來製備三維物體的組合物。該組合物尤其可以包括至少一種反應性組分、至少一種光引發劑、至少一種表面活性劑、和至少一種穩定劑。
該組合物具有室溫下大於50cps的第一粘度，以及具有第二溫度下與噴墨印刷機相容的第二粘度，其中第二溫度高於室溫。
根據本發明的實施方式，反應性組分為丙烯酸(酯)組分(acryliccomponent)、具有一個或多個環氧取代基的分子、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己內醯胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分為丙烯酸(酯)組分。該丙烯酸(酯)組分為丙烯酸(酯)單體(acrylic monomer)、丙烯酸(酯)低聚物(acrylic oilogmer)、丙烯酸(酯)交聯劑(acrylic crosslinker)，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括丙烯酸(酯)組分，並且另外還包括具有一個或多個環氧取代基的分子、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己內醯胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括丙烯酸(酯)組分和乙烯基己內醯胺。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括具有一個或多個環氧取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子，和具有一個或多個環氧取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，光引發劑為自由基光引發劑、陽離子光引發劑，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，組合物進一步包括至少一種顏料和至少一種分散劑。該顏料為白色顏料、有機顏料、無機顏料、金屬顏料，或者它們的組合。在一種實施方式中，該組合物進一步包括染料。
更進一步，根據本發明的實施方式，組合物的第一粘度大於80cps。在一種實施方式中，第一粘度在80～300cps之間。在另一種實施方式中，第一粘度為約300cps。
更進一步，根據本發明的實施方式，組合物在第二溫度(該溫度大於60℃)下的第二粘度小於20cps。優選地，在第二溫度(該溫度大於60℃)下的第二粘度在8～15cps之間。在一種實施方式中，在約85℃溫度下第二粘度為約11cps。
此外，根據本發明的另一種實施方式，提供了一種在通過選擇分製劑法來製備三維物體中用作支撐和/或隔離材料的組合物。該組合物尤其可以包括至少一種非反應性的且低毒的化合物、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑。
該組合物具有室溫下大於50cps的第一粘度，以及具有第二溫度下與噴墨印刷機相容的第二粘度，其中第二溫度高於室溫。
根據本發明的實施方式，該組合物尤其可以進一步包括至少一種反應性組分和至少一種光引發劑。反應性組分為丙烯酸(酯)組分、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子中的至少一種，或者反應性組分為水混溶性組分(water miscible component)，在固化之後，所述水混溶性組分當與水、或鹼性或酸性水溶液接觸時能夠溶脹。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分為丙烯酸(酯)組分。該丙烯酸(酯)組分為丙烯酸(酯)單體、丙烯酸(酯)低聚物，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括至少一種水混溶性組分，在固化之後，所述水混溶性組分當與水、或鹼性或酸性水溶液接觸時能夠溶脹。該水混溶性組分優選為聚乙二醇的丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物(acrylated urethane oilogmer derivative of polyethyleneglycol)、部分丙烯酸酯化的多元醇低聚物、具有親水取代基的丙烯酸酯化低聚物，或者它們的任意組合。該親水取代基優選為酸取代基(acidicsubstituent)、氨基取代基、羥基取代基，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，非反應性組分為聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、甘油、乙氧基化多元醇、或丙二醇。
更進一步，根據本發明的實施方式，光引發劑為自由基光引發劑、陽離子光引發劑，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，組合物的第一粘度大於80cps。在一種實施方式中，第一粘度在80～300cps之間。在另一種實施方式中，第一粘度為約200cps。
更進一步，根據本發明的實施方式，組合物在第二溫度(該溫度大於60℃)下的第二粘度小於20cps。優選地，在第二溫度(該溫度大於60℃)下的第二粘度在8～15cps之間。在一種實施方式中，在約85℃溫度下第二粘度為約11cps。
此外，本發明的實施方式提供了一種通過三維印刷來製備三維物體的方法。依據實施方式，該方法包括從印刷頭中分配第一界面材料，該第一界面材料尤其可以包括至少一種反應性組分、至少一種光引發劑、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑；從印刷頭中分配第二界面材料，該第二界面材料尤其可以包括至少一種非反應性的且低毒的化合物、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑；以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料，以製備用於形成三維物體的結構層。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分為丙烯酸(酯)組分、具有一個或多個環氧取代基的分子、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基己內醯胺，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括丙烯酸(酯)組分。該丙烯酸(酯)組分為丙烯酸(酯)單體、丙烯酸(酯)低聚物、丙烯酸(酯)交聯劑，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括丙烯酸(酯)組分，並且另外還包括具有一個或多個環氧取代基的分子、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己內醯胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括丙烯酸(酯)組分和乙烯基己內醯胺。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括具有一個或多個環氧取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料的反應性組分尤其可以包括具有一個或多個環氧取代基的分子，和具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料進一步尤其可以包括至少一種顏料和至少一種分散劑。該顏料為白色顏料、有機顏料、無機顏料、金屬顏料，或者它們的組合。在一種實施方式中，該第一界面材料進一步尤其可以包括染料。
更進一步，根據本發明的實施方式，該方法可以進一步包括固化第一界面材料的步驟。
更進一步，根據本發明的實施方式，該第二界面材料尤其可以進一步包括至少一種反應性組分和至少一種光引發劑。反應性組分為丙烯酸(酯)組分、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子中的至少一種，或者反應性組分為水混溶性組分，在固化之後，所述水混溶性組分當與水、或鹼性或酸性水溶液接觸時能夠溶脹。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分為丙烯酸(酯)組分。該丙烯酸(酯)組分為丙烯酸(酯)低聚物、丙烯酸(酯)單體，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，反應性組分尤其可以包括至少一種水混溶性組分，在固化之後，所述水混溶性組分當與水、或鹼性或酸性水溶液接觸時能夠溶脹。該水混溶性組分優選為聚乙二醇的丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物、部分丙烯酸酯化的多元醇低聚物、具有親水取代基的丙烯酸酯化低聚物，或者它們的任意組合。該親水取代基優選為酸取代基、氨基取代基、羥基取代基，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，第二界面材料的反應性組分尤其可以包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
更進一步，根據本發明的實施方式，非反應性組分為聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、甘油、乙氧基化多元醇、或丙二醇。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料和任選的第二界面材料的光引發劑為自由基光引發劑、陽離子光引發劑，或者它們的任意組合。
更進一步，根據本發明的實施方式，該方法可以進一步包括輻射或固化第二界面材料的步驟。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料和第二界面材料的彈性模量和強度不同。在一種實施方式中，第一界面材料比第二界面材料的彈性模量和強度高。
更進一步，根據本發明的實施方式，該方法可以進一步包括形成用於支撐該物體的多層支撐層。在一種實施方式中，通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料，形成支撐層。在一種實施方式中，該支撐層與結構層的彈性模量和強度相同。在另一種實施方式中，該支撐層比結構層的彈性模量和強度低。
更進一步，根據本發明的實施方式，該方法可以進一步包括以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料，形成用於將所述物體與支撐層隔離的多層隔離層的步驟。在一種實施方式中，該隔離層比結構層和支撐層的彈性模量和強度低。
更進一步，根據本發明的實施方式，第一界面材料和第二界面材料各自具有室溫下的第一粘度，以及具有第二溫度下與噴墨印刷機相容的第二粘度，其可以相同或不同，其中第二溫度高於室溫。
此外，本發明的實施方式提供了一種由芯(core)組成的三維物體，所述芯由多層結構層(construction layer)組成。所述結構層是通過以預定比例混合本文中所述第一界面材料和第二界面材料而製備的。
更進一步，根據本發明的實施方式，該物體可以進一步包括多個用於支撐該芯的支撐層。在一種實施方式中，通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料來製備支撐層。在一種實施方式中，支撐層與結構層的彈性模量和強度相同。在另一種實施方式中，該支撐層比結構層的彈性模量和強度低。
更進一步，根據本發明的優選實施方式，該物體可以進一步包括用於從該芯中隔離支撐層的多層隔離層。在一種實施方式中，隔離層位於支撐層和結構層之間。所述隔離層是通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料而製備的。在一種實施方式中，該隔離層比結構層和支撐層的彈性模量和強度低。
本發明的一種實施方式提供了適用於構造三維物體的組合物，該組合物尤其可以包括具有官能團的可固化組分(其中如果官能團為可聚合的反應性官能團時，那麼官能團為(甲基)丙烯酸類官能團)；光引發劑；表面活性劑和穩定劑；其中組合物具有第一溫度下約50～500cps的第一粘度，其中第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於第一溫度；其中在固化之後該組合物成為固體形式。
本發明的一種實施方式提供了適用於構造三維物體的組合物，該組合物尤其可以包括不可固化組分(non curable component)，可固化組分(curablecomponent)，表面活性劑和穩定劑，其中不可固化組分不與可固化組分反應，其中組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於室溫；其中在固化之後該組合物形成固體、半固體或液體材料。
本發明的一種實施方式提供了適合在構造三維物體中用作支撐的組合物，該組合物尤其可以包括不可固化組分，可固化的(甲基)丙烯酸(酯)組分，表面活性劑，自由基光引發劑和穩定劑；其中不可固化組分不與可固化組分反應，其中組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於第一溫度；其中在固化之後該組合物形成固體、半固體或液體材料。
本發明的一種實施方式進一步提供了適合在構造三維物體中用作支撐的組合物，該組合物尤其可以包括至少一種不可固化組分，至少一種可固化組分(包含具有一個或多個環氧取代基的分子)，至少一種表面活性劑，至少一種陽離子光引發劑和至少一種穩定劑；其中不可固化組分不與可固化組分反應，其中組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於第一溫度；其中在固化之後該組合物形成固體、半固體或液體材料。
本發明的一種實施方式進一步提供了通過三維印刷製備三維物體的方法，該方法可以包括步驟從分配器中分配適用於構造三維物體的第一組合物，該第一組合物可以包括具有官能團的可固化組分(其中如果官能團為可聚合的反應性官能團時，那麼官能團為(甲基)丙烯酸類官能團)；光引發劑，表面活性劑和穩定劑；從分配器中分配適合在構造三維物體中用作支撐的第二組合物，該組合物可以包括不可固化組分，可固化組分，表面活性劑和穩定劑，其中不可固化組分不與可固化組分反應；以預定比例混合第一組合物和第二組合物，以製備用於形成三維物體的多層結構層；由此固化第一組合物，形成固體形式，以及由此輻射或固化第二組合物形成液體、固體或半固體形式。
本發明的一種實施方式進一步提供了由多層結構層組成的三維物體，其中通過以預定比例混合本發明的第一組合物和第二組合物來製備該結構層。
本發明提供了用於製備三維物體的組合物，包括在三維物體製備中用作支撐和/或隔離材料的組合物。因此，本發明的實施方式提供了適用於構造三維物體的組合物。該組合物尤其可以包括具有官能團的可固化組分(其中如果官能團為可聚合的反應性官能團時，那麼官能團為(甲基)丙烯酸類官能團)；光引發劑，表面活性劑和穩定劑；其中所述組合物具有第一溫度下約50～500cps的第一粘度，其中所述第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中所述第二溫度高於所述第一溫度；其中在固化之後該組合物形成固體形式。因此，根據本發明的另一種實施方式，提供了適合在構造三維物體中用於支撐的組合物。該組合物尤其可以包括不可固化組分，可固化組分，表面活性劑和穩定劑，其中不可固化組分不與所述可固化組分反應；其中所述組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中所述第一溫度為室溫；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中所述第二溫度高於所述第一溫度；其中在固化之後該組合物成液體、固體或半固體形式。本發明的實施方式提供了通過三位印刷來製備三維物體的方法。本發明實施方式進一步提供了根據本發明的方法而製備的三維物體。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的方法，該方法尤其可以包括通過三維印刷裝置，沉積界面材料層的第一部分；和沉積所述界面材料層的另一部分，所述另一部分與第一部分被間隔(space)隔開，其中第一部分、另一部分和間隔布置在同一平面內。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在界面材料層內形成一個或多個非連續的片段。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括填充所述間隔。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在所選區域中沉積所述部分。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在另一平面中沉積另一層；該另一層包括另一個間隔，當垂直於該另一平面觀察時所述間隔和所述另一個間隔移位(displace)。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的方法，該方法尤其可以包括沉積支撐結構；和在支撐結構的周圍沉積剛性外型(rigidexterior)；以及在剛性外型的周圍沉積隔離層(release layer)，所述隔離層在剛性外型與物體之間。在另一種實施方式中，所述剛性外型的強度和彈性基本上相似於所述物體的強度和彈性。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括由造型材料(modeling material)構造柵格，所述柵格布置在所述支撐結構內。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括使所述支撐結構作為單個單元移開。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在物體與所述剛性結構之間為所述隔離層留下空間。在另一種實施方式中，所述隔離層當暴露於輻射時可以保持未聚合的狀態。在另一種實施方式中，其中所述隔離層在輻照時可以部分固化。在另一種實施方式中，所述隔離層是非平面的。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在所選的位置沉積所述隔離層。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括構造多個方向指示物(器)(direction indicator)，所述指示物在移開所述支撐結構時指明優先性順序指令。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在優選的移開方向上構造具有錐形的所述支撐結構。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在所述支撐結構上沉積支撐結構指示物。在另一種實施方式中，所述支撐結構尤其可以包括造型材料、支撐材料(support material)，以及它們的任意組合。在另一種實施方式中，所述隔離結構(release construction)尤其可以包括造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
