JP2019528203A - 取り外し可能な支持構造体を伴う三次元物体を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年8月30日に出願された米国仮出願第62/381,300号の優先権および恩典を主張する。上記出願の教示全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
コンピュータ支援設計(CAD)ソリッドモデリングシステムの使用の増加に伴い、CAD出力データを三次元の物理的物体へ変換することを可能にする製造技術の新しい最先端領域が登場した。この技術は、一般に付加製造(例えば、固体自由形状製造または積層製造)と呼ばれ、層ごとおよびポイントごとに物体を構築する工程を伴う。市販の固体自由形状製造システムの例としては、光造形法(stereo lithography)、選択的レーザー焼結法、薄膜積層法(laminated object manufacturing)、および熱溶解積層法が挙げられる。固体自由形状製造システムの他の例は、当業者に公知である。
支持構造体から容易に取り外し可能である様々な三次元物体を生産することが可能な三次元製造方法および装置を提供することが望ましい。本発明のいくつかの局面に従うと、剥離層、または剥離剤を含む層が、製造される三次元物体と支持構造体との間に堆積される。三次元物体と支持構造体との間の仮想空間を、三次元製造ソフトウエアを使用して生成することができ、その空間は、製造時、特定された空間内に剥離層を堆積させる前に、拡大または縮小してもよい。三次元物体および/または支持構造体を形成するために使用されるポリマーのフィラメント密度は、公称フィラメント密度に対して調節(例えば、低減または増加)されてもよい。三次元物体および/または支持構造体の外側ポリマー層(複数可)は、強制冷却されてもよい。
74%のDMS-T05ポリジメチルシロキサン(Gelest)、25%のDMS-T21ポリジメチルシロキサン(Gelest)、および1%の相溶性液体色素を含有するインクを調製した。色素は、印刷プロセスにおけるインクの視認性を提供するために加えたが、組成物に必要とされる成分ではない。すべての成分を共に加え、混合物を均質になるまで撹拌した。混合物を、次いで、1.0ミクロンガラス繊維フィルタで真空濾過した。得られたインクは、20℃で13cpsの粘度を有した。
57.5%のDMS-T05ポリジメチルシロキサン、40%のDMS-T21ポリジメチルシロキサン(Gelest)、2%のDMS-T31ポリジメチルシロキサン(Gelest)、および0.5%の相溶性液体色素を含有するインクを調製した。色素は、印刷プロセスにおけるインクの視認性を提供するために加えたが、組成物に必要とされる成分ではない。すべての成分を共に加え、混合物を均質になるまで撹拌した。混合物を、次いで、1.0ミクロンガラス繊維フィルタで濾過した。得られたインクは、22℃で24cpsの粘度を有した。
60%のポリエチレングリコール400(Sigma)、38%のジプロピレングリコールメチルエーテル(Spectrum Chemicals)、1%のBYK333界面活性剤(BYK Chemie)、および1%の相溶性液体色素を含有するインクを調製した。色素は、印刷プロセスにおけるインクの視認性を提供するために加えたが、組成物に必要とされる成分ではない。ポリエチレングリコール400、ジプロピレングリコールメチルエーテル、および界面活性剤を、最初に共に加え、均質な溶液を形成するまで撹拌した。次いで色素を加え、混合物を均質になるまで撹拌した。次いで、混合物を1.0ミクロンガラス繊維フィルタで濾過した。得られたインクは、22℃で26cpsの粘度を有した。
39.5%のDowanol PPh、39.5%のDowanol TMP、20.7%のSpan 80、および0.3%の相溶性色素を含有するインクを調製した。色素は、印刷プロセスにおけるインクの視認性を提供するために加えたが、組成物に必要とされる成分ではない。成分のすべてを共に加え、混合物を均質になるまで撹拌した。次いで、混合物を1.0ミクロンガラス繊維フィルタで真空濾過した。得られたインクは、20℃で17cpsの粘度を有した。
(a)プロセッサを使用して、支持構造体を必要とする三次元物体の領域を特定する工程;
(b)プロセッサを使用して、該三次元物体のための支持構造体を仮想的に生成する工程;
(c)プロセッサを使用して、該支持構造体および該三次元物体を含むシーンを層へ仮想的にスライスする工程;
(d)プロセッサを使用して、該支持構造体が該三次元物体に隣接している各層の領域を特定する工程;
(e)支持構造体および/または三次元物体のポリマー層を堆積させる印刷装置;
(f)剥離剤を含む層を該支持構造体および/または該三次元物体の該ポリマー層の少なくとも一部分の上に堆積させる印刷装置;ならびに
(g)該三次元物体および/または該支持構造体の少なくとも1つのポリマー層を、該剥離剤を含む該層の上に堆積させる印刷装置
を含む三次元製造方法。
[本発明1002]
剥離剤が、装置の少なくとも1つの印刷ヘッドを介して堆積されるインクである、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1003]
三次元物体と支持構造体に隣接している特定された領域が、二次元画像ファイルに変換される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1004]
