JP6944935B2 - 二重硬化樹脂を用いた積層造形による複数の中間体からの複合生産物の製作 - Google Patents
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Description
本出願は、2015年12月22日に出願された米国仮特許出願第62/270,944号の利益を主張するものであり、その開示はここに引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。
本発明は、液体の材料から固体の三次元物体を製作するための材料、方法および装置、ならびにそのように製造された物体に関する。
(i)ビルド面に接触している重合化液体のデッドゾーン(または持続性または安定性の液体界面)の継続的な維持と、
(ii)デッドゾーンと固体ポリマーとの間でかつこれらと相互に接触している重合の傾斜ゾーン(gradient of polymerization zone)(例えば、活性表面)の継続的な維持と
を同時に行いながら実行される。
なお、前記重合の傾斜ゾーンは、部分的に硬化した形態の第1の成分を含む。
(a)(i)ブロック化または反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート、および(iii)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤からなる群から選択される少なくとも1つの構成成分と、
(b)場合により少なくとも1つの付加的な鎖延長剤と、
(c)光開始剤と、
(d)場合によりポリオールおよび/またはポリアミンと、
(e)場合により反応性希釈剤と、
(f)場合により少なくとも1つの非反応性(non-reactive)(すなわち、非反応開始性(non-reaction initiating))吸光性(light absorbing)、特に紫外光吸収性の顔料または色素(存在する場合の含有率は0.001または0.01〜10重量パーセント)と、
(g)場合により充填剤(例えば、シリカ、強化剤、例えばコアシェルゴム等(これらの組み合わせを含む))と
の混合物を含み、前記非反応性吸光性の顔料または色素は、前記少なくとも1つの成分が前記ブロック化または反応性ブロック化プレポリマーである場合にのみ存在する。
本明細書に記載の二重硬化システムは、化学線(actinic radiation)、典型的に光によって、また一部の実施形態では紫外(UV)光によって硬化し得る、第1の硬化性システム(本明細書では「A剤」と呼ばれる場合もある)を含み得る。任意の適切な重合性液体を、第1の成分として使用することができる。液体(本明細書では「液体樹脂」、「インク」、または単に「樹脂」と呼ばれる場合もある)は、モノマー、特に光重合性モノマーおよび/またはフリーラジカル重合性モノマー、ならびにフリーラジカル開始剤などの適切な開始剤、ならびにこれらの組み合わせを含み得る。例としてアクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、アクリルアミド、スチレン系樹脂、オレフィン、ハロゲン化オレフィン、環状アルケン、無水マレイン酸、アルケン、アルキン、一酸化炭素、官能性オリゴマー、多官能性硬化部位モノマー、官能性PEGなど、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。液体樹脂、モノマーおよび開始剤の例として、米国特許第8,232,043号、同第8,119,214号、同第7,935,476号、同第7,767,728号、同第7,649,029号、国際公開第2012/129968A1号、中国特許第102715751A号、特開2012−210408A号に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
本発明に係る装置の非限定的な実施形態が図3に示されている。この装置は、壁14により定義されるビルドチャンバーを反射鏡13を介して照らす電磁放射線12を供給するデジタル光プロセッサー(DLP)などの放射源11と、ビルドチャンバーの底部を形成する剛性または可撓性のビルドプレート15とを含み、ビルドチャンバーには液体樹脂16が充填されている。下記にてさらに詳しく論ずるとおり、チャンバー15の底部は、剛性または可撓性の半透過性部材を含むビルドプレートで構成される。構築物17の下方にある物体の頂部は、キャリア18に取り付けられる。キャリアは、リニアステージ19によって縦方向に駆動されるが、後述するとおり、代替的構造物を使用してもよい。
本発明に係る方法および装置は、例えば前記方法の速度および/または信頼性を高めるために、フィードバック制御およびフィードフォワード制御を含むプロセス制御を実施するためのプロセス工程および装置の特徴を含み得る。
三次元中間体は、好ましくは、積層造形、典型的にはボトムアップまたはトップダウン積層造形により、前述のとおり樹脂から形成される。一般に、トップダウン三次元製作は、
(a)重合性液体充填レベルおよびリザーバー内に位置付けられたキャリアを有する重合性液体リザーバーを用意する工程であって、キャリアおよび充填レベルは、その間をビルド領域として画定する、工程と、
(b)ビルド領域を重合性液体(すなわち樹脂)で充填する工程であって、前記重合性液体は、(i)光(典型的には紫外線)重合性液体の第1の成分と、(ii)二重硬化システムの固化性の第2の成分との混合物を含む、工程と、次いで
(c)ビルド領域に光を照射する工程であって、これによって第1の成分から固体ポリマーの足場を形成するとともに、キャリアをビルド面から離れる方向に移動(典型的には降下)させて、三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有する三次元中間体を形成し、この三次元中間体が、足場内で担持される前記固化性の第2の成分(例えば反応性の第2の成分)を未固化形態および/または未硬化形態で含有する、工程と
によって実行される。
(a)キャリアと、ビルド面を有する光学的に透明な部材とを用意する工程であって、キャリアおよびビルド面は、その間をビルド領域として画定する、工程と、
(b)ビルド領域を重合性液体(すなわち樹脂)で充填する工程であって、前記重合性液体は、(i)光(典型的には紫外線)重合性液体の第1の成分と、(ii)二重硬化システムの固化性の第2の成分との混合物を含む、工程と、次いで
(c)前記光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を照射する工程であって、これによって第1の成分から固体ポリマーの足場を形成するとともに、キャリアをビルド面から離れる方向に移動(典型的には上昇)させて、三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有する三次元中間体を形成し、この三次元中間体が、足場内で担持される前記固化性の第2の成分(例えば反応性の第2の成分)を未固化形態および/または未硬化形態で含有する、工程と
によって実行される。
本発明の一実施形態では、重合性液体によるビルド領域の再充填を確かにするまたは速くするために、ビルド面を基準としてキャリアを縦方向に往復運動させる。
概して、製作速度は光強度の増大によって加速させることができると見られている。一部の実施形態において、製作速度を高めるため、光はビルド領域に集中または「合焦」される。これは対物レンズなどの光学装置を使用して達成され得る。
ビルドサイズが比較的大きい場合に分解能および光強度を保持するため、複数の光エンジンを使用することが望ましい場合がある。複数の「タイル化」画像がビルド領域に投影されるよう、1つの画像(例えば複数ピクセルの配列)をビルド領域内に投影する形で個々の光エンジンを構成することができる。本明細書で使用する場合、「光エンジン」という用語は、光源、DLP装置(デジタルマイクロミラーまたはLCD装置など)および光学装置(対物レンズなど)を含むアセンブリを意味し得る。また「光エンジン」は、1つ以上の他の構成要素と動作可能に関連付けられた制御装置などの電子機器をも含み得る。
前述のとおり、本発明の一部の実施形態において、重合性液体は第1の光重合性成分(本明細書では「A剤」と呼ばれる場合もある)と、第1の成分とは別の機構により、または第1の成分と異なる形で、典型的にはさらなる反応、重合または鎖延長によって固化する、第2の成分(本明細書では「B剤」と呼ばれる場合もある)とを含む。本発明の多数の実施形態を実行することができる。以下、注意点として、メタクリレートなどの特定のアクリレートが記述される場合でも、他のアクリレートを使用することができる。
一部の実施形態において、固化および/または硬化工程(d)が照射工程に続いて(加熱またはマイクロ波照射によって)実行される場合、固化および/または硬化工程(d)は、固体ポリマー足場が分解して第2の成分(例えば(i)プレポリマー、(ii)ジイソシアネート、分岐イソシアネートもしくはポリイソシアネート、ならびに/または(iii)ポリオールおよび/もしくはジオール(第2の成分はポリウレタン/ポリ尿素樹脂の前駆体を含む)などの構成成分)の重合に必要な構成成分を形成する条件下で実行される。このような方法は第1の成分の構成要素上にあるか、または第1の成分の構成成分に結合している反応性または非反応性のブロッキング基を使用することと関係する場合があり、その結果、構成成分は第1の硬化事象または固化事象に参加し、脱保護された場合(遊離構成成分および遊離ブロッキング基または遊離ブロッキング剤を生じる)、第2の硬化事象または固化事象に参加し得る遊離構成成分を生じる。このような方法の非限定的例を、下記にてさらに記述する。
本明細書における一部の「二重硬化」実施形態は、概して三次元物体の形成方法であり、前記方法は
(a)キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を用意すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定する)、
(b)ビルド領域を重合性液体で充填すること(重合性液体は、ブロック化または反応性ブロック化プレポリマー、場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは反応性希釈剤、鎖延長剤、および光開始剤の混合物を含む)、
(c)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を照射して(剛性、圧縮性、崩壊性、可撓性または弾性の)固体のブロック化ポリマー足場をブロック化プレポリマーおよび場合により反応性希釈剤から形成する一方、同時に、キャリアをビルド面から離れる方向に移動させて、三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有し、鎖延長剤を含有する三次元中間体を形成すること、そしてその後、
(d)ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーから成る三次元物体を三次元中間体から十分に形成するよう、三次元中間体を加熱またはこれにマイクロ波照射すること(任意の特定の機構に縛られることを望むわけではないが、加熱またはマイクロ波照射は、鎖延長剤がブロック化または反応性ブロック化プレポリマーと、あるいはそれらの非ブロック化生成物と反応する原因となり得る)
