CN111163920A - 使用提供液体或类液体材料的配方的积层制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种使用建构材料配方积层制造三维物体的方法。所述建构材料配方在暴露于一固化条件后提供液体或类液体材料，以及本发明亦公开由此可获得的多种三维物体。所述方法可用于制造具有一个或多个中空结构的物体。

Description

使用提供液体或类液体材料的配方的积层制造方法

相关申请

本申请主张于2017年6月28日提交的美国专利临时申请案申请号为62/538,018的优先权，所述临时申请案与下述美国专利临时申请案申请号为62/538,003、62/538,006、62/538,015以及62/538,026共同提出申请。

上述申请的内容均通过引用并入本文作为参考，如同在此完整地完整阐述一样。

技术领域及背景技术

本发明在其一些实施例中，是有关于一物体的积层制造(AM)，特别但不限于是有关于一种可用于积层制造中的配方、方法和***，同时提供在其一部分中具有液体或类液体材料的一三维物体。

积层制造通常是利用物体的计算器模型制造三维(3D)物体的过程。这种过程用于各种领域，例如用于可视化、演示和机械原型制作以及快速制造(RM)的设计相关领域。

任何积层制造***的基本操作包括将三维计算器模型切成薄的横截面，将结果转换成二维位置数据并将数据馈送到以分层方式制造三维结构的控制设备。

现有各种积层制造技术，其中包括立体光刻、数字光处理(DLP)及三维(3D)打印，特别是3D喷墨打印。这些技术通常通过逐层沉积和固化一种或多种建构材料，通常是可光聚合的(可光固化的)材料来进行。

例如，在三维打印过程中，从具有一组喷嘴的分配头分配建构材料，以将层沉积在支撑结构上。然后，根据建构材料，可以使用合适的设备将各层固化或固体化(硬化)。

各种三维打印技术存在并已公开，例如，所有同一申请人的美国专利号US6259962、US 6569373、US 6658314、US 6850334、US 7183335、US 7209797、US 7225045、US7300619、US 7479510、US 7500846、US 7962237以及US 9031680，上述申请的内容均通过引用并入本文。

用于积层制造的打印***可包括接收介质和一个或多个打印头。接收介质可以是例如制造托盘，其可以包括水平表面以承载从打印头分配的材料。打印头可以是例如具有多个分配喷嘴的喷墨头，所述多个分配喷嘴沿着打印头的纵向轴线布置成一排或多排的阵列。打印头可以定位成使得其纵向轴线基本上平行于分度方向。打印***还可以包括控制器，例如微处理器，用于控制打印过程，包括根据预定义的扫描计划(例如，转换为立体光刻(STL)格式的CAD配置被格式化以及编程化到控制器中)的打印头的移动。打印头可包括多个喷射喷嘴。所述多个喷射喷嘴将材料分配到接收介质上以产生表示3D物体的横截面的层。

除了打印头之外，还包括固化条件的能量来源，用于固化分配的建构材料。固化能量通常是辐射，例如UV辐射。

另外，打印***可以包括一整平装置，用于在沉积后续的层之前，在沉积和至少部分固化之后整平及/或设定每层的高度。

所述建构材料可以包括模型材料和支撑材料，其分别形成物体和在所述物体被建构时形成支撑物体的临时支撑结构。

沉积模型材料(其可包括一种或多种配方中所包括的一种或多种材料)以产生所需物体。

支撑材料在本领域中也称为“支承材料”(可以包括一种或多种材料)，可以使用或不使用多个模型材料组件，用于在建构过程中支撑物体的特定区域，以及确保后续物体的多个层的适当垂直设置。例如，在物体包含悬垂特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形、内弯角度、空隙等，通常在打印过程中使用相邻支撑结构来构造物体。

在所有情况下，支撑材料都沉积在模型材料附近，从而能够形成复杂的物体几何形状并填充物体空隙。

在所有现有使用的技术中，通常在暴露于固化条件(例如固化能量)时，使沉积的支撑材料和模型材料硬化，以形成所需的层形状。打印完成后，将多个支撑结构移除，以露出制作的3D物体的最终形状。

当使用诸如喷墨打印头之类的当前市售的商业打印头时，支撑材料在工作温度即喷射温度下应具有相对较低的粘度(约10-20厘泊)，以便可以使其被喷射。此外，支撑材料应快速硬化以允许后续层的建构。另外，硬化的支撑材料应具有足够的机械强度以将模型材料固定在适当的位置，并且应具有低形变以避免几何缺陷。

去除支撑材料的已知方法包括机械冲击(通过工具或水刀施加)，以及化学方法，例如在加热或不加热的情况下溶解在溶剂中。机械方法是劳动密集型的，并且通常不适用于小的复杂零件。

为了溶解多种支撑材料，通常将制造的物体浸入能够溶解多种支撑材料的水中或溶剂中。用于溶解支撑材料的溶液在本文中也称为“多种清洁溶液”。然而，在很多情况下，去除支撑材料的过程可能涉及危险材料、手工及/或需要训练有素的人员的专用设备、防护服和昂贵的废物处理。再者，溶解过程通常受扩散动力学的限制，并且可能需要非常长的时间，特别是当支撑结构庞大且厚重时。另外，后期处理可能需要去除物体表面上的“混合层”的痕迹。本文所用术语“混合层”指的是混合的硬化模型材料和支撑材料的一残余层，其形成在物体的表面上的两种材料之间的交界处，通过在两种材料之间的交界处形成彼此混合的模型材料和支撑材料。

此外，在支撑材料去除期间需要高温的方法可能是有问题的，因为存在对温度敏感的模型材料，例如蜡和某些弹性材料。用于去除支撑材料的机械方法和溶解方法在主要考虑因素是易用性、清洁性和环境安全性的办公室环境中尤其会成为问题。

现有技术已经描述了用于3D建构物的水溶性材料。例如，美国专利第6,228,923号描述了一种水溶性热塑性聚合物-聚(2-乙基-2-恶唑啉)-作为三维建构过程中的支撑材料，其有关于在高压及高温下将选定材料的博带挤出到板上。

美国专利第7,255,825号描述了一种含有可熔性晶体水合物的含水支撑材料。

适用于在构造3D物体中形成硬化的支撑材料的配方也被先前公开，例如，为同一个申请人的美国专利第7,479,510号，第7,183,335号和第6,569,373号。一般而言，专利中公开的这些组合物包含至少一种UV可固化(反应性)组分，例如丙烯酸组分；至少一种非UV可固化组分，例如多元醇或二醇组分，和光引发剂。照射后，这些组合物提供了能够暴露于水、碱性或酸性溶液或水洗涤剂溶液时溶解或溶出的半固体或凝胶状材料。

除了溶出之外，这种支撑材料的另一个特征是暴露在水中、碱性或酸性溶液或水洗涤剂溶液时分解的能力，因为支撑材料是由亲水性组分制成的。在溶出过程中，内部力导致固化的支撑物的断裂和破裂。另外，支撑材料可以包含一种暴露于水时释放气泡的一物质，例如碳酸氢钠，其与酸性溶液接触时转化成二氧化碳。气泡有助于从模型中去除支撑物。

几种积层制造工艺允许使用多于一种模型材料来积层形成物体。例如，同一申请人的美国专利公开号US 2010/0191360的美国专利申请公开了一种***，所述***包括具有多个分配头的固体自由成型形式制造设备，建构材料供应设备被配置为向多个分配头供应多种建构材料。制造装置和控制单元被配置用于控制制造和供应装置。***有多种操作模式。在一种模式中，所有分配头在制造设备的单个建构物扫描周期期间操作。在另一种模式中，一个或多个分配头在单个建构物扫描周期或其一部分期间不起作用。

在诸如Polyjet ^TM(Stratasys Ltd.，Israel)的3D喷墨打印工艺中，根据软件文件定义的预定配置，从一个或多个打印头选择性地喷射建构材料并将其沉积在连续层中的制造托盘上。

发明内容

目前使用的积层制造方法通常使用可固化的支撑材料，在暴露于一固化条件下，形成凝胶状硬化材料，通过物理及/或机械手段去除，以显示最终物体。

然而，这些方法有时效率低下，甚至可能对物体有害，例如，在物体具有复杂几何形状的情况下，例如薄的及/或分支的及/或缠绕的中空结构，例如隧道和管道，及/或内封装体积及/或任何其他空隙或孔，这些空隙或孔的可及性有限，无法去除硬化的支撑材料。

本发明人设计并成功地实施了利用材料的方法，这些材料在暴露于固化条件下具有液体特性，因此在温和条件下可以流动，并且可以通过诱导其流出物体而被去除，例如通过施加压力。

这些材料有利地可用作支撑材料，特别是在具有如本文所述的复杂几何形状的物体中，及/或在通常用于去除凝胶状支撑材料的条件可能损害物体的最终形状的物体中。这些材料还可有利地用于制造包含流体材料的最终物体。

根据本发明的一些实施例的一目的，提供了一种积层制造三维物体的方法，所述方法包括按照与物体形状相对应的配置图案依序地形成多个层，从而形成所述物体。

其中所述多个层中的至少几层的形成包括：

分配至少两种建构材料配方，所述至少两种建构材料配方包括：第一建构材料配方，其包含一模型材料配方，所述第一建构材料配方在本文中也可简称为模型材料配方、或称为模型配方M或称为配方M，其在暴露于一固化条件下时形成一硬化模型材料，所述模型材料在本文中也可互换地称为第一材料、第一硬化模型材料、第一模型材料、或简称为模型材料，或者作为材料M或模型材料M或硬化模型材料M；以及第二建构材料配方，所述第二建构材料配方包括一配方，在本文中也可互换地称为一液体配方、或称为配方L，在暴露于所述固化条件下形成一第二材料，在本文中也可互换地称为液体材料、液体或类液体的材料或材料L

第二种材料，材料L，具有以下至少之一：

一粘度不超过10000厘泊；

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；

一剪切模量低于20千帕；当承受不大于1巴的一正压时具有流动性；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；及

一热稀化行为；并且，使所述分配的多种建构材料配方暴露于所述固化条件下，从而形成所述第一硬化模型材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述分配使得所述第一硬化模型材料M，材料M，形成至少一中空结构，并且所述第二材料，材料L，被至少部分地封闭在所述中空结构中。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述物体的形状由一计算机物体输入数据描述，所述方法还包括：生成用以描述所述中空结构中的多个腔室的一计算机物体数据；生成以一缩小形式描述所述多个腔室的一计算机物体数据；并将所述计算机物体输入数据与以所述缩小形式描述所述多个腔室的所述计算机物体数据组合，以提供用以描述所述中空结构和一芯部的一组合的计算机物体数据，其中所述芯部被所述中空结构以在所述中空结构的一内表面和所述芯部的一最外表面之间存在一间隙的方式加以封装。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述中空结构选自一管状结构、一分支管状结构和相互缠绕的多个管状结构。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述管状结构中的至少一个的一直径小于1厘米。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，被完全封闭在所述中空结构中。

根据本文描述的任何实施例中的一些，当所述第二材料，材料L，承受不大于1巴、或不大于0.5巴或不大于0.3巴的正压时是可流动的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，的一粘度不超过10,000厘泊，并且其中所述建构材料配方，配方L，的一粘度与所述材料L的所述粘度相差不大于10％。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，包括一不可固化的材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述不可固化的材料包括分子量小于2000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，包括一不可固化的材料和一可固化材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料包括一单官能可固化材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料是亲水性的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料在硬化时提供一剪切稀化材料及/或一触变材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料在硬化时提供一热稀化材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料在硬化时提供一水溶性材料或一水不混溶性材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述可固化材料在所述第二建构材料配方，材料L，中的一含量为10％至25％。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，是水溶性的或水混溶性的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述第二材料，材料L，是一剪切稀化材料、一触变材料或一热稀化材料。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述方法还包括：在所述暴露之后，去除所述材料L(所述第二材料)。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述去除是通过施加一条件来进行的，在所述条件下所述材料L(所述第二材料)为可流动的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述条件包括一正压为不大于1巴、或者不大于0.5巴、或者不大于0.3巴。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述正压包括气压、液压，或气压与液压的组合。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述条件包括热能。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述条件包括剪切力。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述至少两种建构材料配方包括一第三建构材料配方，其在本文中也可互换地称为支撑材料配方、支撑配方、凝胶材料配方或配方S，第三建构材料配方在暴露于固化条件下会形成第三材料，第三材料是硬化的支撑材料，在本文中也称为材料S。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述分配使得所述第一硬化模型材料，材料M，形成至少一中空结构，所述第三材料，材料S，被至少部分地封闭在所述中空结构内，并且所述第二材料，材料L，被至少部分地封闭在所述材料S(第三材料)内。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述分配使得所述材料L(所述第二材料)至少部分地包围所述材料S(所述第三材料)，从而在所述中空结构的一内表面和所述材料S(所述第三材料)之间形成一中间壳体。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述材料S(所述第三材料)是水溶性的或水混溶性的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述材料S(所述第三材料)在承受至少0.5巴或至少1巴的一压力的一液体喷射时为可去除的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述材料S(所述第三材料)在接触一清洁溶液时为可去除的。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述方法还包括：去除所述材料S(所述第三材料)。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述去除是通过使所述材料S(所述第三硬化材料)在至少0.5巴或至少1巴的压力下接触所述液体喷射。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述去除是通过使所述材料S(所述第三硬化材料)与一清洁溶液接触。

根据本文描述的任何实施例中的一些，去除所述材料S(所述第三材料)是在去除所述材料L(所述第二材料)之后才进行。

根据本发明一些实施例的一目的，提供了一种通过本文所述的各个实施例中的任何一个的方法及其任意组合制造的三维模型物体。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述三维模型物体包括至少一中空结构。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述三维模型物体包括被至少部分地封闭在所述至少一中空结构中的所述材料L(所述第二材料)。

根据本发明一些实施例的一目的，提供了一种三维模型物体，通过一积层制造工艺制造，所述物体包括至少一中空结构和一材料，例如如本文所述的材料L，所述材料L具有以下至少一种特征：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切储存模量低于20千帕；以及

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性；

且至少部分地被包覆在所述中空结构中。

根据本发明一些实施例的一目的，提供了一种用于在一个三维物体的积层制造中形成一牺牲材料(例如一支撑材料)或一牺牲物体的配方***，所述配方***包括：

一配方L(在本文中也称为第二配方)，所述配方L在暴露于一固化条件下时提供一液体或类液体材料(本文中也称为材料L)，其具有至少一以下特性：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切储存模量低于20千帕；及

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性；以及

一配方S，所述可固化配方S在暴露于一固化条件下时提供一凝胶状材料S(本文中也称为材料S)，所述材料S具有至少一以下特性：

一剪切损耗模量G”与一剪切储存模量G”的比值小于1；

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性及/或易碎性；及

水溶性或水不溶性。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述配方L包括一不可固化的材料，所述不可固化的材料的一粘度不超过10,000厘泊。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述配方L包含分子量不超过2,000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述配方L包括一不可固化的材料和一可固化材料，所述配方在硬化时或在暴露于一固化条件下时具有不超过20千帕的一抗剪切性。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述配方L用于在暴露于一固化条件时形成一可依序去除的一材料(例如材料L)。

根据本发明一些实施例的一目的，提供了一种积层制造具有一腔室的一个三维物体的方法。所述方法包括：以与所述物体和一牺牲物体的一组合的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，所述牺牲物体被包围在所述腔室中。所述方法还包括从所述腔室中移除所述牺牲物体。根据本发明的一些实施例，在所述腔室的一壁面和所述牺牲物体之间具有一间隙。

根据本发明任何实施例中的一些的一目的，所述物体的形状由一计算机物体输入数据描述，所述方法还包括：生成描述所述腔室的一计算机物体数据；生成以一缩小形式描述所述腔室的一计算机物体数据；并组合所述计算机物体输入数据与以所述缩小形式描述所述多个腔室的所述计算机物体数据，以提供用以描述所述物体、所述牺牲物体以及所述间隙的一组合的计算机物体数据。

根据本发明任何实施例中的一些的一目的，所述物体由一硬化材料(例如，如本文所述的材料M及/或材料S)形成，并且其中多个层的形成包括形成至少一个牺牲层以通过一附加材料填充间隙，所述附加材料不同于所述硬化材料，所述附加材料可以是，例如本文所述的材料L，如本文所述的材料S，或如在任何相应实施例中所述的材料L和材料S的组合。

根据本发明的一些实施例，附加材料是材料L，例如，具有以下特征之一的材料：一粘度不超过10000厘泊；一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；一剪切模量低于20千帕；当承受小于1巴的一正压时具有流动性；一剪切稀化行为及/或一触变行为；以及一热稀化行为。

根据本发明任何实施例中的一些的一目的，提供了一种通过一积层制造工艺制造的三维组件。所述组件包括一硬化物体，具有一腔室；一硬化牺牲物体，设置于所述腔室；以及，一未硬化或部分硬化的材料，位在所述牺牲物体和所述腔室的一壁面之间，例如本文所述的材料L及/或材料S。其中所述硬化牺牲物体和所述未硬化或部分硬化的材料(例如，材料L及/或材料S)可由所述腔室中加以去除。如本文在各个实施例中的任一个中所述的，硬化材料是任选地并且优选地是材料M、材料S或其组合。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然在本发明实施例的实施或测试中可以使用与本文所述方法和材料类似或等同的方法和材料，下面描述的方法及/或材料为例示性的。如果发生矛盾，专利说明书包括其定义，将受到限制。另外，这些材料、方法和实例仅是说明性的，并非用以限制。

本发明实施例的方法及/或***的实现可以关于手动地、自动地或者其组合地执行或完成选择的任务。而且，根据本发明方法及/或***的实施例的实际仪器和设备，可以通过硬件、通过软件、或通过韧体或其组合通过使用操作***来实现几个选择的任务。

例如，根据本发明的实施例执行选定任务的硬件可以被实现为核心片或电路。作为软件，根据本发明实施例的选定任务可以被实现为由使用任何合适的操作***的计算器执行的多个软件指令。在本发明例示性实施例中，根据本文描述的方法及/或***的例示性实施例的一个或多个任务由诸如用于执行多个指令的计算平台的数据处理器执行。可选地，数据处理器包括用于存储指令及/或数据的挥发性内存及/或用于存储指令及/或数据的非挥发性内存，例如磁性硬盘及/或可移动介质。可选地，也提供网络连接。更可选地提供显示器及/或用户输入设备，例如键盘或鼠标。

附图说明

这里仅通过举例的方式参考附加的图式来描述本发明的一些实施例。现在具体参照附图详细说明，强调的是，所示出的细节是作为例示并且出于对本发明实施例的说明性讨论的目的。就这一点而言，对于本领域技术人员而言，利用附图进行的描述对于可以如何实践本发明的实施例是显而易见的。

在附图中：

图1A示出根据本发明的一些实施例制造的一示例性打印物体的图像，其中所述打印物体具有一中空结构，其形状为弯曲的薄隧道形式，具有通向外部环境的一小开口。

图1B是以容器的形式呈现一示例性物体的图像，示出根据本实施例的充满液体材料(例如材料L)的打印容器。

图2显示了根据本发明的一些实施例的示例性方法的流程示意图。

图3是根据本发明的一些实施例的包括交错的模型材料的一区域的示意图

图4A-图4G是根据本发明的一些实施例的代表性和非限制性示例的结构示意图。

图4H是根据本发明的一些实施例的具有一中空结构的一物体的一部分的代表性示例的示意图，其中所述中空结构至少部分地包围了一中间壳体，所述中间壳体包围一芯部。

图5是根据本发明的一些实施例的的一分配的层的示意图。

图6A至图6D是根据本发明的一些实施例的积层制造***的示意图。

图7A至图7C是本发明实施例中的多个打印头的示意图。

图8A至图8B是本发明实施例中的显示了坐标变换的示意图。

图9示出了根据本发明的一些实施例中可用于选择芯部和中间壳体的尺寸的多个参数。

图10A至图10J描述适于生成描述一中空物体的计算器物体数据的示例性过程的示意图。

图11A至图11B是描述根据本发明的一些实施例用于获得计算器物体数据的示例性过程的流程图。

具体实施方式

本发明在其一些实施例中，是有关于一物体的积层制造(AM)，特别但不限于是有关于一种可用于积层制造中的配方、方法和***，同时提供在其一部分中具有液体或类液体材料的一三维物体。