本發明的一種實施方式進一步提供了構造三維物體的方法，該方法尤其可以包括沉積界面材料；和構造所述界面材料指示物，該指示物對至少部分所述界面材料顯示出優選移開指令。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括使所述方向指示物顯示在輸出設備上。在另一種實施方式中，所述指示物尤其可以包含拆卸順序指令。在另一種實施方式中，所述指示物尤其可以包括可見印刷(visuable printing)。
本發明的一種實施方式進一步提供了物體印刷方法，包括以預定排列，分配多層界面材料層，以使得該印刷模具(printed mold)的外殼主要包含造型材料，並且所述印刷模具的內部主要包含支撐材料。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括在所述支撐材料內構造造型材料的柵格。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括固化所述模具。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括澆鑄所述模具。在另一種實施方式中，該方法尤其可以包括加熱所述模具。
在本發明的一種實施方式中，界面材料尤其可以包括造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的裝置，尤其包括控制器(controller)，所述控制器能夠沉積界面材料層第一部分，並且能夠沉積所述界面材料層另一部分，所述另一部分與第一部分被間隔隔開，其中第一部分、另一部分和間隔布置在同一平面內。在另一種實施方式中，該控制器能夠在所述層內形成一個或多個非連續片段。在另一種實施方式中，該控制器能夠填充所述間隔。在另一種實施方式中，該控制器能夠在另一平面上沉積另一層，該另一層包括另一個間隔，當垂直於該另一平面觀察時所述間隔和所述另一個間隔移位。在另一種實施方式中，該控制器能夠沉積另一移位的層。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的裝置，尤其包括控制器，所述控制器能夠構造支撐結構，其中在支撐結構的周圍沉積剛性外型，以及在剛性外型的周圍沉積隔離層，所述隔離層在剛性外型與物體之間。在另一種實施方式中，所述剛性外型可以具有與物體基本相似的強度和彈性。在另一種實施方式中，該控制器能夠由造型材料構造柵格，所述柵格布置在所述支撐結構內。在另一種實施方式中，該控制器能夠整體移開所述支撐結構。在另一種實施方式中，該控制器能夠在物體與所述剛性結構之間為所述隔離層留下空間。在另一種實施方式中，一層或多層隔離層當暴露於輻射時可以保持未固化的狀態。在另一種實施方式中，一層或多層隔離層在輻照時可以部分固化。在另一種實施方式中，一層或多層隔離層是非平面的。在另一種實施方式中，一個或多個所述隔離結構層沉積在所選的位置。在另一種實施方式中，該控制器能夠構造多個方向指示物，所述指示物在移開所述支撐結構時指明優先性順序指令。在另一種實施方式中，該控制器能夠在優選的移開方向上構造具有錐形的所述支撐結構。在另一種實施方式中，該控制器能夠在所述支撐結構上沉積支撐結構指示物。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的裝置，尤其包括控制器，所述控制器能夠構造界面層，以及構造界面層指示物，該指示物對至少部分所述界面材料顯示出指示指令。在另一種實施方式中，所述指示物顯示在輸出設備上。在另一種實施方式中，所述指示物尤其可以包含拆卸順序指令。在另一種實施方式中，所述指示物尤其可以包括可見印刷。
本發明的一種實施方式進一步提供了用於印刷三維物體的裝置，尤其包括控制器，所述控制器能夠以預定排列，分配多層界面材料層，使得該印刷模具的外殼主要包含造型材料，並且所述印刷模具的內部主要包含支撐材料。在另一種實施方式中，該控制器能夠在所述支撐材料內構造造型材料的柵格。在另一種實施方式中，該控制器能夠固化所述模具。
在本發明的一種實施方式中，界面材料尤其可以包括造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，本發明提供了一種假複合材料(pseudocomposite material)，所述假複合材料尤其包括第一相和第二相，其中每個相尤其可以包括有機化合物，其中每個相包括多層結構層，其中所述層是通過噴墨印刷沉積的，其中所述假複合材料呈現出非均勻的三維結構。
在另一種實施方式中，該假複合材料尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
在一種實施方式中，本發明提供了一種尤其包括假複合材料的三維物體，其中該假複合材料尤其可以包括第一相和第二相，其中每個相尤其可以包括有機化合物，其中每個相包括多層結構層，其中所述層是通過噴墨印刷沉積的，其中所述假複合材料呈現出非均勻的三維結構。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括用於支撐該三維物體結構層的多層支撐層。在另一種實施方式中，該支撐層為根據本發明的任意支撐層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括用於隔離支撐層的多層隔離層，其中該隔離層位於支撐層和結構層之間。在另一種實施方式中，該隔離層為根據本發明的任意隔離層。
在一種實施方式中，本發明提供了一種製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，該方法尤其可以包括步驟從第一分配器中分配第一相組合物以製備第一相，其中該第一相尤其可以包括有機化合物；從第二分配器中分配第二相組合物以製備第二相，其中該第二相尤其可以包括有機化合物，由此沉積多層結構層，固化或硬化第一相組合物和第二相組合物，由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。
在另一種實施方式中，所述用於製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，尤其可以進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
在另一種實施方式中，所述用於製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法可以特別地用於製備三維物體。
在一種實施方式中，本發明提供了一種製備三維物體的方法，該方法尤其可以包括製備具有非均勻三維結構的假複合材料，該方法尤其可以包括步驟從第一分配器中分配第一相組合物以製備第一相，其中該第一相尤其可以包括有機化合物；從第二分配器中分配第二相組合物以製備第二相，其中該第二相尤其可以包括有機化合物，由此沉積多層結構層，固化或硬化第一相組合物和第二相組合物，由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料，由此製備三維物體。
在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法尤其可以進一步包括生成一個或多個相的步驟，其中每個相包括多層結構層。在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法尤其可以進一步包括製備用於支撐該三維物體結構層的多層支撐層的步驟。在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法尤其可以進一步包括製備用於隔離該支撐層的多層隔離層的步驟，其中該隔離層位於支撐層和結構層之間。
在本發明的一種實施方式中，至少一層結構層尤其可以包括第一相組合物和第二相組合物。
在本發明的一種實施方式中，在沉積一層結構層之後立刻進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在沉積不止一層結構層之後進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在沉積結構層期間進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在受控的溫度下進行固化。在另一種實施方式中，該溫度高於25℃。
在一種實施方式中，本發明提供了用於印刷假複合材料的印刷機，尤其包括能夠製備第一相和第二相的控制器，其中每個第一相和第二相尤其可以包括有機化合物，由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。在另一種實施方式中，該裝置可以進一步包括至少兩個分配器。在另一種實施方式中，該裝置可以進一步包括至少三個分配器。在另一種實施方式中，可以使用不同相的組合。在另一種實施方式中，該裝置可以特別地用於製備三維物體。
在本發明的一種實施方式中，第一相與第二相結構上不相同。在另一種實施方式中，第一相與第二相化學成分不相同。在另一種實施方式中，第一相顯示不同於第二相的性能。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物，或者二者，尤其可以包括可固化組分，在另一種實施方式中，該可固化組分可以是電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物，或者二者，尤其可以包括第一界面材料，其中該第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一界面材料為根據本發明的任意第一界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物，或者二者，尤其可以包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中該第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一和/或第二界面材料為根據本發明的任意第一和/或第二界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物，或者二者，尤其可以包括根據本發明的適合於構造三維物體的任意組合物。在另一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物，或者二者，尤其可以包括根據本發明的、適合於在構造三維物體中用作支撐的任意組合物。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的至少一相可以為連續相。在另一種實施方式中，至少一相可以為非連續相。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的性能其中可以是各向同性、各向異性，或者它們的組合。在另一種實施方式中，該性能其中可以是機械性能、熱機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著該材料一個軸線上的機械強度可以高於該材料沿著該材料另一軸線上的機械強度。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著該材料一個軸線上的彈性可以高於該材料沿著該材料另一軸線上的彈性。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著該材料一個軸線上的折射率可以不同於該材料沿著該材料另一軸線上的折射率。在另一種實施方式中，該材料沿著一個軸線上的折射率可以不同。


通過以下詳細描述以及結合附圖，將更全面地理解和評價本發明，其中附圖圖1為三維印刷系統實施方式的示意圖；圖2為根據本發明實施方式構造的三維物體的前視圖；和圖3為通過三維印刷來製備三維物體的方法的實施方式示意圖；圖4A為根據本發明一些實施方式的印刷盤和印刷物體的示意圖；圖4B為根據本發明實施方式的印刷物體的示意圖；圖4C～4D為根據本發明實施方式的3-D印刷示例性方法的流程圖；圖5A為根據本發明實施方式的印刷用於3-D物體的支撐結構的示例性方法的流程圖；圖5B為根據本發明實施方式的具有剛性外殼的支撐結構的示意圖；圖5C～5D為根據本發明一些實施方式的印刷物體和相關隔離層的示意圖；圖5E為根據本發明實施方式的具有移開指示物的所印刷物體的示意圖；圖5F為根據本發明實施方式的使用指示物的3-D印刷示例性方法的流程圖；圖5G為根據本發明實施方式的具有錐形邊的支撐結構的示意圖；
圖5H為根據本發明實施方式的使用具有錐形邊的支撐結構的3-D印刷方法的流程圖；圖6A為根據本發明實施方式的3-D印刷示例性方法的流程圖；圖6B為根據本發明實施方式的具有剛性外殼和剛性內柵格的支撐結構的示意圖；圖7為根據本發明實施方式的交替XY-平面層的PCM的示意圖一個層是由一種光聚合物組合物(A和C的組合)製成的；並且另一層是由另一種光聚合物組合物(B和C的組合)製成的。
圖8為根據本發明實施方式的交替XZ-平面層的PCM的示意圖每個模具結構層是由連續組合的光聚合物組合物(A和B)製成的。
圖9為根據本發明一種實施方式的具有高強度光聚合物強化件的彈性連續相模具的PCM的示意圖該高強度光聚合物(非連續相，B)構造成柱狀，其周圍為彈性光聚合物(連續相，A)；和圖10為根據本發明實施方式的非彈性連續相模具的示意圖該彈性光聚合物可以構成為微小的彈性區域(如連續相，A)，其周圍為非彈性光聚合物(如非連續相，B)。
具體實施例方式
以下將對本發明進行描述，以使本領域的普通技術人員能夠根據特定應用及其要求的情境所規定來實現和利用本發明。對於本領域的普通技術人員來說，對所述實施方式的各種改進將是顯而易見的，並且本文中所定義的一般規則也可以應用於其它實施方式中。因此，本發明並不旨在受限於所示和所述的特定實施方式，而是符合與本文中所披露的原理和新特徵相一致的最寬範圍。換句話說，並未詳細描述公知的方法、工序和組分，而並不會使得本發明不清楚。
本發明實施方式涉及用於製備三維物體的組合物，和涉及在三維物體製備中用作支撐和/或隔離材料的組合物。本發明實施方式進一步涉及使用上述組合物通過三維印刷來製備三維物體的方法；和涉及通過該方法獲得的三維物體。
所述用於製備三維物體的組合物，尤其可以包括至少一種反應性組分、至少一種光引發劑、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑。該組合物可以配製成與噴墨印刷機使用相容，並且在室溫下粘度大於50cps。
所述在三維物體製備中用作支撐和/或第二界面材料的組合物，尤其可以包括至少一種非反應性的且低毒的組分、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑。該組合物進一步可以含有至少一種反應性組分和至少一種光引發劑。該組合物可以配製成與噴墨印刷機使用相容，並且在室溫下粘度大於50cps。
下面將進一步詳細地描述該組合物。
根據本發明的實施方式的三維物體，例如可以使用與美國專利申請09/412,618(受讓給本申請受讓人的，在此將其引入作為參考)實施方式相類似的三維印刷系統來構造，但是也可以使用其它合適的三維印刷機。本文中參考圖1，示出了三維印刷系統。圖1為三維印刷系統(附圖標記10)的示意圖，其包括一個或多個印刷頭(附圖標記12)、和至少兩個分配器(附圖標記為14，且分別為14a和14b)；分配器分別含有界面材料(附圖標記為16，分別為16a和16b)。也可以使用其它組分和組分的其它組。
印刷頭12具有多個噴墨型噴嘴18，通過這些噴嘴將界面材料16a和16b噴射。在本發明的一種實施方式中，第一分配器14a與第一組噴嘴(附圖標記18a)相連，並且第二分配器14b與第二組噴嘴(附圖標記18b)相連。因此，通過噴嘴18a噴射第一界面材料16a，並且通過噴嘴18b噴射第二界面材料16b。可供選擇地，在另一實施方式(未示出)中，三維印刷系統可以包括至少兩個印刷頭。第一印刷頭與第一分配器14a相連，並且用於噴射第一界面材料16a；和第二印刷頭與第二分配器14b相連，並且用於噴射第二界面材料16b。
該三維印刷系統10進一步包括控制器10、計算機輔助設計(CAD)系統22、固化單元24、和任選地定位裝置26。控制器20連接於CAD系統22、固化單元24、定位裝置26、印刷頭12和每個分配器14。也可以通過所顯示之外的其它單元來進行控制，例如一種或多種單獨的單元。
所製備的三維物體(28)由多個層構成，各層的厚度通常通過選擇地調節每個噴墨噴嘴18的輸出來控制。