を含む。
5または20または40重量パーセント〜60または80または90重量パーセントのブロック化または反応性ブロック化プレポリマーと、
10または20重量パーセント〜30または40または50重量パーセントの反応性希釈剤と、
5または10重量パーセント〜20または30重量パーセントの鎖延長剤と、
0.1または0.2重量パーセント〜1、2または4重量パーセントの光開始剤と
を含む。上記にて詳述のとおり、場合により付加的な成分、例えば色素、充填剤(例えばシリカ)、活性剤なども含まれ得る。
別の実施形態は、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))から成る三次元物体の形成方法を提供するものであり、前記方法は
(a)キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を用意すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定する)、
(b)ビルド領域を重合性液体で充填すること(重合性液体は(i)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネート、(ii)ポリオールおよび/またはポリアミン、(iii)鎖延長剤、(iv)光開始剤、ならびに(v)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは反応性希釈剤、(vi)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは顔料または色素、(vii)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは充填剤(例えばシリカ)を含む)、
(c)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を照射して固体のブロック化ジイソシアネート足場をブロック化ジイソシアネートおよび場合により反応性希釈剤から形成することと、キャリアをビルド面から離れる方向に移動させて、三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有し、鎖延長剤ならびにポリオールおよび/またはポリアミンを含有する三次元中間体を形成すること、そしてその後、
(d)ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))から成る三次元物体を三次元中間体から十分に形成するよう、三次元中間体を加熱またはこれにマイクロ波照射すること(例えばブロック化ジイソシアネートを十分に非ブロック化し、次いで鎖延長剤ならびにポリオールおよび/またはポリアミンと重合する非ブロック化ジイソシアネートを形成すること)
を含む。
別の実施形態は、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))から成る三次元物体の形成方法を提供するものであり、前記方法は
(a)キャリア、およびビルド面を有する光学的に透明な部材を用意すること(キャリアおよびビルド面が中間のビルド領域を画定する)、
(b)ビルド領域を重合性液体で充填すること(重合性液体は(i)ポリオールおよび/またはポリアミン、(ii)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤、(iii)場合により1つ以上の付加的な鎖延長剤、(iv)光開始剤、ならびに(v)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは反応性希釈剤、(vi)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは顔料または色素、(vii)場合により、ただし一部の実施形態において好ましくは充填剤(例えばシリカ)を含む)、
(c)光学的に透明な部材を介してビルド領域に光を照射して固体のブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤足場を反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤および場合により反応性希釈剤から形成することと、キャリアをビルド面から離れる方向に移動させて、三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有し、ポリオールおよび/またはポリアミン鎖延長剤ならびに場合により1つ以上の付加的な鎖延長剤を含有する三次元中間体を形成すること、そしてその後、
(d)ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))から成る三次元物体を三次元中間体から十分に形成するよう、三次元中間体を加熱またはこれにマイクロ波照射すること(例えばブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤を十分に非ブロック化し、次いでポリオールおよび/またはポリアミンならびに場合により1つ以上の付加的な鎖延長剤と重合する非ブロック化ジイソシアネート鎖延長剤を十分に形成する加熱またはマイクロ波照射)
を含む。
一部の実施形態において、前述のような二重硬化システムを含む重合性液体は、相互貫入ポリマーネットワークを順繰りに含む三次元物品を形成する際に有用である。この領域についてはリーハイ大学のSperlingおよびデトロイト大学のK.C.Frischおよび他の人々が指摘している。
[A.三次元(3D)物体の例]
本発明に係る方法およびプロセスによって製造される三次元生産物は最終生産物、仕上がり生産物もしくは実質的仕上がり生産物であるか、または表面処理、レーザー切断、放電マシニングなど、さらなる製造工程を意図した中間生産物である場合もある。中間生産物は、さらなる積層造形を同じ装置または異なる装置で実行可能な対象生産物を含む。例えば、仕上がり生産物の一領域を打ち切ることを目的に、あるいは単に仕上がり生産物または「ビルド」の特定の領域が他の領域ほど脆性でないことから、重合の傾斜ゾーンを一旦中断し、その後再開することにより、進行中の「ビルド」へ意図的に分断線または開裂線を導入することができる。
実施形態例において、三次元(3D)物体は、形成中に三次元物体に付与される数千または数百万の形状変化を伴って形成され得る。実施形態例において、パターン発生装置は、重合の傾斜部を経て物体が抽出されるのに応じて様々な形状を付与するために重合の傾斜部領域内で光開始剤を活性化するよう、様々なパターンの光を発生する。実施形態例において、パターン発生装置は、付与される形状を変化させるために変動可能な数百万ピクセル素子の高分解能を有し得る。例えば、パターン発生装置は、1,000もしくは2,000もしくは3,000以上の行および/または1,000もしくは2,000もしくは3,000以上の列から成るマイクロミラー、あるいはLCDパネル内に形状の変動に使用可能なピクセル数を有するDLPであってもよい。結果として、非常に繊細な変化または階調を、長さに沿って物体に付与することができる。実施形態例において、これにより複雑な三次元物体を高速で、開裂線または継目のない実質的に連続する表面を持たせて形成することが可能となる。一部の実施例において、形成される物体の1mm、1cm、10cm以上の長さにわたり、または形成される物体の全長にわたり開裂線または継目を生じることなく、形成される三次元物体に百、千、万、十万または百万を超える形状変化を付与することができる。実施形態例において、物体は1秒当たり1、10、100、1000、または10000ミクロン以上の速度で、重合の傾斜部を介して、継続的に形成され得る。
実施形態例において、3D形成物体は上記の形状または構造のいずれかを有し得、(i)線形熱可塑性のポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))、(ii)架橋型熱硬化性のポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー(例えばポリ(ウレタン−尿素))、および/または(iii)これらの組み合わせ(場合により例えば相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワーク、または逐次相互貫入ポリマーネットワークとして反応性希釈剤と共重合されたブロッキング基を非ブロック化したものと配合される)、および/または(iv)光開始剤(未反応の光開始剤および/または反応後の光開始剤の断片を含む)を含むか、あるいはこれらで構成されるか、あるいは本質的にこれらで構成され得る。
(i)プラチナ触媒ヒドロシリル化、スズ触媒凝縮化学反応、もしくは過酸化物開始型化学反応によって硬化する熱硬化性シリコーンまたはPDMSネットワーク、
(ii)硬化前にシリコーン熱硬化性オリゴマーと混和可能なUV硬化性反応性希釈剤(例えばアクリレート官能性PDMSオリゴマー)、
(iii)これらの組み合わせ(場合により例えば相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワーク、または逐次相互貫入ポリマーネットワークとして反応性希釈剤と配合される)、および/または
(iv)光開始剤(未反応の光開始剤および/または反応後の光開始剤の断片を含む)
を含むか、あるいはこれらで構成されるか、あるいは本質的にこれらで構成され得る。
(i)ジエポキシドとジアミンとの反応によって硬化する熱硬化性エポキシネットワーク(場合により例えばポリ官能性アミン、酸(および酸無水物)、フェノール、アルコール、およびチオールなど、共反応物も含まれ得る)、
(ii)硬化前にエポキシ熱硬化性前駆体と混和可能なUV硬化性反応性希釈剤、
(iii)これらの組み合わせ(場合により例えば相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワーク、または逐次相互貫入ポリマーネットワークとして反応性希釈剤と配合される)、および/または
(iv)光開始剤(未反応の光開始剤および/または反応後の光開始剤の断片を含む)
を含むか、あるいはこれらで構成されるか、あるいは本質的にこれらで構成され得る。
(1)潜在的な未反応の光開始剤(光開始剤は光重合過程で100%消費されることがほとんどないため、生産物は典型的に固体物体全体にわたり埋没した状態の未反応の光開始剤を含有することになる)、
(2)ポリマーネットワークに共有結合的に付帯する光開始剤副産物、
これらの化学生成物を含有し得る。
の形態を取る。これらの開始剤は開裂して、
を形成する。これらの成分はいずれも重合開始へと進行し得るため、ポリマーネットワークへ共有結合されることになる。
の形態を取る。これらの開始剤は開裂して、
を形成する。これらの成分はいずれも重合開始へと進行し得るため、ポリマーネットワークへ共有結合されることになる。
の形態を取る。これらの開始剤は開裂して、
を形成する。これらの成分はいずれも重合開始へと進行し得るため、ポリマーネットワークへ共有結合されることになる。
3D形成物体の構造特性は、3D物体に広範な特性を持たせられるよう、3D物体の形成に使用する材料の特性と併せて選択することができる。本出願において前述の二重硬化の材料および方法は、広範な3D物体を形成する上で望ましい材料特性を有する複雑な形状の形成に使用することができる。