在详细解释本发明的至少一实施例之前，应当理解的是，本发明在其应用中不一定限于以下描述中阐述的组件及/或方法及/或在附图及/或实施例中所示出的构造和设置细节。本发明能够具有其他实施例或以各种方式实施或执行。

本发明人已经认识到，在执行当前已知的用于制造三维物体的积层制造工艺时，在形成和清洁具有复杂几何形状的零件时，例如包含中空结构(例如多个腔室、多个封闭体积、薄的及/或缠绕及/或分支的中空管状结构(例如管道、隧道)和海绵状结构)的具有狭窄的开口或完全封闭的几何形状，会产生困难。具有这种复杂的几何形状的非限制性示例性物体是具有如血管、骨骼的内部和心脏的身体器官的结构的物体。

更具体地，本发明人已经认识到，当制造这种物体时，例如使用3D喷墨打印，通常是物体的复杂部分，例如多个腔室、多个封闭体积、缠绕和分支的管状、管道及/或隧道***通常填充有一支撑材料，通常是具有凝胶特性的材料，从而难以通过常规机械及/或化学技术在物体制造时去除支撑材料，效率低下且费时，并且还损坏了复杂的部分及/或整个物体。

在封闭或部分封闭的中空结构的情况下，水射喷流和压缩空气等用于移除支撑材料的机械技术效率低下，因为水射喷流对支撑材料的物理可接近性有限，并且完全移除支撑材料所需施加的压力可能损坏物体。在封闭或部分封闭的中空结构中，由于需要将清洁溶液扩散到物体的这些部分，涉及在接触清洁溶液时溶解支撑材料的化学去除技术是低效的。

如上文所述，目前现有的支撑材料配方通常包括可固化和不可固化材料，当硬化时，形成凝胶或类凝胶材料。

在本文中和本领域中，使用的术语术语“凝胶”描述了通常被称为半固体材料的材料，其包括三维固体网络，通常由化学或物理连接在其间的纤维结构制成，并包封有液相在这个网络中。凝胶的特征通常在于固体的稠度(例如非流体)，并且具有相对较低的拉伸强度，相对较低的剪切模量(例如低于100千帕)和剪切储存模量的剪切损耗模量(tanδ)，G”/G')比值小于1。凝胶在承受至少0.5巴、优选至少1巴或更高的正压力时可流动，或者在承受低于1巴或低于0.5巴或0.3巴或更低的压力时不可流动。

如本文所述，根据本发明实施方式的凝胶状材料通常是软材料，其可以是凝胶或固体，其特征在于凝胶的机械和流变性质。

现有所使用的支撑材料配方通常包含可固化和不可固化材料的混合物，并且在硬化时形成硬化的支撑材料，其在本文中也称为凝胶状支撑材料或凝胶支撑材料(例如材料S)。

如本文所定义，现有所使用的硬化支撑材料通常是水可混溶的，或水可分散的或水溶性的。

本发明人已经构想了在制造具有如本文所述的复杂零件的3D物体中利用不可固化的液体材料。此类液体材料在暴露于固化条件后仍保持液态，一旦完成积层过程，即可通过非侵蚀性手段(例如施加低正压)轻松除去。

因此，具有复杂的几何形状及/或狭窄的开口的腔体、隧道、管道、封装的体积和其他部件可以完全填充有不可固化的液体材料，或者可以部分填充有不可固化的液体材料，可以选择与常规方法组合使用，形成凝胶的可固化支撑材料。一旦完成制造，就可以去除液体材料，且如果存在并且需要去除凝胶支撑材料，则可以通过普通的机械及/或化学手段去除它。容易除去液体材料，从而有利于整体除去支撑材料(如果需要)以及中空结构的暴露。当与凝胶状支撑材料结合时，液体材料的容易和立即去除允许更容易地接近(无论是物理途径还是源自扩散的途径)剩余的凝胶状支撑。液体材料的去除消除了化学去除技术中的扩散障碍，并减少了物理去除技术中的压力累积，因此充当了压力释放通道。

在将本发明简化为使用的同时，本发明人已经成功地利用不可固化液体材料，例如聚(亚烷基二醇)，作为容易移动的材料来制造具有中空结构的小的物体。作为牺牲结构的一部分，所述牺牲结构还包括由可固化材料制成的凝胶状支撑材料，通常在较大的中空结构中；以及作为最终物体的封闭体积内的内部液体材料，当制造目的在于包含流体材料的物体时，如下文进一步详细描述。

本发明人进一步设想利用一种不可固化材料，所述材料在暴露于应用于其附近材料的硬化程序中时，具有液体材料(如本文所定义的液体材料)的特性，因此也可以作为一种容易移动的材料使用，任选地与凝胶状支撑材料组合。

本发明人已经进一步设计并成功地实践了适用于使用本文所述的液体状材料的***和方法，并且所述***和方法克服了在通过积层制造所制造的物体中包含液体或液体状材料所引起的问题。

在本发明的一些实施例中，所述方法采用液体支撑材料沿其最小尺寸填充宽度小于4毫米的腔室，并采用液体和普通(例如凝胶或凝胶状)支撑材料的组合来具有宽度超过约4毫米的腔室。优选地，当分配或拉直液体或类似液体的支撑材料时，积层制造***确保新分配的层处于静止空气环境中。

如本文中所使用术语“静止空气环境”是指其中没有空气流或者空气以小于3米/秒的速度流动的环境。

因此，本发明的实施例涉及液体或类液体材料在三维物体的积层制造过程中的用途。

在本文的全部和现有技术中所用的术语“液体”描述了不会对应于压力而改变其体积的流体。液体材料的特征是流动性，即随着分子相互移动而流动的能力。粘度，即抗剪切应力；通过非常低或零的剪切模量(G)；且剪切损耗模量与剪切储存模量比(G”/G’或tanδ)大于1，通常大于10。

在此所用的术语“类液体材料”是指具有例如小于100千帕或小于50千帕或小于10千帕的低剪切模量，具有与液体类似的特性的材料及/或剪切损耗模量与剪切储存模量比(tanδ)高于1，如本文所述，任选地高于5或高于10，因此其流体特性、粘度和流动性类似于液体。

在一些实施例中，液体状材料在施加剪切力时具有液体的上述性质。在这些实施例的一些中，液体状材料是剪切稀化材料或触变材料，即分别具有剪切稀化行为的材料或触变性的材料。

在一些实施例中，液体状材料在施加热能时具有液体的上述性质。在这些实施例的一些中，液体状材料是热稀化材料，即，具有热稀化行为的材料。

在这些实施例中的任何一个中，液体状材料可以具有凝胶或糊剂的稠度及/或流变性质。

在本发明的一些实施例中，液体和类液体材料具有以下一种或多种特征：

一粘度不超过10000厘泊；及/或

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；及/或

一剪切稀化行为及/或一触变行为；及/或

一热稀化行为；及/或

一剪切模量低于20千帕；及/或

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性。

剪切储存模量G’在本文中也可互换地称为“储存剪切模量”，并反映了材料的弹性行为。液体材料通常是非弹性的，因此具有低剪切储能模量。

剪切损耗模量G”在本文中也可互换地称为“损耗剪切模量”，反映了材料的粘性特性。

储存剪切模量和损耗剪切模量可任选地在指定的温度和频率下使用剪切流变仪，例如应变控制的旋转流变仪，来确定(例如使用本领域众所周知的方法)。

剪切损耗模量与剪切储存模量之比值G”/G’，也称为“tanδ”，反映了材料的粘弹性行为。液体材料通常更具粘性和非弹性，因此对于液体或类似液体的材料，所述比值高于1。凝胶通常具有弹性，因此对于凝胶或类似凝胶的材料的比值低于1。

在本文中所用术语“剪切稀化”描述了流体化合物或材料的特性，所述特性通过施加剪切力(在剪切应变下)时其粘度降低(其流动性增加)来反映。在本发明的一些实施方案中，剪切稀化材料是这样的材料，其在将剪切应变从约1％增加至大于50％，例如至少100％时，显示出其剪切模量的显著降低。

在本文中所用术语“触变”描述了时序变化下剪切稀化所反映的流体化合物或材料的性质，即其粘度与施加剪切力的时间相关地降低并返回停止施加剪切力时恢复到其原始值。在本发明的一些实施方案中，触变材料在50％应变下显示出其剪切模量的显著降低，例如至少100％。

在本文中所用术语“热稀化”描述了流体化合物或材料的性质，所述性质通过施加热能(温度升高)时其粘度降低(其流动性提高)来反映。在本发明的一些实施方案中，热稀化材料的特征在于，当加热至40℃至95℃的温度时，其粘度或剪切模量降低至少20％，或至少50％，甚至100％。包括任何中间值和它们之间的子范围。

在本文中所用术语“打印物体”或“制造物体”描述了积层制造过程的产品。所述术语是指在除去支撑材料之前通过本文所述的方法获得的产物。因此，打印物体由硬化的(例如固化的)模型材料和硬化的(例如固化的)支撑材料制成。

如本文所用，术语“打印物体”是指整个打印物体或其一部分。

本文所使用的术语“模型物体”、“最终物体”、“物体”和“模型”描述了制造过程的最终产品。所述术语是指在除去支撑材料之后通过本文所述的方法获得的产物。因此，除非另有说明，否则所述模型基本上由硬化(固体化、固化)的模型材料组成。

如本文通篇所使用的术语“模型”、“模型物体”、“最终物体”和“物体”是指整个物体或其一部分。

物体中的“中空结构”是指物体包括一个或多个其中具有腔室(非实心部分)的部分。腔室可以完全或部分地被固体材料包围。当部分地封闭时，腔室可以具有到物体的最外表面的狭窄开口(例如直径小于10毫米)。腔室可以是任何形状，例如、管状、球形、圆柱形、立方形、金字塔形，以及更复杂的形状，例如但不限于非简单连接的形状，包括例如缠绕及/或缠结、分支形状(例如，缠绕及/或分支的隧道及/或管道)。

在一些实施例中，腔室具有至少一个毫米级的尺寸，即从0.1毫米至10毫米，或从0.1毫米至8毫米，或从0.1毫米至5毫米，或从1毫米至5毫米。

示例性的中空结构包括但不限于细管状结构，例如管体、管道和隧道，其可以分支及/或缠绕，并且在其至少一部分中具有如本文所定义的毫米级的直径。

在一些实施例中，腔室是完全封闭的，也就是说，它是物体内部的中空结构，没有暴露在物体周围的环境中。这样的内部中空结构可以具有如本文所述的任何形状/几何形状，并且其尺寸可以从如本文中定义的毫米级到几厘米(例如1厘米至20厘米或1厘米至10厘米或1厘米至5厘米)，最大可达30厘米、40厘米、50厘米甚至更多。

此类物体的示例包括但不限于密封的瓶、杯和任何其他密封的容器。

图1A示出根据本发明的一些实施例制造的一示例性打印物体的图像，其中所述打印物体具有一中空结构，其形状为弯曲的薄隧道形式，具有通向外部环境的一小开口。图1B是以容器的形式呈现一示例性物体的图像，示出根据本实施例的充满液体材料的打印容器。

如本文在全文中所用术语“未固化建构材料”共同描述了在制造过程中分配的材料，以便依次形成各层，如本文所述。所述短语包括分配以形成打印物体的未固化材料(在本文中也称为建构材料配方)，即一种或多种未固化模型材料配方，以及分配以形成支撑物的未固化材料。术语“未固化支撑材料”，即未固化的支撑材料配方，以及根据本发明的实施方案，提供本文所述的液体或类液体材料的配方。

在本文全文中可互换使用的术语“固化模型材料”和“硬化模型材料”描述了在将所分配的建构材料暴露于固化中之后形成本文定义的模型物体的建构材料的一部分或其一部分，然后去除支撑材料(如果存在)。固化或硬化的模型材料可以是一种硬化材料，也可以是两种或更多种硬化材料的混合物，具体取决于本文所述方法中使用的模型材料配方。

如本文在全文中所用术语“模型材料配方”，在本文中也可互换地称为“模型配方”，描述了未固化建构材料的一部分，其被分配以形成模型物体或其一部分，如本文所述。模型配方是未固化的模型配方，其在暴露于固化条件下形成最终物体或其一部分。

未固化的建构材料可以包括一种或多种模型配方，并且可以被分配为使得在固化不同的模型配方时制造模型物体的不同部分，因此由不同的固化模型材料或固化模型材料的不同混合物制成。

如本文在全文中所用术语“硬化的支撑材料”在本文中也可互换地称为“固化的支撑材料”或简称为“支撑材料”，并且描述了建构材料的作用为在制造过程中支撑制造的最终物体的部分，并在完成处理并获得硬化的模型材料后将其去除。

如本文在全文中所用术语“支撑材料配方”，在本文中也可互换地称为“支撑配方”或简称为“配方”，描述了未固化的建构材料的一部分，其被分配以形成支撑材料，如本文所述。支撑材料配方是未固化的配方。当支撑材料配方是可固化的配方时，其在暴露于固化条件时形成硬化的支撑材料。

支撑材料可以是液体或类液体的材料，也可以是硬化的，通常是凝胶或类似凝胶的材料，在本文中也称为牺牲材料，其在分配层并暴露于固化能量后可去除，从而暴露出最终物体的形状。

在本文中所用术语“与水混溶”描述了至少部分可溶于水或可分散于水中的材料，即，至少50％的分子在混合时移入水中。所述术语包括术语“水溶性”和“水分散性”。

在本文中所用术语“水溶性”描述了当与水以相等的体积或重量混合时形成均匀溶液的材料。

在本文中所用术语“水分散性”描述了当与水以相等体积或重量混合时形成均匀分散体的材料。

在本文中所用术语“溶解速率”描述了物质溶解在液体介质中的速率。在本实施方案的上下文中，可以通过溶解一定量的支撑材料所需的时间来确定溶解速率。所测量的时间在本文中称为“溶解时间”。

在本文中，每当在配方(例如建构材料配方)的实施方案的上下文中指出术语“重量百分比”时，其是指本文所述的相应配方或配方***的总重量的重量百分比。

本文所用术语“重量百分比”在本文中也被称为“重量％”或“wt％”。

在本文中，在积层制造为3D喷墨打印的情况下描述了本发明的一些实施例。但是，可以设想其他积层制造工艺，例如但不限于SLA和DLP。

未固化的建构材料可以包括一种或多种模型配方，并且可以被分配为使得物体的不同部分在固化时由不同的固化模型配方或其不同组合所制成，因此由不同的固化模型材料或固化模型材料的不同混合物制成。

形成建构材料的至少一部分配方(模型材料配方和支撑材料配方)包含一种或多种可固化材料，当它们暴露于固化能量时，会形成硬化(固化)材料。

本文中所用术语“可固化材料”是化合物(通常为单体或低聚化合物，但可选地为聚合物材料)，当暴露于本文所述的固化条件(例如固化能量)时，其固化或硬化以形成固化材料。可固化材料通常是可聚合材料，当暴露于合适的条件下时通常会发生聚合及/或交联，通常是暴露于一种能量。

根据本实施方式的可固化材料，在暴露于可以是固化能量的固化条件下及/或暴露于另一固化条件(例如与化学试剂接触或暴露于环境)的同时可以硬化或固体化(固化)。

本文所用的术语“可固化”和“可固体化”是可互换的。

聚合可以是例如自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合，并且如本文所述，当暴露于固化能如辐射、热等时，可以分别引发聚合。

在本文所述的任何实施方案中的一些中，可固化材料是可光聚合的材料，如本文所述，其在暴露于辐射时聚合和/或进行交联，并且在一些实施方案中，所述可固化材料是UV可固化的材料，如本文所述，其在暴露于UV辐射时聚合及/或经历交联时聚合。

在一些实施方案中，本文所述的可固化材料是通过光致自由基聚合反应聚合的可光聚合材料。可替代地，可固化材料是经由光致阳离子聚合而聚合的可光聚合材料。

在本文所述的任何实施方案的一些中，可固化材料可以是单体，低聚物或短链聚合物，它们各自如本文所述是可聚合的及/或可交联的。

在本文描述的任何实施方案的一些中，当可固化材料暴露于固化条件(例如辐射)时，其通过链伸长和交联中的任何一种或组合来硬化(固体化、固化)。

在本文描述的任何实施方案中的一些中，可固化材料是当暴露于发生聚合反应的固化能时在聚合反应时可以形成聚合物材料的单体或单体混合物。这种可固化材料在本文中也称为单体可固化材料。

在本文描述的任何实施方案的一些中，可固化材料是低聚物或低聚物的混合物，当暴露于发生聚合反应的固化能时，它们可在聚合反应时形成聚合物材料。这种可固化材料在本文中也称为低聚可固化材料。

在本文所述的任何实施方案的一些中，可固化材料，无论是单体的还是低聚物的，可以是单官能可固化材料或多功能可固化材料。

本文中，单官能可固化材料包含当暴露于固化能(例如辐射)时可发生聚合的一个官能团。

多功能可固化材料包含两个或多个，例如2、3、4或多个，当暴露于固化能时可发生聚合的官能团。多功能可固化材料可以是例如双官能，三官能或四官能可固化材料，其分别包含可进行聚合的2、3或4个基团。多功能可固化材料中的两个或更多个官能团通常通过如本文所定义的连接部分彼此连接。当连接部分是低聚物或聚合物部分时，多功能基团是低聚物或聚合物多功能可固化材料。多功能可固化材料在承受固化能量及/或充当交联剂时会发生聚合。

如本文所述，本实施例的方法通过以与物体的形状相对应的配置图案形成多个层来以分层的方式制造三维物体。

最终的三维物体由模型材料或模型材料的组合或模型材料及/或支撑材料的组合或它们的修改(例如固化之后)制成。所有这些操作对于固体自由形式制造领域的技术人员来说都是众所周知的。

在本发明的一些实施例中，最终的三维物体是中空的管状结构，其可以是非分支和非缠绕的、分支但非缠绕的、非分支而是缠绕的、或分支且缠绕的。

在在一些实施例中，最终三维物体的内径约为1毫米至约100毫米，外径大于其内径约为2毫米至约120毫米，总长度约为50毫米至约500毫米。

根据本发明的一些实施例的一目的，提供了一种三维物体的积层制造的方法，所述方法可用于包括一个或多个中空结构的物体的积层制造，如本文所定义。

所述方法通常是通过以与物体的形状相对应的配置图案顺序地形成多个层来实现的，使得至少所述多个层中的几个或每一个所述多个层的形成包括分配两个或更多个建构材料配方，其包含一种或多种模型材料配方(本文中为“第一建构材料配方”)，以及一种或多种在暴露于本文定义的固化条件后可提供液体或类液体的配方如本文所定义的材料(本文中为“第二建构材料配方”)，并且使所分配的模型材料暴露于固化条件(例如固化能量)，从而至少形成固化(硬化)的模型材料，如在下文中进一步详细。

在本发明的一些示例性实施方式中，通过分配两种或更多种不同的模型材料配方来制造物体，每种模型材料配方来自积层***的不同的分配头。在多个分配头的相同通过期间，模型材料配方可选地并且优选地被分多个层来沉积。层内的模型材料配方及/或多个配方的组合是根据物体的所需特性来选择的，并且在下文中将进一步详细描述。这种方法在本文中也称为“多材料”。

本文和本领域中使用的术语“数字材料”，缩写为DM，描述了微观尺度或立体像素水平的两种或更多种材料的组合，使得特定材料打印区域处于很少的立体像素水平，或处于立体像素块级别。这样的数字材料可以表现出新的特性，所述新特性受到材料类型的选择及/或两种或更多种材料的比率和相对空间分布的影响。

在示例性数字材料中，在固化时获得的每个立体像素或立体像素块的模型材料独立于在固化时获得的相邻立体像素或立体像素块的模型材料，这样，每个立体像素或立体像素块可能导致不同的模型材料，并且整个部分的新特性是在立体像素级别上几个不同模型材料的空间组合的结果。

在本文中，每当在不同的材料及/或特性的上下文中使用表达术语“在立体像素水平”时，其意指包括立体像素块之间的差异，以及立体像素或少数立体像素组之间的差异。在优选实施例中，整个部分的特性是几个不同模型材料在立体像素块级别上的空间组合的结果。

方法：

根据本发明的一些实施例的一目的，提供了一种积层制造三维物体的方法，所述方法包括以与所述物体的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，从而形成所述物体。