通過結合或混合來自於每個分配器的材料，其中每個分配器含有具有不同硬度的界面材料，可以調節和控制形成所製備的三維物體的材料的硬度。因此，通過混合分別從每個分配器輸出的第一和第二界面材料，可以製備具有不同彈性模量和不同強度的三維物體的不同部件。
本文中所使用的術語「強度」，其用作與指示界面材料中彈性模量差別相關的術語。材料強度例如可以通過參考其彈性模量來描述，彈性模量可以定義為「依據胡克定律(Hooke’s law)，對於彈性變形的材料，在給定載荷情形下應力與其相應應變的比值」。
根據本發明的一種實施方式，第一分配器14a含有第一界面材料16a(下文中稱為「第一界面材料」或「第一組合物」)，並且第二分配器14b含有第二界面材料16b(下文中稱為「第二界面材料」或「第二組合物」)。第一界面材料的彈性模量和強度與第二界面材料的彈性模量和強度不同(或者更硬)。通過混合第一界面材料和第二界面材料，可以製成具有不同彈性模量和不同強度的三維物體的不同層，例如如本文中所定義的造型或「結構」層(另外也稱為造型結構)、支撐層(另外也稱為支撐結構)和隔離層(另外也成為隔離結構)。根據本發明的實施方式，依據將被印刷的三維物體的要求，在印刷過程期間通過該裝置沉積的每層材料，可以包括造型結構(model construction)、支撐結構和/或隔離結構的組合。因此，當本文中提及結構層、支撐層和/或隔離層時，這些層中的任一或全部可以是在印刷過程期間通過該印刷裝置所印刷的部件或包括單一整體「層」的多個部件。
例如，混合第一界面材料和第二界面材料形成多層結構層，該結構層定義為構成三維物體的層。本文中所使用的「多個」指的是1或更大的數。
進一步，混合第一界面材料和第二界面材料可以形成多層支撐層，該支撐層定義為支撐三維物體，但不構成三維物體的層。
進一步，混合第一界面材料和第二界面材料可以形成多層隔離層，該隔離層定義為用於將層(如支撐層)與三維物體隔開的層(其不構成三維物體)。該隔離層通常比結構層和支撐層的彈性模量和強度更低。
在本發明的一種實施方式中，將支撐層設計成與結構層基本上一致，並且因此具有與結構層基本上相同的彈性模量和基本上相同的強度。以這種方式，該結構層形成芯，並且該支撐層類似於該芯的陰印刷(negativeprinting)。該隔離層位於結構層和支撐之間，並且用於將結構層與支撐層隔開。
在本發明的已知實施方式中，該支撐層比結構層的彈性模量和強度低。該支撐層可以通過利用它們較脆弱的性能從該結構層中分離開，其將在下面詳細描述。可供選擇地，可以通過將隔離層放置在結構層和支撐層之間，將支撐層從結構層上分離。
為了更清楚地定義本發明，本文中參考了圖2，其為玻璃杯(附圖標記通常為30)的三維模型。這種三維模型是使用圖1噴墨印刷系統而印刷的，其通過混合第一界面材料和第二界面材料以形成多層結構層32，所述多層結構層構成玻璃杯30。
玻璃杯30的結構層32需要被外部支撐，例如在區域34中。更進一步，在印刷期間需要形成內部空隙(internal void)(附圖標記36)。因此，通過混合第一界面材料和第二界面材料而形成的多層支撐層38被印刷出來。
更進一步，第一界面材料和第二界面材料的組合形成了多層隔離層40。在本發明的一種實施方式中，隔離層40位於結構層32和支撐層38之間。通常，隔離層40的彈性模量不同於(更低於)支撐層38和結構層32的彈性模量。因此，隔離層40可以用於將支撐層38與結構層32隔開。
以下將詳細描述的本發明，尤其提供適合用作第一界面材料和第二界面材料的組合物。
特別地設計和配製本發明實施方式的第一界面材料和第二界面材料，以通過使用三維印刷構造三維物體。因此，根據本發明的實施方式，第一界面材料和第二界面材料分別具有在室溫下的第一粘度，和具有在第二溫度下與噴墨印刷機相容的第二粘度，其可以是相同的或不同的，其中第二溫度高於室溫，室溫定義為約20～30℃。
在本發明的一種實施方式中，將第一和第二界面材料設計成在室溫(其定義為約20～30℃)下具有增加的粘度。在另一種實施方式中，第一和第二界面材料在室溫下粘度大於50cps，在另一種實施方式中，該粘度可以在80～300cps之間。在另一種實施方式中，第一和第二界面材料在室溫下粘度可以為約300cps。
在本發明的一種實施方式中，第一界面材料和第二界面材料具有第二溫度下與噴墨印刷相容的第二粘度，所述第二溫度可高於室溫。在另一種實施方式中，與噴墨印刷相容的組合物可以在印刷溫度下具有低粘度(例如，低於20cps)，以在印刷中適當起作用。在另一種實施方式中，第一界面材料和第二界面材料在加熱時具有優選低於20cps的粘度，其能夠在加熱下構造三維物體。在本發明的一種實施方式中，通常用於構造三維模型的溫度高於60℃。在另一種實施方式中，該溫度可以是約85℃。在本發明的一種實施方式中，第一和第二界面材料在高於60℃的溫度下可以具有8～15cps的粘度。在另一種實施方式中，第一和第二界面材料在約85℃的溫度下可以具有11cps的粘度。
由於具有這種粘度，可以將本發明實施方式中的第一和第二界面材料與用於噴墨印刷的現有技術製劑區別開來，現有技術製劑在室溫下具有低粘度，且通常在室溫下進行印刷。對於三維物體來說，室溫下的高粘度是所期望的性能，這是現有技術製劑中缺少的特徵。當然，其它實施方式可以具有其它粘度。
第一界面材料第一界面材料(通常為造型材料)是一種適用於構造三維物體的組合物。可以配製該組合物，以在固化之後得到固體材料。在一種實施方式中，本發明描述了在固化之後形成固體材料的組合物，其具有的機械性能容許構造和處理這種三維物體。在另一種實施方式中，本發明提供了固化後形成類似固體彈性體材料的組合物，其具有的機械性能容許構造和處理這種三維物體。
本發明的一種實施方式提供了一種第一界面材料，該第一界面材料尤其可以包括至少一種反應性組分、至少一種光引發劑、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑。
本發明的一種實施方式提供了一種適用於構造三維物體的組合物，該組合物尤其可以包括具有官能團的可固化組分(其中如果官能團為可聚合反應性官能團時，那麼該官能團為(甲基)丙烯酸類官能團)；光引發劑；表面活性劑和穩定劑；其中該組合物具有第一溫度下約50～500cps的第一粘度，其中該第一溫度為環境溫度(ambient temperature)；並且具有第二溫度下低於20cps的第二粘度，其中該第二溫度高於第一溫度；其中在固化之後該組合物形成固體形式。
在本發明的一種實施方式中，該第一溫度為室溫。在另一種實施方式中，該室溫在20～30℃之間。在另一種實施方式中，該第一溫度為環境溫度。在另一種實施方式中，環境溫度在10～40℃之間。在另一種實施方式中，環境溫度在15～35℃之間。在另一種實施方式中，環境溫度在20～30℃之間。
在本發明的一種實施方式中，該第二溫度高於40℃。在另一種實施方式中，該第二溫度高於50℃。在另一種實施方式中，該第二溫度高於60℃。在另一種實施方式中，該第二溫度高於70℃。
在本發明的一種實施方式中，該可固化組分為能夠進行聚合的反應性組分。在本發明的一種實施方式中，該可固化組分可以為(甲基)丙烯酸(酯)單體、(甲基)丙烯酸(酯)低聚物、(甲基)丙烯酸(酯)交聯劑，或者它們的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，該可固化組分可以是單官能單體和雙官能低聚物的組合。
在本發明的一種實施方式中，單官能單體為高玻璃化轉變溫度的單官能單體。在另一種實施方式中，雙官能低聚物為低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。術語「玻璃化轉變溫度(Tg)」定義為聚合物由硬和脆變為軟和柔韌材料時的溫度。
在本發明的一種實施方式中，單官能單體的玻璃化轉變溫度可以高於60℃。在另一種實施方式中，單官能單體的玻璃化轉變溫度可以高於70℃。在另一種實施方式中，單官能單體的玻璃化轉變溫度可以為70～110℃在本發明的一種實施方式中，雙官能低聚物的玻璃化轉變溫度可以低於40℃。在另一種實施方式中，雙官能低聚物的玻璃化轉變溫度可以低於30℃。在另一種實施方式中，雙官能低聚物的玻璃化轉變溫度可以為20～30℃。
在本發明的一種實施方式提供了一種組合物，其中單官能單體的玻璃化轉變溫度高於70℃，並且其中雙官能低聚物的玻璃化轉變溫度低於40℃。
在本發明的一種實施方式中，該組合物可以包括至少20％高玻璃化轉變溫度的單官能單體。在另一種實施方式中，該組合物可以包括至少30％高玻璃化轉變溫度的單官能單體。在另一種實施方式中，該組合物可以包括至少40％高玻璃化轉變溫度的單官能單體。在另一種實施方式中，該組合物可以包括20～40％高玻璃化轉變溫度的單官能單體。在另一種實施方式中，該組合物可以包括30～60％高玻璃化轉變溫度的單官能單體。
在本發明的一種實施方式中，該組合物可以包括約20％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。在另一種實施方式中，該組合物可以包括約40％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。在另一種實施方式中，該組合物可以包括20～40％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。在另一種實施方式中，該組合物可以包括至少20％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。在另一種實施方式中，該組合物可以包括不大於40％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。
在本發明的一種實施方式中，該組合物可以包括至少40％高玻璃化轉變溫度的單官能單體和至少20％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。
在本發明的一種實施方式中，該組合物可以包括至少20％高玻璃化轉變溫度的單官能單體和不超過40％低玻璃化轉變溫度的雙官能低聚物。
丙烯酸(酯)單體為一種官能丙烯酸酯化的分子，例如其可以為丙烯酸和甲基丙烯酸的酯。單體可以是單官能的或多官能的(例如雙官能、三官能、四官能、和其它)。根據本發明的實施方式，丙烯酸(酯)單官能單體的實例為丙烯酸苯氧基乙酯，其由Sartomer以商品名SR-339銷售。丙烯酸(酯)雙官能單體的實例為丙氧基化(2)新戊二醇二丙烯酸酯，其由Sartomer以商品名SR-9003銷售。
丙烯酸(酯)低聚物為官能丙烯酸酯化的分子，例如其可以為丙烯酸和甲基丙烯酸的聚酯。丙烯酸(酯)低聚物的其它實例為氨基甲酸酯丙烯酸酯類(urethane acrylates)和氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯類(urethane methacrylates)。氨基甲酸酯丙烯酸酯是由脂肪族或芳族或環脂肪族二異氰酸酯或多異氰酸酯與含羥基的丙烯酸酯製備的。實例為由Cognius以商品名Photomer-6010銷售的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物。
丙烯酸(酯)交聯劑為可以提供增強的交聯密度的分子。這種樹脂的實例為雙三羥甲基丙烷四丙烯酸酯(Ditrimethylolpropane Tetra-acrylate，DiTMPTTA)、季戊四醇四丙烯酸酯(TETTA)、雙季戊四醇五丙烯酸酯(DiPEP)。在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括可固化組分，該可固化組分為具有一個或多個環氧取代基的分子、具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己內醯胺、乙烯基吡咯烷酮，或者它們的任意組合。在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括乙烯基己內醯胺。也可以使用其它可固化組分。
第一界面材料也可以包括可固化組分，例如該可固化組分為具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。在本發明的一種實施方式中，包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子的組分的濃度為10～30％。在另一種實施方式中，該濃度為15～20％。在另一種實施方式中，該濃度為15％。當然，可以使用其它濃度、和其它範圍。至少具有乙烯基醚基團的常規乙烯基醚單體和低聚物是適用的。乙烯基醚的實例為乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、異丁基乙烯基醚、環己基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、乙二醇單乙烯基醚、二甘醇二乙烯基醚、丁二醇二乙烯基醚、己二醇二乙烯基醚、環己烷二甲醇單乙烯基醚等。根據本發明的實施方式，乙烯基醚的實例為1，4-環己烷二甲醇二乙烯基醚，其由ISP以商品名CHVE銷售。
在本發明的一種實施方式中，該第一界面材料也可以包括可固化組分，該可固化組分為具有一個或多個環氧取代基的分子。在本發明的一種實施方式中，可以使用具有至少一個環氧乙烷部分的常規環氧單體和低聚物。合適的含環氧的分子的非限定性實例示於下表1中(注釋對於合適的材料也可以使用其它供應商)。
表1含環氧基的可可固化組分

在本發明的一種實施方式中，該第一界面材料尤其包括本文中所定義的丙烯酸(酯)組分、本文中所定義的具有一個或多個環氧取代基的分子、本文中所定義的具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子、乙烯基己內醯胺和乙烯基吡咯烷酮的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，第一界面材料的可固化組分其中包括丙烯酸(酯)單體、丙烯酸(酯)低聚物、丙烯酸(酯)交聯劑和乙烯基己內醯胺。在另一種實施方式中，該可固化組分包括本文中所定義的丙烯酸(酯)組分和本文中所定義的具有一個或多個環氧取代基的分子。在另一種實施方式中，第一界面材料的可固化組分包括本文中所定義的丙烯酸(酯)組分和本文中所定義的具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。在另一種實施方式中，第一界面材料中的可固化組分包括本文中所定義的具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子和本文中所定義的具有一個或多個環氧取代基的分子。
第一界面材料和第二界面材料的光引發劑可以是相同的或不同的，並且為自由基光引發劑、陽離子光引發劑，或者它們的任意組合。
自由基光引發劑可以是在暴露於輻射(如紫外線或可見光輻射)時產生自由基並由此引發聚合反應的任意化合物。一些合適的光引發劑的實例包括二苯甲酮類(芳族酮)，如二苯甲酮、甲基二苯甲酮、米蚩酮(Michler’sketone)和氧雜蒽酮(xanthone)；醯基氧化膦(acyl phosphine oxide)型光引發劑，如2，4，6-三甲基苯甲醯基二苯基氧化膦(TMPO)、2，4，6-三甲基苯甲醯基乙氧基苯基氧化膦(TEPO)、和雙醯基氧化膦(BAPO)；苯偶姻類和苯偶姻烷基醚類，如苯偶姻、苯偶姻甲基醚和苯偶姻異丙基醚等。光引發劑實例為α-氨基酮，其由Ciba Specialties Chemicals Inc.(Ciba)以商品名Irgacure 907銷售；和雙醯基氧化膦(BAPO)，其由Ciba以商品名I-819銷售。
自由基光引發劑可以單獨使用，或者與助引發劑組合使用。助引發劑與需要第二分子的引發劑一起使用，以生成在UV系統中為活性的基團。二苯甲酮為需要第二分子如胺以生成可固化基團的光引發劑的實例。在吸收輻射之後，二苯甲酮通過奪氫反應(hydrogen abstraction)與叔胺反應，以生成能引發丙烯酸酯聚合的α-氨基基團。這類助引發劑的非限定性實例為烷醇胺類，如三乙基胺、甲基二乙醇胺和三乙醇胺。
根據本發明的實施方式，合適的陽離子光引發劑可以包括暴露於足以引發聚合反應的紫外和/或可見光時形成質子酸或布朗斯臺德酸(Bronsteadacid)的化合物。所使用的光光引發劑可以是單一的化合物、兩種或多種活性化合物的混合物、或者兩種或多種不同化合物(即，助引發劑)的組合。合適的陽離子光引發劑的非限定性實例為芳基重氮鹽、二芳基碘鎓鹽、三芳基鋶鹽、三芳基硒鎓鹽(triaryl selenonium salt)等。在一種實施方式中，用於本發明的陽離子光引發劑可以為三芳基鋶鹽六氟銻酸鹽(triarylsolfoniumhexafluoroantimonate salt)的混合物(由UnionCarbide以UVI-6974銷售)。
在本發明的一種實施方式中，適用於構造三維物體的該組合物，可以進一步包括可固化組分，該可固化組分為含硫組分。在本發明的一種實施方式中，該含硫組分為β-巰基丙酸酯、巰基乙酸酯、鏈烷硫醇或其任意組合。添加含硫組分可以顯著提高組合物反應性。在約5％的含硫組分水平下，實現了顯著的反應性提升。可以依據所使用的含硫組分來確定該組合物的機械性能。通過使用含硫組分實現反應性提升，使得能夠結合不含硫組分的聚合反應中，而這不容易聚合。具有不飽和雙鍵的分子，例如低分子量聚丁二烯，當其含有適當的含硫組分時在所要求的組合物中聚合。例如，根據所期望的光聚合物性能，基本組合物將含有15％的低分子量不飽和分子、5％的含硫組分、15％的單官能單體、15％的雙官能單體和餘量的其它可固化組分。根據本發明的實施方式，含硫組分的實例可以為三羥甲基丙烷三(3-巰基丙酸酯)，其由BRNUO BOCK Chemische Fabrik GMBH CO.製造。也可以使用其它合適的物質。
在本發明的一種實施方式中，適用於構造三維物體的該組合物，尤其可以進一步包括低分子量聚合物。根據本發明的實施方式，低分子量聚合物的實例可以為苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸酯嵌段共聚物(KRATON D)，其由Dow Corning製造。也可以使用其它合適的物質。