上記の方法、構造物、材料、組成物および特性を使用して、事実上無限の数の生産物を3D印刷することができる。例として、医療機器および埋込型医療機器、例えばステント、薬物送達用デポー剤、カテーテル、膀胱、豊胸インプラント、睾丸インプラント、胸部インプラント、眼球インプラント、コンタクトレンズ、歯列矯正器具、微小流体工学用具、シール、被覆物ならびにその他、高い生体適合性を要する用途、機能的構造物、微小針配列、繊維、ロッド、導波管、微小機械装置、微小流体装置、ファスナー、電子機器ハウジング、歯車、プロペラ、インペラ、ホイール、機械装置ハウジング、工具、構造要素、蝶番(生体蝶番を含む)、ボートおよび船舶の船体および甲板、ホイール、瓶、甕および他の容器、管、液体チューブおよびコネクター、靴底、ヒール、中敷きおよびミッドソール、ブッシュ、Oリングおよびガスケット、衝撃吸収装置、ファンネル/ホースアセンブリ、クッション、電子機器ハウジング、すね当て、競技用帽子、ヒザパッド、ヒジパッド、発泡体ライナー、パッドおよび挿入物、ヘルメット、ヘルメットのストラップ、ヘッドギア、靴の滑り止め具、手袋、他の着用具または競技用具、ブラシ、櫛、指輪、宝飾品、ボタン、スナップ、ファスナー、時計バンドまたは時計ハウジング、携帯電話機またはタブレットのケーシングまたはハウジング、コンピューターキーボードまたはキーボードのボタンまたは部品、遠隔制御装置のボタンまたは部品、自動車のダッシュボード部品、ボタン、ダイヤル、自動車車体部品、パネリング、他の自動車、航空機または船舶用の部品、調理器具、耐熱皿、台所用品、スチーマーならびにその他、数え切れないほどの3D物体が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。形成され得る有用な3D生産物の世界は、弾性特性を含む広範な形状および特性を、継続的液体界面印刷を使用して形状を固定できる二重硬化など、多様な硬化方法の使用を通じて付与する能力によって大きく広げることができ、後続の熱硬化または他の硬化を用いて、弾性または他の望ましい特定を提供することができる。前述の構造物、材料および特性をどれでも組み合わせて、前述の3D形成生産物を含め、3D物体を形成することができる。これらは単なる例であり、他にも数え切れないほどの3D物体を、本明細書に記載の方法および材料を使用して形成することができる。
所望により、中間体の洗浄は、これに限定されるわけではないが、米国特許第5,248,456号(この開示は、ここに引用することにより本明細書の一部をなすものとする)に記載のものを含む任意の好適な装置を利用して、任意の好適な技法により実行することができる。
本発明は、上記および下記にて詳述のとおり、好ましくは継続的液体相間/界面重合によって実行される一方、一部の実施形態において、積層造形を含め、ボトムアップまたはトップダウン三次元製作向けに代替的な方法および装置を使用することができる。このような方法および装置の例として、Hullの米国特許第5,236,637号、Lawtonの米国特許第5,391,072号および米国特許第5,529,473号、Johnの米国特許第7,438,846号、Shkolnjkの米国特許第7,892,474号、El−Siblaniの米国特許第8,110,135号、Joyceの米国特許出願公開第2013/0292862号およびChen et al.の米国特許出願公開第2013/0295212号およびRobeson et al.のPCT出願公開第WO2015/164234号に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。これらの特許および出願の開示は全体が、ここに引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
上述のように、図1Aは、本発明に係る方法の特定の実施形態を概略的に示し、最終物体は、まず2つのセグメントとして形成され、次いで、第2の硬化工程が最終物体を生成するように2つのセグメントが互いに接触される。上述のような方法により、2つ(またはそれ以上)の中間体の少なくとも一方または両方が、好ましくは生成される。したがって、ある程度図1Aに示されるように、三次元物体を形成する方法であって、
(a)(積層造形により、例えばボトムアップまたはトップダウン三次元製作により)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、重合性液体は、(i)光重合性液体の第1の成分と、(ii)第1の成分とは異なる固化性の第2の成分(例えば反応性の第2の成分)との混合物(例えば、この混合物は、カチオン性光開始剤を含有しないか、または異なる物理的機構によってさらに固化される、または異なる化学反応によってさらに反応し、重合もしくは鎖延長する)を含み、形成工程は、重合性液体に光を照射することにより行われ;第1の中間物体は、三次元物体の第1の部分と同じ形状または三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、
(b)(場合により、ただし好ましくは、積層造形により、例えばボトムアップまたはトップダウン三次元製作により)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、第2の重合性液体は、(i)光重合性液体の第1の成分と、(ii)第1の成分とは異なる固化性の第2の成分(例えば反応性の第2の成分)との混合物(例えば、この混合物は、カチオン性光開始剤を含有しないか、または異なる物理的機構によってさらに固化されるか、または異なる化学反応によってさらに反応し、重合もしくは鎖延長する)を含み、形成工程は、重合性液体に光を照射することにより行われ;第2の中間物体は、三次元物体の第2の部分と同じ形状または三次元物体の第2の部分に付与される形状を有する、工程と、次いで、任意の順番で、
(c)場合により、第1の中間体および/または第2の中間体を洗浄する工程と、
(d)第1の中間物体を第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、接触(および/または洗浄)工程の後に、
(e)固化性の第2の成分(例えば反応性の第2の成分)を、第1および第2の中間物体が互いに接触している間、第1および第2の中間物体のそれぞれにおいて固化および/または硬化(例えばさらなる反応、さらなる重合、さらなる鎖延長)する工程であって、これによって第1および第2の中間物体を互いに結合させ、三次元物体を形成する、工程と
を含む方法が提供される。
(a)(例えば、光重合により、好ましくは積層造形、例えばボトムアップまたはトップダウン三次元製作により)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、第1の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、第1の中間物体は、三次元物体の第1の部分と同じ形状または三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、
(b)(例えば、光重合により、好ましくは積層造形、例えばボトムアップまたはトップダウン三次元製作により)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、第2の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、第1の中間物体は、三次元物体の第1の部分と同じ形状または三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、次いで、任意の順番で、
(c)場合により、第1の中間体および/または第2の中間体を洗浄する工程と、
(d)第1の中間物体を第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、接触(および/または洗浄)工程の後に、
(e)第1および第2の中間物体が互いに接触している間、第1および第2の中間物体を加熱および/またはマイクロ波照射する工程であって、これによって第1および第2の中間物体を互いに結合させ、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーで構成される三次元物体を形成する、工程と
によって実行される。
<高アスペクト比の張力調整式ビルトプレートアセンブリ>
図7は本発明の3インチ×16インチの「高アスペクト比」長方形ビルドプレート(または「ウィンドウ」)アセンブリの上面図であり、図8は同アセンブリの分解図であり、フィルムの寸法は3.5インチ×17インチである。図9の側方断面図に示すように、バットリングおよびフィルムベースの内径と比べ、フィルム自体のサイズが大きいことにより、フィルムの周囲または円周フランジ部分をバットリングとフィルムベースとの間に挟んで固定することができる。バットリングとフィルムベースとの間でポリマーフィルムを整列しやすいよう、周囲または円周フランジ部分のポリマーフィルムに1つ以上の登録穴(不記載)を設けることができ、これは中間のポリマーフィルムをしっかり固定する形で、相互に延びる複数のネジ(不記載)(ポリマーフィルムの周辺端部の穴を一部または全部が通過する)を使用して相互に固定される。
<円形の張力調整式ビルドプレートアセンブリ>
図10は本発明の直径2.88インチの円形ビルドプレートの上面図、図11は同プレートの分解図であり、フィルムの寸法は直径4インチであってもよい。構成は上記の実施例1に記載のものと同様であるが、円周方向の波形ばねアセンブリが記載のとおり取り付けられる。フィルムに掛かる張力を、好ましくは上記の実施例1に記載の張力と同等に(同じく、製作速度などの動作条件に応じて)調整する。
<調整式ビルドプレートの付加的な実施形態>
図12は、図7〜図11のビルドプレートの様々な代替的な実施形態を示す図である。材料および張力は、前述と同様であってもよい。
<装置の実施形態例>
本発明の例示的な実施形態による装置について、図13は前方透視図であり、図14は側面図であり、図15は後方透視図である。装置100はフレーム102および筐体104を含む。図12〜図14では、筐体104の大半が除外されているか、または透明に示されている。
<装置の別の実施形態例>
図17は、本発明の別の例示的な実施形態による装置200の前方透視図である。装置200は装置100と同じ構成要素および特徴を含むが、相違点は以下のとおりである。
<装置の別の実施形態例>
本発明の別の例示的な実施形態による装置300について、図19は前方透視図であり、図20は側面図である。装置300は装置100と同じ構成要素および特徴を含むが、相違点は以下のとおりである。
<Luaスクリプト記述による制御プログラム>
現在のプリンター技術において、上質な部品製作を確保するために必要な制御水準は低い。部品の品質を確保するには、光強度、曝露時間およびキャリアの運動等、物理的パラメーターをすべて最適化すべきである。「Lua」というプログラミング言語を使用するParallax社のPROPELLER(商標)マイクロコントローラー等の制御装置に対するスクリプト記述インターフェースを活用すれば、使用者はプリンターのあらゆる側面を低い水準で制御できるようになる。一般的にR.Ierusalimschy,Programming in Lua (2013)(ISBN−10:859037985X;ISBN−13:978−8590379850)を参照されたい。