支持構造体がポリマー材料から形成され、該支持構造体ポリマー材料が、三次元物体を形成するために使用されるポリマー材料と同じものである、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1005]
支持構造体がポリマー材料から形成され、該支持構造体ポリマー材料が、三次元物体を形成するために使用されるポリマー材料とは異なる、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1006]
支持構造体が外側インク層を有し、該外側インク層が、三次元物体を形成するポリマー材料に可溶性である少なくとも1つの成分を含む、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1007]
外側インク層の前記少なくとも1つの成分が、支持構造体のポリマー材料が溶けるのを加速させる、本発明1006の三次元製造方法。
[本発明1008]
剥離剤が、シリコーン油、油および炭化水素、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エステル、界面活性剤、水溶性ゴム、可塑剤中または揮発性溶媒中の固体剥離物質、低粘着性接着剤、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選択される材料により製剤化されている、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1009]
剥離剤が、非反応性化学作用、反応性化学作用、または相変化材料に基づく、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1010]
シーンをスライスしている時に支持構造体と三次元物体との間に空間が仮想的に生成される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1011]
前記空間の厚さが、ポリマー層の厚さの0.1%〜100%である、本発明1010の三次元製造方法。
[本発明1012]
前記空間の厚さが、ポリマー層の厚さの約50%である、本発明1010の三次元製造方法。
[本発明1013]
前記空間の厚さが、三次元物体の曲率に基づいて調節される、本発明1010の三次元製造方法。
[本発明1014]
支持構造体、三次元物体、または支持構造体および三次元物体のフィラメント密度が、三次元製造プロセス中に調節される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1015]
フィラメント密度の変動が、公称フィラメント密度の0.1〜2.0の範囲内である、本発明1014の三次元製造方法。
[本発明1016]
三次元物体および/または支持構造体の少なくとも1つのポリマー層が、剥離剤を含む層の堆積の前に強制冷却される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1017]
前記少なくとも1つのポリマー層が、周囲空気もしくは外気を適用することによってまたは圧縮気体を適用することによって強制冷却される、本発明1016の三次元製造方法。
[本発明1018]
三次元物体が、熱溶解積層法を使用して形成される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1019]
剥離剤を含む層が、紫外線吸収色素または蛍光色素を含む、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1020]
剥離剤を含む層が、支持構造体が三次元物体に隣接している特定された領域で、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1021]
剥離剤の濃度が、三次元物体の曲率に基づいて調節される、本発明1001の三次元製造方法。
[本発明1022]
(a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
剥離剤を含む層が、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積される、
三次元製造方法。
[本発明1023]
(a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
該支持構造体および/または該三次元物体の少なくとも1つの外側ポリマー層に強制冷却が適用される、
三次元製造方法。
[本発明1024]
(a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
剥離剤を含む層が、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積され、該剥離剤が、2つの連続するポリマー層間の接着を妨げる、
三次元製造方法。
[本発明1025]
(a)外側ポリマー層を有する三次元印刷された物体と、
(b)外側ポリマー層を有する三次元印刷された支持構造体と、
(c)該三次元物体の該外側ポリマー層と該支持構造体の該外側ポリマー層との間に堆積された、剥離剤を含む層と
を含む製品。
上記考察した本発明の特徴および多くの他の特徴ならびに付随する利点は、本発明の以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるであろう。更に、ここで説明される様々な態様の特徴は、互いに排他的ではなく、様々な組み合わせおよび順序で存在することができることを理解すべきである。