在本發明的一種實施方式中，適用於構造三維物體的該組合物，尤其可以進一步包括填料。
術語「填料」定義為被添加到聚合物、聚合物組合物或其它材料中以改進它們的性能和/或調節最終產物的質量的惰性材料。該填料可以為無機顆粒，例如碳酸鈣、矽石和粘土。當然也可以使用其它填料物質。
可以將填料引入聚合物組合物中，以減少聚合或冷卻中的收縮，例如以減小熱膨脹係數、增加強度、增加熱穩定性、降低成本、和/或調節流變性能。標準填料的使用也具有一些缺陷，例如彈性降低和粘度增加。另外，大直徑填料(＞5微米)不適合於噴墨應用。
納米填料特別適用於要求低粘度的應用如噴墨應用。組合物可以含有如30％一樣多的納米填料，但是相同濃度的更標準和更高直徑填料(～＞1微米)在該濃度下會產生對於噴墨應用來說過高的粘度。在本發明的一種實施方式中，含納米填料的組合物是透明的。該組合物由於含有肉眼看不見的填料而透明(例如透明的)。相反，含有更標準的和更高直徑的可見填料(～＞1微米)的組合物是不透明的。
在本發明的一種實施方式中，該組合物任選地含有顏料。在另一種實施方式中，該顏料濃度可以低於35％。在另一種實施方式中，該顏料濃度可以低於15％。
在本發明的一種實施方式中，該填料可以包括例如平均直徑小於100nm的顆粒。在另一種實施方式中，該填料可以包括直徑為10～100nm的顆粒。在另一種實施方式中，該填料可以包括直徑為20～80nm的顆粒。另一種實施方式中，該填料可以包括直徑為10～50nm的顆粒。另一種實施方式中，該填料可以包括直徑小於10nm的顆粒。可以用於組合物中的填料實例為HIGHLINK OG(直徑範圍為9nm～50nm)，其由Clariant製造；和NANOCRYL(直徑小於50nm)，其由Hanse Chemie製造。也可以使用其它合適的物質。
已經發現，可以在本發明的輻射固化期間產生相分離。在本發明的一種實施方式中，該相分離可以生成透明的材料，其可以具有改進的抗衝性能。斷裂之前，這種組合物在彎曲時生成微觀裂縫(micro-crack)。由於應力區或應力線的發白(whitening)，可以容易地鑑別這些微觀裂縫。在另一種實施方式中，該相分離形成不透明的固化材料。已經發現，特定組合的UV可固化組分在固化期間產生相分離。在固化之前該組合物是透明的，並且固化之後可以是透明的、模糊的或不透明的。當與不顯示相分離的類似組合物比較時，這種組合物具有改進的衝擊強度和更高的伸長率。例如，已經發現，將低到5％的某些含矽低聚物添加到上述組合物中，已可以生成產生這種相分離的物質。矽氧烷丙烯酸酯化分子(silicon acrylated molecule)的實例為Ebecryl350，其由UCB Chemicals製造。當然也可以使用其它物質。
本發明的一種實施方式提供了一種進一步包括產生相分離組分的組合物。在另一種實施方式中，該產生相分離的組分為矽低聚物(silicon低聚物)。在另一種實施方式中，該矽低聚物的濃度為至少5％。
在本發明的一種實施方式中，可以在固化期間產生相分離，獲得不透明的固化材料。特定組成的UV可固化組分在固化期間產生相分離過程。這種組合物在固化之前是透明的，並且固化之後為模糊的到發白的。當與不產生這種相分離的類似組合物比較時，這種組合物具有改進的衝擊強度和更高的伸長率。例如，將低到5％的某些含矽的低聚物添加到上述組合物中，可以生成產生這種相分離的物質。
在本發明的一種實施方式中，第一粘度為約80～500cps。在另一種實施方式中，第一粘度為約300cps。當然，也可以使用具有其它粘度的組合物。
在本發明的一種實施方式中，第二粘度低於20cps，並且其中第二溫度高於60℃。在另一種實施方式中，第二粘度在10～17cps之間，並且其中第二溫度高於60℃。在另一種實施方式中，第二粘度在10～17cps之間，並且其中第二溫度為約70～110℃。在另一種實施方式中，第二粘度在12～15cps之間，並且其中第二溫度為約70～90℃。當然，也可以使用具有其它粘度的組合物。
根據本發明的實施方式，第一界面材料和第二界面材料的其它組分可以為表面活性劑和抑制劑(通常為熱穩定劑)。可以使用表面活性劑來將製劑的表面張力降低到噴墨或印刷工藝所需的數值，其通常為約30達因/cm。
根據本發明的實施方式，表面活性劑的實例可以為矽氧烷表面添加劑，其由Byk Chemie以商品名Byk 307銷售。抑制劑可以應用於第一界面材料和第二界面材料的製劑中，以使得該製劑能在高溫(例如約85℃)下使用，而不引起熱聚合反應。
在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括至少一種顏料和至少一種分散劑。在本發明的一種實施方式中，該顏料可以為白色顏料。在另一種實施方式中，該顏料可以為有機顏料。在另一種實施方式中，該顏料可以為無機顏料。在另一種實施方式中，該顏料可以為金屬顏料，或者它們的組合。在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括染料。根據本發明的實施方式，白色顏料的實例可以為有機物處理的二氧化鈦，其由Kemira Pigments以商品名UV TITAN M160 VEG銷售。根據本發明的實施方式，有機顏料的實例可以為由Elementis Specialities以商品名TintAid PC 9703銷售的有機顏料。根據本發明的實施方式，分散劑的實例可以為包括具有酸性基團的共聚物的分散劑，其由Byk Chemie以商品名Disperbyk 110銷售；和包括具有顏料親合基團(pigment affinic group)的高分子量嵌段共聚物的分散劑，其由Byk Chemie以商品名Disperbyk 163銷售。更進一步，在本發明的一種實施方式中，使用白色顏料和染料的組合來製備著色樹脂。在這種組合中，白色顏料可以至少具有雙重目的1)賦予不透明性；和2)保護染料免受UV輻射，以阻止樹脂漂白。因此，根據本發明的一種實施方式，該第一界面材料進一步包括染料。可以選擇該染料，以使得其不影響第一界面材料製劑的固化效率。染料可以是任意廣泛類別的溶劑可溶性染料。一些非限定性實例為偶氮染料，其為黃色、橘色、褐色和紅色；蒽醌和三芳基甲烷染料，其為綠色和藍色；和吖嗪染料，其為黑色。根據本發明的實施方式，染料實例可以為Solvent Red 127，其由Spectra Colors Corp.以商品名Spectrasol RED BLG銷售。
第一界面材料中不同組分的相對比例可以不同。在本發明的一種實施方式中，該第一界面材料包括下列組分50％的丙烯酸(酯)低聚物，30％的丙烯酸(酯)單體，15％的丙烯酸(酯)交聯劑，2％的光引發劑、表面活性劑、顏料和穩定劑。當然，也可以使用其它組合物。
第一界面材料製劑的非限定性實例提供於本文的表2～4中，其在本文中作為參考。表2和3描述了第一界面材料的可能製劑的實例。表4描述了著色製劑的實例，其包括本文中所定義的顏料、分散劑和染料。可以將表4的著色劑組合加到表2和3的任意實例中。僅通過示例的方式給出了每種物質、供應商、組合等。
表2第一界面材料中特性製劑組分的實例


表3第一界面材料的可行製劑組成實施例


表4第一界面材料的著色製劑的實施例

在本發明的一種實施方式中，表3的第14項中給出了第一界面材料的製劑。根據本發明的一種實施方式，第一界面材料包括丙烯酸(酯)低聚物，其可以為本文中所定義的任意丙烯酸(酯)低聚物，並且其可以為氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物；丙烯酸(酯)單體，其可以為本文中所定義的任意丙烯酸(酯)單體，並且其可以為丙烯酸苯氧基乙酯；丙烯酸(酯)交聯劑，其可以為本文中所定義的任意丙烯酸(酯)交聯劑，並且其可以為三羥甲基丙烷三丙烯酸酯；自由基光引發劑，其可以為本文中所定義的任意自由基光引發劑，並且其可以為α-氨基酮；
表面活性劑，其可以為矽氧烷表面添加劑；抑制劑，其可以為4-甲氧基苯酚；和乙烯基己內醯胺。
第二界面材料第二界面材料(在一種實施方式中其為支撐材料)是通常配製用來支撐構造三維物體的組合物。在本發明的一種實施方式中，配製第二界面材料，以形成用於能將三維物體從其支撐物上容易地手工分離或清洗的隔離層。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料可以為兩種不同原理類型的一種1)沒有任何可固化基團的液體材料，其即使在輻射之後仍保持液態。在一種實施方式中，該液體為水混溶性，並且容易通過水或其它材料清洗掉。在另一種實施方式中，該液體為水不混溶性，並且容易通過水或洗滌劑水溶液清洗掉；和2)固體或半固體材料，其被配製成弱固化材料。該固體或半固體材料當固化時候能夠溶脹於水、鹼性或酸性水或洗滌劑水溶液(water detergent solution)中。因此，當固化時，當與水、或在鹼性或酸性水或洗滌劑水溶液接觸時，第二界面材料可以溶脹在其中，並且幾乎全部溶解(break upon)，需要最少的手工操作。在兩種情形中，配製第二界面材料，使得能夠快速地、容易地且有效地移開第二界面材料和將三維物體從其支撐物上清洗。
在一種實施方式中，本發明的第二界面材料尤其可以包括至少一種非反應性的且低毒的化合物、至少一種表面活性劑和至少一種穩定劑。
本發明的一種實施方式提供了適合在構造三維物體中用作支撐的組合物，該組合物尤其可以包括不可固化組分、可固化組分，其中不可固化組分不與可固化組分反應；表面活性劑，和穩定劑；其中該組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為環境溫度，並且在第二溫度下具有小於20cps的第二粘度，並且其中第二溫度高於第一溫度；其中固化之後該組合物形成半固體材料。當然也可以使用具有其它粘度的組合物。
在本發明的一種實施方式中，所述適合在構造三維物體中用作支撐的組合物，在輻射之後形成半固體材料。在另一種實施方式中，該半固體材料可以是凝膠類型材料。在另一實施方式中，該組合物形成液體材料。在另一種實施方式中，該組合物形成被配製為弱固化材料的固體材料。在另一種實施方式中，輻射時，該組合物形成能夠溶脹於水或者鹼性或酸性水中的材料。因此，當輻射時，第二界面材料可以在暴露於水時溶脹和幾乎全部溶解，需要最少的手工操作。
在本發明的一種實施方式中，配製第二界面材料，使得能夠快速地、容易地且有效地移開第二界面材料和將三維物體從其支撐物上清洗。
在第二發明的一種實施方式中，可固化組分為反應性組分。在本發明的另一種實施方式中，可對該反應性組分進行聚合反應。依據一種實施方式，將第二界面材料配製成為能夠在固化時硬化的可固化組合物。在第二發明的一種實施方式中，該可固化組合物可以是類似於用於第一界面材料中的那些，但是特別地進行選擇以獲得具有弱機械性能的親水性固化樹脂。因此，固化時，所形成的固態組合物脆弱，並且可以例如通過手工或使用水來容易地將其粉碎。
在本發明的一種實施方式中，可固化組分可以為(甲基)丙烯酸(酯)組分。在另一種實施方式中，(甲基)丙烯酸(酯)組分可以(甲基)丙烯酸(酯)單體。在另一種實施方式中，(甲基)丙烯酸(酯)組分可以(甲基)丙烯酸(酯)低聚物。在另一種實施方式中，(甲基)丙烯酸(酯)組分可以(甲基)丙烯酸(酯)交聯劑。在另一種實施方式中，(甲基)丙烯酸(酯)組分可以(甲基)丙烯酸(酯)單體、(甲基)丙烯酸(酯)低聚物和(甲基)丙烯酸(酯)交聯劑的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括至少一種光引發劑。在本發明的一種實施方式中，該光引發劑可以為自由基光引發劑、陽離子光引發劑，或者它們的任意組合。該光引發劑可以為如上所定義的任意光引發劑。
本發明的一種實施方式提供了適合在構造三維物體中用作支撐的組合物，該組合物尤其可以包括不可固化組分、固化的(甲基)丙烯酸(酯)組分，其中不可固化組分不與可固化組分反應；表面活性劑，自由基光引發劑和穩定劑；其中該組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為環境溫度，並且在第二溫度下具有小於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於第一溫度；其中固化之後該組合物形成固體、半固體或液體材料。
在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括水。在本發明的一種實施方式中，該組合物進一步包括水混溶性組分，該水混溶性組分在輻射或固化之後暴露於水、鹼性或酸性水溶液或者洗滌劑水溶液時能夠溶解或溶脹。在另一種實施方式中，該水混溶性組分為聚乙二醇的(甲基)丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物、部分(甲基)丙烯酸酯化的多元醇低聚物、具有親水取代基的(甲基)丙烯酸酯化低聚物、單或二(甲基)丙烯酸酯化的聚乙二醇、丙烯醯胺、丙烯醯基嗎啉(ACMO)或其任意組合。在另一種實施方式中，親水取代基為酸取代基、氨基取代基、羥基取代基、離子取代基或其任意組合。
根據本發明的實施方式，用於第二界面材料的丙烯酸(酯)組分的實例可以為聚乙二醇單丙烯酸酯，其由Laporte以商品名Bisomer PEA6銷售；聚乙二醇二丙烯酸酯，其由Sartomer以商品名SR-610銷售；甲氧基聚乙二醇550單甲基丙烯酸酯，等等。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料的可固化組分可以為水混溶性組分，該水混溶性組分在固化之後暴露於水、鹼性或酸性水溶液溶液時能夠溶脹。根據本發明的實施方式，水混溶性組分的非限定性實例為聚乙二醇的丙烯酸酯化氨基甲酸酯低聚物衍生物、聚乙二醇氨基甲酸酯二丙烯酸酯、部分丙烯酸酯化的多元醇低聚物、具有親水取代基的丙烯酸酯化低聚物或其任意組合。該親水取代基為酸取代基、氨基取代基、羥基取代基或其任意組合。具有親水取代基的丙烯酸酯化單體的實例為丙烯酸β-羧乙基酯，其含有酸性取代基。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料的可固化組分也可以為具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子，其可以為本文中所定義的任意化合物。在本發明的一種實施方式中，包括具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子的組分濃度範圍為10～30％。在另一種實施方式中，該濃度為15～20％。在另一種實施方式中，該濃度為15％。也可以使用其它濃度。用於第二界面材料的乙烯基醚的實例為1，4-環己烷二甲醇二乙烯基醚，其由ISP以商品名CHVE銷售。也可以使用其它具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料的可固化組分為丙烯酸(酯)低聚物。在另一種實施方式中，第二界面材料的可固化組分為本文中所定義的丙烯酸(酯)組分和本文中所定義的水混溶性組分的組合。在另一種實施方式中，本發明的可固化組分為本文中所定義的丙烯酸(酯)組分和本文中所定義的具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子的組合。在另一種實施方式中，本發明的可固化組分為本文中所定義的水混溶性組分和本文中所定義的具有一個或多個乙烯基醚取代基的分子的組合。也可以使用其它組合。
在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括含硫組分。在另一種實施方式中，該含硫組分為β-巰基丙酸酯、巰基乙酸酯、鏈烷硫醇或其任意組合。該含硫組分可以為如上所定義的任意含硫組分。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料的不可固化組分為一種不可固化組分。在另一種實施方式中，該不可固化組分為非聚合組分。在另一種實施方式中，該不可固化組分為低毒化合物。在另一種實施方式中，該不可固化組分為水混溶性組分。在另一種實施方式中，該不可固化組分為水不混溶性組分。在本發明的一種實施方式中，選擇該不可固化組分，以提高水溶脹速率，並且降低第二界面採的機械強度。為了將三維模型的水清洗過程所需時間最小化，高水擴散速率是所期望的。根據本發明的實施方式，不可固化組分的非限定性實例可以為聚乙二醇，其由Aldrich以商品名PEG400銷售；Methoxy Carbowax，其由Aldrich以商品名甲氧基聚乙二醇500和1000銷售；丙二醇和石蠟油。其它實例為乙氧基化多元醇和甘油。
在本發明的一種實施方式中，將第二界面材料配製成液體。該液體製劑為一種即使在輻射暴露之後仍保持液態的不可固化組合物。因此，該液體製劑包括非反應性組分，並且不包括在固化時能夠硬化的反應性組分。
在本發明的一種實施方式中，該材料可以為水溶性的，並且可以使用水容易地清洗掉。
在本發明的一種實施方式中，該不可固化組分為聚乙二醇、甲氧基聚乙二醇、甘油、乙氧基化多元醇、丙二醇或其任意組合。在另一種實施方式中，該可固化組分為水不混溶性化合物。在另一種實施方式中，該水不混溶性化合物為石蠟油。也可以使用其它不可固化物質。
本發明的一種實施方式進一步提供了適合在構造三維物體中用作支撐物的組合物，該組合物尤其可以包括至少一種不可固化組分，尤其包括具有一個或多個環氧取代基的分子在內的至少一種可固化組分，其中該不可固化組分不與可固化組分反應；至少一種表面活性劑；至少一種陽離子光引發劑和至少一種穩定劑；其中該組合物具有第一溫度下約20～500cps的第一粘度，其中第一溫度為環境溫度，並且在第二溫度下具有小於20cps的第二粘度，其中第二溫度高於第一溫度；其中輻射之後該組合物形成半固體材料。
在本發明的一種實施方式中，第一溫度為室溫。在另一種實施方式中，室溫為20～30℃。在另一種實施方式中，第一溫度為環境溫度。在另一種實施方式中，環境溫度為10～40℃。在另一種實施方式中，環境溫度為15～35℃。在另一種實施方式中，環境溫度為20～30℃。