以下は、スライス化された3Dモデルから或る部品を印刷する際の最も基本的な方法である。スライス化されたモデルの印刷は、データのローディング、プリンターの準備、印刷、およびシャットダウン、これら4つの主要部分で構成される。
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンターが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(exposureTime)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,16000)
exposureTime=1.5−秒単位。
preExposureTime=0.5−秒単位。
stageSpeed=300−mm/hr単位。
−モデルのローディング
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンターの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンターが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex =0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight = sliceheight(sliceIndex)
−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(exposureTime)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,16000)
gotostart()−プリンターによって異なる最大速度で始動するようステージを移動させる。
gotostart()−初期設定速度で原点まで移動する。
gotostart(number speed)−任意の速度(mm/hr単位)で始動するようステージを移動させる。
gotostart(15000)−15000mm/hrでステージを原点まで移動させる。
−speed:ステージが始動位置まで移動する速度(mm/hr単位)。
movetoを使用すると、任意の速度で所望の高さまで移動するようステージに指示することができる。速度および加速度の安全な上限と下限が内部的に確保される。
moveto(number targetHeight,number speed)
moveto(25,15000)−15,000mm/hrで25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,number acceleration)
このバージョンの関数により、速度同様、加速度も定義することができる。ステージは初期速度で移動し始めた後、加速する。
moveto(25,20000,1e7)−100万mm/hr2で加速しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,table controlPoints,function callback)
この関数は、基本バージョンの関数と同様に振舞う。初期の速度および位置で始動し、制御点テーブル上の最高点まで移動する。ステージが各制御点を通過すると、callbackが呼び出される。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveto(25,20000,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
moveto(number targetHeight,number speed,number acceleration,table controlPoints,function callback)
この関数は、使用者が加速を渡すことができるという点を除き、上記と同じである。ステージは、最後の制御点に到達するまで、初期位置から連続的に加速する。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveto(25,20000,0.5e7,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−50万mm/hr2で加速すると同時にslicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrでステージを25mmまで移動する。
−targetHeight:ステージが移動する先の原点からの高さ(mm単位)。
−initialSpeed:ステージが移動を開始する初期速度(mm/hr単位)。
−acceleration:初期速度からのステージの加速度(mm/hr2単位)。
−controlPoints:目標高さ(mm単位)の表。ステージが目標高さに到達した後、callback関数を呼び出す。
−callback:ステージが制御点に到達した際に呼び出される関数に対するポインター。callback関数は、ステージが到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
movebyを使用すると、任意の速度で所望の量、ステージの高さを変えることができる。速度および加速度の安全な上限と下限が内部的に確保される。moveby(number dHeight,number initalSpeed)
1 moveby(−2,15000)−15,000mm/hrで2mm下方へ移動する。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,number acceleration)
このバージョンの関数により、速度同様、加速度も定義することができる。ステージは初期速度で移動し始めた後、行先に到達するまで、accelerationの分、加速する。
1 moveby(25,15000,1e7)−1e7mm/hr2で加速しながら、15,000mm/hrで25mm上方へ移動する。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,table controlPoints,function callback)
この関数を使用すると、絶対高座標の表を関数に渡すことができる。これらの目標高さのうちの1つにステージが到達した後、「callback」関数を呼び出す。callbackは、到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveby(25,20000,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出しながら、20,000mm/hrで25mm上方までステージを移動させる。
moveby(number dHeight,number initialSpeed,number acceleration,table controlPoints,function callback)この関数は、使用者が加速を渡すことができるという点を除き、上記と同じである。ステージは、最後の制御点に到達するまで、初期位置から連続的に加速する。
function myCallbackFunction(index)−callback関数を定義する。
print(“hello”)
end
moveby(25,20000,1e7,slicecontrolpoints(),myCallbackFunction)−slicecontrolpoints()によって生成される制御点でmyCallbackFunctionを呼び出し、1e7mm/hr2で加速しながら、20,000mm/hrで25mm上方までステージを移動させる。
−dHeight:望ましいステージの高さの変化(mm単位)。
−initialSpeed:ステージが移動を開始する初期速度(mm/hr単位)。
−acceleration:初期速度からのステージの加速度(mm/hr2単位)。
−controlPoints:目標高さ(mm単位)の表。ステージが目標高さに到達した後、callback関数を呼び出す。
−callback:ステージが制御点に到達した際に呼び出される関数に対するポインター。callback関数は、ステージが到達した制御点のインデックスに当たる1つの引数を取るべきである。
light
relayはプリンター内での光エンジンのオン/オフの切り替えに使用される。印刷を行うには、光エンジンがオンの状態でなければならない。スクリプト終了時にrelayがオフに設定されていることを確認すること。
relay(boolean lightOn)
relay(true)−光エンジンを起動する。
−lightOn:falseは光エンジンをオフにし、trueは光エンジンをオンにする。
このセクションの関数はスライス化された部品のファイルを使用せずに形状を投影する目的で存在する。このセクションの関数はすべて、figureIndexと呼ばれる任意の数値を有する。1つのスライス内の個々の図形が固有のインデックスを有する。図形は別の図形の上に存在する。図形は、インデックスが最も高い図形が「最上部」となるよう描画されるため、下方にある何かによって塞がれることはない。初期設定により、インデックスは、最後に作成された図形が最上部となるように作成されるよう、割り当てられる。ただし、所望のインデックスをfigureIndexへ渡すことにより、インデックスを変更することができる。
addcircle(number x,number y,number radius,number sliceIndex)
addcircleは指定されたスライス内に円を描く。
addCircle(0,0,5,0)−第1のスライスの原点に半径5mmの円を作成する。
−x:円の中心から原点までの横方向の距離(mm単位)。
−y:円の中心から原点までの縦方向の距離(mm単位)。
−radius:円の半径(mm単位で測定)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
addrectangle(number x,number y,number width,number height,number sliceIndex)
addrectangleは、指定されたスライス内に矩形を描く。
addrectangle(0,0,5,5,0)−左上隅を原点として、5mm×5mmの正方形を作成する。
−x:矩形の左上隅の横座標(mm単位)。
−y:矩形の左上隅の縦座標(mm単位)。
−width:矩形の幅(mm単位)。
−height:矩形の高さ(mm単位)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
addline(number x0,number y0,number x1,number y1,number sliceIndex)
addlineは線分を描く。
addLine(0,0,20,20,0)−第1のスライスのx軸とy軸に沿って、原点から20mmまでの線を作成する。
−x0:線分の第1点の横座標(mm単位で測定)。