应当理解的是，除非另有定义，否则以下描述的操作可以以许多组合或执行顺序同时或顺序地执行。特别地，流程图的顺序不被认为是限制性的。例如，以下描述或流程图中以特定顺序出现的两个或更多个操作步骤可以以不同的顺序(例如相反的顺序)或基本上同时地执行。此外，以下描述的几种操作是可任选执行的，也可能是不执行的。

实现本实施例的方法的计算器程序通常可以在分发介质上分发给用户，所述分发介质例如但不限于软盘、CD-ROM、闪存设备和便携式硬盘驱动器。可以将计算器程序从分发介质复制到硬盘或类似的中间储存介质。通过将计算器指令从它们的分发介质或它们的中间储存介质中加载到计算器的执行存储器中，并配置计算器使其按照本发明的方法工作，可以运行计算器程序。所有这些操作对于计算器***领域的技术人员是众所周知的。

本实施例的计算器实现的方法可以以多种形式体现。例如，它可以体现在有形的介质中，例如用于执行方法操作的计算器。它可以体现在计算器可读介质上，所述计算器可读介质包括用于执行方法操作的计算器可读指令。在具有数字计算器能力的电子设备中也可以实现本发明，所述电子设备被设置为在有形介质上运行计算器程序或在计算器可读介质上执行指令。

各层由积层制造装置形成，所述积层制造装置扫描二维表面并将其图案化。扫描时，所述装置侦测二维层或表面上的多个目标位置，并且对于每个目标位置或一组目标位置，决定所述目标位置或一组目标位置是否被建构材料配方所占用，以及所述建构材料配方的类型将被传输。这个决定是根据物体表面的计算机图像作出的。

在本发明的优选实施例中，AM包括三维打印，更优选三维喷墨打印。在这些实施例中，两种获更多种建构材料配方从一个或更多个分配头分配，优选为两个或更多个分配头，每个分配头具有一组喷嘴，用于将建构材料配方分层沉积在支撑结构上。因此，积层制造设备在将要占据的目标位置分配建构材料配方，而使其他目标位置保持空白。所述设备通常包括多个分配头，每个分配头可被配置为分配不同的建构材料配方。因此，不同的建构材料配方可以占据不同的目标位置。建构材料配方的类型可分为两大类：模型材料配方(例如如本文所述的第一建构材料配方；例如配方M)；支撑材料配方(例如如本文所述的的第三建构材料配方，例如配方S)；以及如本文所述的第二建构材料配方(例如配方L)，其也可以根据本发明的一些实施例分类为支撑材料配方，并且根据物体包括液体材料的实施例分类为模型材料配方。支撑材料配方用于在制造过程及/或其他目的期间支撑物体或物体部分，例如，用于提供中空或多孔物体。当使用固体或半固体(例如凝胶状)支撑物时，所述构造可以另外包括模型材料配方组件，以获得进一步的支撑力量。

模型材料配方通常是被配制用于积层制造的组合物，其能够独自地形成三维物体，即，无需与任何其他物质混合或组合。

最终三维物体分别由一硬化模型材料或任选的由多个硬化模型材料(材料M或多个M材料)制成，或分别由多个模型材料配方(多个配方M)制成或可选地由多个模型材料配方M的组合制成，以及如本文所述由液体或类液体材料、由配方L形成的材料L、或任选地由模型材料配方M、液体或类液体材料配方L和支撑材料式S的进一步组合、或其变化(例如，固化后)。所有这些操作都是众所周知的技术人员固体自由制造。

在本发明的一些示例性实施例中，通过分配两种或更多种不同的模型材料配方来制造物体，每种材料配方来自积层制造的不同分配头。在分配头的相同通过期间，模型材料配方可选地并优选地沉积在层中。根据物体的所需特性选择层内的多个模型材料配方和多个模型材料配方的组合。

根据本文描述的任何实施例中的一些，所述多个层中的至少一些层的形成包括：

分配包含以下至少两种建构材料配方的一未固化建构材料：

一配方M(在本文中也称为第一建构材料配方)，其包含一种或多种模型材料配方，其在暴露于一固化条件下形成硬化的模型材料M(在本文中也称为第一模型材料或第一材料)；以及

一配方L(在本文中也称为第二建构材料配方)，其在暴露于所述固化条件后形成材料L(在本文中也称为第二材料)，其如本文所述为液体或类液体的材料，其特征在于以下至少之一：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切模量低于20千帕；以及

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性(在本文中也称为第二材料)。

根据本文所述的任何实施方案中的一些，在分配各层时，所述方法通过将分配的建构材料配方暴露于固化条件而进行，从而至少形成硬化的模型材料，材料M。

根据本文描述的任何实施方案中的一些，在将所有分配的多个层暴露于固化条件下时，获得具有一个或多个区域的一打印物体，所述区域包含液体或类液体的材料，材料L。

根据本文所描述的任何实施例中的一些，分配使得硬化模型材料M形成至少一个中空结构，并且材料L至少部分地封闭在中空结构中。

根据本文所述的任何实施例中的一些，当将所有分配的多个层暴露于固化条件下时，如下文所述，去除被硬化模型材料M封闭或部分封闭的液体或类液体材料L，从而揭示物体的最终形状。

图2显示了根据本发明的一些实施例的示例性方法的流程示意图。

所述方法从步骤200开始，可选地并且优选地继续到步骤201，在所述步骤201处获得与物体的形状相对应的计算机物体数据(例如3D打印数据)。计算机物体数据可以是本文描述的任何计算机物体数据格式。下面参照图11A和图11B描述用于获取计算机物体数据的示例性技术。

方法继续到步骤202，在所述方法中，如本文所述的未固化建构材料的液滴(例如如本文所述的一种或多种模型材料配方M，如本文所述提供材料M，当暴露于固化条件时，一种或多种配方L提供液体或类液体(第二)材料L，以及任选地一种或多种在暴露于固化条件时提供支撑(第三)材料S的支撑材料配方S)根据计算器物体数据(例如打印数据)并如本文所述，可选地并且优选地使用AM***，例如但不限于以下所述的***110或***10，而被分配到多个层上，分配在接收介质上。在本文所述的任何实施例中，分配器202由至少两个不同的多喷嘴喷墨打印头构成。接收介质可以是本文所述的AM***的托盘(例如，下文所述的***110的托盘360或下文所述的***10的托盘12)或先前沉积的层。

在本发明的一些实施例中，分配202在周围环境下实施。

任选地，在分配之前，将未固化的建构材料或其一部分(例如一种或多种建构材料配方)在分配之前加热。这些实施例对于在3D喷墨打印***的工作室的操作温度下具有相对高的粘度的未固化的建构材料配方特别有用。配方的加热优选地达到允许通过3D喷墨打印***的打印头的喷嘴喷射相应配方的温度。在本发明的一些实施例中，加热到相应配方表现出不大于X厘泊的粘度的温度，其中X为约30厘泊，优选约25厘泊，更优选约20厘泊，或18厘泊，或16厘泊，或14厘泊，或12厘泊，或10厘泊，甚至更低。

加热可以在将各个配方装入积层制造(例如3D喷墨打印)***的打印头之前执行，或者当配方在打印头中时，或者当合成物通过打印头的喷嘴时执行。

在一些实施例中，在将各自的配方装载到分配头(例如喷墨打印)中之前执行加热，从而避免在其粘度太高的情况下配方堵塞分配头(例如喷墨打印)。

在一些实施例中，加热是通过至少在使模型材料配方通过分配(例如喷墨打印)头的喷嘴的同时加热分配(例如喷墨打印)头来执行的。

在一些实施例中，在分配将要以液体或液体状保留在最终物体中的建构材料配方期间(例如，如本文所述的第二建构材料配方，配方L)，以下描述的冷却***的操作暂时终止，以保持静止的环境。

在步骤203，新分配的层例如使用以下所述的整平装置32或132整平，所述整平装置32或132可选地并且优选地是可旋转的。当新分配的层包含要在最终物体中保留为液体或液体状的配方时(本文所述的第二种建构配方，配方L)，优选地相对于其在整平其他层时的速度改变(通常为降低)整平装置的转速。可以通过控制器(例如控制器20或控制器340)来控制整平装置的转速。

在本文描述的任何实施方案中的一些中，所述方法进一步包括分配第三建构材料配方，其是可固化支撑材料配方，配方S，如在本文相应的任何实施方案中所述。

一旦根据计算器物体数据(例如打印数据)将未固化的建构材料配方分配在接收介质上，所述方法可选地并且优选地继续至步骤204，在步骤204处，将固化条件(例如，固化能量)施加至沉积的多个层例如，借由本文所述的辐射源。优选地，固化在所述层沉积之后和上一层沉积之前应用于每一个单独的层。任选地，如本文所述，将沉积的(分配的)层暴露于除了固化能量以外的固化条件下。

在一些实施方案中，如本文所述，在通常干燥和惰性的环境下进行施加固化能量(或固化条件)。

在此阶段，由硬化的(多个)模型材料(材料M)制成并具有至少一个此处定义的中空结构的打印物体在此获得，所述物体填充有液体或类液体的(第二)材料(材料L)。

在一些实施例中，所述方法继续进行到步骤205，在所述处，如本文所述，实现从打印物体上去除液体或液体状(第二)材料L，从而显露出最终物体。如本文所述，任选地和优选地通过将压力施加到由液体或类液体材料L填充的一个腔室或多个腔室中来去除液体或类液体材料L。压力任选地并且优选地足以使液体或类液体材料L流出腔室，而不会导致压力引起对包围腔室的一个或多个壳体的损坏。

可选地，并且最好在材料L具有热稀化行为的情况下，在除去液体或类液体材料L之前，将打印物体加热至例如约40℃至约95℃的温度。

所述方法在步骤206处结束。

在一些实施例中，所述方法是使用各个实施例中的任何一个及其组合中所述的示例性***执行的。

模型材料配方M、液体配方L和支撑材料配方S中的每一种(如果存在)都可以装在固态自由形式制造设备的特定容器或料筒中，或者包含在从设备的不同容器沉积的模型材料配方的组合中。

在一些实施例中，如在步骤202中，通过分配单个模型材料配方M的液滴来形成多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)，如本文在各个实施例中的任一个中所述。

在一些实施例中，如在步骤202中，通过分配两种或更多种模型材料配方M的液滴形成多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)，如本文中在各个实施例中的任一个中所述，每种来自不同的分配(例如，喷墨打印)头。

这些实施例尤其提供了从给定数量的材料中选择材料并定义所选择的材料及其特性的期望组合的能力。根据本发明的实施例，定义了每种材料与层的沉积的空间位置，以影响不同材料对不同三维空间位置的占据，或者影响基本上相同的三维位置或相邻的空间。通过两种或更多种不同的模型材料M在三维位置上进行定位，以便允许材料在层内的沉积后的空间组合，从而在相应的一个或多个位置处形成复合材料。

任何沉积后的组合或模型材料M的混合都是可以考虑的。例如，一旦分配了某种材料M，它就可以保持其原始特性。然而，当它与另一模型材料或在相同位置或附近分配的其他分配材料同时分配时，形成与所分配的材料具有不同性质或特性的复合材料。

因此，一些实施例使得能够根据表现物体的每个部分所需的特性，在物体的不同部分中沉积广泛范围的材料组合，并制造可以由多种不同的材料组合组成的物体。

在这些实施例中的一些中，以立体像素化的方式分配两个或多个模型材料配方，其中多个所述模型材料配方其中的一个的立体像素与至少一个另一个模型材料配方的立体像素交错。

在一些实施例中，在步骤202中，多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)通过分配两种或更多种建构材料配方的液滴来形成，并且在一些实施方案中，多个建构材料配方包括模型材料配方M(或如本文所述的两种或更多种模型配方M的组合)和第二建构材料配方，即液体配方L，如本文在任何相应实施方案中所述，根据本文所述的实施方案，每种建构材料配方来自不同的分配(例如，喷墨打印)头，用于两种或更多种模型材料配方。

在一些实施例中，在步骤202中，多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)通过分配两种或更多种建构材料配方的液滴来形成，并且在一些实施方案中，多个建构材料配方包括模型材料配方M(或如本文所述的两种或更多种模型配方M的组合)和一第三建构材料配方，即一支撑材料配方S，如本文在任何相应实施方案中所述，每种建构材料配方来自不同的分配(例如，喷墨打印)头，用于两种或更多种模型材料配方，根据本文所述的实施方案。

在一些实施例中，在步骤202中，多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)通过分配两种或更多种建构材料配方的液滴来形成，并且在一些实施方案中，多个建构材料配方包括一支撑材料配方S(或如本文所述的两种或超过两种的支撑材料配方的组合)和一液体配方L，如本文在任何相应实施方案中所述，每种建构材料配方均来自不同的分配头(例如喷墨打印)，用于两种或多种模型材料配方，根据本文所述的实施方案。

在一些实施例中，在步骤202中，多个层中的至少一个或至少几个(例如，至少10个，至少20个，至少30个至少40个，至少50个，至少60个，至少80个或更多)通过分配两种或更多种建构材料配方的液滴来形成，并且在一些实施方案中，多个建构材料配方包括一模型材料配方M(或如本文所述的两种或更多种模型配方M的组合)、一液体配方L以及一支撑材料配方S(或如本文所述的两种或超过两种的支撑材料配方的组合)，如本文在任何相应实施方案中所述，每种建构材料配方均来自不同的分配头(例如喷墨打印)，用于两种或多种模型材料配方，根据本文所述的实施方案。

在这些实施例中的任何一个中，以立体像素化的方式分配两种或更多种建构材料配方，其中所述多个建构材料配方中的其中一个的立体像素与至少一种另一种建构材料配方的立体像素交错。交错可以包括两种或更多种(第一)模型材料配方M，模型(第一)配方M和支撑材料配方S(第三配方)，本文所述的(第二)液体配方L以及一个或多个(第一)模型材料配方M，本文所述的(第二)液体配方L和一个或多个(第三)支撑材料配方S，或至少一种(第一)模型材料配方M，至少一个(第三)支撑材料配方S和如本文所述的至少一种(第二)液体配方L。

因此，一些实施例提供了一种三维物体的分层制造方法，其中对于多个层中的至少几个层(例如至少两个或至少三个或至少10个或至少20个或至少40个或至少80个)或所有层中的每一层，可选地并且优选地使用以下描述的***10或***110来分配两种或更多种建构材料配方。优选通过将每种建构材料配方从打印头(例如下面描述的头16)的多个喷嘴中喷射出来进行分配。分配是以立体像素的方式进行的，其中根据预定的立体像素比率，将所述建构材料配方之一的立体像素与至少一种其他建构材料配方的立体像素交错。

以一预定立体像素比例的两种建构材料配方的这一种组合称为一数字材料(DM)。在图3中示出了数字材料的代表性示例，显示材料A及材料B以层状方式交错在一层的一区域上。

在一些实施例中，以预定立体像素比例分配两种模型材料配方可以获得具有所需机械性能的橡胶状材料。例如，通过控制立体像素比率，能够以可控制的数字方式获得一系列具有各种肖氏A硬度值的橡胶状数字材料。

对于任何预定比例的材料，可以例如通过有序或随机交错来形成数字材料。还考虑了其中隔行扫描是半随机的实施例，例如子区域的重复图案，其中每个子区域包括随机隔行扫描。

在本文所述的任何实施方案的一些中，当分配两种或更多种建构材料配方的多个液滴时，如本文所述，在至少几层的每一层中，所述分配使得形成芯部区域和一个或多个包封区域至少部分地围绕所述芯部区域。这种分配导致由多层、由构成芯部区域的层状芯部和构成包封区域的层状壳体构成的一物体的制造。在本发明的一些实施例中，分配(第二)建构材料配方，液体配方L，以形成(第二)液体或类液体材料L作为芯部区域，以及

一模型材料配方M或多个模型材料配方M的组合(例如，形成一DM的一组合)被分配以形成至少部分围绕芯部区域的一个或多个包封区域。也任选地并且优选地分配可固化的支撑材料(第三种)配方S。例如，在本发明的一些实施方案中，分配可固化的支撑材料(第三)配方S以在由(第二)材料L制成的芯部和由模型材料配方M或多个模型材料配方M的一组合制成的外部包封区域之间形成中间包封区域。

根据这些实施例中的一些实施例的结构是由两种或更多种材料制成的壳状结构。所述结构通常包括分层的芯部，所述芯部至少部分地被一个或多个分层的壳体覆盖，使得所述芯部的至少一层与多个壳体中的至少一个的一层在同一平面上接合。本发明的实施例还设想了一种壳状结构，所述壳状结构包括一芯部，所述芯部至少部分地被一个或多个分层的壳体覆盖，使得芯部涵盖形成壳体的多个层。当芯部由材料L形式制成时，这些实施例是特别有利的，其中多个层在不硬化的情况下结合在一起。

垂直于结构表面测得的每个壳体的厚度通常至少为10微米。在各种示例性实施例中，芯部和壳体的热机械性质彼此不同。通过由不同的建构材料配方或建构材料配方的不同组合来制造芯部和壳体，很容易实现这一点。芯部和壳体的热机械性质在本文中分别称为“芯部热机械性质”和“壳体热机械性质”。

图4A-图4G是根据本发明的一些实施例的代表性和非限制性示例的结构示意图。

图4A是一结构60的透视示意图。图4B是结构60沿图4A的线A-A的剖视图，其中图4A的实施例中的结构60包括一层状芯部。图4C是结构60沿图4A的线A-A的剖视图，其中在实施例中结构60包括液体或液体状芯部(由材料L制成)。为了表示清楚，还示出了笛卡尔坐标系。

结构60包括沿z方向堆栈的多个层62。结构60通常通过积层制造技术制造，例如，使用下面描述的***10或***110，由此以顺序的方式形成各层。因此，z方向在本文中也被称为结构的“建构方向”。因此，多个层62垂直于建构方向。尽管结构60被示为圆柱体，但是由于本实施例的结构可以具有任何形状，所以不必一定是这种情况。

结构60的壳体和芯部分别以组件符号64和66示出。当芯部是层状芯部(图4B)时，芯部66的多个层和壳64的多个层是共平面的。当芯部是液体或类液体材料L(图4C)时，芯部跨设壳体64的多个层。积层制造技术允许同时制造壳体64和芯部66，从而对于一特定形成层，所述层内部的一部分构成芯部的一部分，并且所述层的***或其一部分构成壳体的一层。

构成壳体64的层的***部分在本文中被称为所述层的“包封区域”。在图4A至图4C的非限制性示例中，多个所述层62中的每一个具有包封区域。即，在图4A与图4B中的每一个层构成芯部也构成壳体。但是，不一定是这种情况，因为对于某些应用来说，可能希望在某些区域将芯部暴露在环境中。在这些应用中，多个所述层中的至少一些层不包括包封区域。这种配置的代表性示例在图4D和图4E的截面图中示出了一些层68，它们构成芯部而不是构成壳体，以及一些层70构成芯部和壳体两者。图4D示出了适用于包括分层的芯部的结构构造，图4D示出了适合于具有液体或液体状芯部66a(由本文所述的液体或液体状材料L制成)并且可选地并且优选还具有层状芯部66b的结构的构造。

在一些实施例中，一层或多层不包括具有芯部热机械特性的区域，而仅包括具有壳体热机械特性的区域。当结构具有一个或多个薄部分时，这些实施例特别有用，其中形成结构的那些部分的层优选地没有芯部区域。还考虑了其中一个或多个层不包括具有壳体热机械特性的区域并且仅包括具有芯部热机械特性的区域的实施例。

壳体可以可选地并且优选地还相对于z方向从上方及/或下方覆盖结构60。在这些实施例中，结构60的最顶部及/或最底部的一些层具有至少一种不同于芯部66的材料特性。在本发明的各种示例性实施例中，结构的最顶部及/或最底部的部分具有与壳体64相同的材料特性。本实施例的代表性示例如所示图4F和图4G所示。结构60的顶壳体/底壳体可以比侧壳体更薄(例如，薄2倍)。当顶壳体或底壳体在结构上方或下方包含一层时，因此具有与形成物体的层所需的厚度相同的厚度。图4F示出了适合于包括层状芯部66b的结构的构造，图4D示出了适合于具有液体或液体状(材料L)芯部66a的结构的构造。