在本發明的一種實施方式中，第二溫度高於40℃。在另一種實施方式中，第二溫度高於50℃。在另一種實施方式中，第二溫度高於60℃。在另一種實施方式中，第二溫度高於70℃。
除了溶脹以外，該支撐物在暴露於水、或鹼性或酸性水或洗滌劑水溶液時候的另一特性可以是，在暴露於水、或鹼性或酸性水溶液時能夠分解的能力。在本發明的一種實施方式中，由於第二界面材料由親水性組分製成，所以在溶脹期間，出現內力並且導致固化的第二界面材料破裂和分解。
此外，第二界面材料可以是至少部分水溶性的。至少部分的第二界面材料可以是完全水溶性的/水可混溶性的。在移開支撐物和/或隔離層期間，使用水將該水溶性/水混溶性組分提取出來。
此外，在本發明的一種實施方式中，第二界面材料在暴露於水、或鹼性或酸性水溶液時釋放出氣泡。該氣泡旨在有助於從結構層移開支撐和/或隔離層的過程。
在本發明的一種實施方式中，可以通過氣泡釋放物質(bubble releasingsubstance，BRS)來釋放該氣泡，該發泡物質存在於用於清除三維物體的水溶液中。這樣的物質可以為碳酸鹽或碳酸氫鹽，例如碳酸氫鈉(SBC)。在溶脹過程期間，至少部分的SBC被引入或吸收到第二界面材料中，由此其被轉化為二氧化碳氣體(CO2)和水溶性鹽。用於生成CO2的觸發作用可以是SBC與存在於第二界面材料中的酸官能團的反應。這樣的酸官能團可以被引入作為第二界面材料製劑的一部分，或者在固化之後使用酸性水溶液來隨後引入。例如，第一步可以是將具有支撐物的三維物體置入含SBC的水溶液中，隨後將相同的物體放入酸溶液中。該酸將開始分解，並產生氣體(氣泡)。
在另一種實施方式中，釋放氣體的物質已存在於第二界面材料的製劑中。例如，第二界面材料可以含有作為固體填料的碳酸鈣。在這種情形中，觸發作用為將第二界面材料引入到水或酸性溶液中。
應當清楚的是，BRS並不限定於碳酸氫鈉或碳酸鈣和酸性水溶液。可以使用其它化學試劑和反應來獲得相同的效果--在第二界面材料基體內生成氣泡。例如，該SBC可以為任意的鹼金屬或鹼土金屬碳酸鹽或碳酸氫鹽。
在本發明的一種實施方式中，不可固化組分為水不混溶性化合物。在另一種實施方式中，該水不混溶性化合物為石蠟油。
在本發明的一種實施方式中，該組合物其中進一步包括填料。在另一種實施方式中，該填料包括直徑小於1微米的顆粒。
在本發明的一種實施方式中，該組合物進一步包括低分子量聚合物。
在本發明的一種實施方式中，適合在構造三維物體中用作支撐物的組合物的第一粘度為約30～200cps。
在本發明的一種實施方式中，適合在構造三維物體中用作支撐物的組合物的第二粘度低於20cps。在另一種實施方式中，該第二粘度為10～17cps。在另一種實施方式中，該第二粘度為12～16cps。
由於具有這些粘度，可以將第一和第二界面材料同設計用於噴墨印刷的現有技術製劑區別開來，現有技術製劑在室溫下具有較低粘度，該溫度為通常進行印刷時的溫度。對於三維物體來說，所期望的是性質在室溫下具有高粘度，該特徵在現有技術製劑中並不存在。
在本發明的一種實施方式中，該組合物尤其可以進一步包括在暴露於水、或鹼性或酸性水溶液時能夠生成氣體的組分。在另一種實施方式中，該組分碳酸氫鈉、碳酸氫鈣，或者它們的組合。也可以使用其它合適的物質。
在本發明的一種實施方式中，第二界面材料尤其進一步包括顏料、染料，或者它們的組合。在另一種實施方式中，該顏料為白色顏料、有機顏料、無機顏料、金屬顏料，或者它們的組合。
在本文表5和表6中提供了第二界面材料製劑的實例，其在此作為參考。表5和6顯示了適合用作第二界面材料的製劑。僅通過實例的方式給出了各個物質、供應商、組合等。
表5第二界面材料的特性製劑組分的實例



表6第二界面材料的可行製劑組成的實施例

在表6第3項中給出了第二界面材料的製劑。根據本發明的這種實施方式，第二界面材料包括水溶脹性低聚物，其可以為本文中所定義的任意水溶脹性低聚物，並且其可以為聚乙二醇；不可固化組分，其可以為本文中所定義的任意不可固化組分，並且其可以為聚乙二醇；自由基光引發劑，其可以為本文中所定義的任意自由基光引發劑，並且其可以為α-氨基酮；表面活性劑，其可以為矽氧烷表面添加劑；和抑制劑，其可以為4-甲氧基苯酚。
在表6第4項中給出了第二界面材料的另一種製劑。根據本發明的這種實施方式，第二界面材料包括水溶脹性低聚物，其可以為本文中所定義的任意水溶脹性低聚物，並且其可以為聚乙二醇單丙烯酸酯；不可固化組分，其可以為本文中所定義的任意不可固化組分，並且其可以為聚乙二醇；自由基光引發劑，其可以為本文中所定義的任意自由基光引發劑，並且其可以為二苯甲酮；助引發劑，其可以為本文中所定義的任意助引發劑，並且其可以為三乙醇胺；表面活性劑，其可以為矽氧烷表面添加劑；和抑制劑，其可以為4-甲氧基苯酚。
第一界面材料和第二界面材料適用於例如在美國專利申請09/412,618(其受讓給本申請的受讓人，並且在此引入作為參考)中所表述的三維物體印刷方法中使用。也可以使用其它方法。
簡要地，依據一種實施方式，該方法包括從印刷頭中分配第一界面材料；從印刷頭中分配第二界面材料；和以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料，以生成用於形成三維模型的多層結構層。
根據本發明的實施方式，該方法(圖3)包括從分配器(102)中分配適用於構造三維物體的第一組合物；從分配器(104)中分配適用於構造三維物體的第二組合物；以預定比例混合第一組合物和第二組合物，以生成用於形成三維物體(106)的多層結構層；固化第一組合物形成固體形式(108)；和輻射或固化第二組合物形成液體、固體、或半固體形式(110)。當然，該方法可以包括其它步驟或系列步驟。
本發明的一種實施方式進一步提供了一種通過三維印刷製備三維物體的方法，該方法可以包括步驟從分配器中分配適用於構造三維物體的第一組合物，該第一組合物尤其可以包括具有官能團的可固化組分(其中如果官能團為可聚合的反應性官能團時，那麼該官能團為(甲基)丙烯酸類官能團)、光引發劑、表面活性劑、和穩定劑；從分配器中分配適合在構造三維物體中用作支撐的第二組合物，該第二組合物可以包括不可固化組分、可固化組分、表面活性劑和穩定劑，其中該不可固化組分不與可固化組分反應；以預定比例混合第一組合物和第二組合物，以生成用於形成三維物體的多層結構層；由此固化第一組合物形成固體形式，並且由此輻射或固化第二組合物形成液體、固體或半固體形成。
在本發明的一種實施方式中，該方法可以進一步包括步驟產生以下數據，所述數據用於預定混合第一組合物和第二組合物以生成用於支撐三維物體的多層支撐層。
在本發明的一種實施方式中，該方法可以進一步包括步驟產生以下數據，所述數據用於預定混合第一組合物和第二組合物以生成用於從支撐層上隔離三維物體的多層隔離層。
在本發明的一種實施方式中，同時分配第一組合物和第二組合物。在另一種實施方式中，順序分配第一組合物和第二組合物。在另一種實施方式中，首先分配第一組合物。在另一種實施方式中，首先分配第二組合物。在另一種實施方式中，使用不止一個的第一組合物。在另一種實施方式中，使用不止一個的第二組合物。
根據本發明的一種實施方式，該方法進一步包括步驟固化第一界面材料。進一步，當第二界面材料包括可固化組分時，該方法可以進一步包括步驟固化第二界面材料。可以例如如美國專利申請09/412,618中所描述的方法來進行固化。例如，通過輻射例如紫外(UV)和/或可見光(Vis)和/或紅外(IR)和/或UV-Vis輻射和/或電子束(EB)來進行固化方法。在本發明的一種實施方式中，該固化方法為UV-Vis輻射。也可以使用其它合適的固化方法。
操作中，為了獲得不同彈性模量和不同強度的層，將第一界面材料和第二界面材料以預定比例混合。例如，為了獲得具有較高彈性模量和較高強度的層如結構層時，可以使用主要包含有第一界面材料的合適組合物。另外，為了獲得具有較低彈性模量和較低強度的層如隔離層時，可以使用主要包含第二界面材料的合適組合物。
例如，為了生成結構層和/或支撐層，可以使用包括90～100％第一界面材料和0～10％第二界面材料的組合。另外，為了生成隔離層，可以使用包括0～10％第一界面材料和90～100％第二界面材料的組合。在另一種實施方式中，為了生成比結構層的彈性模量和強度低的支撐層，可以使用包括30～70％第一界面材料和70～30％第二界面材料的組合。
因此，製備了一種三維物體，該三維物體包括由多層結構層組成的芯。通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料來製備該結構層。
本發明的一種實施方式進一步提供了一種由多層結構層組成的三維物體，其中通過以預定比例混合本發明的第一組合物和第二組合物來製備該結構層。在另一種實施方式中，該三維物體由多層結構層組成的芯組成，其中通過以預定比例混合本發明的第一組合物和第二組合物來製備該結構層。
本發明的一種實施方式提供了一種包括根據本發明的組合物的三維物體。
在本發明的一種實施方式中，該三維物體進一步包括用於支撐芯的多層支撐層。通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料來製備該支撐層。該支撐層可以設計成正好類似於結構層，或者可以設計成較結構層更脆弱(具有更低的彈性模量)。
在本發明的一種實施方式中，該三維物體可以進一步包括用於支撐芯的多層支撐層，其中通過以預定比例混合第一組合物和第二組合物來製備該支撐層。在另一種實施方式中，該支撐層支撐結構層。在另一種實施方式中，該支撐層具有相同於結構層的強度。在另一種實施方式中，該支撐層具有相同於結構層的彈性模量。在另一種實施方式中，該支撐層比結構層的彈性模量和/或強度低。
在本發明的一種實施方式中，該三維物體進一步包括用於從結構層上隔離支撐層的多層隔離層。在本發明的一種實施方式中，該隔離層位於支撐層和結構層之間。通過以預定比例混合第一界面材料和第二界面材料來製備該隔離層。
在本發明的一種實施方式中，該三維物體進一步包括用於從芯上隔離支撐層的多層隔離層，其中該隔離層位於支撐層和結構層之間；其中通過以預定比例混合第一組合物和第二組合物來製備該隔離層。在另一種實施方式中，該隔離層比結構層和支撐層的彈性模量和/或強度低。
在3D印刷期間或之後可能發生所印刷物體的變形。在印刷過程期間可能發生的變形實例為，例如由於在印刷過程期間，物體基體上的應變聚積(accumulative strain)，所印刷物體會向內收縮。例如，在印刷頭的X運動期間可以將物體的各層沉積。層通常可以為連續的，例如，可以在X方向上印刷的過程期間從印刷頭噴嘴中選擇地但連續地噴射材料，以形成連續的材料層。典型地，通過在一個平面上沉積層，但是在其它實施方式中並不是這種情形。在逐層基礎(layer upon layer basis)上構造物體的情形中，例如，層可以由於固化而收縮，並且在所印刷物體的基體內引起應變聚積。隨後沉積的層的收縮可以將應變增加到所印刷物體上，並且可以導致例如物體的變形。例如，聚積的應變可以發生於徑向，朝著物體中心。在這種情形中，所印刷物體的外部可以被拉向物體的中心，由此生成物體捲曲(例如，物體底邊向上提升)。也會發生其它類型的變形或缺損。
現在參考圖4A和圖4B，其為根據本發明一些實施方式的物體結構的示意圖。在圖4A中，使用了可以稱為「分割」的方法，可以在非連續的片段中構造至少部分的各層205。在其它實施方式中，這樣的片段可以為鄰接的--例如小部分的片段可以相接觸。可以通過間隙或間隔215(這樣的間隙或間隔無需完全隔離片段)將可以構成層205或部分層的每個片段210分隔開。典型地，通常在一個平面上沉積片段210，但是在其它實施方式中不必為這種情形。在片段固化時收縮的情形中，片段210可以在固化後分別收縮，由此產生朝向層205中心的對比應力梯度(reduced stress gradient)或零應力梯度。以這種方式，可以消除或減少可能導致物體變形和/或「捲曲」的聚積應力。根據本發明的另一種實施方式，可以在將被分割的所選區域中沉積非連續層，同時例如可以在可以不需要分割的區域中沉積連續層。在其它實施方式中，可以在不發生收縮的系統中沉積非鄰接的、或基本上非鄰接的片段。
通過參考圖4B(其為從印刷盤之上的視圖)可以看出分割構造的兩種可能實例。可以使用其它分割模式和方法。類型「A」可以包括例如在X和Y方向上由間隔(space)、間隙(gap)或非物體結構區域215所包圍的物體結構片段210。類型「B」可以包括例如在Y方向上相接但是在X方向上由間隔或間隙215隔開的物體結構片段210。可以使用其它成型方式或成型方式的組合。
現在參考圖4C，其為描述根據本發明的一些實施方式、印刷3D物體的方法的流程圖。通過參考圖4C可以看出的是，該方法例如可以包括沉積界面材料的非連續層。例如，在單元20中，可以沉積界面材料層的片段或一部分。在單元21中，可以將間隙或間隔分配為間隔，並且可以在沉積在前部分的材料之後將其留在無沉積材料的地方。在單元22中，可以將另一部分界面材料層沉積在例如材料在前沉積的空間之後，由此形成非連續層。沉積之後可以固化該部分。
在一些實施方式中，參考圖4D可以看出，在單元25中，當放置和固化這種分割的層時，可以分配間隔並且將其留在片段之間的無沉積材料的地方。在單元26中，這些間隔，其可以在片段之間或部分在片段之間，可以被填充和/或為了例如在在前分割的層之外形成連續層而對其進行補償。可以使用各種合適的方法來填充片段之間的間隔。例如，可以使用基本上與在印刷頭12的後續運動中所應用的材料相同的界面材料，同時或隨後地填充這些間隔。在另一種實施方式中，可以使用基本上相同的材料，通過應用比先前的層稍微偏移或位移的至少一種其它層，例如使得將其沉積於位於先前層中的片段的線路或空間之間，由此填充該間隔。另一種實例可以是，使用基本上不同類型的材料來填充該間隔，所述材料應用於印刷頭12的相同和/或後續運動中。後續層可以例如在X和/或Y方向上稍微位移或偏移。可以使用各種類型和組合類型的片段的、間隔和填充。可以實施上述步驟的任意組合。另外，可以使用其它步驟或連續步驟。
例如，可以當印刷頭在X方向上運動時非連續地噴射材料，例如以啟動/停止/啟動/停止的噴射過程來進行。印刷噴嘴可以將材料噴射到預定將進行分割的區域之上，並且可以在預定為間隔的區域之上停止噴射材料。在已通過噴嘴噴射材料的區域中，可以形成片段。在未通過噴嘴噴射材料的區域中，可以形成片段之間的間隔。
可以在沉積之後固化這些層。但是，由於固化介質如輻射源可以緊隨印刷頭的軌跡之後，所以可以緊跟在印刷頭之後，在擺動中發生固化，固化剛剛被沉積的材料。即，該過程可以是連續的。也可以使用其它固化方法。
本文中所描述的分割方法可以使用各種適用於構造非連續層、片段、間隔、和/或填充的材料。例如分割可以使用本文中所描述的任意材料或材料的組合，例如根據本發明的任意第一界面材料、根據本發明的任意第二界面材料、根據本發明的適用於構造三維物體的任意組合物、根據本發明的適用於支撐三維物體的任意組合物、其任意組合或任意其它合適材料。
根據本發明的一些實施方式，可以提供用於構造能夠在印刷三維物體之後容易地移開支撐結構的隔離層或結構的裝置、方法和組合物。隔離層可以是例如相對軟的結構，可以將其構造於所構造的三維物體和支撐物體的支撐結構層之間的相對薄的層中，以有助於在印刷過程之後，提供相對乾淨地和容易地從三維物體上移開支撐結構、或將界面材料或物體(固化的或未固化的)的特定部分從其它部分或物體上移開。例如，隔離層的「寬度」可以在幾個微米(例如，類似於一些實施方式中的結構層)和幾百個微米(例如，類似於一些實施方式中的幾個結構層的寬度)之間變化。
現在參考圖5A，其為描述根據本發明的一些實施方式的、印刷用於三維物體的支撐結構的方法的流程圖。參考圖5A可以看出，該方法可以包括，例如，在單元31中，從印刷裝置15的至少一個分配單元16中分配預定量和組合的界面材料，以形成支撐結構。支撐結構層可以包括第一界面材料(例如造型材料)、第二界面材料(例如支撐材料)和/或其它材料或材料的組合。例如，可以僅從支撐材料來構造支撐結構，或者支撐結構可以包括能夠提供給支撐結構額外的強度和/或彈性的造型材料。
在單元32中，依據一些實施方式，可以通過剛性結構包裹或部分包裹該支撐結構，例如支撐結構可以含在或部分含在剛性外殼內。例如可以由造型材料、或其它例如在強度和模量上充分類似於該物體的合適材料，來構造剛性結構。可以將剛性結構構造成含有支撐結構，該支撐結構自身可以含有例如由支撐材料所包裹的造型材料的成分。以這種方式，可以形成剛性支撐結構，例如其可以提供用於三維物體的強力支撐。
在單元33中，可以在支撐結構的剛性結構周圍構造隔離結構層，以能夠容易地從剛性結構所支撐的物體上分離剛性結構。支撐結構的形狀可以依據其支撐的物體的形狀來確定，並且由此剛性結構的形狀可以是支撐結構外表面的形狀。
在單元34中，由於在剛性物體和剛性支撐結構之間存在相對軟的隔離層，可以通過例如輕微的機械力將支撐結構從物體上分離。例如，可以由於手工操作，使用水、空氣或其它流體等進行分離。
例如，如果例如由於複雜的物體幾何形狀而使得所需的支撐物幾何形狀複雜時，可以將支撐結構分成多個更小的支撐結構，以促進它們的拆卸。每個支撐結構可以含在其自己的剛性支撐結構內。
在另一種實施方式中，支撐結構可以例如是固化之後凝膠狀的稠度(可以使用其它稠度，例如相對固態的。)，可以使用不同組合的支撐材料和造型材料來填充該支撐結構，例如生成軟的疏鬆材料(bulk material)。以這種方式，例如，可以在支撐結構中混入例如由更硬的造型材料組成的框架或結構，來強化該軟的且可能脆的支撐結構。以這種方式，可以包括支撐和造型材料等的該整個「支撐結構」可以是相對堅硬的，但是仍是軟的。其可以被稱為「軟疏鬆材料」，例如其可以為具有「疏鬆」物質的軟材料。在本發明的一種實施方式中，可以將造型材料以「柵格」或「骨架」形式置入支撐材料內，以向支撐結構提供額外的強度。
在一些實施方式中，為了促進這種支撐結構從所印刷物體上拆卸下來，可以將支撐結構設計成在完成印刷之後以單個單元或多個單元形式將其拆除。在一種實施方式中，可以確定或分配最小的「間隔」，並且將其留在被印刷的三維物體和該物體支撐結構之間無沉積材料的地方。這種間隔例如可以包括一個或多個隔離結構，該隔離結構可以例如主要由支撐材料(任選地具有相對小成分的造型材料)組成。在一種實施方式中，隔離結構可以不硬化或部分硬化，以提供能夠從所印刷物體上容易地隔離的材料的相對軟的層或多個層。在本發明的一種實施方式中，該隔離結構可以在輻射時不硬化，並且可以保持例如粘性液態，也就是可以保持未聚合狀態。在本發明的另一種實施方式中，該隔離結構可以在輻射時硬化或至少部分硬化，例如具有軟的或半固體的凝膠狀稠度。這種「軟的」隔離結構層可以有助於在完成印刷過程之後移開支撐結構。這種可以包括相對硬的層的支撐結構的移開，可以相對容易地進行，和可以使用很小或最小的力來進行。