−y0:線分の第1点の縦横座標(mm単位で測定)。
−x1:線分の第2点の横座標(mm単位で測定)。
−y2:線分の第2点の縦座標(mm単位で測定)。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
text(number x,number y,number scale,string text,number sliceIndex)
addtextは、指定されたスライス上に、「x,y」の位置を始点として、「scale」のサイズの文字でテキストを描く。
addtext(0,0,20,“Hello world”,0)−第1のスライスの原点に「Hello World」と書く。
−x:テキスト周囲の境界ボックスの左上隅の横座標(mm単位で測定)。
−y:テキスト周囲の境界ボックスの左上隅の縦座標(mm単位で測定)。
−scale:文字サイズ(mm単位)。解釈は基本オペレーティングシステムに応じて変動し得る(Windows、OSX、Linux(登録商標)等)。
−text:スライス上に実際に描かれるテキスト。
−sliceIndex:図形が追加される先のスライスのインデックス。
戻り値:図形のfigureIndex。
fillmask
fillmask(number color,number sliceIndex, number figureIndex)
fillmaskは、プロシージャルな幾何形状の描画方法の制御に使用される。fillmaskは当該の図形に対し、内側全体を色で埋めるよう指示する。
−color:0〜255の範囲の任意の数でよい。0は黒、255は白を意味し、これらの中間の任意の値は、色値に基づいて黒と白の間で線形に補間される灰色の陰影である。0未満の値はすべて、透明色を生じる。
myCircle=addCircle(0,0,5,0)−埋める円を作成する。
fillmask(255,0,myCircle)−白で塗りつぶされた円を作成する。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、どれを埋めるべきかの判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
linemask(number color,number sliceIndex,number figureIndex)
linemaskは、プロシージャルな幾何形状の描画方法の制御に使用される。linemaskは図形に対し、特定の色で輪郭線を引くよう指示する。輪郭線の幅はlinewidth関数によって定義される。
myCircle=addCircle(0,0,20,0)−埋める円を作成する。
linemask(255,0,myCircle)−円の輪郭線を白色に設定する。
fillmask(150,0,myCircle)−円を灰色で塗りつぶすよう設定する。
−color:0〜255の範囲の任意の数でよい。0は黒、255は白を意味し、これらの中間の任意の値は、色値に基づいて黒と白の間で線形に補間される灰色の陰影である。0未満の値はすべて、透明色を生じる。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、どれを埋めるべきかの判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
linewidth(number width,number sliceIndex,number figureIndex)
linewidthは、図形の輪郭線を引くためにlinemaskが使用する線の幅の設定に使用される。
linewidth(2,0)−第1のスライス上のすべての図形について、線の幅を2mmに設定する。
−sliceIndex:修正されるべきスライスのインデックス。
−figureIndex:スライス上の図形のうち、輪郭線を変更すべき図形の判定に使用される。個々の図形が固有のインデックスを有する。詳しくはセクション2.3(10頁)を参照のこと。figureIndexが渡されなければ、塗りつぶしはスライス内のすべての図形に適用される。
loadmask(string filepath)
loadmaskは、高度な充填制御を可能にする。これを使用すると、ビットマップファイルからテクスチャをロードし、それを使用して図形全体をテクスチャで埋めることができる。
texture=loadmask(“voronoi_noise.png”)−テクスチャをロードする。voronoi_noise.pngはスクリプトと同じディレクトリ内にある。
myCircle=addCircle(0,0,20,0)−埋める円を作成する。
fillmask(texture,0,myCircle)−円をボロノイノイズで埋める。
−filepath:画像ファイルへのファイルパス。
戻り値:色引数としてfillmaskまたはlinemask関数へ渡すことができる特殊データタイプ。
showframe
showframe(number sliceIndex)
showframeは、印刷プロセスに不可欠である。この関数はデータをスライスからプリンターへ送る。showframe(−1)等、黒いフレームを描画する場合、存在しないフレーム上でshowframesを呼び出す。
showframe(2)−第3のスライスを示す。
−sliceIndex:プリンターへ送るスライスのインデックス。
framegradient(number slope)
framegradientは、光強度の差を補うよう設計されている。
calcframe()
calcframeはスライスの構成を分析し、最後に示されるフレームを計算するよう設計されている。
showframe(0)
calcframe()
戻り値:図形の任意の点と端部との間の最大可能な距離。
loadframe(string filepath)
loadframeは、使用可能なビットマップファイルから単一のスライスをロードする際に使用される。
loadframe(“slice.png”)−slice.pngはスクリプトと同じディレクトリ内にある。
−filepath:スライス画像へのファイルパス。
addslice
addslice(number sliceHeight)
addsliceは、スライススタック終了時に新たなスライスを任意の高さに作成する。
addslice(.05)−0.05mmの位置にスライスを追加する。
addslice(number sliceHeight,number sliceIndex)
addslice(.05,2)−0.05mmおよびインデックス2にスライスを追加する。これはインデックスが2以上のすべての層を押し上げる。
addsliceは任意の高さおよびスライスインデックスに新たなスライスを作成する。
−sliceHeight:スライスの高さ(mm単位)。
−sliceIndex:スライスを追加すべきインデックス。
戻り値:スライスインデックス。
loadslices(string filepath)
loadslicesは、2Dスライスファイルからすべてのスライスをロードする際に使用される。
loadslices(“Chess King.svg”)−Chess King.svgファイルからすべてのスライスをロードする。
−filepath:スライス化されたモデルへのファイルパス。許容可能なフォーマットは「.cli」および「.svg」である。
戻り値:スライス数。
sliceheight(number sliceIndex)
sliceheightは、ベース上方のスライスの高さ(mm単位)の判定に使用される。
addslice(.05,0)−第1のスライスを0.05mmに設定する。
sliceheight(0)−スライスの高さ0をチェックする。この例では0.05を戻すべきである。
−sliceIndex:チェック対象スライスのインデックス。
戻り値:スライスの高さ(mm単位)。
2.6.4 slicecontrolpoints
slicecontrolpoints()
slicecontrolpointsは、モデルの各スライスの制御点を作成する補助関数である。これらの制御点をmovetoまたはmoveby関数へ渡すことにより、ステージが各スライスの高さに到達した時点でcallback関数を呼び出すよう設定することができる。この関数を呼び出す前に、loadslicesが呼び出し済みであることを確認すること。
loadslices(“Chess King.svg”)
controlPoints=slicecontrolpoints()
戻り値:制御点が記載されたLua表。
Sleep
sleep(number seconds)
sleepを使用すると、設定された秒間、プログラムの実行を一時停止することができる。
sleep(.5)−0.5秒間スリープする。
−seconds:スクリプトの実行を一時停止する秒数。
clock()
clockは現在の時間を秒単位で戻す。少なくともミリ秒単位で正確であり、したがってLuaの内蔵クロック機能の代わりに使用すべきである。clockは、秒数の計時がシステムによって変動することから、始動時間としての時間差を測定する手段として使用すべきである。
t1=clock()
loadslices(“Chess King.svg”)
deltaTime=clock()−t1
戻り値:システム時間(秒単位)。
この一連の関数は、流体制御に対応するプリンターモデルと併用することができる、スクリプトが実行を終える前に、setlevels(0,0)を呼び出して、バットへの流体圧送をポンプが止めることを確保すべきである。
getcurrentlevel()
getcurrentlevelは、満杯であるバットの割合を戻す。
print(string.format(“Vat is %d percent full.”,getcurrentlevel()*100))
戻り値:満杯であるバットの割合を表す、0〜1の範囲の浮動小数点数。
setlevels(number min,number max)
setlevelsを使用すると、バット内に存在すべき流体の量を定義することができる。流体の高さはポンプによって自動的に規制されることになる。弁が絶えず開閉しているわけではないことを確保するよう、minとmaxの差を0.05より大きくすべきである。
setlevels(.7,.75)−バットを約75%充填の状態に維持する。
−min:満杯であるべきバットの最小割合。0〜1の浮動小数点数として入力する。
−max:満杯であるべきバットの最大割合。0〜1の浮動小数点数として入力する。
infoline
infoline(int lineIndex,string text)
infolineを使用すると、Programmable Printer Platformのサイドバーの一定の位置に最大5行のテキストを表示させることができる。この関数は多くの場合、複数の変数を使用者が一度にモニタリングすることを可能にする。
infoline(1, string.format(“Vat is %d percent full.”,getcurrentlevel()*100))
−lineIndex:行のインデックス。インデックスは1〜5の範囲であるべきである。1が最上段の行に相当する。
−text:行インデックスに表示させるテキスト。