Claims (25)
- (a)プロセッサを使用して、支持構造体を必要とする三次元物体の領域を特定する工程;
(b)プロセッサを使用して、該三次元物体のための支持構造体を仮想的に生成する工程;
(c)プロセッサを使用して、該支持構造体および該三次元物体を含むシーンを層へ仮想的にスライスする工程;
(d)プロセッサを使用して、該支持構造体が該三次元物体に隣接している各層の領域を特定する工程;
(e)支持構造体および/または三次元物体のポリマー層を堆積させる印刷装置;
(f)剥離剤を含む層を該支持構造体および/または該三次元物体の該ポリマー層の少なくとも一部分の上に堆積させる印刷装置;ならびに
(g)該三次元物体および/または該支持構造体の少なくとも1つのポリマー層を、該剥離剤を含む該層の上に堆積させる印刷装置
を含む三次元製造方法。 - 剥離剤が、装置の少なくとも1つの印刷ヘッドを介して堆積されるインクである、請求項1記載の三次元製造方法。
- 三次元物体と支持構造体に隣接している特定された領域が、二次元画像ファイルに変換される、請求項1記載の三次元製造方法。
- 支持構造体がポリマー材料から形成され、該支持構造体ポリマー材料が、三次元物体を形成するために使用されるポリマー材料と同じものである、請求項1記載の三次元製造方法。
- 支持構造体がポリマー材料から形成され、該支持構造体ポリマー材料が、三次元物体を形成するために使用されるポリマー材料とは異なる、請求項1記載の三次元製造方法。
- 支持構造体が外側インク層を有し、該外側インク層が、三次元物体を形成するポリマー材料に可溶性である少なくとも1つの成分を含む、請求項1記載の三次元製造方法。
- 外側インク層の前記少なくとも1つの成分が、支持構造体のポリマー材料が溶けるのを加速させる、請求項6記載の三次元製造方法。
- 剥離剤が、シリコーン油、油および炭化水素、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、エステル、界面活性剤、水溶性ゴム、可塑剤中または揮発性溶媒中の固体剥離物質、低粘着性接着剤、ならびにこれらの組み合わせからなる群より選択される材料により製剤化されている、請求項1記載の三次元製造方法。
- 剥離剤が、非反応性化学作用、反応性化学作用、または相変化材料に基づく、請求項1記載の三次元製造方法。
- シーンをスライスしている時に支持構造体と三次元物体との間に空間が仮想的に生成される、請求項1記載の三次元製造方法。
- 前記空間の厚さが、ポリマー層の厚さの0.1%〜100%である、請求項10記載の三次元製造方法。
- 前記空間の厚さが、ポリマー層の厚さの約50%である、請求項10記載の三次元製造方法。
- 前記空間の厚さが、三次元物体の曲率に基づいて調節される、請求項10記載の三次元製造方法。
- 支持構造体、三次元物体、または支持構造体および三次元物体のフィラメント密度が、三次元製造プロセス中に調節される、請求項1記載の三次元製造方法。
- フィラメント密度の変動が、公称フィラメント密度の0.1〜2.0の範囲内である、請求項14記載の三次元製造方法。
- 三次元物体および/または支持構造体の少なくとも1つのポリマー層が、剥離剤を含む層の堆積の前に強制冷却される、請求項1記載の三次元製造方法。
- 前記少なくとも1つのポリマー層が、周囲空気もしくは外気を適用することによってまたは圧縮気体を適用することによって強制冷却される、請求項16記載の三次元製造方法。
- 三次元物体が、熱溶解積層法を使用して形成される、請求項1記載の三次元製造方法。
- 剥離剤を含む層が、紫外線吸収色素または蛍光色素を含む、請求項1記載の三次元製造方法。
- 剥離剤を含む層が、支持構造体が三次元物体に隣接している特定された領域で、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積される、請求項1記載の三次元製造方法。
- 剥離剤の濃度が、三次元物体の曲率に基づいて調節される、請求項1記載の三次元製造方法。
- (a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
剥離剤を含む層が、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積される、
三次元製造方法。 - (a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
該支持構造体および/または該三次元物体の少なくとも1つの外側ポリマー層に強制冷却が適用される、
三次元製造方法。 - (a)三次元プリンタの使用により、三次元物体を形成する工程;および
(b)該三次元物体の形成中に、三次元プリンタの使用により、該三次元物体に隣接する支持構造体を形成する工程
を含み、
剥離剤を含む層が、該三次元物体と該支持構造体との間に堆積され、該剥離剤が、2つの連続するポリマー層間の接着を妨げる、
三次元製造方法。 - (a)外側ポリマー層を有する三次元印刷された物体と、
(b)外側ポリマー層を有する三次元印刷された支持構造体と、
(c)該三次元物体の該外側ポリマー層と該支持構造体の該外側ポリマー層との間に堆積された、剥離剤を含む層と
を含む製品。
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