現在參考圖5B，其為根據本發明一些實施方式的、具有剛性外型結構結構305的三維物體支撐結構300的示意圖。參考圖5B可以看出，可以由剛性外型305包裹或部分包裹支撐材料320。可以由固化和/或冷卻時可以變硬的材料來構造該剛性外型305，以形成例如殼狀外型。支撐材料320和剛性外型305一起可以形成三維物體支撐結構300。可以通過相對軟的層320例如通過隔離層來包裹或部分包裹支撐結構320，以能夠支撐將被容易地從物體315上分離的支撐結構300。
在一些實施方式中，例如，隔離結構可以是非平面的。例如，可以不必要地以「層」的方式來沉積隔離結構材料，並且可以將其沉積在X-Y方向上的所選位置中，例如沉積在界面材料在前層之上(如Z方向上)。可以被沉積在三維物體(如造型結構)和相鄰支撐結構之間的隔離結構材料，可以例如在印刷頭沿X-Y軸的每個運動期間，填充結構之間的間隔。參考圖5C(其顯示了物體35的側視圖)可以看出由支撐結構所包圍的圓錐形物體實例(可以構造其它形狀的物體)，該支撐結構是使用本文中所描述的隔離結構材料印刷的。「隔離層」30被描述為分離物體結構35和支撐結構40的細線。圖5D描述了所構造的物體的「切片」的視圖。隔離結構30通過環繞錐形物體35的細線來表示，並且將物體與周圍的支撐結構40分開。可以使用其它隔離層尺寸和組合物。可以將隔離層用於界面材料的其它部分之間，並非必要地指定的「物體」和「支撐物」之間。
在一種實施方式中，可以在例如形成物體、支撐結構、隔離結構等的截面材料上，沉積、構造或直接印刷用於例如處理、構造、或拆卸所完成的物體的指令或指示。例如，可以將指示優選移開方向或順序的指示物、或用於移開或者拆卸支撐結構的指令，印刷或另外沉積在支撐結構上。
系統控制器15可以具有軟體或可執行代碼，通過用於基於從三維數據源例如CAD系統22中所接收的三維數據來構造三維物體的預定指令來編寫該軟體或可執行代碼。控制劑可以提供例如用於將被構造的物體的構造計劃，該物體可以包括例必要的物體結構、支撐結構、和/或位於物體和支撐結構之間的隔離結構。在本發明的一種實施方式中，控制器可以能夠提供一組方向指示物，例如可以定義例如隔離結構層的布置位置和方向的箭頭(如D1、D2......Dn)，和印刷之後支撐結構可以沿其移開的「線路」。這種指示物可以提供在控制器軟體中，並且可以例如以程序方式出現，該程序可以在顯示裝置22例如計算機屏幕或其它合適的輸出裝置上顯示。例如，各種不同方向指示物可以以不同顏色、或通過不同符號來顯示。可以使用凸版(raised)或凹版(depressed)印刷。例如，一組D1、D2......Dn指示物可以使印刷裝置能夠以這樣的方式來構造物體和支撐結構等，使得能夠在印刷之後以推薦的工序取出支撐結構的成分。另外，可以設定箭頭或其它指示物的優先順序，例如結構隔離方向的優先順序，其可以通過軟體來確定。當需要大量的支撐結構時，可以通過軟體或操作者來確定它們移開的最佳順序。在一些實施方式中，結構移開指示物可以是可見的，例如，可以由字母、符號、顏色、圖案、或其它合適的標記來構造這些指示物。可以將指示物定位於X、Y和/或Z方向上。
例如，參考圖5E可以看出，一個支撐結構300可以在物體315之下，並且一個支撐物310可以從側面穿過物體315。可以使用方向325例如D1來標記結構300，含義是其應當首先被移開，例如使用顯示這種支撐結構優選移開方向的箭頭(如向下)。可以使用方向330例如D2來標記結構300，含義其應當其次被移開，例如使用表示其優選移開方向的向下約45度角的箭頭。D2移開的角度表明了支撐物可以沿其有效地移開的線路，並且可以指明了兩個相鄰支撐物之間「斷裂」的角度，以有助於促進每個支撐結構的移開。可以在物體315與支撐結構300和310之間、和支撐結構300和支撐結構320(如軟材料)之間分配例如隔離結構層。可以使用其它合適的標記系統，並且所顯示的物體僅僅用以示例--可以構造具有其它支撐物或其它輔助結構的其它物體。
參考圖5F可以看出，在單元36中，可以例如依據支撐結構的優選移開順序來確定指示物的順序或優先次序。在本發明的一種實施方式中，控制器軟體可以例如計算和確定方向指示物和/或支撐結構的移開順序。在上述實施方式和其它合適的實施方式中，例如該軟體可以以這樣的方式來確定隔離結構層，例如由於以預定優選順序移開這種結構，可以使得基本上不妨礙或另外幹擾其它支撐結構的移開的方式來移開每個結構。可以使用其它標明機理的移開。在單元37中，可以使用移開指示物構造隔離層。
根據本發明的實施方式，可以將支撐結構340預定為例如在優選移開的方向上為錐形。例如，參考圖5G可以看出，支撐結構300的內部350(例如靠近三維物體)可以比支撐結構300的外部355更窄。例如，可以在支撐結構300和物體315之間構造隔離層。
參考圖5H可以看出，在單元38中，可以將支撐結構預定為例如相對於優選移開方向上為錐形。在單元39中，可以構造具有合適錐形的支撐結構。在另一種實施方式中，可以將支撐結構的外側或邊預定為包括例如孔隙和/或突起等特徵，其可以有助於例如將該結構確定為將在印刷之後被移開的支撐結構。可以使用能夠簡化從物體結構上移開支撐結構的其它機制。可以實施上述步驟的任意組合。另外，可以使用其它步驟或連續步驟。
本文中所描述的隔離層或結構可以使用各種合適的材料，如本文中所描述的材料，例如預定比例的根據本發明的第一界面材料和第二界面材料的任意組合。當然可是使用其它材料和組合物。
根據本發明的一些實施方式，可以提供用於例如構造用於例如熔模鑄造中的三維模具的裝置、方法和組合物。通常在熔模鑄造中，可以構造模具並隨後將其浸漬和澆鑄到耐熱物質例如陶瓷等中，耐熱物質可以在模具周圍硬化以形成鑄件。可以將這樣形成的鑄件放入爐子中並加熱。多數情形中，加熱過程可以增加澆鑄材料的硬化。當加熱時，原始模具可以熔融或者另外液化並流盡，只留下鑄件，該鑄件可以隨後用於熔模鑄造。
現在參考圖6A，其為描述根據本發明一些實施方式的、印刷三維原型模具的方法的流程圖。參考圖6A可以看出，該方法可以包括，例如，在單元40中，從印刷裝置15(例如，如美國專利申請6,259,962中所描述的印刷裝置，該專利申請受讓給本申請的受讓人，並且該專利申請在此引入作為參考)的一個或多個印刷頭12中分配預定量的界面材料層。可以使用界面材料的各種組合來製備形成這種三維模具的內部和外部部件，並且它們的相對用量、順序和分配的位置，可以通過例如通過系統控制器20藉助於例如CAD系統22來轉換用於這種目的STL文件或者任意合適的圖示或三維構造或設計文件來確定。
例如，外殼的壁厚範圍可以例如在0.5mm～0.9mm之間，或者可以是依據將被鑄造的物體的尺寸和形狀而進行的任意其它合適的測量尺寸。在單元41中，外殼可以在固化時硬化，例如在非固體的支撐材料填充周圍形成固體「外殼」。在單元42中，可以通過將鑄件置入熱源例如爐子中並加熱鑄件，例如在合適陶瓷或任意其它合適的耐熱物質中鑄造該模具。在單元43中，可以將通過印刷系統10構造的原型三維模具燃燒，並且可以例如在爐子中消散，只留下可以隨後用於熔模鑄造的鑄件。可以在高溫下燒掉該原型材料，該溫度可以例如在1000～1800℃內，或任意其它合適的溫度範圍。在其中模具包括具有填充的半固體支撐材料的相對薄外壁的情形中，該模具可以容易的燒掉，不會膨脹，由此將引起鑄件中斷裂的風險降到最低，並且基本上不會在鑄件內留下微量的原型材料。可以實施上述步驟的任意組合。另外，可以使用其它步驟或連續步驟。
參考圖6B可以看出，根據本發明的一些實施方式，這種模具的固體外殼400可以例如主要由第一界面材料(如造型材料層)組成。這種三維物體外殼的內部可以主要由第二界面材料410(如支撐結構層)組成。例如可以通過在支撐結構層內構造第一界面材料的柵格420來強化這種支撐層。這種柵格的實施方式可以基本上如美國專利申請10/101,089(其受讓給本申請的受讓人，並且在此引入作為參考)中所描述的、和本文中所提供的說明那樣來進行。
本文中所描述的印刷模具的外殼和內部組件可以使用各種合適的材料，如本文中所描述的材料，例如預定比例的根據本發明的第一界面材料和第二界面材料的任意組合。當然可以使用其它材料和組合物。
假複合材料，方法和裝置本發明的一種實施方式提供了一種新型材料，其可以被稱為「假複合材料」(PCM)，其具有多相結構和預定的各向同性或各向異性的性能，例如機械性能、熱機械性能、聲學性能、光學性能、電學性能和/或其它性能。在本發明一種實施方式中，PCM尤其可以包括多個有機宏觀相結構(organicmacroscopic phase structure)。在另一種實施方式中，PCM為一種新型的非均勻材料。在另一種實施方式中，PCM為一種結構和新性能由組成其的組合物和由特定組成的組合物和/或在規定時間內所採用的組成結構排列所支配的材料。作為比較，普通的組合材料通常為通過無機材料(非連續相)增強的有機聚合物材料(有機連續相)，形狀為纖維、顆粒、或其它無機材料。有機增強材料並不是非常通用的。
在本發明的一種實施方式中，PCM可以具有特別設計的各向同性的性能。在本發明的另一種實施方式中，PCM可以具有特別設計的各向異性的性能。PCM性能可以在各向同性和各向異性的性能之間變化。在本發明的一種實施方式中，PCM可以由光聚合物、熱固化組合物、雙組分型的反應組合物、相變材料，或者它們的任意組合組成。在另一種實施方式中，PCM可以包括根據本發明的任意組合物。在本發明的一種實施方式中，PCM尤其可以包括具有不同機械性能和/或光學性能和/或聲學性能和/或其它性能的材料。在本發明的一種實施方式中，PCM尤其可以包括以多種不同組合所組成的材料。在本發明的一種實施方式中，具有不同性能的不同材料的組合，應依據所期望的PCM類型來確定，例如高拉伸強度和高抗衝強度。當然，也可以獲得具有其它性能的其它類型PCM。
在本發明的實施方式中，術語「多」、「多個」或「多種」指的是大於1的數。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「相」可以是材料。在另一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「相」可以是確定的部分/區域。在另一種實施方式中，相可以是均勻的。在另一種實施方式中，相可以在結構、組成、性能或其任意組合上是均勻的。在另一種實施方式中，PCM的至少一個相不同於PCM的至少一個其它相。在另一種實施方式中，不同是指在結構、組成、性能或其任意組合上不同。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「光聚合物」可以是一種包括在暴露於電子束、電磁輻射、或二者時能夠聚合的組分的組合物，或者可以是由這種聚合反應所獲得的聚合物。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「可熱固化」可以是一種包括聚合速率由溫度和時間所影響的組分的組合物。溫度升高通常會提高聚合速率。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「雙組分型的反應組合物」可以是一種需要至少兩種不同化學官能團參與的聚合反應。這種反應的非限定性實例可以是縮合反應。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「相變」可以是特定組合物在降溫時的硬化現象。非限定性實例可以是石蠟的結晶過程。
在本發明的一種實施方式中，非均勻材料是一種包括至少兩個相的材料。
在一種實施方式中，本發明提供了一種假複合材料，該假複合材料其中包括第一相和第二相，其中每個相尤其可以包括有機化合物，其中每個相可以包括多層結構層，其中這些層是通過噴墨印刷法沉積的，其中假複合材料呈現出非均勻的三維結構。
在另一種實施方式中，該假複合材料尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相可以包括多層結構層。
在一種實施方式中，本發明提供了一種包括假複合材料的三維物體，其中該假複合材料其中包括第一相和第二相，其中每個相尤其可以包括有機化合物，其中每個相可以包括多層結構層，其中這些層是通過噴墨印刷法沉積的，其中假複合材料呈現出非均勻的三維結構。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相可以包括多層結構層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括一個或多個相，其中每個相可以包括多層結構層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括多層用於支撐該三維物體的結構層的支撐層。在另一種實施方式中，該支撐層是根據本發明的任意支撐層。
在另一種實施方式中，該三維物體尤其可以進一步包括多層用於隔離支撐層的隔離層，其中該隔離層位於支撐層和結構層之間。在另一種實施方式中，該隔離層是根據本發明的任意隔離層。
在另一種實施方式中，該非均勻三維物體尤其可以包括第一相的部分/區域和第二相的部分/區域。
在本發明的一種實施方式中，第一相在結構上不同於第二相。在另一種實施方式中，第一相在化學成分上不同於第二相。在另一種實施方式中，第一相顯示不同於第二相的性能。
在本發明的一種實施方式中，通過分配第一相組合物來製備第一相，並且通過分配第二相組合物來製備第二相。
在本發明的一種實施方式中，本發明全文中所指的術語「相組合物」可以是在沉積溫度下為液態並且可以通過噴墨印刷裝置分配以形成結構層的任意材料或材料的組合。在本發明的另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括根據本發明的任意界面材料。在本發明的一種實施方式中，可以通過分配相組合物來製備根據本發明的任意相。
在另一種實施方式中，可固化組分可以是例如電子束可固化的。在另一種實施方式中，可固化組分可以是電磁輻射可固化的。在另一種實施方式中，電磁可輻射可固化組分可以是紫外線(UV)可固化的。在另一種實施方式中，電磁可輻射可固化組分可以是可見光(Vis)可固化的。在另一種實施方式中，電磁可輻射可固化組分可以是紅外線(IR)可固化的。在另一種實施方式中，可固化組分可以是熱可固化的。也可以使用其它類型的可固化組分。在另一種實施方式中，該組合物可以是雙組分型的反應組合物。在另一種實施方式中，該組合物可以相變材料。在另一種實施方式中，該組合物可以是上述組合物的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括可固化組分。在另一種實施方式中，該可固化組分可以是電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括第一界面材料，其中第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一界面材料是根據本發明的任意第一界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中其中第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一和/或第二界面材料是根據本發明的任意第一和/或第二界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括根據本發明的適用於構造三維物體的任意組合物。在另一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括根據本發明的適合在構造三維物體中用作支撐物的任意組合物。
在本發明的一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括可固化組分。
在另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括第一界面材料。在另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括根據本發明的任意第一界面材料。在另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料。在另一種實施方式中，該第一和/或第二界面材料是根據本發明的任意第一和/或第二界面材料。在另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括根據本發明的適用於構造三維物體的任意組合物。在另一種實施方式中，該相組合物尤其可以包括根據本發明的適用於支撐三維物體中的任意組合物。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的至少一個相可以是連續相。在另一種實施方式中，至少一個相可以是非連續相。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的性能其中可以是各向同性性能、各向異性性能，或者它們的組合。在另一種實施方式中，該性能其中可以是機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的機械強度，可以高於材料沿著材料另一軸線上的機械強度。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的彈性，可以高於材料沿著材料另一軸線上的彈性。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的折射率，可以不同於材料沿著材料另一軸線上的折射率。在另一種實施方式中，該材料沿著一個軸線上的折射率可以不同。
在本發明的一種實施方式中，該PCM尤其可以包括至少兩種光聚合物。在另一種實施方式中，PCM可以由多種材料組成。在另一種實施方式中，該材料可以具有多種性能和/或多種顏色，並且可以具有特別設計的各向異性的機械性能和/或光學性能和/或聲學性能和/或其它性能，也具有增強的熱機械性能。在另一種實施方式中，該PCM可以具有梯度性能。