当芯部和壳体都由包含相同模型材料配方的DM制成时，芯部中任何模型材料的相对表面密度都不同于壳体或包封区域中所述材料的相对表面密度。然而，在一些实施例中，芯部由DM形成，而壳体由单一模型材料配方形成，反之亦然。

在本发明的各种示例性实施例中，在x-y平面(垂直于构造方向z)中测量的壳体的厚度在整个构造方向上是不均匀的。换句话说，结构的不同层可以具有不同宽度的包封区域。例如，沿着平行于x-y平面的方向的壳体的厚度可以被计算为相应层沿着所述方向的直径的百分比，因此使得厚度取决于层的尺寸。在本发明的各种示例性实施例中，壳体的厚度在与壳体的外表面相切并且垂直于构造方向的方向上是不均匀的。就多个层的结构而言，这些实施例对应于具有沿着各个层的***不均匀的宽度的包封区域。

在本发明的一些实施例中，所述结构的壳体或其一部分本身就是一个“壳状的”结构，包括多个包封区域。具体地，在这些实施例中，所述结构包括内芯部，所述内芯部至少部分地被至少一个中间包封区域包围，其中，一个或多个中间包封被一外部包封区域包围。垂直于建构方向测量的中间包封区域的厚度任选地且优选但非必要地比最外面的包封区域的厚度大(例如，大10倍)。在这些实施例中，一个或多个中间包封区域用作所述结构的壳体，并且因此可以具有如上文进一步详细描述的壳体的特性。

可替代地，一个或多个中间包封区域可以用作支撑壳体，在这种情况下，一个或多个中间包封区域优选地通过分配可固化的支撑材料(第三)配方S或两种或更多种可固化的支撑材料的组合来形成。(第三)配方S(例如形成DM)，或至少一种可固化支撑材料(第三)配方S和至少一种可固化模型材料配方M(例如形成DM)的组合，或至少一种可固化支撑材料(第三)配方S和至少一种液体配方L的组合(例如形成DM)。

仍可替代地，一个或多个中间包封区域可以用作内层芯部和外层壳体之间的液体或类似液体的缓冲区，在这种情况下，一个或多个中间包封区域优选地通过分配液体配方L而形成。并且芯部优选地通过分配(第三)可固化支撑材料配方S或两种或更多种可固化支撑材料(第三)配方S的组合(例如形成DM)或至少一种的组合而形成。可固化的支撑材料(第三)配方S和至少一种可固化的模型材料(第一)配方M(例如形成DM)。

最外层的封装壳体还可以用于保护中间壳体在负载下不被破坏。

如上所述，可以例如使用以下描述的***10或***110以分层的方式形成本实施例的结构。在本发明的各种示例性实施例中，计算器实现的方法自动执行壳体对结构的特定组件的动态适配。所述方法可以可选地并且优选地采用用户输入来计算结构的每个区域的壳体，并且将外表面的立体像素分配给相应的模型材料或多个模型材料的组合。所述计算器实现的方法可以由控制单元执行，所述控制单元经由数据处理器(例如，以下描述的数据处理器154或24)来控制固态自由形式的制造设备(例如，以下描述的控制单元152或20)。

在本发明的一些实施例中，分配一个或多个另外的壳层，以便也在结构的最顶部及和/或最底部形成壳体。这些层优选地没有芯部区域，因为它们用于从上方或从下方脱去芯部。当需要从上方壳体时，可在所有其他层的顶部分配额外的外壳体层；当需要从下方壳体时，则可在工作上分配额外的外壳体层表面(例如下面描述的托盘360或12)，而其后分配所有其他层。

任何包封区域可选地具有至少10微米的宽度。优选地，所有包封区域具有至少10微米的宽度。

可以使用模型材料配方或多个模型材料配方的组合或模型材料配方与可固化支撑材料配方的组合(例如数字材料)来制造任何芯部和包封区域，以及可选地还可以制造最顶层及/或最底层的附加层，如此处所述。在本发明的一些实施方案中，使用本文所述的(第二)液体建构材料配方L，或使用液体L和支撑材料配方S(例如数字材料)的组合来制造一个或多个芯部区域。

在本发明的一些实施例中，在结构的不同区域中选择性地制造壳体，以便仅在选定区域或区域中改变材料性能，而不影响其他区域的机械性能。

在本发明的任何实施方案的一些中，一旦如本文所述分配多个层，就进行如本文所述的暴露于固化能量。在一些实施例中，可固化材料是UV可固化材料，并且固化能量使得辐射源发射UV辐射。当分配(第二)液体建构材料配方L时，在一些实施方案中，它优选在暴露于固化能时提供如本文所述的液体或类液体材料L。

在本发明的任何实施例中的一些中，一旦所有分配的多个层都暴露于固化条件(例如，固化能量)，则去除材料L，其是如本文所定义的液体或类液体的材料，则可以实现如果需要具有一中空结构的物体的目的。

可以根据物体的形状和功能，中空结构的形状和尺寸及/或材料L(第二材料)的特性，通过各种方法来去除液体或类液体材料L 204。

在一些实施例中，去除材料L 204是通过应用材料L的可流动的条件。

当中空结构的体积较大(例如几厘米)并且其开口较大(例如，至少1厘米)，并且材料L在环境条件下可流动时，去除材料L 204可以只需通过开口将其丢弃即可。

可替代地，并且特别是在中空结构具有小的开口的情况下，可以通过施加低的正压，优选地恒定的压力来去除液体或类液体的材料L 204。

压力可以是例如气压或液体压力，例如以水溶液(例如水)的喷射形式。

压力优选不大于1巴，或不大于0.5巴，或不大于0.3巴，并且可以为例如0.1巴，0.2巴或0.3巴。

进一步任选地，并且选择性地，除了上述之外，特别是在材料L在环境条件下不能充分流动的情况下，通过施加使材料L可以流动的条件来实现去除液体或类液体材料L 204的作用。这样的条件包括例如施加剪切力(例如，当第二种材料是剪切稀化材料时)，及/或施加热能(例如，当材料L是热稀化材料时)。

在一些实施例中，未固化的建构材料包括第三建构材料配方，所述第三建构材料配方在暴露于固化条件时形成第三材料，所述第三材料是硬化的支撑材料S。

在这些实施例中的一些实施例中，在多个层中的至少一些层中，分配使得在第一硬化模型材料M形成至少一个中空结构的同时，材料S至少部分地封闭在中空结构内，而材料L为如本文针对芯部区域和中间壳体的一些实施例所描述的，至少部分地封闭在硬化的支撑材料S内。

如本文所述，允许首先去除材料L，然后通过将物体暴露于可去除材料S的条件下，去除硬化的支撑材料(第三种硬化材料，材料S)，例如机械及/或化学手段，例如常用于积层制造中以去除固化的支撑材料(例如，凝胶或类似凝胶的支撑材料)，并且本领域技术人员会认识到。

在这些实施例的一些中，分配使得材料M(硬化模型材料)形成如本文所述的中空结构，其内径例如为约1毫米至约100毫米，并且支撑材料S形成一中间壳体。可选地并且优选地是分层的中间壳体，其厚度为约0.1毫米至约10毫米，并且其余的中空结构填充有材料L以形成被所述中间壳体包围的一芯部。

在这些实施例的其他实施例中，分配使得材料M(硬化的模型材料)形成本文所述的一中空结构，材料S形成芯部，并且由材料M制成的中间液体或类液体壳体是任选且优选的通过分配第二种建构材料配方L在芯部和中空结构之间形成泡沫。

在图4H中示出了一物体112的一部分的代表性示例，所述物体具有一中空结构72，所述中空结构72至少部分地被包围一芯部76的一中间壳体74包围。当中间壳体74是由材料L制成的液体或液体状时，芯部76优选是层状的芯(例如，由材料S制成的凝胶或凝胶状芯部)，并且当芯部76是液体或液体状时，由材料L制成的中间壳体74优选为层状壳(例如，由材料S制成的凝胶或凝胶状芯部)。在本发明的各种示例性实施例中，芯部和中间层都是牺牲性的，即在基本不影响由(第一)模型材料M形成的结构的条件下可去除。在下面的实施例部分中提供了一种计算器物体数据，以允许制造具有但不限于管状结构的物体，所述物体具有一壳体，一牺牲中间壳体和一牺牲芯部。

图5示出了根据本发明一些实施例的可以在制造过程中形成的单一层80。层80包括芯部区域82，包围芯部区域82的包封区域84。因此，因为当沉积与层80相似的几层时，区域82构成结构的芯部，而区域84构成结构的外壳体。当若干层类似于层80的层彼此沉积时，芯部区域形成厚度大于层80的芯部，并且包封区域形成层状壳体。

可选地并且优选地，在芯部区域82和包封区域84之间还存在一中间包封区域86。因此，结构的中间壳体的区域86，因为当与层80相似的多个层彼此沉积时，包封区域86形成中间壳体，所述中间壳体的厚度大于层的厚度。

中间包封区域86可以用作芯部区域82和外部包封区域84之间的液体或类似液体的缓冲区。在这些实施例中，中间包封区域86优选地通过分配配方L形成，并且芯部区域82和外部包封区域84中的每一个优选地通过分配一可固化材料配方或两种或更多种可固化材料配方的组合来形成(例如，以形成DM)。在这些实施例中，用于形成芯部区域82和外部包封区域84的任何可固化材料配方可以是可固化支撑材料(第三)配方S或模型材料(第一)配方M。

在本发明的一些实施例中，中间包封区域被硬化，使得中间壳体是层状壳。在这些实施例中，中间包封区域86优选地通过分配可固化支撑材料(第三)配方S或两种或更多种可固化支撑材料(第三)配方S的组合(例如，以形成DM)来形成，或至少一种可固化支撑材料(第三)配方S和至少一种可固化模型材料(第一)配方M的组合(例如，以形成DM)。

如图5所示，包封区域84和86的宽度在层的***上不一定是均匀的。包封区域的宽度既可以沿着层的***，也可以沿着建构方向变化。

在这些实施例中的一些实施例中，分配可以是，即，用本文提供的(第二)建构材料配方，液体配方L，填充多个小的中空结构，多个小的中空结构具有如本文所定义的毫米级的至少一个尺寸，所述液体配方提供液体材料，多个较大的中空结构填充有提供一液体状材料的配方。

在一些实施例中，硬化的支撑材料S(第三材料)是如本文所定义的水溶性的或与水混溶的，并且通过接触其可溶解或可分散的水溶液(例如，清洁溶液、水性含碱性物质的溶液，其含量为溶液重量的约1％至约3％)来去除。

在一些实施例中，当在高于0.5巴或高于1巴的压力下施加诸如空气或液体喷射的物理手段时，去除硬化的支撑材料S(第三材料)。

需要注意的是，当材料L在施加一定的正压力(例如，低于1巴或低于0.5巴)时被移除，硬化支撑材料S在施加较高的压力(例如，分别高于0.5巴或高于1巴)时被移除。

本发明人设计了一种用于制造填充有液体的一固体管状结构的技术。发明人知道，所述管状结构的内壁内衬的中间壳体显著降低了向内塌陷的可能性。因此，根据本发明的一些实施方式，一种装配式管状结构，包括液体或类液体的芯部区域，其被通过分配可固化的支撑材料配方(壳体由一硬化(第三)支撑材料S制成)制成的中间壳体包围，和通过分配第一模型材料配方M，以形成材料M所制成的一外壳体包围，或通过分配两个或更多的模型材料配方M，形成一种材料M，即数字材料。中间壳体作为芯部和外壳体之间的缓冲层，并且任选且优选地防止液体或类液体芯(由材料L制成)与固体壳体之间的接触。

一旦制造出如本文所述的管状结构，例如可通过在管内施加压力来移除液体或类液体芯部。在去除芯部后，中间壳体通常留在管内。然后，可以通过在管状结构中循环一种能够溶解中间壳体的溶液来除去中间壳体。例如，当硬化的支撑材料可被1％氢氧化钠溶液溶解时，可通过在管状结构中循环这种溶液来去除中间壳体。

芯部和中间壳体的尺寸是基于管状结构的期望内径可选地和优选地而选择的。图9示出了根据本发明的一些实施例可用于选择芯部和中间壳体的尺寸的多个参数。显示一最大芯部直径参数LMAX，一最小中间层厚度参数CMIN以及两个阈值直径参数D1和D2。例如，D1可以计算为LMAX和CMIN的线性组合，例如D1＝LMAX+2*K1*CMIN，其中K1大于1，并且通常为从约2到约5。D2可以计算为Lmax的线性函数，例如D2＝Lmax*K2，其中K2通常在0.8到1.2之间。在本发明的一些实施例中，系数K2和K1之间的比率小于4CMIN或小于3CMIN或小于2CMIN。

LMAX通常但不一定小于10毫米，CMIN通常但不一定小于20毫米且大于0.4毫米，或小于2毫米且大于0.4毫米。阈值D1和D2可选地并且优选地基于LMAX和CMIN以及血管几何结构来计算。

在本发明的一些实施例中，在管状结构的多个区域中，外壳体的内径大于或等于第一阈值直径D1，芯部的直径优选地具有大致恒定的直径，例如，与LMAX参数相同。在本发明的一些实施例中，在管状结构的多个区域中，外壳体的内径小于或等于第二阈值直径D2，中间壳体的厚度(沿垂直于纵轴的径向方向)所述管的直径)通常优选地是恒定的直径，例如，与cMIN参数相同。在本发明的一些实施例中，在管状结构的多个区域中，外壳体的内径介于第二阈值直径D2与第一阈值直径D1之间，芯部的直径小于LMAX并且中间壳体的厚度为大于CMIN。在这些区域中，芯部的直径和中间壳体的厚度不一定沿管状结构恒定。例如，当管状结构包括外壳体的内径变化的多个区域时，芯部的直径和中间壳体的厚度可以相互变化，使得芯部的直径的增加伴随着中间壳体的厚度的减小。芯部直径和中间壳体厚度的变化可选且优选地是单调的，例如线性变化。

建构材料配方：

根据本发明的实施方式，未固化的建构材料包括至少两种类型的建构材料配方：一种或多种模型材料配方(在本文中统称为第一建构材料配方，或可互换地作为一种或多种配方M，或为一种或多种模型材料配方M)，以及提供本文所述的液体或类液体(第二)材料的配方(在此统称为第二建构材料配方，或可互换地称为配方L，或作为液体配方L，或简单地作为液体配方或液体建构材料配方)。

一种或多种模型材料配方M包含一种或多种可固化材料，任选地与一种或多种不可固化材料组合，并且进一步任选地与引发剂、表面活性剂、抗冲改性剂、着色剂、增稠剂等等组合。

优选地，一种或多种模型材料配方包含的可固化材料的量为模型材料配方的总重量的至少50重量％。

在一些实施方案中，可固化材料是UV可固化的材料，并且配方还包含一种或多种光引发剂。

在一些实施例中，UV可固化材料是丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，并且可以包括单体，低聚或聚合的丙烯酸酯及/或甲基丙烯酸酯。

模型材料配方M使得在暴露于固化条件(例如，紫外线照射)时，可固化材料聚合，从而提供硬化(固化、固体化)的材料或多种硬化材料(例如，数字材料)，在本文中统称为“第一材料”。

模型材料配方的成分及其分配取决于最终物体的所需特性。

如在各个实施例中的本文中所描述的，可用于积层制造(例如，在三维喷墨打印中)的任何模型材料配方可用于本实施例的上下文中。示例性配方是本领域已知可用于PolyJet^TM技术的那些。

第二建构材料配方，配方L，可包含一种或多种配方，每种配方包含一种或多种不可固化材料，其含量为第二建构材料配方的总重量的至少50％、优选至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％、或100％(按重量计)。

配方L可以提供如本文所定义的液体或类液体的材料，在本文中被统称为第二材料、液体材料L或称为材料L。

由于配方L主要由不可固化的材料组成，因此当暴露于固化条件下时，它会经历极少的硬化或基本上为零的硬化(例如不超过所述材料重量的20％，或不超过10％的硬化(例如聚合)，从而与所分配的配方基本上维持相同的流动性或粘度，以使在暴露于固化条件下获得的(第二)材料是液体或类似液体的材料，如本文所定义。

在本文所述的任何实施方案中的一些中，第二材料建构配方中的一种或多种配方使得在暴露于固化条件时提供液体或液体状材料，其特征在于不超过10,000厘泊或不超过1000厘泊，或不超过100厘泊，例如10厘泊至50厘泊。

在本文所述的任何实施方案的一些中，(第二)液体建构材料配方L的特征在于与材料L的粘度相差不超过20％，优选不超过10％的粘度。因此，暴露于固化条件下的配方L的粘度或流动性变化最小(例如，不超过10％)或甚至为零。

在本文针对第二建构材料配方L描述的任何实施方案中的一些中，不可固化材料是或包含聚合物材料，并且在一些实施方案中，聚合物材料是或包含一种或多种两亲性及/或亲水性聚合物。

在本文针对第二建构材料配方L描述的任何实施方案中的一些中，不可固化材料是或包含本文定义的聚(亚烷基二醇)。不可固化材料本身可以是聚(亚烷基二醇)，或者可以包含一个或多个聚(亚烷基二醇)炼或嵌段。

在本文所述的任何实施方案中的一些中，所述不可固化的材料包括分子量小于2000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)，并且在一些实施方案中，所述聚(亚烷基二醇)是具有分子量为200至2000或200至1000或200至800或200至600或400克/摩尔的聚合物。

在本文描述的任何实施方案中的一些中，聚(亚烷基二醇)是聚(乙二醇)，或者其为聚(丙二醇)。

其它适于包含在配方L中的不可固化材料，代替或添加如本文所述的聚(亚烷基乙二醇)，包括但不限于包含一个或多个聚(亚烷基乙二醇)嵌段的嵌段共聚物，例如聚(亚乙基乙二醇)和聚(丙二醇)的嵌段共聚物，如以商标名

销售的产品、多元醇如二醇(如丙二醇)、甘油和高级多元醇。

适用于包含在配方L中的其他不可固化材料包括一种或多种油，例如但不限于一种或多种植物油、合成油、烃油、硅油、脂肪酸、矿物油和石蜡油。在一些实施例中，油具有此处描述为表征材料L的粘度或任何特性。

在本文描述的任何实施方案的一些中，液体配方L还包含水。

在本文所述的任何实施方案中的一些中，液体配方L包含可固化材料，任选地与不可固化材料组合，但是不含促使可固化材料固化(例如聚合)的催化剂或引发剂。这样的实施方案中，使暴露于固化条件下的液体配方L的硬化最小化或无效，并且所形成的材料L具有与本文所述的配方L相似的流动性。

在本文所述的第二液体材料L具有低于10,000厘泊的粘度及/或类似于液体配方L粘度的粘度的任何实施例中，所述物体包括具有以下特征的中空结构：如本文所述，在中空结构的至少一部分中具有至少一毫米级的尺寸。

在本文所述的任何实施方案的一些中，材料L的特征在于剪切模量小于20千帕，或小于15千帕，或小于10千帕，或小于5千帕，因此具有非常软且可流动的凝胶的稠度。提供这种材料的配方在此也被称为提供类似液体材料L的配方L。

在这些实施方案中的一些中，配方L包含可固化材料，任选地并且优选地与不可固化材料组合，如本文在相应实施方案中的任一个中所述。

根据这些实施方案中的一些，可固化材料是或包括本文定义的单官能可固化材料。

优选地，可固化材料的量不超过配方L总重量的50％，优选不超过40％，或不超过30％，或不超过20％，甚至不超过配方L总重量的15％，或10％，或更小。在一些实施例中，配方L中可固化材料的量在10重量百分比到25重量百分比之间。

根据本文描述的任何实施方案中的一些，可固化材料是两亲性的或亲水性的。

根据本文所述的任何实施方案中的一些，所述可固化材料使得其在硬化时提供如本文所定义的水溶性或与水混溶的材料。

根据本文所述的任何实施方案中的一些，所述可固化材料使得其在硬化时提供如本文所定义的剪切稀化及/或触变性及/或热稀化材料。

示例性液体配方L包括按重量计至少50重量百分比至100重量百分比的重量的包含本文所述的聚(亚烷基二醇)的配方，任选地与本文所述的一种或多种可固化材料组合，按重量计为总量的10重量百分比至25重量百分比，并进一步任选地与附加的如本文所述的组分组合。