印刷スクリプトを実行する前に、すべてのグローバル変数を、cfgと呼ばれる構成表へロードする。この表内のデータはほとんどが、使用者がスクリプトを実行する前にProgrammable Printer Platformによって読み込まれているため、変更しても影響はない。ただし、cfgのxscale、yscale、zscale、xorigおよびyorigのフィールドへの書き込みは、後で行われるすべてのloadslicesおよびaddlayerの呼び出しに影響を及ぼす。使用者のスクリプトが特性のスケールおよび/または位置で実行される場合、スケールと位置がProgrammable Printer Platformによって偶発的に変更され得ないことを確保するよう、cfgを無効にして適正な設定に差し替えるのが賢明である。
cfg.xscale=3−グローバル設定を無効にしてx軸上のスケールを3に設定する。
cfg.yscale=2−グローバル設定を無効にしてy軸上のスケールを2に設定する。
cfg.zscale=1−グローバル設定を無効にしてz軸上のスケールを1に設定する。
cfg.xorig=−2.0−グローバル設定を無効にしてx軸上の原点を2mm左に設定する。
cfg.yorig=0.25−グローバル設定を無効にしてy軸上の原点をプラス0.25mmの方向に設定する。
−serial port:シリアルポート名(この変数を変更してもコードに影響しない)
−xscale:x軸のスケール
−yscale:y軸のスケール
−zscale:z軸のスケール
−xorig:x軸の原点
−yorig:y軸の原点
−hw xscale:x方向のピクセル分解能(この変数を変更してもコードに影響しない)
−hw yscale:y方向のピクセル分解能(この変数を変更してもコードに影響しない)
数学標準ライブラリには、幾何形状計算に役立つ様々な関数が収録されている。文字列オブジェクトは、文字列を操作する場合の印刷に最も役立つ。詳しくはLabLua at Departamento de Informatica,PUC−Rio,Rua Marques de Sao Vicente,225;22451−900 Rio de Janeiro,RJ,Brazilへ問い合わせのこと。
<継続的な印刷向けのLuaスクリプトプログラム>
この実施例では、継続的な三次元印刷に関して上記の実施例7に該当するLuaスクリプトプログラムを提示する。
sliceDepth=.05−mm単位
exposureTime=.225−秒単位
−モデルのローディング
modelFilePath=“Chess King.svg”
numSlices=loadslices(modelFilePath)
controlPoints=slicecontrolpoints()−制御点を生成する。
−パラメーターの計算
exposureTime=exposureTime/(60*60)−時間単位に換算する。
stageSpeed=sliceDepth/exposureTime−必要な距離/所要時間。
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calulated Stage Speed:%dmm/hr¥n”,stageSpeed))
infoline(3,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(4,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60))
−movetoと併せて使用するためのCallback関数の作成
function movetoCallback(controlPointIndex)
showframe(controlPointIndex)
end
−プリンターの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンターが流体ポンプを、充填率約50%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
moveto(maxPrintHeight,stageSpeed,controlPoints,movetoCallback)
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,160000)
<シリンダーおよびバックル向けのLuaスクリプトプログラム>
本実施例では、プロシージャルな幾何形状を使用する、2つの作り付け部品向けのLuaスクリプトプログラムを提示する。
−定数
exposureTime=1.5−秒単位
preExposureTime=1−秒単位
stageSpeed=300−mm/hr単位
sliceDepth=.05
numSlices=700
−モデルの生成
radius=11
thickness=4
smallCircleRad=1.4
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
addlayer(sliceDepth*(sliceIndex+1),sliceIndex)−スライスの深さ×インデックス=スライスの高さ
largeCircle=addcircle(0,0,radius,sliceIndex)
linewidth(thickness,sliceIndex,largeCircle)
linemask(255,sliceIndex,largeCircle)
for i=0,2*math.pi,2*math.pi/8 do
addcircle(math.cos(i)*radius,math.sin(i)*radius,smallCircleRad,sliceIndex)
end
fillmask(0,sliceIndex)
end
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est.Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンターの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンターが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(1.5)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す
moveby(25,160000)
−定数
exposureTime=1.5−秒単位
preExposureTime=0.5−秒単位
stageSpeed=300−mm/hr単位
sliceDepth=.05
numSlices=900
−モデルの生成
baseRadius=11
thickness=3
innerCircleRad=7.5
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
addlayer(sliceDepth*(sliceIndex+1))−スライスの深さ×インデックス=スライスの高さ。
if(sliceIndex<100)then−ベース
addcircle(0,0,baseRadius,sliceIndex)
fillmask(255,sliceIndex)
else−内側の円。
innerCircle=addcircle(0,0,innerCircleRad,sliceIndex)
linewidth(thickness,sliceIndex,innerCircle)
linemask(255,sliceIndex,innerCircle)
for i=0,4*2*math.pi/8,2*math.pi/8 do
x=math.cos(i)*(innerCircleRad+thickness)
y=math.sin(i)*(innerCircleRad+thickness)
cutLine=addline(x,y,−x,−y,sliceIndex)
linewidth(3,sliceIndex,cutLine)
linemask(0,sliceIndex,cutLine)
end
if(sliceIndex>800)then−チップ。
r0=innerCircleRad+2
if(sliceIndex<850)then
r0=innerCircleRad+(sliceIndex−800)*(2/50)
end
for i=0,4*2*math.pi/8,2*math.pi/8 do
ang=i+(2*math.pi/8)/2
x=math.cos(ang)*(r0)
y=math.sin(ang)*(r0)
nubLine=addline(x,y,−x,−y,sliceIndex)
linewidth(2,sliceIndex,nubLine)
linemask(255,sliceIndex,nubLine)
end
fillmask(0,sliceIndex,addcircle(0,0,innerCircleRad−(thickness/2),sliceIndex))
end
end
showframe(sliceIndex)
sleep(.02)
end
−パラメーターの計算
maxPrintHeight=sliceheight(numSlices−1)−印刷時の最高点を判定する。これは最後のスライスの高さと同じである。スライスのインデックスが0の場合、値は−1である。
infoline(1,“Current Print Info:”)
infoline(2,string.format(“Calculated Max Print Height:%dmm”,maxPrintHeight))
infoline(3,string.format(“Calculated Est. Time:%dmin”,(maxPrintHeight/stageSpeed)*60+(preExposureTime+exposureTime)*numSlices/60))
infoline(4,string.format(“Number of Slices:%d”,numSlices))
−プリンターの準備
relay(true)−光エンジンを起動する。
showframe(−1)−セットアップ中に何も曝露されていないことを確保する。
setlevels(.55,.6)−利用可能な場合、プリンターが流体ポンプを、充填率約55%を維持するように設定する。
−印刷実行
gotostart()−ステージを始動位置まで移動させる。
for sliceIndex=0,numSlices−1 do
infoline(5,string.format(“Current Slice:%d”,sliceIndex))
nextHeight=sliceheight(sliceIndex)−このフレームを曝露させるためにステージがあるべき高さを計算する。
moveto(nextHeight,stageSpeed)−nextHeightまで移動する。
sleep(preExposureTime)−酸素が樹脂中へ拡散するために所定の時間、待機する。preExposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(sliceIndex)−曝露させるフレームを示す。
sleep(1.5)−フレームが曝露する間、待機する。exposureTimeは「定数」セクションで事前に定義されている。
showframe(−1)−ステージが次の位置まで移動中に無曝露を確保するよう、何も示さない。
end