如前所述，預設計PCM結構，並且可以依據其既定用途來改變，依據包含PCM的材料的結構和類型而在各向同性和各向異性之間變化。提供了下列非限定性實例PCM可以在一個彎曲軸上為剛性的且在另一個彎曲軸上是柔性的；PCM可以具有罕見的組合性能，如高抗衝強度和高熱變形溫度(HDT)；PCM可以具有「梯度」性能，例如單塊的材料可以例如在一端或末端上為柔性的並且在另一端上和這兩端或末端之間是剛性的，該柔性材料逐漸且平穩地變得柔性更低而剛性更強，直到其變為剛性，從物體的一端到另一端在性能如強度、模量和/或彈性上顯示存在梯度。該梯度性能並不限定於機械性能。其它梯度性能如光學性能、聲學性能和電學性能也可以通過本發明來實施。
在另一種實施方式中，依據PCM的既定用途來預設計PCM結構。在另一種實施方式中，該機械性能其中包括衝擊強度、彈性、強度、模量等。在另一種實施方式中，該熱機械性能其中包括熱變形溫度、熱擴散係數等。在另一種實施方式中，該聲學性能其中包括聲波的吸收、反射、傳播，內能耗散(阻尼)等。在另一種實施方式中，該光線性能其中包括折射率、衰減、光吸收、光散射。在另一種實施方式中，該電學性能其中包括介電常數、電導率等。
在本發明的一種實施方式中，該聲學性能尤其可以包括吸收和傳播。在另一種實施方式中，吸收為材料可以「吸取(soak-up)」(也就是，聲能通過各種摩擦消散為熱能)的音量。在另一種實施方式中，可以使用多孔材料例如開孔泡沫材料作為吸收劑。在另一種實施方式中，傳播描述的是通過材料的聲音的量。需要非傳播材料以在空間、或與其它相孤立的空間內例如工作室和控制室之間容納聲音。在另一種實施方式中，為了阻止聲音傳播可以使用重的、固體的、柔軟的、密封的材料。
在本發明的一種實施方式中，該光學性能尤其可以包括折射率、衰減和吸收。在另一種實施方式中，折射率表示當光束通過真空傳到給定物質上時發生偏轉的程度。在另一種實施方式中，當光通過透明介質時候會發生輻射通量的衰減。如果合適波長的光通過試樣時，部分能量被傳播到分子試樣中。結果是，出射束具有低於入射束的能量。在另一種實施方式中，所吸收的光線數量通常遵循Lambert-Beer法則，並且由此與吸收分子的數量和所通過的路徑長度成比例。在另一種實施方式中，如果該介質具有濁度，那麼由於光散射會導致額外的衰減。
在本發明的一種實施方式中，該機械性能尤其可以包括與施力時的彈性和非彈性反應相關的、或者涉及應力與應變之間關係的那些材料性能；例如彈性模量、拉伸強度、疲勞極限。
在本發明的一種實施方式中，術語「宏觀相結構」指的是組成該PCM的相，其以物理尺寸為宏觀尺度的聚集體形式存在。在另一種實施方式中，該聚集體尺寸在其至少一個軸直徑上高於100微米。在另一種實施方式中，該聚集體至少如一個液滴體積那麼大。在另一種實施方式中，該聚集體為約80納克(nano-gram)。
PCM結構在本發明的一種實施方式中，該PCM指的是組成PCM的不同相之間的特定組合。
在本發明的一種實施方式中，該PCM指的是通過硬化和/和固化多層結構層而形成的特定三維結構，其中該結構由不同相組合物製成的，其用於構造該PCM。
在本發明的一種實施方式中，兩種或多種具有不同性能的不同組合物的組合，應依據期望從該組合物所獲得的PCM的類型來確定，例如，具有柔韌性的堅硬的固體材料。當然，也可以獲得具有其它性能的其它類型PCM。
根據本發明的實施方式，以不同的方式混合多個不同的組合物，以獲得具有所期望性能的單個材料。在另一種實施方式中，該性能沿著所期望的軸向變化。所獲得的材料為PCM。
在本發明的一種實施方式中，PCM可以包括被設計用於構造模型結構層的組合。在另一種實施方式中，PCM可以包括被設計用於構造支撐結構層的組合。在另一種實施方式中，PCM可以包括被設計用於構造隔離結構層的組合。在另一種實施方式中，PCM可以包括根據本發明的第一界面材料。在另一種實施方式中，PCM可以包括根據本發明的第二界面材料。
在本發明的一種實施方式中，PCM可以被設計成用於製備具有預設計的(如本文中所描述的)性能的疏鬆材料。
本文中提供了由作為模型結構層結構的三種組合物(A、B、C)所組成的PCM的非限定性實例1.一種交替XY-平面層的PCM一層由光聚合物組合製成(例如A和C組合)，並且另一層由另一種光聚合物組合製成(如B和C組合)(圖7)。
2.一種交替XZ-平面層的PCM每個模型結構層由光聚合物的連續組合製成(如A和B組合)(圖8)。
3.一種具有高強度光聚合物增強的彈性體連續相模型的PCM構造柱狀的高強度光聚合物(例如B非連續相)，並且其被彈性體光聚合物包圍(例如A連續相)(圖9)。
4.一種非彈性體連續相模型的PCM將彈性體光聚合物構造成微小的彈性區域(例如使用A連續相)，並且彈性區域被非彈性光聚合物包圍(例如，B非連續相)(圖10)。
上述實例僅僅是幾種類型的可能PCM組合。當然，也可以使用其它組合和實例。
在本發明的一種實施方式中，PCM可以結合有顯著的高抗衝強度和相對高的HDT(熱變形溫度)。
在本發明的一種實施方式中，可以使用本發明的材料和方法來構造具有非常低捲曲變形的三維物體。
在本發明的一種實施方式中，該模型結構層由第一組合物(例如光聚合物A)的非連續片段製成，其中在至少部分固化該非連續片段之後，在片段之間的間隙中填充相同類型的組合物。
在本發明的一種實施方式中，該模型結構層由第一組合物(例如光聚合物A)的非連續片段製成，其中在片段之間的間隙中填充第二組合物，例如光聚合物B，其中光聚合物B為彈性體類型材料，其能夠消散由於光聚合物A和B的收縮而引起的應力。
在本發明的另一種實施方式中，組合物A的非限定性實例為包括SR9036(27％)、Cl 1039(28％)、CN 131(15％)、SR 506(22％)、Ph 3015(7％)和I-819(1％)的光聚合物彈性體組合物。
在本發明的另一種實施方式中，組合物C的非限定性實例為依據表6的任意支撐組合物。
在本發明的另一種實施方式中，組合物B的非限定性實例為剛性模具，如表3和4中所描述的那些。
裝置本發明的一種實施方式提供了用於製備疏鬆PCM的印刷機。本發明的另一種實施方式提供了用於印刷完整三維物體的印刷機。
在本發明的一種實施方式中，可以使用用於選擇性沉積材料的快速原型(RP，rapid prototype)裝置，其包括至少3組材料分配器(優選地，至少三組噴墨印刷頭)，用於構造三維物體。每組材料分配器和/或噴墨印刷頭可以包括一個或多個分配器和/或噴墨印刷頭。在本發明的一種實施方式中，每組材料分配器和/或噴墨印刷頭分配不同組合物。也可以使用其它數量的印刷頭和材料。
例如，僅僅出於說明性目的，三組噴墨印刷頭可以噴射或分配三種類型的材料，分別為本文中所描述的組合物A、B和C，其中「A」顯示類型A的性能，「B」顯示類型B的性能，並且「C」顯示類型C的性能。例如，固化之後「A」可以顯示彈性體類型的性能，固化之後「B」可以顯示高強度非彈性體類型的性能，並且固化之後「C」可以僅僅顯示非常脆弱的機械性能，例如本文中所描述的「第二界面材料」。當然，也可以使用其它組合物。
在本發明的一種實施方式中，可以使用具有A、B和C的特定組合物來構造模型結構層，可以使用A、B和C的其它組合物來構造支撐結構層，並且可以A、B和C的另外其它組合物來構造隔離結構層(release constructionlayer)。
在本發明的另一種實施方式中，可以使用組合物A和B來構造模型結構層，可以使用組合物B和C來構造支撐結構層，並且可以使用組合物C來構造隔離結構層。
在一種實施方式中，本發明提供了一種用於印刷假複合材料的印刷機，尤其包括能夠製備第一相和第二相的控制器，其中該第一相和第二相尤其可以包括有機化合物，由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。在另一種實施方式中，該裝置可以進一步包括至少兩個分配器。在另一種實施方式中，該裝置可以進一步包括至少三個分配器。在另一種實施方式中，可以使用不同相的組合。在另一種實施方式中，該裝置尤其可以用於製備三維物體。
方法根據本發明的一種實施方式，所描述的方法容許製備PCM(例如疏鬆工程材料)，以用於進一步處理。依據另一種實施方式，本發明的方法能夠製備完整的三維物體。
根據本發明的實施方式，設計了一種由不同的和多種預選組合物組成的特定PCM結構。依據這種所設計的PCM結構，選擇地分配許多的一種或兩種或更多種不同類型的組合物，來形成層。
在一種實施方式中，本發明提供了一種用於製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，該方法尤其可以包括步驟從第一分配器中分配第一相組合物，以製備第一相，其中第一相尤其可以包括有機化合物；從第二分配器中分配第二相組合物，以製備第二相，其中第二相尤其可以包括有機化合物；由此沉積多層結構層；固化或硬化第一相組合物和第二相組合物；由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。
在另一種實施方式中，所述用於製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，尤其可以進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
在本發明的另一種實施方式中，所述用於製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，其尤其可以用於製備三維物體。
在一種實施方式中，本發明提供了一種用於製備三維物體的方法，該方法尤其可以包括製備具有非均勻三維結構的假複合材料，該方法尤其可以包括步驟從第一分配器中分配第一相組合物，以製備第一相，其中第一相尤其可以包括有機化合物；從第二分配器中分配第二相組合物，以製備第二相，其中第二相尤其可以包括有機化合物；由此沉積多層結構層；固化或硬化第一相組合物和第二相組合物；由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料；由此製備三維物體。
在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法，尤其可以進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法，尤其可以進一步包括步驟製備用於支撐該三維物體結構層的多層支撐層。在另一種實施方式中，所述用於製備三維物體的方法，尤其可以進一步包括步驟製備用於隔離該支撐層的多層隔離層，其中隔離層位於支撐層和結構層之間。
在本發明的一種實施方式中，至少一層結構層尤其可以包括第一相組合物和第二相組合物。
在本發明的一種實施方式中，在沉積一層結構層之後立即進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在沉積不止一層結構層之後進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在沉積結構層期間進行固化或硬化。在另一種實施方式中，在受控的溫度下進行固化。在另一種實施方式中，該溫度高於20℃。
在本發明的一種實施方式中，第一相在結構上不同於第二相。在另一種實施方式中，第一相在化學成分上不同於第二相。在另一種實施方式中，第一相顯示不同於第二相的性能。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括可固化組分。在另一種實施方式中，該可固化組分可以是電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括第一界面材料，其中第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一界面材料是根據本發明的任意第一界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中其中第一相組合物和第二相組合物不相同。在另一種實施方式中，該第一和/或第二界面材料是根據本發明的任意第一和/或第二界面材料。
在本發明的一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括根據本發明的適用於構造三維物體的任意組合物。在另一種實施方式中，第一相組合物、第二相組合物、或者二者，尤其可以包括根據本發明的適合在構造三維物體中用作支撐物的任意組合物。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的至少一個相可以是連續相。在另一種實施方式中，至少一個相可以是非連續相。
在本發明的一種實施方式中，該假複合材料的性能其中可以是各向同性性能、各向異性性能，或者它們的組合。在另一種實施方式中，該性能其中可以是機械性能、熱機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的機械強度，可以高於材料沿著材料另一軸線上的機械強度。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的彈性，可以高於材料沿著材料另一軸線上的彈性。
在另一種實施方式中，該假複合材料沿著材料一個軸線上的折射率，可以不同於材料沿著材料另一軸線上的折射率。在另一種實施方式中，該材料沿著一個軸線上的折射率可以不同。
在本發明的一種實施方式中，各層僅由一種組分或組合物組成。在另一種實施方式中，使用不同組分或組合物來構造其它層。
在本發明的一種實施方式中，選擇地分配不同類型的組分(一種、兩種或多種)，以形成組合組分的層。
在本發明的一種實施方式中，各層由不同組合的組分或組合物組成。
在本發明的一種實施方式中，至少一種或多種這樣沉積的層可以包括光聚合物。在另一種實施方式中，可以將所沉積的層暴露於足以至少部分硬化層或「膠凝」層的輻射能量，例如UV、Vis(可見光範圍)、紅外(IR)或電子束(EB)。在本發明的一種實施方式中，可以在沉積過程期間進行輻射暴露。在另一種實施方式中，可以在沉積之後立即進行輻射暴露。在本發明的一種實施方式中，可以在受控的溫度下進行輻射暴露。在另一種實施方式中，該溫度可以高於室溫。
在本發明的一種實施方式中，在逐層的基礎上，在另一層之上選擇地沉積一層包括與那些在前分配的材料相同的材料類型、排列和/或組合，或者不同的類型、排列和/或組合的材料的其它層。
根據本發明的實施方式的方法，可以進一步包括控制溫度步驟，而不考慮所使用的材料、所使用材料的組合和/或所採用的固化類型。
在本發明的一種實施方式中，當至少一種這樣分配的材料為光聚合物時，可以逐層(layer-to-layer)沉積之間進行控制溫度下的固化步驟，以幾乎連續的方式將含光聚合物的層暴露於輻射，由上部隨後分配的層部分過濾。
在本發明的一種實施方式中，可連續進行逐層沉積和受控的溫度下固化過程數次，以形成疏鬆材料或完整的三維物體，或者可供選擇地形成具有特別預設計的各向同性或各向異性的結構和性能的疏鬆材料。
通過在固化過程中使用受控的溫度，這樣製備的假複合材料能獲得最優的熱機械性能，同時機械應力消除。
在本發明的一種實施方式中，可以在印刷過程之後進行控制冷卻或「調溫」。在另一種實施方式中，該控制冷卻可以能夠製備具有特定的最優化性能的產品。
在本發明的一種實施方式中，在特定溫度水平下的印刷可以能夠形成特定熱學質量的抵抗力和耐久性。例如，在高於固化的材料Tg(使用無定形材料)的溫度下印刷，能夠在最終產物中獲得最大化和/或最優化的性能。
在本發明的一種實施方式中，可以將沉積過程和在控制溫度下的固化進行多次，以製備固化的疏鬆假複合材料，以用於不同的應用，例如具有特別設計的各向異性性能和熱學、機械、光學、聲學和/或其它性能的最優組合的所固化材料的整個三維物體。
在本發明的一種實施方式中，可以通過一種方法來製備該PCM，該方法包括設計PCM的組成；選擇一種或多種不同的光聚合物製備；以形成光聚合物層的方式選擇性地分配材料；通過暴露於輻射能量來固化該光聚合物，或其任意組合。在另一種實施方式中，該暴露足以至少部分硬化該層。在另一種實施方式中，該暴露足以至少部分膠凝該層。在另一種實施方式中，該輻射能量可以是紫外線、紅外線、可見光、電子束或其任意組合。在另一種實施方式中，在沉積該材料期間進行輻射暴露。在另一種實施方式中，在緊隨沉積之後立即進行輻射暴露。在另一種實施方式中，在受控的溫度下進行輻射暴露。在另一種實施方式中，在高於室溫的溫度下進行輻射暴露。在本發明的一種實施方式中，複合光聚合物材料的隨後沉積可以是相對於在先類型和/或排列而相同的光聚合物類型和/或排列，或者可以是完全不同的類型和/或排列。在本發明的一種實施方式中，在受控的溫度下，在沉積層之間進行固化，但是幾乎連續地將該層暴露於輻射，通過上部層部分過濾。在本發明的一種實施方式中，通過在固化過程中使用受控的溫度，這樣製備的PCM具有最優化的熱機械性能，同時機械應力消除。
在本發明的一種實施方式中，在印刷過程之後進行的控制冷卻或「調溫」能夠製備具有特別的、最優性能的物體。在另一種實施方式中，在特定溫度水平下的印刷能夠形成特定熱學質量的抵抗力和耐久性。例如，在高於Tg的溫度下(使用無定形材料)印刷能促進分子反應性，以在最終產物中獲得不同的、最大化的和/或最優化的性能。
在本發明的一種實施方式中，可以將沉積和在受控地溫度下的固化過程進行多次，以形成固化的疏鬆PCM，用於不同的應用。PCM應用的非限定性實例是，具有特別設計的各向異性性能和熱學、機械、光學、聲學和/或其它性能的最優組合的所固化材料的整個三維物體。在另一種實施方式中，這種材料的一種用途是，可以用於填充上述沉積的非連續層片段之間的薄空隙，但是這僅僅是其用途的一種小實例，PCM的潛力在最終印刷物體的性能最優化方面具有影響深遠的地位。
本發明的一種實施方式提供了一種製備疏鬆PCM的方法。本發明的另一種實施方式提供了一種製備完整三維物體的方法。在另一種實施方式中，該方法也可以能夠，例如製備具有降低的捲曲變形的完整三維物體。