示例性液体配方L包括包含一种或多种本文所述的油的配方，其总量为至少50重量百分比且最高达100重量百分比，任选地与一种或多种本文所述的可固化材料组合含量为10重量百分比至25重量百分比，并且进一步任选地与本文所述的其他组分组合。

通常，在一些实施方案中，选择液体配方L，使得材料L(第二材料)是水溶性的或与水混溶的，如本文所定义。

在一些实施例中，液体材料是可与水混溶的，而液体状的材料是水溶性的。

通常，在一些实施例中，第二建构材料配方L被选择成使得材料L(第二材料)是如本文所定义的剪切稀化材料。

通常，在一些实施例中，第二建构材料配方L被选择成使得材料L(第二材料)是触变材料，如本文所定义。

通常，在一些实施例中，第二建构材料配方L被选择成使得材料L(第二材料)是如本文所定义的热稀化材料。

在本文所述的任何实施方案中的一些中，未固化的建构材料包含两种或更多种本文所述的液体配方L，例如，一种或多种提供液体材料L的配方，其特征在于其粘度基本上与如本文所述的未固化配方相同，其包含不可固化材料；以及一种或多种配方，其提供液体状材料L，其剪切应力不超过20千帕，如本文所述；并且包含多种如本文所述的可固化的材料和不可固化材料。

在这些实施例的一些中，分配是这样的：用提供液体材料L的配方L填充具有至少一个如本文所定义的毫米级尺寸的较小的多个中空结构，并用提供类似液体材料L的配方L填充较大的多个中空结构。

在本文所述的任何实施方案的一些中，除本文所述的模型材料配方M和液体配方L之外，未固化的建构材料还包括第三种类型的一种或多种建构材料配方。在本文中也可互换地称为配方S，或称为支撑配方或称为支撑材料配方，它们是可固化的配方，在暴露于固化条件下可提供硬化的支撑(第三)材料，在本文中也可互换地称为材料S。

在这些实施方案的背景下，可以使用本领域已知的提供硬化支撑材料的任何配方，通常是在硬化时提供水溶性或水混溶性或水可分解性的材料S(第三材料)的配方，及/或通过本领域已知的物理手段(例如喷水)或化学手段(例如清洗液)可去除的配方。

根据一些实施例，(第三)建构材料配方S可以提供凝胶或凝胶状的硬化支撑材料(作为第三材料，材料S)。

根据实施方案，配方S提供硬化的(第三)支撑材料，材料S，其特征在于以下至少之一：

剪切损耗模量G”与剪切储存模量G’之比(tanδ)小于1；及/或

承受高于0.5巴或高于1巴的液压时具有流动性及/或易分解性；及/或

如本文所定义的水溶性或水不混溶性。

示例性的支撑材料配方S包括一种或多种可固化的材料，优选地为亲水性或为两亲性的可固化的材料，进一步优选地为单官能可固化的材料；一种或多种不可固化的材料，优选为亲水性或两亲性聚合材料；以及一种或多种引发剂，用于促进可固化材料的硬化。

如本文通篇所用术语“亲水性”描述化合物或化合物的一部分的物理性质(例如化合物中的一化学基团)，所述物理性质解释了通常通过氢键与水分子瞬间形成键的过程。

亲水化合物或化合物的一部分(例如化合物中的一化学基团)是通常电荷极化并且能够氢键键合的化合物。

亲水性化合物或基团通常包括一个或多个与水分子形成强氢键的供电子杂原子。这样的杂原子包括但不限于氧和氮。优选地，亲水化合物或基团中的碳原子数与杂原子数的比为10∶1或更低，并且可以为例如8∶1，更优选为7∶1、6∶1、5：1或4：1或更低。需注意的是，化合物和基团的亲水性也可以由化合物或化学基团中的疏水性部分和亲水性部分之间的比率引起，并且不仅仅取决于上述比率。

亲水性化合物比油或其他疏水性溶剂更容易溶于水。例如，当在辛醇和水相中测定LogP时，可通过LogP低于0.5来测定亲水性化合物。

亲水化合物可以具有一个或多个使所述化合物亲水的亲水基团。这样的基团通常是极性基团，其包含一个或多个供电子杂原子，例如氧和氮。亲水基团可以是，例如，单体单官能可固化材料的一个或多个取代基或低聚单官能可固化材料的两个或多个取代基或间断基团。亲水基团可以是例如单体多功能可固化材料的一个或多个取代基或单体多功能可固化部分的连接部分的一个或多个取代基或间断基团。亲水基团可以是例如低聚多功能可固化材料中低聚连接部分的两个或更多个取代基或间断基团。

示例性亲水性基团包括但不限于给电子杂原子、羧酸盐、硫代羧酸盐、氧代(＝O)、直链酰胺、羟基、(C_1-4)烷氧基、(C_1-4)醇、杂脂环族(例如，具有本文定义的碳原子与杂原子的比率)、环状羧酸盐(例如内酯)、环酰胺(例如内酰胺)、氨基甲酸酯、硫代氨基甲酸酯、氰尿酸盐、异氰脲酸酯、硫代氰尿酸盐、尿素、硫脲、烷基乙二醇(如乙二醇或丙二醇)和亲水性聚合物或低聚物部分(如下文所定义)及其任何组合(例如包含两个或多个所示亲水基团的亲水基团)。

在一些实施方案中，亲水性基团是或包括供电子杂原子、羧酸根、杂脂环族、亚烷基二醇及/或亲水性低聚物部分。

本文所用的亲水性聚合物或低聚物部分包含含有本文所定义的亲水性基团的聚合物链。亲水基团可以是聚合物部分的主链内的杂原子，例如在聚(亚烷基二醇)或亲水性侧基中。根据本发明的一些实施方案，聚合物或低聚部分优选具有10至40个重复的主链单元，更优选10至20个重复的主链单元。

如本文通篇所用术语“两亲性的”描述了化合物的性质，所述性质结合了本文对亲水性化合物的亲水性和疏水性或亲脂性，后者是指化合物或化合物的一部分的物理性质(例如化合物中的化学基团)，其说明由于缺乏与水分子瞬间形成键，因而水不混溶，且可混溶或溶于碳氢化合物。

两亲性材料通常既包含如本文定义的亲水基团又包含如本文定义的疏水基团如烃，并且基本上可溶于水和与水不混溶的溶剂中。

可用作第三建构材料配方的示例性支撑材料配方包括但不限于市售的SUP705、SUP706和SUP707。可以使用针对这些配方推荐的清洁溶液及/或物理手段，将所述配方暴露于固化条件(通常为紫外辐射)时获得的硬化(第三)材料可使用针对所述配方推荐的清洁溶液及/或物理方法去除。

根据本发明的实施方案，如本文所述的第二建构材料，配方L，可选地与第三建构材料，配方S，一起，可以分别作为一配方或一配方***提供积层制造中的一支撑材料、牺牲材料、牺牲结构剂或物体。

根据本发明的一些实施方式的一目的，提供了一种配方***，其可用于在三维物体的积层制造中形成一支撑材料、一牺牲材料、一牺牲结构或一牺牲物体。所述配方***包括：

如本文所述的配方L，其在暴露于一固化条件时提供液体或类似液体的材料，材料L，其特征在于：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切模量低于20千帕；

当承受不大于1巴或不大于0.5巴的一正压时具有流动性；以及

一可固化配方S，所述可固化配方S在暴露于一固化条件下时提供一凝胶状材料S，所述材料S具有至少一以下特性：

一剪切损耗模量G”与一剪切储存模量G”的比值小于1；

当承受大于1巴或大于0.5巴的一正压时具有流动性及/或易碎性；及

水溶性或水不溶性，如本文所述。

在各个实施方案及其任何组合中，配方***的配方L如本文所述用于第二建构材料配方。

在各个实施方案及其任何组合中，配方***中的配方S如本文所述用于第三材料配方。

这样的配方***可用于例如积层制造中，其通过在暴露于固化条件下一起形成一牺牲材料或一结构，所述牺牲材料或结构可依次去除，使得由配方L提供的材料L在暴露于固化条件下，其如本文针对液体或类液体材料L所述，首先将其移除，随后，在暴露于固化条件(如本文针对硬化支撑材料所述)时由配方S提供的材料S被移除。

根据本发明的一些实施方案的一目的，提供了配方L，其可用于在暴露于合适的固化条件时提供液体状材料L，并且可用于3D物体的积层制造，其中包括液体状材料是有益的。当形成中空物体时，所述配方可用作支撑材料配方，或用作本文所述的支撑材料配方***的一部分，及/或用作模型材料配方，用于提供在其中一部分(例如在物体中的一个或多个腔室中)包含流体材料的3D物体。

在提供液体或类液体材料L的配方的背景下，这样的配方对应于在任何相应实施方案中的本文所述的第二建构材料配方。

在一些实施方案中，这样的配方L包括：

如本文所述，具有不超过10,000厘泊的粘度，至少50重量百分比的含量的不可固化材料；以及

一种可固化材料，其特征在于单官能性、亲水性、剪切稀化特性、触变性、热稀化特性、水溶性或与水不混溶性中的至少一种，其含量低于50重量百分比。

根据一些实施方案，本文所述的任何配方可进一步包含一种或多种另外的组分。这样的组分包括例如稳定剂、表面活性剂、阻聚剂、着色剂(例如染料、颜料)、剪切稀化剂、触变剂等。此类组分的含量通常为包含所述组分的配方的总重量的0.1重量百分比至2重量百分比或0.1重量百分比至1重量百分比。

根据本文所述的本发明的实施方式，一些包含可固化材料的配方可进一步包含引发剂，用于促进可固化材料的硬化(固化，例如聚合)。在可光聚合的(例如可UV固化的)材料的情况下，引发剂是光引发剂(例如当暴露于辐射时会产生自由基的材料或材料的组合)。

引发剂的量通常占配方或含有所述配方的配方***的总重量的1重量百分比至5重量百分比或1重量百分比至3重量百分比。

***：

图6A中示出了根据本发明一些实施例的适用于物体112的积层制造的***110的代表性且非限制性的实施例。***110包括具有一分配单元16的积层制造设备114，所述分配单元16包括多个分配头。每个分配头优选地包括一个或多个喷嘴122的阵列，如以下所述的图7A至图7C所示。通过分配头分配液体(未固化的)建构材料配方124。

优选地，但不是必须地，设备114是一三维打印设备，在这种情况下，分配头是打印头，并且建构材料配方通过喷墨技术分配。但不限于此，因为对于某些应用，积层制造设备可能不必采用三维打印技术。根据本发明的各种示例性实施例考虑的积层制造设备的代表性示例包括但不限于熔融沈积模型设备和熔融材料配方沉积设备。

每个分配头任选且优选地经由建构材料配方贮存器供给，所述建构材料配方贮存器可任选地包括温度控制单元(例如温度传感器及/或加热装置)和材料配方水平传感器。为了分发建构材料配方，向分发头施加电压信号，以通过分配头喷嘴选择性地沉积材料配方液滴，例如在压电喷墨打印技术中。每个喷头的分配速率取决于喷头的数量、喷头的类型和施加的电压信号速率(频率)。此类分配头为固体自由制造技术领域的技术人员所知。

优选地，但不是限制性地，选择分配喷嘴或喷嘴阵列的总数，以使得分配喷嘴的一半被指定为分配支撑材料配方，分配喷嘴的一半被指定为分配模型材料配方，即喷射模型材料配方的喷嘴数量与喷射支撑材料配方的喷嘴数量相同。在图6A的代表性示例中，在示出了四个分配头16a，16b，16c和16d。分配头16a，16b，16c和16d中的每一个均具有喷嘴阵列。在所述实例中，分配头16a和16b可以被指定用于(多个)模型材料配方，分配头16c和16d可以被指定用于支撑材料配方。因此，分配头16a可以分配第一模型材料配方，分配头16b可以分配第二模型材料配方，并且分配头16c和16d都可以分配支撑材料配方。可替代地，分配头16b可以分配支撑材料配方。在替代实施例中，例如分配头16c和16d可以组合在具有两个喷嘴阵列的单个喷头中，用于沉积支撑材料配方。

然而，应所述理解的是，其并不旨在限制本发明的范围，并且模型材料配方沉积喷头(模型喷头)的数量和支撑材料配方沉积喷头(支撑喷头)的数量可以不同。通常，每个相应喷头或喷头阵列中的模型喷头的数量、支撑喷头的数量和喷嘴的数量是可选择的，以便在支撑材料配方的最大分配率和模型材料配方的最大分配率之间提供预定的比率a。优选地选择预定比率a的值以确保在每个形成的层中，分配的模型材料配方的高度等于分配的支撑材料配方的高度。a的典型值为约0.6至约1.5。

例如，对于a＝1，当所有模型喷头和支撑喷头操作时，支撑材料配方的总分配速率通常与模型材料配方的总分配速率相同。

在一个优选实施例中，有H_M个模型喷头，每个模型喷头具有k个各包括P个喷嘴的阵列，以及S个支撑喷头，每个支撑喷头具有u个各包括q个喷嘴的阵列，使得H_M×k×p＝H_S×u×q。每个H_M×k模型阵列和H_S×u支撑阵列都可以作为单独的物理单元制造，可以从阵列组中组装和拆卸。在所述实施例中，每个这样的阵列可选地并且优选地包括温度控制单元和其自身的材料含量传感器，并且为其操作接收单独控制的电压。

装置114可以进一步包括硬化装置324，其可以包括配置成发射光、热等的任何装置，其可以使沉积的材料配方硬化。例如，硬化装置324可包括一个或多个辐射源，其可以是例如紫外或可见光或红外光，或其他电磁辐射源或电子束源，这取决于模型材料配方。在本发明的一些实施例中，硬化装置324用于固化或固化配方中的可固化材料。

在本发明的一些实施例中，设备114包括一冷却***134，诸如一个或多个风扇等。

分配头和辐射源优选地安装在框架或块体128中，框架或块体128优选地可操作以在托盘360上往复移动，托盘360作为工作表面。在本发明的一些实施例中，辐射源被安装在块体中，使得它们在分配头的之后跟随，以至少部分地固化或固化刚刚由分配头分配的可固化材料。托盘360水平放置。根据共同的惯例，选择X-Y-Z笛卡尔坐标系，使得X-Y平面平行于托盘360。托盘360优选地配置成垂直(沿Z方向)移动，通常向下移动。在本发明的各种示例性实施例中，设备114还包括一个或多个整平装置132，例如，整平装置326用于在其上形成连续层之前拉直、整平及/或建立新形成的层的厚度。整平装置326优选地包括一废物收集装置136，用于收集在整平期间产生的过量材料配方。废物收集装置136可包括将材料配方输送到废物箱或废物筒的任何机构。

在使用中，单元16的多个分配头在扫描方向上移动，在此称为X方向，并且在它们通过托盘360的过程中以预定的配置选择性地分配建构材料配方。建构材料配方通常包含一种或多种类型的支撑材料配方和一种或多种类型的模型材料配方。在单元16的分配头之后，通过辐射源126固化分配的模型材料配方。在分配头的反向信道中，回到它们刚刚沉积的层的起始点，可以根据预定的配置进行另外的建构材料配方的分配。在分配头的前向及/或反向信道中，由此形成的层可以通过整平装置326整平，整平装置326优选地在分配头的前进及/或后退运动中遵循分配头的路径。一旦分配头沿X方向返回到它们的起始点，它们可以沿着分度方向移动到另一个位置，在此称为Y方向，并且通过沿X方向的往复运动继续建构相同的层。或者，分配头可以在向前和向后运动之间或在多于一个向前-向后运动之后沿Y方向移动。由分配头执行以完成单层的一系列扫描在本文中称为单个扫描循环。

一旦层完成，根据随后要打印的层的所需厚度，将托盘360沿Z方向降低到预定的Z水平。重复上述过程以分层方式形成三维物体112。

在另一个实施例中，托盘360可以在层内在Z方向上在单元16的分配头的正向和反向信道之间移位。进行这种Z位移是为了使整平装置与表面在一个方向上接触并防止在另一个方向上的接触。

***110任选地且优选地包括建构材料供应***330，其包括多个建构材料配方容器或筒并且将多种建构材料供应到制造设备114。

控制单元340控制制造设备114并且可选地并且优选地还控制供应***330。控制单元340通常包括配置成执行控制操作的电子电路。控制单元340优选地与数据处理器154通信，数据处理器154基于计算器物体数据发送关于制造指令的数字数据，例如，以标准曲面细分语言(STL)格式等形式在计算器可读介质上表示的CAD配置等。通常，控制单元340控制施加到每个分配头或喷嘴阵列的电压和相应打印头中的建构材料配方的温度。

一旦将制造数据加载到控制单元340，它就可以在没有用户干预的情况下操作。在一些实施例中，控制单元340接收来自操作者的附加输入，例如，使用数据处理器154或使用与单元340通信的用户界面116。使用者界面116可以是本领域已知的任何类型，例如但不限于此。键盘、触摸屏等。例如，控制单元340可以接收一种或多种建构材料类型及/或属性作为附加输入，例如但不限于颜色、特征变形及/或转变温度、粘度、电特性、磁特性。还构想了其他属性和属性组合。

根据本发明的一些实施例的适合于积层制造物体的***10的另一个代表性和非限制性示例在图6B至图6D和中示出。图6B至图6D示出了顶视图(图6B)和侧视图(图6C)，而图6D示出了***10的等距视图。

在本实施例中，***10包括托盘12和多个喷墨打印头16，每个喷墨打印头16具有多个分开的喷嘴。托盘12可以具有圆盘形状或者可以是环形的。也可以考虑非圆形，只要它们可以围绕垂直轴旋转。

托盘12和喷头16可选地且优选地安装成允许托盘12和喷头16之间的相对旋转运动。这可以通过以下方式实现：(i)将托盘12配置成相对于喷头16绕垂直轴线14旋转，(ii)配置喷头16以相对于托盘12绕垂直轴线14旋转，或(iii)将托盘12和喷头16配置成绕垂直轴线14旋转但是以不同的旋转速度(例如，沿相反方向旋转)。虽然下面的实施例特别强调构造(i)，其中托盘是配置成相对于喷头16绕垂直轴线14旋转的旋转托盘，但是应所述理解，本申请也考虑了配置(ii)和(iii)。可以调整本文描述的任何一个实施例以适用于配置(ii)和(iii)中的任何一个，并且具有本文描述的细节的本领域普通技术人员将知道如何进行这样的调整。

在下面的描述中，平行于托盘12并从轴14向外指向的方向称为径向方向r，平行于托盘12并垂直于径向方向r的方向在此称为方位角方向

并且垂直于托盘12的方向在此称为垂直方向z。

这里使用的术语“径向位置”是指在距离轴14的特定距离处托盘12上或上方的位置。当所述术语与打印头结合使用时，所述术语指的是喷头的位置。当所述术语用于连接托盘12上的点时，所述术语对应于属于点的轨迹的任何点，所述点是圆，其半径是距轴14的特定距离并且其中心位于轴14。

这里使用的术语“方位角位置”是指托盘12上或相对于预定参考点在特定方位角处的位置。因此，径向位置指的是属于点的轨迹的任何点，所述点是形成相对于参考点的特定方位角的直线。

这里使用的术语“垂直位置”是指在特定点处与垂直轴14相交的平面上的位置。

托盘12作为三维打印的支撑结构。其上打印一个或多个物体的工作区域通常但不是必须的需小于托盘12的总面积。在本发明的一些实施例中，工作区域是环形的。工作区域在组件26处示出。在本发明的一些实施例中，托盘12在整个物体形成过程中沿相同方向连续旋转，并且在本发明的一些实施例中，托盘在物体形成期间将旋转方向反转至少一次(例如，振荡方式)。托盘12任选且优选是可移除的。移除托盘12可用于维护***10，或者，如果需要，用于在打印新物体之前更换托盘。在本发明的一些实施例中，***10设置有一个或多个不同的替换托盘(例如，替换托盘的套件)，其中两个或更多个托盘被指定用于不同类型的物体(例如，不同的重量)、不同的操作模式(例如，不同的旋转速度)等。根据需要，托盘12的更换可以是手动的或自动的。当采用自动更换时，***10包括托盘更换装置36，托盘更换装置36构造成用于从托盘12下方的位置移除托盘12并用替换托盘(未示出)替换托盘12。在图6B的代表性图示中，托盘更换装置36示出为驱动器38，其中可移动臂40被构造成拉动托盘12，但也可以考虑其他类型的托盘更换装置。