−シャットダウン
relay(false)
setlevels(0,0)
−ステージを持ち上げて部品を取り出す。
moveby(25,160000)
<断続的な照射および移動による継続的な造形>
本発明の一プロセスが図22に例示されており、この図では縦軸が、ビルド面から離れるキャリアの動きを図解している。この実施形態では、縦方向移動または移動工程(キャリアまたはビルド面のいずれか、好ましくはキャリアの駆動によって達成され得る)が継続的かつ一方向であり、照射工程も同時に実行する。製作する物品の重合は重合の傾斜部から発生し、したがって物品内での「層ごとの」分断線の発生が最小限に抑えられる。
<重合性液体によるビルド領域充填を確かにするための、移動過程での往復運動の採用による継続的な造形>
本発明のさらなる一実施形態が、図24で例示されている。上記の実施例10同様、この実施形態でも、移動工程を段階的に実行し、キャリアおよびビルド面が互いに離れる形での能動的移動の合間に一時停止を導入する。同じく上記の実施例10同様、照射工程を断続的に、やはり移動工程の一時停止中に実行する。ただしこの実施例では、移動および照射の一時停止中にデッドゾーンおよび隣接する重合の傾斜部を維持する能力は、照射の一時停止中における縦方向往復運動の導入に活用される。
<部品の品質を高めるための、往復運動のアップストローク中の加速および往復運動のダウンストローク中の減速>
我々の所感として、アップストロークおよび対応するダウンストロークの速度には限度があり、それを超えてしまうと、製作する部品または物体の品質劣化を引き起こす(おそらく、重合の傾斜部内の軟質領域において側方剪断力によって生じる樹脂流動の劣化が原因である)。こうした剪断力の低減および/または製作する部品の品質増進のため、アップストロークおよびダウンストロークの範囲内に可変性の速度を導入し、図25の概略図で例示されているとおり、アップストローク中に漸進的加速が発生し、ダウンストローク中に漸進的減速が発生するようにする。
<PEGDA+EGDA+ポリウレタン(HMDIベース)を使用する二重硬化>
以下の混合物を5g、高剪断ミキサー内で3分間混合した。
1gのポリ(エチレングリコール)ジアクリレート(Mn=700g/mol)(ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(DPO)を12重量%含有)。
1gのジエチレングリコールジアクリレート(DPOを12重量%含有)。
1gの「A剤」ポリウレタン樹脂(メチレンビス(4−シクロヘキシルイソシアネート):Smooth−On(登録商標)社から販売されている「ClearFlex50」がベース。
2gの「B剤」ポリウレタン樹脂(ポリオール混合物):Smooth−On(登録商標)社から販売されている「ClearFlex50」。
0.005gの非晶質黒鉛粉末。
<EGDA+ポリウレタン(TDIベース)を使用する二重硬化>
以下の混合物を5g、高剪断ミキサー内で3分間混合した。
1gのジエチレングリコールジアクリレート(DPOを12重量%含有)。
2gの「A剤」ポリウレタン樹脂(トルエンジイソシアネート):Smooth−On(登録商標)社から販売されている「VytaFlex30」がベース。
2gの「B剤」ポリウレタン樹脂(ポリオール混合物):Smooth−On(登録商標)社から販売されている「VytaFlex30」。
<二重硬化向けの反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーの合成>
200gの溶融無水2000Da、ポリテトラメチレンオキシド(PTMO2k)を、高架撹拌装置、窒素パージおよび温度計を装備した500mLの三口フラスコへ添加する。次いで44.46gのIPDIをフラスコへ添加し、均一なPTMO溶液になるまで10分間撹拌した後、140μLのスズ(II)触媒スズオクトエートを添加する。温度を70℃まで上げ、反応を3時間維持する。3時間経過後、温度を40℃まで徐々に下げ、そして追加のファンネルを使用して37.5gのTBAEMAを20分以内に添加する。その後、温度を50℃に設定し、100ppmのヒドロキノンを添加する。反応継続を14時間維持する。最終の液体を生成物として注ぎ出す。
<二重硬化向けの第2の反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーの合成>
150gの乾燥した1000Da、ポリテトラメチレンオキシド(PTMO1k)を、高架撹拌装置、窒素パージおよび温度計を装備した500mLの三口フラスコへ添加する。次いで50.5gのHDIをフラスコへ添加し、均一なPTMO溶液になるまで10分間撹拌した後、100μLのスズ(II)触媒スズオクトエートを添加する。温度を70℃まで上げ、反応を3時間維持する。3時間経過後、温度を40℃まで徐々に下げ、そして追加のファンネルを使用して56gのTBAEMAを20分以内に添加する。その後、温度を50℃に設定し、100ppmのヒドロキノンを添加する。反応継続を14時間維持する。最終の液体を生成物として注ぎ出す。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーを使用する印刷および熱硬化>
ABPU樹脂は、ABPUおよび鎖延長剤に使用するジイソシアネートに応じて100℃で2〜6時間にわたる熱硬化後のヒステリシスが低いエラストマーを生成するよう、表1の配合を使用して最大100mm/hrで形成することができる(場合により、ただし好ましくは継続的液体相間/界面印刷を使用する)。
<付加的なポリウレタン二重硬化材料、試験および引張特性>
以下の略称を、下記の実施例で使用する:「DEGMA」はジ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレートを意味し、「IBMA」はイソボロニルメタクリレートを意味し、「PACM」は4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンを意味し、「BDO」は1,4−ブタンジオールを意味し、「PPO」はフェニルビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシドを意味し、「MDEA」は4,4’−メチレン−ビス−(2,6−ジエチルアニリン)を意味し、「2−EHMA」は2−エチルヘキシルメタクリレートを意味し、「PEGDMA」はポリ(エチレングリコール)ジメタクリレートを意味する(MW=700Da)。
<引張特性試験>
上記および下記の実施例において、引張特性をASTM規格D638−10、「プラスチックの引張特性に関する標準試験法」(ASTM International,100 Barr Harbor Drive,PO Box C700,West Conshohocken,PA,19428−2959 USA)に従って試験した。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表4に記載の成分を、PACMを除き、容器に添加して入念に混合(高架撹拌装置またはTHINKY(商標)ミキサー等遠心分離ミキサーのいずれかを使用)して、均一な樹脂を取得した。PACMを樹脂に添加し、さらに樹脂の容積および粘度に応じて2〜30分間混合した。樹脂を前述のとおりCLIPにより、D638タイプIVのドッグボーン型標本へと形成した後、125℃で2時間にわたり熱硬化させた。硬化したエラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表4にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表5の配合を使用したこと以外は実施例19と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。硬化標本をASTM規格に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表5にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表6の配合を使用したこと以外は実施例19と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。硬化標本をASTM規格に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表6にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表7に記載の成分を容器に添加して入念に混合(高架撹拌装置またはTHINKY(商標)ミキサー等遠心分離ミキサーのいずれかを使用)して、均一な樹脂を取得した。樹脂を正方形の鋳型(寸法は100×100×4mm)に流し込み、1分間にわたりUVフラッド硬化させた後、125℃で2時間にわたり熱硬化させた。取得したエラストマーシートを、ダイカッターで寸法100×20×4mmの矩形の棒状に切断した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表7にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表8の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表8にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表9の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表9にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表10の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表10にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表11の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表11にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表12の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表12にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表13の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表13にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