在一種實施方式中，本發明提供了逐層(layer upon layer)地選擇性沉積多種、不同材料和/或材料組合物的方法。在本發明的一種實施方式中，該選擇性沉積過程在受控的溫度下進行。在本發明的一種實施方式中，可以將多種材料以預設計的排列方式和/或組合方式沉積，由此能夠製備具有預設計的結構和預設計的性能的PCM，該性能可以與最初使用的每種材料的性能不相同。
在本發明的一種實施方式中，可以使用一種或多種根據本發明的任意方法來製備PCM。在本發明的另一種實施方式中，可以使用一種或多種根據本發明的任意方法來製備其中包含PCM的三維物體。
對於本領域的普通技術人員來說應理解的是，本發明並不限定於已特別示出的和本文中上述的內容，並且存在均落在本發明範圍之內的各種改進。相反地，本發明的範圍由所附權利要求來定義。
權利要求
1.一種用於印刷三維物體的方法，該方法包括通過三維印刷裝置，沉積界面材料層的第一部分；和沉積所述界面材料層的另一部分，所述另一部分與所述第一部分被間隔隔開，其中所述第一部分、所述另一部分和所述間隔布置在同一平面內。
2.權利要求1的方法，其包括在所述界面材料層內形成一個或多個非連續的片段。
3.權利要求1的方法，其包括填充所述間隔。
4.權利要求1的方法，其包括在所選的區域中沉積所述部分。
5.權利要求1的方法，其包括在另一個平面中沉積另一個層，所述另一個層包括另一個間隔，當垂直於所述另一個平面觀察時所述間隔和所述另一個間隔移位。
6.權利要求1的方法，其中所述界面材料選自造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
7.一種用於印刷三維物體的方法，該方法包括沉積支撐結構；和在所述支撐結構的周圍沉積剛性外型；以及在所述剛性外型的周圍沉積隔離結構層，所述隔離結構層在所述剛性外型與物體之間。
8.權利要求7的方法，其中所述剛性外型具有與所述物體基本相似的強度和彈性。
9.權利要求7的方法，該方法包括由造型材料構造柵格，所述柵格布置在所述支撐結構內。
10.權利要求7的方法，其包括使所述支撐結構作為單個單元移開。
11.權利要求7的方法，其包括在物體與所述剛性結構之間為所述隔離結構層留下空間。
12.權利要求7的方法，其中所述隔離結構層當暴露於輻射時保持未聚合的狀態。
13.權利要求7的方法，其中所述隔離結構層、所述支撐結構層或所述模型結構層在輻照時部分凝固。
14.權利要求7的方法，其中所述模型結構層在輻照時硬化。
15.權利要求7的方法，其中所述隔離層是非平面的。
16.權利要求7的方法，其包括在所選的位置沉積所述隔離結構層。
17.權利要求7的方法，其包括構造多個方向指示物，所述指示物在移開所述支撐結構時指明優先性指令。
18.權利要求7的方法，其包括在優選的移開方向上構造具有錐形的所述支撐結構。
19.權利要求7的方法，其包括在所述支撐結構上沉積支撐結構指示物。
20.權利要求7的方法，其中所述支撐結構選自造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
21.權利要求7的方法，其中所述隔離結構層由選自造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合的材料構造。
22.一種構造三維物體的方法，該方法包括沉積界面材料以形成支撐結構；和構造所述界面材料指示物，該指示物顯示出至少部分所述支撐結構的優選移開指令。
23.權利要求22的方法，其包括使所述方向指示物顯示在輸出設備上。
24.權利要求22的方法，其中所述指示物包含拆卸指令。
25.權利要求22的方法，其中所述指示物包括可見印刷。
26.一種物體印刷方法，其包括以預定排列，分配多層界面材料層以形成鑄模，以使得該模具的外殼主要包含造型材料，並且所述印刷模具的內部主要包含支撐材料。
27.權利要求26的方法，其包括在所述支撐材料內構造造型材料的柵格。
28.權利要求26的方法，其包括固化所述模具。
29.權利要求26的方法，其進一步包括澆鑄所述模具的步驟，其中所述步驟包括將所述物體密封在鑄造漿液中，並且通過將所述物體燒斷而形成用於鑄造的模具。
30.權利要求26的方法，其中所述界面材料包括造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合中的一種或多種。
31.一種印刷三維物體的裝置，其包括能夠沉積界面材料層第一部分，並且能夠沉積所述界面材料層另一部分的控制器，所述另一部分與所述第一部分被間隔隔開，其中所述第一部分、所述另一部分和所述間隔布置在同一平面內。
32.權利要求31的裝置，其中所述控制器能夠在所述層內形成一個或多個非連續片段。
33.權利要求31的裝置，其中所述控制器能夠填充所述間隔。
34.權利要求31的裝置，其中所述控制器能夠在另一平面上沉積另一層，所述另一層包括另一個間隔，當垂直於所述另一平面觀察時所述間隔和所述另一個間隔移位。
35.權利要求31的裝置，其中所述控制器能夠沉積另一移位的層。
36.一種印刷三維物體的裝置，其包括能夠構造支撐結構的控制器，其中在支撐結構的周圍構造剛性外型，以及在剛性外型的周圍構造隔離層，所述隔離層在所述剛性外型與該物體之間。
37.權利要求36的裝置，其中所述剛性外型具有與所述物體基本相似的強度和彈性。
38.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠由造型材料構造柵格，所述柵格布置在所述支撐結構內。
39.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠使所述支撐結構作為整體移開。
40.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠在物體與所述支撐結構之間為所述隔離層留下空間。
41.權利要求36的裝置，其中所述一層或多層隔離層當暴露於輻射時保持未聚合的狀態。
42.權利要求36的裝置，其中所述一層或多層隔離層在輻照時部分硬化。
43.權利要求36的裝置，其中所述一層或多層隔離層是非平面的。
44.權利要求36的裝置，其中所述一個或多個所述隔離結構層沉積在所選的位置。
45.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠構造多個方向指示物，所述指示物在至少部分所述隔離層的移開時指明優先指令。
46.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠在優選的移開方向上構造具有錐形的所述支撐結構。
47.權利要求36的裝置，其中所述控制器能夠在所述支撐結構上沉積支撐結構指示物。
48.權利要求36的裝置，其中所述支撐結構選自於造型材料、支撐材料，以及它們的任意組合。
49.一種用於印刷三維物體的裝置，其包括能夠構造界面層和構造界面層指示物的控制器，該指示物顯示出至少部分所述界面材料的指令。
50.權利要求49的裝置，其中所述指示物顯示在輸出設備上。
51.權利要求49的裝置，其中所述指示物包含拆卸順序指令。
52.權利要求49的裝置，其中所述指示物包括可見印刷。
53.一種用於印刷三維物體的裝置，其包括控制器，所述控制器能夠以預定排列，分配多層界面材料層以形成鑄模，使得這種模具的外殼主要包含造型材料，並且所述印刷模具的內部主要包含支撐材料。
54.權利要求53的裝置，其中所述控制器能夠在所述支撐材料內構造造型材料的柵格。
55.權利要求53的裝置，其中所述控制器能夠固化所述模具。
56.權利要求53的裝置，其中所述控制器進一步能夠鑄造所述模具。
57.權利要求53的裝置，其中所述界面材料包括造型材料、支撐材料或其任意組合中的一種或多種。
58.一種假複合材料，所述假複合材料包括第一相和第二相，其中每個相包括有機化合物，其中每個相包括多層結構層，其中所述層是通過噴墨印刷沉積的，其中所述假複合材料呈現出非均勻的三維結構。
59.權利要求58的假複合材料，其中所述第一相與所述第二相結構上不相同。
60.權利要求58的假複合材料，其中所述第一相與所述第二相化學成分不相同。
61.權利要求58的假複合材料，其中所述第一相顯示不同於所述第二相的性能。
62.權利要求58的假複合材料，其中通過分配第一相組合物來製備所述第一相，並且通過分配第二相組合物來製備所述第二相。
63.權利要求62的假複合材料，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括可固化組分。
64.權利要求63的假複合材料，其中所述可固化組分為電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
65.權利要求62的假複合材料，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括第一界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
66.權利要求62的假複合材料，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
67.權利要求58的假複合材料，其中至少一個相為連續相。
68.權利要求58的假複合材料，其中至少一個相為非連續相。
69.權利要求58的假複合材料，其中所述材料的性能是各向同性性能、各向異性性能，或者它們的組合。
70.權利要求69的假複合材料，其中所述性能是機械性能、熱機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
71.權利要求69的假複合材料，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的機械強度高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的機械強度。
72.權利要求58的假複合材料，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的彈性，高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的彈性。
73.權利要求58的假複合材料，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的折射率，不同於所述材料沿著所述材料另一軸線上的折射率。
74.權利要求58的假複合材料，其中所述材料沿著一個軸線上的折射率不同。
75.權利要求58的假複合材料，其進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
76.一種三維物體，其包括依據權利要求58的假複合材料。
77.權利要求76的三維物體，其進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
78.權利要求76的三維物體，其進一步包括用於支撐所述三維物體結構層的多層支撐層。
79.權利要求78的三維物體，其進一步包括用於隔離所述支撐層的多層隔離層，其中所述隔離層位於所述支撐層和所述結構層之間。
80.一種製備具有非均勻三維結構的假複合材料的方法，所述方法包括步驟從第一分配器中分配第一相組合物以製備第一相，其中所述第一相包括有機化合物；從第二分配器中分配第二相組合物以製備第二相，其中所述第二相包括有機化合物；由此沉積多層結構層；和固化或硬化所述第一相組合物和所述第二相組合物；由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。
81.權利要求80的方法，其進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
82.權利要求80的方法，其中至少一層結構層包括所述第一相組合物和所述第二相組合物。
83.權利要求80的方法，其中在沉積一層結構層之後立刻進行所述固化或硬化。
84.權利要求80的方法，其中在沉積不止一層結構層之後進行所述固化或硬化。
85.權利要求80的方法，其中在沉積所述結構層期間進行所述固化或硬化。
86.權利要求80的方法，其中在受控的溫度下進行所述固化或硬化。
87.權利要求86的方法，其中所述溫度高於25℃。
88.權利要求80的方法，其中所述第一相與所述第二相結構上不相同。
89.權利要求80的方法，其中所述第一相與所述第二相化學成分不相同。
90.權利要求80的方法，其中所述第一相顯示不同於所述第二相的性能。
91.權利要求80的方法，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物包含可固化組分。
92.權利要求91的方法，其中所述可固化組分為電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
93.權利要求80的方法，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括第一界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
94.權利要求80的方法，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
95.權利要求80的方法，其中至少一個相為連續相。
96.權利要求80的方法，其中至少一個相為非連續相。
97.權利要求80的方法，其中所述假複合材料的性能是各向同性性能、各向異性性能，或者它們的組合。
98.權利要求97的方法，其中所述性能是機械性能、熱機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
99.權利要求80的方法，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的機械強度，高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的機械強度。
100.權利要求80的方法，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的彈性，高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的彈性。
101.權利要求80的方法，其進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包含多層結構層。
102.權利要求80的方法，其用於製備三維物體。
103.權利要求102的方法，其進一步包括步驟製備一個或多個相，其中每個相包含多層結構層。
104.權利要求102的方法，其進一步包括步驟製備用於支撐所述三維物體的所述結構層的多層支撐層。
105.權利要求104的方法，其進一步包括步驟製備用於隔離所述支撐層的多層隔離層，其中所述隔離層位於所述支撐層和所述結構層之間。
106.一種能夠印刷假複合材料的三維印刷機，所述印刷機包括能夠製備第一相和第二相的控制器，其中所述第一相和所述第二相包含有機化合物，由此製備具有非均勻三維結構的假複合材料。
107.權利要求106的印刷機，其中所述第一相與所述第二相結構上不相同。
108.權利要求106的印刷機，其中所述第一相與所述第二相化學成分不相同。
109.權利要求106的印刷機，其中所述第一相顯示不同於所述第二相的性能。
110.權利要求106的印刷機，其中通過分配第一相組合物來製備所述第一相，並且通過分配第二相組合物來製備所述第二相。
111.權利要求106的印刷機，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包含可固化組分。
112.權利要求111的印刷機，其中所述可固化組分為電子束可固化的、電磁輻射可固化的、熱可固化的，或者它們的任意組合。
113.權利要求110的印刷機，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括第一界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
114.權利要求110的印刷機，其中所述第一相組合物、所述第二相組合物，或者二者，包括預定比例的第一界面材料和第二界面材料，其中所述第一相組合物和所述第二相組合物不相同。
115.權利要求106的印刷機，其中至少一個相為連續相。
116.權利要求106的印刷機，其中至少一個相為非連續相。
117.權利要求106的印刷機，其中所述材料的性能是各向同性性能、各向異性性能，或者它們的組合。
118.權利要求117的印刷機，其中所述性能是機械性能、熱機械性能、光學性能、聲學性能、電學性能或其任意組合。
119.權利要求106的印刷機，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的機械強度高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的機械強度。
120.權利要求106的印刷機，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的彈性高於所述材料沿著所述材料另一軸線上的彈性。
121.權利要求106的印刷機，其中所述假複合材料沿著所述材料一個軸線上的折射率不同於所述材料沿著所述材料另一軸線上的折射率。
122.權利要求106的印刷機，其中所述材料沿著一個軸線上的折射率不同。
123.權利要求106的印刷機，其進一步包括一個或多個相，其中每個相包括多層結構層。
124.權利要求106的印刷機，其中可以使用不同相的組合。
全文摘要
一種假複合材料，尤其可以包括第一相和第二相，其中每個相尤其可以包括有機化合物，其中每個相包括多層結構層，其中這些層是通過噴墨印刷法沉積的，其中假複合材料呈現出非均勻的三維結構。公開了一種製備假複合材料的方法。公開了一種印刷假複合材料的裝置。此外，公開了一種使用各種合適材料來印刷三維物體的方法。
文檔編號B41M3/00GK1926470SQ200480041335
公開日2007年3月7日 申請日期2004年11月28日 優先權日2003年12月3日
發明者埃杜阿多·納帕登斯基, 伊萊休·M·克裡奇曼, 阿維·科恩 申請人:奧布吉特幾何有限公司