打印头16的示例性实施例在图7A-7C中示出。这些实施例可以用于上述任何积层制造***，包括但不限于***110和***10。

图7A至图7B示出了具有一个(图7A)和两个(图7B)喷嘴阵列22的打印头16。阵列中的喷嘴优选地沿直线线性排列。在特定打印头具有两个或更多个线性喷嘴阵列的实施例中，喷嘴阵列可选地并且优选地可以彼此平行。

当采用类似于***110的***时，所有打印头16可选地并且优选地沿着分度方向定向，其沿扫描方向的位置彼此偏移。

当采用类似于***10的***时，所有打印头16可选地并且优选地径向定向(平行于径向方向)，其方位角位置彼此偏移。因此，在这些实施例中，不同打印头的喷嘴阵列彼此不平行，而是彼此成一定角度，所述角度大概等于各个喷头之间的方位角偏移。例如，一个喷头可以径向定向并定位在方位角位置

另一个喷头可以径向定向并定位在方位角位置

在这个例子中，两个喷头之间的方位角偏移是

两个喷头的线性喷嘴阵列之间的角度也是

在一些实施例中，两个或更多个打印头可以组装到一打印头块，在这种情况下，打印头块通常彼此平行。包括若干喷墨打印头16a，16b，16c的打印头块在图7C中示出。

在一些实施例中，***10包括位于打印头16下方的支撑结构30，使得托盘12位于支撑结构30和打印头16之间。支撑结构30可用于防止或减少在喷墨打印头16操作时可能发生的托盘12的振动。在打印头16绕轴14旋转的构造中，支撑结构30优选地也旋转，使得支撑结构30总是直接在打印头16下方(在打印头16和托盘12之间)。

托盘12及/或打印头16可选地且优选地配置成沿垂直方向z移动，平行于垂直轴14，以便改变托盘12和打印头16之间的垂直距离。在垂直距离变化的配置中通过沿垂直方向移动托盘12，支撑结构30优选地也与托盘12一起垂直移动。在垂直方向上，打印头16沿垂直方向改变垂直距离，同时保持托盘12的垂直位置固定，支撑结构30也保持在固定的垂直位置。

垂直运动可以由垂直驱动器28建立。一旦完成一层，根据预定的垂直步骤，托盘12和打印头16之间的垂直距离可以增加(例如，托盘12相对于喷头16降低)。随后要打印的层的所需厚度。重复上述过程以分层方式形成三维物体。

喷墨打印头16以及可选地且优选地还有***10的一个或多个其他部件的操作，例如托盘12的运动，由控制器20控制。控制器可具有电子电路和非易失性存储器。所述电路可读取介质，其中储存介质储存多个程序指令，当由电路读取时，所述程序指令使电路执行控制操作，如下面进一步详述的。

控制器20还可以与主计算器24通信，主计算器24基于计算器物体数据发送与制造指令有关的数字数据，例如以标准曲面细分语言(STL)或立体成像轮廓(SLC)格式、虚拟现实模型语言的形式(VRML)、积层制造文件(AMF)格式、图形交换格式(DXF)、多边形文件格式(PLY)或适用于计算器辅助设计(CAD)的任何其他格式，例如Wavefront文件格式(OBJ)。物体数据格式通常根据笛卡尔坐标系构造。在这些情况下，计算器24优选地执行用于将计算器物体数据中的每个切片的坐标从笛卡尔坐标系变换为极坐标系的过程。计算器24可选地并且优选地根据变换的坐标系传输制造指令。或者，计算器24可以根据计算器物体数据提供的原始坐标系传输制造指令，在这种情况下，坐标的变换由控制器20的电路执行。

坐标转换允许在旋转托盘上进行三维打印。在传统的三维打印中，打印头沿直线在固定托盘上方往复移动。在这种传统***中，只要喷头的分配速率均匀，打印分辨率在托盘上的任何点都是相同的。与传统的三维打印不同，并非喷头点的所有喷嘴在同一时间覆盖托盘12上的相同距离。任选地并且优选地执行坐标的变换，以便确保在不同径向位置处的等量的多余材料。在图8A-B示出了根据本发明的一些实施例的坐标变换的代表性示例，提供了一物体的三个切片(每个切片对应于物体的不同层的制造指令)。其中图8A示出了笛卡尔坐标系中的切片，而图8B示出了在将坐标过程的变换应用于各个切片之后的相同切片。

通常，控制器20基于制造指令并基于如下所述的存储的程序指令来控制施加到***10的相应组件的电压。

通常，控制器20控制打印头16在托盘12旋转期间分配层的建构材料液滴，例如在托盘12上打印三维物体。

***10可选地且优选地包括一个或多个辐射源18，其可以是例如紫外或可见光或红外光，或其他电磁辐射源，或电子束源，这取决于所使用的模型材料。辐射源可包括任何类型的辐射发射装置，包括但不限于发光二极管(LED)、数字光处理(DLP)***、电阻灯等。辐射源18用于固化或固体化或硬化分配的模型材料配方。在本发明的各种示例性实施例中，辐射源18的操作由控制器20控制，控制器20可以激活和停用辐射源18，并且可选地还可以控制由辐射源18产生的辐射量。

在本发明的一些实施例中，***10还包括一个或多个整平装置32，其可以制造成辊或刀片。整平装置32用于在其上形成连续层之前拉直新形成的层。在一些实施例中，整平装置32具有圆锥形辊的形状，其定位使得其对称轴34相对于托盘12的表面倾斜，并且其表面平行于托盘的表面。在***10(图6C)的侧视图中示出了上述实施例。

圆锥形辊可以具有锥形或圆锥形状。

优选地选择锥形辊的开口角度，使得在沿其轴线34的任何位置处的锥体半径与所述位置与轴线14之间的距离之间存在恒定的比率。所述实施例允许辊32有效地整平多个层，因为当辊旋转时，辊表面上的任何点p都具有线性速度，所述线性速度与在p点垂直下方的点处的托盘的线性速度成比例(例如相同)。在一些实施例中，辊具有锥形截头锥体的形状，其具有高度h，与轴线14最近距离处的一半径R1，以及距轴线14最远距离处的一半径R2，其中参数h、R1和R2满足关系R1/R2＝(R-h)/h，并且其中R是辊与轴线14的最远距离(例如，R可以是托盘12的半径)。

整平装置32的操作可选地且优选地由控制器20控制，控制器20可以启动和停用整平装置32并且还可选地还可以沿垂直方向(平行于轴线14)及/或径向方向(平行于托盘12并指向或远离轴14)控制其位置。

在本发明的一些实施例中，所述***10包括诸如一个或多个风扇等的冷却***(未示出，见图6A)。

在本发明的一些实施例中，打印头16构造成沿径向方向r相对于托盘往复移动。当打印头16的喷嘴阵列22的长度短于沿托盘12上的工作区域26的径向的宽度时，这些实施例是有用的。打印头16沿径向的运动可选地且优选地由控制器20控制。

一些实施例考虑通过从不同的分配头分配包括例如不同的可固化材料的不同配方来制造物体。这些实施例尤其提供了从给定数量的材料中选择可固化材料或可固化材料的组合的能力，并且限定了所选择的可固化材料及其性质的所需组合。根据本实施例，限定了每种可固化材料或可固化材料与所述层的组合的沉积的空间位置，以实现通过不同材料或不同材料组合占据不同的三维空间位置，或实现通过两种或更多种不同的可固化材料或可固化材料的不同组合占据基本相同的三维位置或相邻的三维位置，以允许在层内材料后沉积的空间组合，从而在以下形成复合材料各自的位置或多个位置。

预期任何后沉积组合或模型材料配方的混合。例如，一旦分配某种材料配方，它可以保持其原始特性。然而，当其与另一种模型材料配方或在相同或附近位置分配的其他分配的多个材料同时分配时，形成具有与多种分配的材料配方不同的性质或多种性质的复合材料配方。

因此，根据为了表现物体的每个部分所需的特性，本实施例能够在物体的不同部分中沉积广泛范围的材料配方组合，以及可以由多种不同的材料配方的多种组合构成的物体的制造。

关于适用于本实施例的积层制造***的原理和操作的进一步细节可在美国公开申请号US 20100191360中找到，其内容通过引用并入本文。

物体：

本发明的实施例提供了可通过相应实施例中的任何一个及其组合中所述的方法获得的三维物体。

在一些实施例中，所述物体包括至少一个中空结构，如本文所述。

在一些实施例中，所述中空结构充满空气。

在一些实施例中，所述中空结构至少部分地填充(至少部分地包围)液体或类似液体的(第二)材料，例如材料L，如本文在各个实施例中所描述的。

在一些实施例中，所述物体由两种或更多种模型材料配方(例如，配方M)制成，并且在这些实施例的一些中，所述物体的至少一部分由多种数字材料制成，如本文所述。在一些实施例中，所述物体包括如在相应实施例中的任一个中所述的芯部-壳体结构，并具有根据所选材料和结构的特性。

根据本实施例的物体使得其至少一部分或一部分包括如本文所述的中空结构。所述物体可以使得其几个部分或部分包括中空结构。中空结构可以相同或不同(例如，就尺寸及/或形状而言)。

在本文描述的任何实施例中的一些中，所述物体是模仿身体结构的物体。

在这些实施方案的一些中，身体结构(例如，身体组织或器官或***)包括一个或多个本文所定义的中空结构。

在本文描述的任何实施例中的一些中，本文描述的所述物体是医疗设备的一部分或形成医疗设备(例如，用于训练或教育目的的医疗设备)的一部分。

根据本文描述的任何实施例中的一些，物体具有类似于身体器官、结构或***的相应构造的结构，例如中空管状结构。

在本文所述的任何实施方案的一些中，所述物体不含如本文所定义的生物材料。

在本文全文中所用术语“身体”当在例如结构、器官、组织或材料使用时，描述所指示的结构、器官、组织或材料，作为主体的一部分，优选是活体主体。这个术语包括生物***、器官、组织、细胞和材料。

在本文中所用术语“受试者”包括任何年龄的动物，最好是哺乳动物，最好是人类。这个术语包括有可能发生病理危险的个体或患有发生病理危险的个体。

本文所述术语“身体结构”是指受试者身体的一部分，包括任何前述的***、器官、组织、细胞和周围环境。身体结构例如可以包括在生物体内共同起作用的多个器官，例如胃肠道、心血管***、呼吸道等。除了构成这些***的一部分的器官和组织之外，所述身体结构还可以包括与病理相关的结构，例如肿瘤细胞或组织。身体结构可替代地包括例如心脏和与其相关的血管。身体结构可替代地包括器官，例如手臂或前臂或腿，并且可以在其内部包括相关的骨骼***和肌肉组织、血管、肿瘤组织(如果存在)及/或其周围的皮肤组织。

本文所述术语“组织”一词是指生物体的一部分，由设计来执行一项或多项功能的细胞组成。例子包括但不限于脑组织、视网膜、皮肤组织、肝组织、胰腺组织、骨、软骨、***、血液组织、肌肉组织、心脏组织、血管组织、肾组织、肺组织、性腺组织、造血组织。

本文所述术语“生物材料”是指在本文所定义的活体中固有存在的有机材料。这些材料包括，例如细胞和细胞成分、蛋白质(包括酶、激素、受体配体等)、多肽、核酸、基因、氨基酸。

本文所述术语“不具有”是指占物体总重量的小于1％，或小于0.5％，或小于0.1％，或小于0.05％，或小于0.01％，或小于0.005％，或小于0.001％，或更小(包括零)。

根据本文所描述的任何实施例中的一些，所述物体未经细胞化，即，没有生物细胞或细胞组件。

应理解，本实施例设想了一种可能含有水作为材料L一部分的物体。在本文所述的任何实施例中，包括在建构材料配方和本文所述的配方和配方***中的可固化材料，特别是不可固化材料，具有无毒、无害环境性质，因此使用和处置安全。

根据本文所描述的任何实施例中的一些，未固化的建构材料配方没有如本文所定义的生物材料及/或生物细胞或细胞组件。

如本文所用的术语“约”是指±10％或±5％。

如本文所用的术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包含(including)”、“具有(having)”及其词形变化是指“包括但不限于”。

如本文所用的术语“由......组成”是指“包括但不限于”。

如本文所用的术语“基本上由......组成”是指组合物、方法或结构可包括额外的成分、步骤及/或部件，但只有当额外的成分、步骤及/或部件实质上不改变所要求保护的组合物、方法或结构的基本特征及新特征。

本文所使用的单数型式“一”、“一个”及“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一化合物”或“至少一种化合物”可以包括多个化合物，包括其混合物。

在整个本申请中，本发明的各种实施例可以以一个范围的型式存在。应当理解，以一范围型式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制。因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及所述范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所数范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。

每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。术语，第一指示数字及第二指示数字"之间的范围”及第一指示数字"到”第二指示数字"的范围"在本文中可互换，并指包括第一及第二指示数字，及其间的所有分数及整数。

如本文所用的术语“方法”或“工艺”指的是用于完成一特定任务的方式(manner)，手段(means)，技术(technique)和程序(procedures)，包括但不限于，那些方式，手段，技术和程序，其是已知的，或是从已知的方式，手段，技术或程序很容易地被化学，药理，生物，生化及医学领域从业者所开发。

如本文所用的术语“(甲基)丙烯酸”涵盖丙烯酸和甲基丙烯酸化合物。

在本文中，如本文所用的术语“连接部分”或“连接基团”描述连接化合物中的两个或更多个部分或基团的基团。连接部分通常衍生自双官能或三官能化合物，并且可以被认为是二或三自由基的基团，其分别通过其两个或三个原子与两个或三个其它基团连接。

当定义为连接基团时，例示性的连接基团包括任选被一个或多个如本文所定义的杂原子***的烃部分或链及/或以下列出的任何化学基团。

当化学基团在本文中被称为“尾端基团”时，它被解释为通过其一个原子与另一个基团连接的取代基。

在本文中，如本文所用的术语“烃”总体上描述了主要由碳和氢原子组成的化学基团。烃可以由烷基、烯烃、炔烃、芳基及/或环烷基组成，各自可以被取代或未被取代，并且可以被一个或多个杂原子间隔。碳原子的数量可以在2至20个的范围内，并且优选为较低的，例如1至10，或1至6，或1至4。烃可以是一连接基团或一尾端基团。

双酚A是由2个芳基和1个烷基组成的烃的一个例子。

如本文所用的术语“胺”描述-N R'R”基团和-NR'-基团，其中R'和R”各自独立地为氢、烷基、环烷基、芳基，如这些术语在下文中所定义。

因此，胺基可以是一级胺，其中R'和R”两者都是氢、二级胺，其中R'是氢，并且R”是烷基、环烷基或芳基，或者三级胺，其中R'和R”各自独立地是烷基、环烷基或芳基。

可任选地，R'和R”可以各自独立地为羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、羰基、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、N-氨基甲酸盐、O-氨基甲酸盐、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。

如本文所用的术语“胺”在本文中用于描述在胺是如下文所定义的端基的情况下的-NR'R”基团，并且在本文中用于描述在胺是连接基团或是连接部分的一部分的情况下的-NR'-基团。

如本文所用的术语“烷基”描述包括直炼和支链基团的饱和脂族烃。优选地，烷基具有1至20个或1至30个碳原子。每当一个数值范围-例如“1-20”-被陈述，这指的是所述基团(在这种情况下为烷基)可含有1个碳原子、2个碳原子、3个碳原子…等，最多包括20个碳原子。烷基可以被取代或未被取代。取代的烷基可以具有一个或多个取代基，其中每个取代基可以独立地为例如羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、N-氨基甲酸盐、O-氨基甲酸盐、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。

所述烷基可以是尾端基团，在上文中所定义的所述术语，其中它连接于单个相邻原子或连接基团，因为如上文所定义的所述术语，其链中通过至少两个碳原子连接两个或多个基团。当烷基是连接基团时，其在本文中也称为“亚烷基”或“亚烷基链”。

本文中，如本文所定义的被亲水基团取代的C_(1-4)烷基包括在本文所用的术语“亲水基团”下。

如本文所用，烯烃和炔烃是如本文所定义的烷基，其分别含有一个或多个双键或三键。

如本文所用的术语“环烷基”描述了一个或多个环不具有完全共轭π电子***的一全碳单环或多个稠环(即共享相邻碳原子对的环)基团。实例包括但不限于环己烷、金刚烷、降冰片烷、异冰片基等。环烷基可以被取代或未被取代。取代的环烷基可以具有一个或多个取代基，其中每个取代基可以独立地为例如羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、N-氨基甲酸酯、O-氨基甲酸酯、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。环烷基可以是尾端基团，因为如上文所定义的所述术语，其中它连接于单个相邻原子或连接基团，如本文所定义，其在两个或更多个位置连接两个或更多个基团。

本文定义的1-6个碳原子的环烷基，被两个或多个亲水基团取代，包括在本文所用的术语“亲水基团”下。

术语“杂脂环族”描述单环或稠环基团，其在环中具有一个或多个原子，例如氮，氧和硫。

如本文所用的术语“杂脂环族”描述在(多个)环中具有一个或多个原子，如氮、氧和硫的一单环或稠环基团。所述环也可以具有一个或多个双键。但是，环没有完全共轭π电子***。代表性的例子是哌啶、哌嗪、四氢呋喃、四氢吡喃、吗啉代、草酰胺等。

杂脂环可以被取代或未被取代。例如，羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、O-氨基甲酸盐、N-氨基甲酸盐、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。杂脂环基团可以是如上文所定义的尾端基团，其中它连接于单个相邻原子或连接基团，如本文所定义的，在其两个或更多个位置连接两个或更多个部分。

包含一个或多个给电子原子如氮和氧，并且其中碳原子与杂原子的数量比为5：1或更低的杂脂环基团包括在本文所用的术语“亲水基团”之下。

如本文所用的术语“芳基”描述具有完全共轭π电子***的全碳单环或稠环多环(即共享相邻碳原子对的环)基团。芳基可以被取代或未被取代。取代的芳基可以具有一个或多个取代基，其中每个取代基可以独立地为例如羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、N-氨基甲酸盐、O-氨基甲酸盐、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。芳基基团可以是如上文所定义的尾端基团，其中它连接于单个相邻原子或连接基团，如本文所定义的，在其两个或更多个位置连接两个或更多个部分。

如本文所用的术语“杂芳基”描述在环中具有一个或多个原子(例如氮、氧和硫)的单环或稠合环(即共享相邻原子对的环)，另外，具有完全共轭的π电子***。非限制性地，杂芳基的实例包括吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、恶唑、噻唑、吡唑、吡啶、嘧啶、喹啉、异喹啉和嘌呤。杂芳基可以被取代或未被取代。例如羟基烷基、三卤代烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、杂脂环基、胺、卤化物、磺酸盐、亚砜、膦酸盐、羟基、烷氧基、芳氧基、硫羟基、硫代烷氧基、硫代芳氧基、氰基、硝基、偶氮基、磺酰胺、C-羧酸盐、O-羧酸盐、N-硫代氨基甲酸盐、O-硫代氨基甲酸盐、脲、硫脲、O-氨基甲酸盐、N-氨基甲酸盐、C-酰胺、N-酰胺、脒基、胍和肼。杂芳基可以是如上文所定义的尾端基团，其中它连接于单个相邻原子或连接基团，如本文所定义，其在其两个或更多个位置连接两个或更多个基团。代表性的例子是吡啶、吡咯、恶唑、吲哚、嘌呤等。

如本文所用术语“卤化物”和“卤素”描述氟、氯、溴或碘。

如本文所用术语“卤代烷基”描述如上定义的烷基，其进一步被一个或多个卤化物取代。

如本文所用术语“硫酸盐”描述-O-S(＝O)₂-OR'端基，所用术语如上文所定义，或-OS(＝O)₂-O-连接基团，因为这些所用如上文所定义。其中R'如上所定义。

如本文所用术语“硫代硫酸盐”描述-O-S(＝S)(＝O)-OR'端基或-O-S(＝S)(＝O)-O-连接基团，因为这些术语如上文所定义。其中R'如上所定义。

如本文所用术语“亚硫酸盐”描述-O-S(＝O)-O-R'端基或-O-S(＝O)-O-基团连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如上文所定义。

如本文所用术语“硫代亚硫酸盐”描述-O-S(＝S)-O-R'端基或-O-S(＝S)-O-基团连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如上文所定义。

如本文所用术语“亚磺酸盐”描述-S(＝O)-OR'端基或-S(＝O)-O-基团连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如上文所定义。

如本文所用术语“亚砜”或“亚磺酰基”描述-S(＝O)R'端基或-S(＝O)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如上文所定义。

如本文所用术语“磺酸盐”描述-S(＝O)₂-R'端基或-S(＝O)₂-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如本文所定义。

如本文所用术语“S-磺酰胺”描述-S(＝O)₂-NR'R”端基或-S(＝O)₂-NR'-连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“N-磺酰胺”描述R'S(＝O)₂-NR”-端基或S(＝O)₂-NR'-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'和R”是如本文所定义。

如本文所用术语“二硫化物”是指-S-SR'端基或-S-S-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如本文所定义。

如本文所用术语“膦酸盐”描述-P(＝O)(OR')(OR”)端基或P(＝O)(OR')(O)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“硫代膦酸盐”描述-P(＝S)(OR')(OR”)端基或P(＝S)(OR')(O)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“氧膦基”描述-PR'R”端基或-PR'-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'和R”如上文所定义。

如本文所用术语“氧化膦”描述-P(＝O)(R')(R”)端基或P(＝O)(R')连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“硫化膦”描述-P(＝S)(R')(R”)端基或P(＝S)(R')连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“亚磷酸酯”描述-O-PR'(＝O)(OR”)端基或-O-PH(＝O)(O)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“羰基”或“碳酸酯”描述-C(＝O)-R'端基或-C(＝O)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如本文所定义。

如本文所用的术语“硫代羰基”描述-C(＝S)-R'端基或-C(＝S)-连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如本文所定义。

本文所用的术语“氧代”描述(＝O)基团，其中氧原子通过双键与指定位置的原子(例如碳原子)连接。

本文所用的术语“硫代氧代”描述了(＝S)基团，其中硫原子通过双键与指定位置的原子(例如碳原子)连接。

本文所用的术语术语“肟”描述a＝N-OH端基或a＝N-O-连接基团，因为这些术语如上文所定义。

如本文所用术语“羟基”指的是-OH基团。

如本文所用术语“烷氧基”指的是如本文所定义的-O-烷基和-O-环烷基两者。

如本文所用术语“芳氧基”指的是如本文所定义的-O-芳基和-O-杂芳基。

如本文所用术语“硫代羟基”指的是-SH基团。

如本文所用术语“硫代烷氧基”指的是如本文所定义的-S-烷基基团和-S-环烷基基团。

如本文所用术语“硫代芳氧基”指的是如本文所定义的-S-芳基和-S-杂芳基。

如本文所用“羟烷基”在本文中也指的是“醇”，并且描述如本文所定义的被羟基取代的烷基。

如本文所用术语“氰基”指的是-C≡N基团。

如本文所用术语“异氰酸酯”指的是-N＝C＝O基团。

如本文所用术语“异硫氰酸酯”指的是-N＝C＝S基团。

如本文所用术语“硝基”指的是-NO₂基团。

如本文所用术语“酰基卤”指的是-(C＝O)R””基团，其中R””是如上所定义的卤化物。

如本文所用术语“偶氮”或“双氮”指的是-N＝NR'尾端基团或-N＝N连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'如上文所定义。

如本文所用术语“过氧化物”描述-O-OR'端基或-O-O连接基团，因为这些术语如上文所定义，其中R'如上文所定义。

如本文所用术语“羧酸盐”包括C-羧酸盐和O-羧酸盐。

如本文所用术语“C-羧酸盐”指的是-C(＝O)-OR'尾端基团或-C(＝O)-O连接基团，如在上文中所定义的所述术语，其中R'如本文所定义。

如本文所用术语“O-羧酸盐”指的是-OC(＝O)R'尾端基团或-OC(＝O)连接基团，如在上文中所定义的所述术语，其中R'如本文所定义。

羧酸盐可以是直链或环状的。当形成环状时，R'和碳原子在C-羧酸酯中连接在一起形成环状，并且所述基团也被称为内酯。或者，R'和O连接在一起形成O-羧酸酯环。环状羧酸酯可以用作连接基团，例如，当形成的环中的原子与另一个基团连接时。

如本文所用的术语“硫代羧酸酯”包括C-硫代羧酸酯和O-硫代羧酸酯。

如本文所用术语“C-硫代羧酸酯”指的是-C(＝S)-OR'尾端基团或-C(＝S)-O连接基团，如在上文中所定义的所述术语，其中R'如本文所定义。

如本文所用术语“O-硫代羧酸酯”指的是-OC(＝S)R'尾端基团或-OC(＝S)连接基团，如在上文中所定义的所述术语，其中R'如本文所定义。

硫代羧酸酯可以是直链或环状的。当形成环状时，R'和碳原子在C-硫代羧酸酯中连接在一起形成环状，并且所述基团也被称为硫代内酯。或者，R'和O连接在一起形成O-硫代羧酸酯环。环状硫代羧酸酯可以用作连接基团，例如，当形成的环中的原子与另一个基团连接时。

如本文所用术语“氨基甲酸酯”涵盖N-氨基甲酸酯和O-氨基甲酸酯。

如本文所用术语“N-氨基甲酸酯”指的是R”OC(＝O)-NR'-尾端基团或OC(＝O)-NR'-连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“O-氨基甲酸酯”指的是-OC(＝O)-NR'R”尾端基团或-OC(＝O)-NR'连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

氨基甲酸酯可以是直链或环状的。当为环状时，R'和碳原子在O-氨基甲酸酯中连接在一起形成一环。或者，R'和O连接在一起形成N-氨基甲酸酯环。环状氨基甲酸酯可以用作连接基团，例如，当形成的环中的原子与另一个基团连接时。

如本文所用术语“氨基甲酸盐”涵盖N-氨基甲酸盐和O-氨基甲酸盐。

如本文所用术语“硫代氨基甲酸盐”包括N-硫代氨基甲酸盐和O-硫代氨基甲酸盐。

如本文所用术语“O-硫代氨基甲酸盐”指的是-OC(＝S)NR'R”尾端基团或OC(＝S)NR'连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“N-硫代氨基甲酸盐”指的是R”OC(＝S)NR'-尾端基团或OC(＝S)NR'-连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

硫代氨基甲酸盐可以是直炼或环状的，如本文对氨基甲酸盐所述。

如本文所用术语“二硫代氨基甲酸酯”包括S-二硫代氨基甲酸酯和N-二硫代氨基甲酸酯。

如本文所用术语“S-二硫代氨基甲酸酯”指的是-SC(＝S)NR'R”尾端基团或-SC(＝S)NR'连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“N-二硫代氨基甲酸酯”指的是R”SC(＝S)NR'-尾端基团或-SC(＝S)NR'-连接基团，如在上文中所定义的所述术语，R'和R”如本文所定义。

如本文所用术语“脲基”，也称为“脲素”指的是-NR’C(＝O)-NR”R”'尾端基团或NR’C(＝O)-NR”连接基团，如这些术语在上文中所定义，其中R’和R”如本文所定义，且R”'如本文对R’和R”所定义。

如本文所用术语“硫脲基”，也称为“硫脲”指的是-NR’-C(＝S)-NR”R”'尾端基团或-NR’-C(＝S)-NR”连接基团，其中R’、R”和R”'如本文所定义。

如本文所用术语“酰胺”包括C-酰胺和N-酰胺。

如本文所用术语“C-酰胺”指的是-C(＝O)-NR’R”尾端基团或-C(＝O)-NR’连接基团，如这些术语在上文中所定义，其中R’和R”如本文所定义。

如本文所用术语“N-酰胺”指的是R’C(＝O)-NR”-尾端基团或R’C(＝O)-N-连接基团，如这些术语在上文中所定义，其中R’和R”如本文所定义。

酰胺可以是直链或环状的。当为环状时，R’和碳原子在C-酰胺中连接在一起形成一环，并且所述基团也被称为内酰胺。环酰胺可以作为连接基团，例如，当形成的环中的原子与另一个基团连接时。

如本文所用术语“脒基”指的是R’R”NC(＝N)-尾端基团或-R’NC(＝N)-连接基团，如这些术语在上文中所定义，其中R’和R”如本文所定义。

如本文所用术语“胍”描述-R’NC(＝N)-NR”R”'尾端基团或-R’NC(＝N)-NR”-连接基团，如这些术语在上文中所定义，其中R’、R”和R”'如本文所定义。

如本文所用术语“肼基”描述了-NR’-NR”R”'尾端基团或-NR’-NR”-连接基团，如这些术语在上文中所定义，R’、R”和R”'如本文所定义。

如本文所用术语“酰肼”描述-C(＝O)-NR'NR”R”'端基或-C(＝O)-NR'-NR”连接基团，因为这些术语如上文所定义。其中R'、R”和R”'如本文所定义。

如本文所用术语“硫代酰肼”描述-C(＝S)-NR'NR”R”'端基或-C(＝S)-NR'-NR“连接基团，因为这些短语如上文所定义。其中R'，R”和R”'如本文所定义。

如本文所用术语“亚烷基二醇”描述-O-[(CR'R”)_zO]_y-R”'端基或-O-[(CR'R”)_zO]_y-连接基团，其中R'，R”和R”'如本文所定义，并且z是1至10的整数，优选2至6，更优选2或3，y是一个或多个整数。优选地，R'和R”都是氢。当z为2且y为1时，所述基团为乙二醇。当z为3且y为1时，所述基团为丙二醇。当y为2-4时，亚烷基二醇在本文中称为低聚(亚烷基二醇)。

当y大于4时，亚烷基二醇在本文中称为聚(亚烷基二醇)。在本发明的一些实施例中，聚(亚烷基二醇)基团或部分可具有10至200个重复的亚烷基二醇单元，使得z为10至200，优选10至100，更优选10至50。

术语“硅烷醇”描述-Si(OH)R'R”基团，或-Si(OH)2R'基团或-Si(OH)3基团，其中R'和R”如本文所述。

如本文所用术语“甲硅烷基”描述-SiR'R”R”'基团，其中R'，R”和R”'如本文所述。

如本文所用术语“氨基甲酸酯”或“氨基甲酸酯部分”或“氨基甲酸酯基团”描述Rx-O-C(＝O)-NR'R”端基或-Rx-O-C(＝O)-NR'-连接基团，其中R'和R”如本文所定义，Rx是烷基，环烷基，芳基，亚烷基二醇或其任意组合。优选地，R'和R”都是氢。

如本文所用术语“聚氨酯”或“低聚氨酯”描述了在重复的骨架单元中包含至少一个如本文所述的氨基甲酸酯基团的部分，或在重复的骨架单元中包含至少一个氨基甲酸酯键-OC(＝O)-NR'-的部分。

预期在本申请的专利成熟期间，将开发许多相关的可固化材料，其具有如本文所述的特性(例如，当硬化时的Tg)，并且相应的可固化材料的范围旨在包括所有这样预定开发出的新材料。

如上所述以及如下面的权利要求部分所要求保护的本发明的各种实施方式和目的将在以下实施例中寻求实验支持。

实施例

现在参考以下实施例，其连同以上描述以非限制的方式说明了本发明的一些实施方式。

实施例1

获取计算器物体数据的示例性过程

本发明人设计了一种用于准备计算器物体数据的技术，所述技术对于制造诸如但不限于壳状的物体或空心的物体特别有用。所述过程对于获得与***10或***110一起使用的计算器物体数据特别有用。在示例中描述的示例性过程对于制造壳状物体是有用的，所述壳状物体例如但不限于管状结构，具有一壳体、中间壳体和芯部，尤其是壳状物体，其中芯部和中间壳体均是牺牲性的，如本文所述。在本发明的一些实施例中，如在此所描述的，在示例中描述的过程被用于由非生物材料制造具有身体结构的特性的物体。在这些实施例中，所述示例中描述的过程可选地并且优选地与下面实施例2中描述的过程相结合。

图10A是根据本发明的一些实施例用于执行以上操作201的示例性过程的流程图。所述过程可由数据处理器执行，例如但不限于数据处理器154或24。

所述过程开始于750，并继续到751，在所述处接收描述具有以下称为腔室的一个或多个空隙的物体的计算器物体数据作为所述过程中的输入。在下面的示例2中描述了适合于获得这种计算器物体数据的技术。751处的数据可选地并且优选地描述了一中空物体，所述中空物体仅包括封装所述物体的一个或多个腔室的壳体。因此，在751处的数据可选地并且优选地不包括与芯部或壳体内的任何中间壳体有关的数据。

所述过程继续到752，在这个过程中，计算机物体数据描述的是腔室的计算器物体数据而不是壳体的计算器物体数据。所述过程继续到753，在这个过程中，在此生成描述缩小形式的腔室的计算器物体数据。在753处由数据描述的腔室在某种意义上被缩小，即它们的最外表面所包围的体积与作为输入接收的腔室的体积相比减小了。换句话说，在753处由数据描述的腔室具有整体最外表面区域，所述整体最外表面区域小于由输入数据描述的中空物体的内表面区域。下面描述用于在753处执行的技术的代表性示例。

所述过程继续到754，在751处获得的计算机物体数据与在753处获得的计算机物体数据相结合。这种组合提供了组合的计算机物体数据，这些数据描述了一最外层的壳体，它以一种方式包封一芯部，使得在最外层的壳体的一内表面和所述芯部的最外表面之间设有一间隙。

使用此过程进行壳状和中空物体的积层制造的优势在于，它为积层***提供了足够的信息，可用于在壳体的内表面和芯部的最外表面之间的间隙内分配芯部、壳体和中间壳体。

在本发明的一些实施例中，例如但不限于包括一用户界面116。用户界面被用于经由一组操作组件从操作者接收指令，以及用于在上述过程的执行期间显示各种类型的信息和图形描述。数据处理器可选地并且优选地显示进度消息及/或将进度消息发送到日志文件。

图10B是根据本发明的一些实施例可以使用的图形用户界面(GUI)的屏幕截图。在图10B中，GUI示出输入的计算机物体数据是STL文件，并且当对所输入进行切片时，其预期大小为0.29974GB。GUI包括多个控制键。例如，GUI包含一个控制键，所述控制键在激活时会导致数据处理器加载输入的计算机物体数据(在本例中是STL文件)。所述控制键在图10B中被表示为“STL”。GUI还可以包括一个控件，所述控制键在激活时使数据处理器计算并在GUI上显示计算机物体数据的可旋转和可缩放预览。所述控制键在图10B中被表示为“显示”。图10C示出在计算机物体数据中描述中空迷宫结构的情况下激活“显示”控制的结果。

GUI还可以包括一组控制键，这些控制键使数据处理器执行操作752和753。例如，一个控制键可以使数据处理器计算最外层外壳体的切片，而另一个控制键可以使数据处理器生成多个腔室的计算器物体数据。这些控制键在图10B中表示为“切片”和“填充”。

图10D示出了激活“STL”、“切片”和“填充”控制键之后的GUI。在此示例中，描述多个腔室的计算器物体数据包括48248个面。“填充”控制键使数据处理器对切面进行三遍单独的过程，对于X、Y和Z三个维度中的每一个进行一次过程。

切片操作可以通过积层领域中已知的任何技术来进行。通常，对于每个面部，处理器找到面部上的所有唯一点，可选地并且优选地将其舍入为整数，从所有面部收集所有点位置，并且可选地将点位置转换为三维立体栅格表示。适用于本实施例的另一种技术包括使用距离场值，如下面的示例2中进一步详述。

操作752可以通过本领域中已知的收缩三维网格的任何技术。例如，在本发明的一些实施例中，任选地并且优选地使用

软件的“填充”功能和所述功能的“孔洞”选项。可以选择使用GUI预览分割的光栅。这可以通过激活“显示”控制键来完成。图10E示出了计算机物体数据中的描述了中空结构在激活“填充”控制键之后激活“显示”控制键的结果，在这种情况下，所述激活可以选择性地并且优选地接收输入参数，例如但不限于要在点云中显示的点的数量。

GUI还可以包括使数据处理器执行操作753的一组控制键。所述组控制键可以由一进入控制键进入(例如，在图10B中由“侵蚀”表示的选项卷标页选择控制键)。图10F示出了在激活图10B中的“侵蚀”选项标签页之后的GUI。在所述示例中，所述组控制键包括三个控制键，这些控制键允许用户选择数据处理器用来执行操作753的参数。可替代地或附加地，这些参数可以具有储存在数据处理可访问的计算器可读介质中的默认值。这些参数包括侵蚀连接性，指示侵蚀操作中要包括的相邻物的数目、侵蚀方法和要用于终端的轴。侵蚀连接性可以是从大约6到大约30或从大约10到大约26或从大约14到大约26或从大约18到大约26个相邻物。侵蚀方法可以选自欧几里德群、城市群、棋盘、准欧几里德群中选择，并且可以从由X、Y和Z组成的组中选择要用于终端的轴。在图10F中，不应被视为限制的是所选侵蚀连接性的是26个相邻物，所选侵蚀方法是欧几里德法，所选轴是Y。

进入控制键中的控制键组还可以包含一个控制键，所述控制键使数据处理器在三维体积光栅表示中查找最内部的点。这种控制在图10F中表示为“侵蚀”。通常，约15兆立体像素的三维体积栅格表示会产生约2,000个侵蚀点。所述操作可以通过本领域已知的任何技术来完成，例如但不限于

软件的“最终侵蚀”功能。进入控制键下的控制键组还可以包括一个控制键，当激活所述控制键时，所述控制键使数据处理器显示侵蚀点。所述控制键在图10F中表示为“显示”。图10G示出在计算机物体数据描述空心迷宫的情况下，在“侵蚀”中的“侵蚀”控制键被激活之后，在“侵蚀”选项标签页中的“显示”控制被激活的结果。所述激活可以选择性地并且优选地接收输入参数，例如但不限于要在点云中显示的点的数量。

进入控制键中的一组控制键还可以包括一个控制键，所述控制键使数据处理器对侵蚀点进行排序，以便形成线条。所述控制键在图10F中被表示为“排序”。在所述操作中，数据处理器通常生成一个连接列表，将点对连接在一起，其中每个点对中的点是最近的相邻点，并且存在一条连接线，例如穿过点对之间的填充光栅的直线，并同时保证没有一点与另外两个以上的点相连接，从而形成连接线。

进入控制键中的一组控制键还可以包括一个控制键，所述控制键使数据处理器识别哪些连接点是物体的端点。所述控制键在图10F中被表示为“终端”。或者，数据处理器可以自动识别终端，例如，通过它们是终点的并且沿着预定方向被分离。

进入控制键中的一组控制键还可以包括一个控制键，所述控制键使数据处理器连接在排序操作期间获得的行。在图10F中，所述控制键被表示为“连接。当输入计算机物体数据描述迷宫结构时，可选择且优选地执行所述操作以形成相对于输入迷宫结构的缩小的迷宫结构。在本发明的各种示例性实施例中，终端点被排除在所述操作之外。用L表示线的数目，用T表示终端点的数目，在此操作中，数据处理器试图连接2L-T点。通常，每行大约有100个点，所以如果排序操作后总共有N个点，这些点形成大约L＝N/100行和大约T＝N/200个终端点。对于排序后2000点的示例情况，大约有30点需要连接。

根据一些实施例，数据处理器针对这些点中的每个点p，找到属于点p附近的另一条线的另一点q，所述点以与在排序操作之后被连接的相似方式连接。当数据处理器找到两个这样的点p和q时，数据处理器优选找到连接这些点，从而形成连接的迷宫结构。

当一条线仍然与其他线不连接时，数据处理器可选地并且优选地尝试将所述线的任何非终端点连接到属于其他线路的点，并且可选地还尝试最小化连接点之间的距离。

如图10H所示，数据处理器可以选择性地并且优选地生成显示连接到不同但连接的线的点的可旋转显示器，并且还显示终端点。数据处理器还可以生成的一表文件列出排序到线的点。

GUI还可以包括一组控制键，这些控制键使数据处理器生成与操作754的结果相关的输出。可以通过进入控制控制键来进入所述组，例如图10B中由“输出”表示的选项卷标页控制键。

图10I示出了在激活了图10B中的“输出”选项标签页之后的GUI。在所述示例中，控制键组包括使数据处理器对每条线中的各个点进行插值以形成连续线的控制键。在图10I中，所述控制键被表示为“继续”。插值可以是在点位置上的线性插值，同时四舍五入为整数。例如，当线性插值导致离群线或点时，也可以考虑使用非线性插值。在所述示例中，所述控制键组包括使数据处理器生成具有包含腔室的体积的距离图示的控制键。所述控制键在图10I中表示为“剥离”。所述步骤可选地并且优选地通过并行处理来执行。距离图中的距离是描述腔室的计算器物体数据中的点与其在计算线中的最接近点之间的距离，并且是可选的并且最好是距栅格边缘的距离，所述距离等于描述腔室的计算器物体数据。在所述示例中，所述控制键组还包括控制键组，控制键组包括允许用户选择数据处理器用来执行操作753的几何参数的控制键组。这些参数可以包括，例如液体(第二)材料的最大半径(是上述确定的LMAX参数的一半)和中间层的最小厚度CMIN。所述控制键组可选地且优选地包括使数据处理器按几何参数指定的量来扩展线的一控制键。所述控制键在图10I中被表示为“最终确定”。在本领域已知的任何技术中，例如但不限于Marching Cubes算法等，可以将扩张线转换为网格。生成的网格随后可以输出到计算机可读介质，例如，作为STL文件。

由此产生的组合计算机物体数据可以由任何商业实用程序查看。或者，数据处理器可以使用将其与一些先前计算的数据一起显示。图10J示出了在计算机物体数据描述中空迷宫结构的情况下激活“最终确定”控制键的结果。

实施例2

获取具有身体结构特性的物体的计算机物体数据的示例程序

本发明人设计了一种用于准备计算器物体数据的技术，所述技术对于制造物体特别有用，所述物体例如但不限于壳状的物体，更优选为壳状的中空物体。

所述过程对于获得与***10或***110一起使用的计算器物体数据特别有用。在示例中描述的示例性过程对于制造壳状物体是有用的，所述壳状物体例如但不限于管状结构，具有一壳体、中间壳体和芯部，尤其是壳状物体，其中芯部和中间壳体均是牺牲性的，如本文所述。在本发明的一些实施例中，如在此所描述的，在示例中描述的过程被用于由非生物材料制造具有身体结构的特性的物体。在这些实施例中，所述示例中描述的过程可选地并且优选地与下面实施例2中描述的过程相结合。

图11A是可根据本发明的一些实施例用于执行上述操作201的示例性过程的流程图。应理解的是，除非另有定义，否则下文所述的操作可以同时或顺序地以许多执行组合或依序执行。具体而言，流程图的排序不应被视为限制。例如，出现在以下描述中或以特定顺序出现在流程图中的两个或多个操作可以以不同顺序(例如，相反顺序)或基本上同时执行。另外，下面描述的几个操作是可任选的，可能无法执行。

所述过程开始于700，并且可选地并且优选地继续至701，在所述处，接收适合于医学数字成像和通信的格式的数据(此后称为DICOM数据)。

DICOM数据可以从采集控制台接收，例如但不限于MRI***、CT成像***、螺旋CT***、正电子发射断层成像(PET)***、二维或三维透视成像***、二维、三维或四维超声成像***、内视镜***、床边监测***、x射线***，以及能够进行CT、MRI、PET、超声波或其他成像技术的混合成像***。DICOM数据优选地包括描述具有生物组织组件形状的一个或多个结构的一个或多个数字图像数据。在本发明的一些实施例中，DICOM数据优选地包括描述一个或多个骨骼的一个或多个数字图像数据，在本发明的一些实施例中，DICOM数据优选地包括描述一个或多个具有除骨骼以外的生物组织组件形状的结构的一个或多个数字图像数据，并且本发明的一些实施例DICOM数据优选地包括描述一个或多个骨骼的一个或多个数字图像数据，以及描述一个或多个具有骨骼以外的生物组织组件形状的结构的一个或多个数字图像数据。

可选地并且优选地继续到702，在702处DICOM数据被转换为计算机物体数据。从DICOM数据到计算机物体数据的转换可选且优选地包括一个或多个分割程序，所述分割程序选自由阈值化、区域生长、动态区域生长等组成的群组中。

阈值化程序利用不同组织密度的差异来选择具有高于或等于规定阈值的图像像素。例如，可以选择阈值化过程的规定阈值，使得关于硬组织的图像像素通过阈值化程序，并且过滤掉其他相关的图像像素。每次使用不同的阈值可以多次应用阈值化程序，以便获得不同组织类型的单独数据集。

区域生长程序通常在阈值化程序后应用，以分离具有相同密度范围的区域。区域生长过程可以检测初始种子点的相邻像素，并确定相邻像素是否属于所述区域。可选地并且优选地迭代执行所述程序以分割图像。例如，可以根据不同的组织类型来选择种子点，并且可以迭代地执行区域生长分割技术来分离属于这些组织类型之一的图像像素。在动态区域生长中，除了选择种子点外，还选择了一系列图像参数。选择这些参数以允许将图像像素识别为与种子点相同。

通常但不是必须的，应用初始背景分割程序从DICOM中删除不属于任何感兴趣的组织类型的数据元素。然后可以通过使用不同的分割技术，将随后的分割程序应用于物体解剖结构的一个或多个精制区域的更细化的分割。

在分割之后，从DICOM数据到计算器物体数据的转换还可以包括平滑，环绕及/或填充孔以补偿DICOM数据中的伪影。然后可以将格式转换过程应用于分段的DICOM数据，以便以上述任何格式提供计算器物体数据。

在本发明的一些实施例中，从计算器可读介质接收输入数据作为计算器物体数据，在这种情况下，不需要获取和转换DICOM数据。在这些实施例中，没有必要执行操作701和702。

无论如何，计算器物体数据优选地包括与具有生物组织组件的形状的一个或多个结构的形状有关的数据，如上所述。无论是通过DICOM数据转换获得还是直接接收，计算器物体数据都可以有选择地并优选地安排在多个文件中，每个文件都属于不同的组织类型。

当身体结构包括例如但不限于血管结构的中空物体时，程序进行到752、753和754，如上文进一步详述。或者，可以跳过这些操作。

在703处，为每个数据文件确定由积层制造物体(例如，骨、肌肉组织、平滑组织、骨肿瘤、软骨、盘、神经/脊髓、身体液体血管)模拟的身体结构的类型。可以通过提取存在于各个计算机物体数据文件或各个DICOM数据文件中的信息，或者从与各个数据文件相关联的信息中进行确定。

在704处，选择与各个身体结构相关联的一组规则。所述组积层制造规则可选地并且优选地包括待分配的建构材料配方以及分配参数和条件(例如温度、交错比、交错纹理)。积层制造规则的集合可以从一个查找表中获得，所述查找表具有针对每种身体结构类型的条目，以及与每个此类条目相关联的一组参数。在本发明的一些实施例中，接收一受试者的基本数据。受试者基本数据通常包括体重、性别、年龄、种族、人种、临床病史等的一个或多个。在本发明的一些实施例中，受试者基本数据还包括遗传图谱，所述遗传图谱可以包含受试者的整个基因组中的基因，也可以包含特定的基因子集。遗传图谱可以包括基因组图谱、蛋白质组图谱、表观基因组图谱及/或转录组图谱。在接收到受试者的基本数据，查找表还包括用于不同简档参数的条目。具体地说，查找表可以为每种类型的主体结构包含多个条目，为每个配置文件参数包含一个条目。作为一个有代表性和非限制性的例子，一个查找表可以包括几个小骨结构条目，其中每个年龄组一个条目。

在本发明的一些实施例中，由用户例如经由用户界面(例如，用户界面116)来选择一组积层制造规则。还考虑了同时使用查找表和用户界面的实施例。例如，查找表可以用于缩小提供给操作员的选项的数量，并且用户界面可以用于选择积层制造规则的最终集合。

进一步考虑的是其中一组规则与计算器物体数据一起被接收的实施例。例如，每个计算器物体数据文件可以包括一个或多个积层制造规则，或者与包括一个或多个积层制造规则的积层制造规则文件相关联，其中积层制造规则对应于相应的计算器物体数据。

在705处，对每个计算器物体数据文件可选地且优选地分别应用切片操作。通常通过为计算器物体数据文件生成一组图像文件来执行切片，每个图像文件描述以不同的垂直坐标(例如，上述z坐标)为特征的平面的二维立体像素贴图，所述平面对应于模仿身体结构的各个物体的一层。图像文件可以是本领域已知的任何二维格式，例如但不限于位图文件(BMP)，便携式网络图(PNG)等。下面参考图11B提供一种优选的切片技术。

在706处，将两组或更多组图像文件组合成单一个图像文件。例如，可以将对应于相同垂直坐标但对应于模仿不同身体结构的物体的图像文件组合起来，以提供描述一个图层的图像文件，所述图层一旦被打印，就包括分别模仿两个或多个身体结构的两个或更多物体的切片部分。在707处，将图像文件上传到诸如但不限于***10或***110的积层制造***，以制造类似于身体结构的非生物物体。

所述程序在708处结束。

图11B是根据本发明的一些实施例的示例性切片方法的流程图。所述方法对于执行图11A的切片操作705特别有用。所述方法从720开始，并且可选且优选地应用于计算机物体数据中的每个例立体像素。

在判定721处，针对各个立体像素确定相对于三维物体的距离场值。距离场值指示立体像素是在模仿要打印的身体结构的物体之内还是之外。例如，可以将负距离场值分配给仿真身体结构的物体之外的立体像素，将正距离场值分配给仿真身体结构的物体内的立体像素，并将零距离场值分配给仿真身体结构的物体表面的最外层的立体像素。

当立体像素在模仿身体结构的物体的内部或最外表面上时(例如，当距离场值为正时)，所述方法继续进行到722，在此处分配建构材料配方给每种立体像素。所述建构材料配方可以是本文所述的模型材料(第一)配方、可固化支撑材料(第三)配方或第二建构材料配方，并且可选地并且优选地基于在上述704处获得的立体像素的位置和积层制造规则来确定。所述方法从722继续到724，在724处，所述方法选择与所分配的建构材料配方相对应的像素值。像素值可以是唯一代表分配的建构材料配方的任何值。例如，像素值可以是灰阶级或色彩值(例如RGB值)。

当立体像素在模仿身体结构的物体之外时(例如，当距离场值为负时)，所述方法继续进行到判定723，在所述处，所述方法确定立体像素是要被占据还是保持空置。如果将立体像素保持空置，则所述方法继续进行到终端726，所述方法选择唯一表示空置像素的像素值。例如，所述方法可以选择空置值来表示空置像素。可替代地，当立体像素在模仿身体结构的物体之外时，所述方法可以从723继续到终端728，在此结束，或者，当体素位于模仿身体结构的物体外部时，所述方法可以从723继续到其结束处的终端728，在这种情况下，未被分配任何值的像素将被关注，作为使立体像素保持空置的指令。

如果立体像素将被占用，则所述方法继续到将建构材料分配给立体像素的725，然后继续至724，在所述方法中所述方法选择与所分配的建构材料配方相对应的像素值，如上所述。

从724、725或726(视情况而定)，所述方法继续到727，在所述727处，所选像素值被分配给二维图像中的像素，其中二维图像中的像素的位置对应于二维图像表示的层内的立体像素的位置。

所述方法在728处结束。

虽然已经结合具体实施例描述了本发明，但是很显然的，对于本领域技术人员而言，许多替换、修改及变化将是显而易见的。因此，本发明意在包括落入所附权利要求书的范围内的所有替代、修改及变化。

在本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请以其整体在此通过引用并入本说明书中。其程度如同各单独的出版物、专利或专利申请被具体及单独地指明而通过引用并入本文中。此外，所引用的或指出的任何参考文献不应被解释为承认这些参考文献可作为本发明的现有技术。本申请中标题部分在本文中用于使本说明书容易理解，而不应被解释为必要的限制。

Claims (51)

1.一种积层制造一个三维物体的方法，其特征在于：所述方法包括：

以与所述物体的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，从而形成所述物体；

其中至少一些所述多个层的形成包括：

分配至少两种建构材料配方，所述至少两种建构材料配方包括：一模型材料配方M，所述模型材料配方M在暴露于一固化条件下形成一硬化模型材料M；以及一配方L，所述配方L在暴露于所述固化条件下形成一材料L，所述材料L具有至少一以下特性：

一粘度不超过10000厘泊；

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；

一剪切模量低于20千帕；当承受不大于1巴的一正压时具有流动性；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；及

一热稀化行为；

并且，使所述分配的建构材料配方暴露于所述固化条件下，从而形成所述硬化模型材料M和所述材料L。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述硬化模型材料M形成至少一中空结构，并且所述材料L被至少部分地封闭在所述中空结构中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述物体的形状由一计算机物体输入数据描述，所述方法还包括：生成用以描述所述中空结构中的多个腔室的一计算机物体数据；生成以一缩小形式描述所述多个腔室的一计算机物体数据；并将所述计算机物体输入数据与以所述缩小形式描述所述多个腔室的所述计算机物体数据组合，以提供用以描述所述中空结构和一芯部的一组合的计算机物体数据，其中所述芯部被所述中空结构以在所述中空结构的一内表面和所述芯部的一最外表面之间存在一间隙的方式加以封装。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述中空结构选自一管状结构、一分支管状结构和相互缠绕的多个管状结构。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述管状结构中的至少一个的一直径小于1厘米。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述材料L被完全封闭在所述中空结构中。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于：当所述材料L承受不大于1巴、或不大于0.5巴或不大于0.3巴的正压时是可流动的。

8.如权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L的一粘度不超过10,000厘泊，并且其中所述配方L的一粘度与所述材料L的所述粘度相差不大于10％。

9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述不可固化的材料包括分子量小于2000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料和一可固化材料。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述可固化材料包括一单官能可固化材料。

13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于：所述可固化材料是亲水性的。

14.如权利要求11至13任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一剪切稀化材料及/或一触变材料。

15.如权利要求11至14任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一热稀化材料。

16.如权利要求11至15任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在硬化时提供一水溶性材料或一水不混溶性材料。

17.如权利要求11至16任一项所述的方法，其特征在于：所述可固化材料在所述配方L中的一含量为10％至25％。

18.如权利要求11至17任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L是水溶性的或水混溶性的。

19.如权利要求11至18任一项所述的方法，其特征在于：所述材料L是一剪切稀化材料、一触变材料或一热稀化材料。

20.如权利要求11至19任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在所述暴露之后，去除所述材料L。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：所述去除是通过施加一条件来进行的，在所述条件下所述材料L为可流动的。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：所述条件包括一正压为不大于1巴、或者不大于0.5巴、或者不大于0.3巴。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于：所述正压包括气压、液压，或气压与液压的组合。

24.如权利要求21至23任一项所述的方法，其特征在于：所述条件包括热能。

25.如权利要求21至24任一项所述的方法，其特征在于：所述条件包括剪切力。

26.如权利要求1至25任一项所述的方法，其特征在于：所述至少两种建构材料配方包括一第三配方S，所述配方S在暴露于一固化条件下形成一材料S，所述材料S为一硬化支撑材料。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述材料M形成至少一中空结构，所述材料S被至少部分地封闭在所述中空结构内，并且所述材料L被至少部分地封闭在所述第三材料内。

28.如权利要求26或27所述的方法，其特征在于：所述分配使得所述材料L至少部分地包围所述材料S，从而在所述中空结构的一内表面和所述材料S之间形成一中间壳体。

29.如权利要求26至28任一项所述的方法，其特征在于：所述材料S是水溶性的或水混溶性的。

30.如权利要求26至29任一项所述的方法，其特征在于：所述材料S在承受至少0.5巴或至少1巴的一压力的一液体喷射时为可去除的。

31.如权利要求26至29任一项所述的方法，其特征在于：所述材料S在接触一清洁溶液时为可去除的。

32.如权利要求26至31任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：去除所述材料S。

33.如权利要求32所述的方法，其特征在于：所述去除是通过使所述材料S在至少0.5巴或至少1巴的压力下接触所述液体喷射。

34.如权利要求32所述的方法，其特征在于：所述去除是通过使所述材料S与一清洁溶液接触。

35.如权利要求32至34任一项所述的方法，其特征在于：去除所述材料S是在去除所述材料L之后才进行。

36.一种三维模型物体，其特征在于：所述三维模型物体是通过如权利要求1至35中任一项所述的方法制造的。

37.如权利要求36所述的三维模型物体，其特征在于：所述三维模型物体包括至少一中空结构。

38.如权利要求37所述的三维模型物体，其特征在于：所述三维模型物体包括被至少部分地封闭在所述至少一中空结构中的所述材料L。

39.一种三维模型物体，通过一积层制造工艺制造，所述物体包括至少一中空结构和一材料L，其特征在于：所述材料L具有以下至少一种特征：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切储存模量低于20千帕；以及

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性；

且至少部分地被包覆在所述中空结构中。

40.一种用于在一个三维物体的积层制造中形成一牺牲材料或一牺牲物体的配方***，其特征在于：所述配方***包括：

一配方L，所述配方L在暴露于一固化条件下时提供一材料L，所述材料L具有至少一种：

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值(tanδ)大于1；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；

一热稀化行为；

一剪切储存模量低于20千帕；及

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性；以及

一可固化配方S，所述可固化配方S在暴露于一固化条件下时提供一凝胶状材料S，所述材料S具有至少一以下特性：

一剪切损耗模量G”与一剪切储存模量G”的比值小于1；

当承受小于1巴或小于0.5巴的一正压时具有流动性及/或易碎性；

及

水溶性或水不溶性。

41.如权利要求40所述的配方***，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料，所述不可固化的材料的一粘度不超过10,000厘泊。

42.如权利要求40或41所述的配方***，其特征在于：所述配方L包含分子量不超过2,000克/摩尔的聚(亚烷基二醇)。

43.如权利要求40或41所述的配方***，其特征在于：所述配方L包括一不可固化的材料和一可固化材料，所述配方在硬化时具有不超过20千帕的一抗剪切性。

44.如权利要求40至43任一项所述的配方***，其特征在于：所述配方***用于在暴露于所述固化条件时形成一可依序去除的牺牲材料。

45.一种积层制造具有一腔室的一个三维物体的方法，其特征在于：所述方法包括：

以与所述物体和一牺牲物体的一组合的形状对应的一配置图案依序地形成多个层，所述牺牲物体被包围在所述腔室中，并且在所述腔室的一壁面和所述牺牲物体之间具有一间隙；以及

从所述腔室中移除所述牺牲物体。

46.如权利要求45所述的方法，其特征在于：所述物体的形状由一计算机物体输入数据描述，所述方法还包括：生成描述所述腔室的一计算机物体数据；生成以一缩小形式描述所述腔室的一计算机物体数据；并组合所述计算机物体输入数据与以所述缩小形式描述所述多个腔室的所述计算机物体数据，以提供用以描述所述物体、所述牺牲物体以及所述间隙的一组合的计算机物体数据。

47.如权利要求45至46任一项所述的方法，其特征在于：所述物体由一硬化材料形成，并且所述多个层的形成包括：形成至少一牺牲层，以通过一牺牲材料填充所述间隙。

48.如权利要求47所述的方法，其特征在于：所述硬化材料包括一硬化模型材料M及/或一硬化支撑材料S。

49.如权利要求47或48所述的方法，其特征在于：所述牺牲材料包括一材料L，所述材料L具有以下至少一种特征：

一粘度不超过10000厘泊；

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；

一剪切模量低于20千帕；当承受小于1巴的一正压时具有流动性；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；以及

一热稀化行为。

50.如权利要求47至49任一项所述的方法，其特征在于：所述硬化材料包括一硬化模型材料M，并且所述牺牲材料包括一硬化支撑材料S及/或一液体材料L，其具有以下至少一种特征：

一粘度不超过10000厘泊；

一剪切损耗模量与一剪切储存模量的比值大于1；

一剪切模量低于20千帕；当承受小于1巴的一正压时具有流动性；

一剪切稀化行为及/或一触变行为；以及

一热稀化行为。

51.一种通过积层制造工艺制造的三维组件，其特征在于：所述组件包括：

一硬化物体，具有一腔室；

一硬化牺牲物体，设置于所述腔室；以及

一未硬化及/或部分硬化的材料，位在所述牺牲物体和所述腔室的一壁面之间；

其中所述硬化牺牲物体和所述未硬化及/或部分硬化的材料可由所述腔室中加以去除。

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