全成分の一括混合により表14の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表14にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表15の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表15にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表16の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表16にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表17の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表17にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表18の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表18にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表19の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表19にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表20の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表20にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表21の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表21にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表22の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表22にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表23の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表23にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表24の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表24にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表25の配合を使用したこと以外は実施例22と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表25にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表26に記載の成分を、PACMを除き、容器に添加して入念に混合(高架撹拌装置またはTHINKY(商標)ミキサーのいずれかを使用)して、均一な樹脂を取得した。次いでPACMを樹脂に添加し、さらに30分間混合した。樹脂をドッグボーン型標本へ流し込み、60秒間UVフラッド硬化させた後、125℃で4時間にわたり熱硬化させた。硬化標本をASTM規格に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表26にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表27の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表27にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表28の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表28にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表29の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表29にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表30の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表30にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表31の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表31にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表32の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表32にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表33の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表33にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表34の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表34にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表35の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表35にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表36の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表36にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表37の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表37にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表38の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表38にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表39の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表39にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表40の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表40にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表41の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表41にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表42の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表42にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表43の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表43にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表44の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表44にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからの二重硬化材料>
表45の配合を使用したこと以外は実施例41と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。エラストマー標本をASTM規格D638−10に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性を表45にまとめる。
<反応性ブロック化ポリウレタンプレポリマーからのエラストマー>
表46の配合を使用したこと以外は実施例20と同様にして硬化エラストマー標本を調製した。硬化標本は上記の開示と同様の弾性特性を示す。
<可撓性の「PVC様」光硬化性ポリウレタン>
本実施例では、可塑化PVCの物理的特性と類似した物理的特性を有する材料および生成物を生成する、二重硬化ポリウレタン樹脂について説明する。
IBMA:イソボルニルメタクリレート、反応性希釈剤。
LMA:ラウリルメタクリレート、反応性希釈剤。
TMPTMA:トリメチロールプロパントリメタクリレート、架橋剤。
TPO:ジフェニル(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド、光開始剤。
Wikoff Black:黒色顔料の分散体。
PACM:4,4’−メチレンビスシクロヘキシルアミン、鎖延長剤。
<二重硬化材料から製造される代表的なポリウレタン生産物>
上記の実施例または詳細な記述に記載のような重合性材料(または当業者にとって明らかとなるそれらの変形)は、多種多様な弾性特性を有する生産物を提供する。こうした特性の範囲の例は剛性から半剛性(剛性かつ可撓性)、可撓性および弾性にまで及ぶ。このような材料から製造され得る特定種類の生産物の例として、下記の表47に記載のものが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。生産物は、前述のとおり、前記方法の一部の実施形態により製造される際、反応後の非開始剤の断片(中間生産物を形成する第1の硬化の残留物)を含有する場合がある。前述のとおり、充填剤および/または色素等の付加的な材料の包含によって特性をさらに調整可能であることが理解されることになる。
<多様な構造セグメントおよび/または多様な引張特性を有するポリウレタン生産物>
実施例18−61に、上記の実施例62に記載のような弾性から半剛性、さらに可撓性に至る範囲の様々な引張特性を有するポリウレタン生産物の形成向けの材料が記載されている。
<シリコーンゴム生産物>
THINKY(商標)ミキサーを使用して、フェニルビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)ホスフィンオキシド(PPO)をイソボルニルアクリレート(IBA)中に溶解させる。メタクリルオキシプロピル末端ポリジメチルシロキサン(DMS−R31、Gelest社製)を溶液に添加し、続いてSylgardのA剤およびB剤(Corning PDMS前駆体)を添加し、次いでさらにTHINKY(商標)ミキサーを使用して混合して均一な溶液を生成する。溶液を前述の装置に入れ、前述の紫外光硬化によって三次元中間体を生成する。次いで三次元中間体を100℃で12時間掛けて熱硬化させて、最終のシリコーンゴム生産物を生成する。重量パーセントおよび引張特性を下記の表48に示す。
<エポキシ二重硬化生産物>
10.018gのEpoxAcast 690樹脂のA剤および3.040gのB剤を、THINKY(商標)ミキサーを使用して混合した。次いで3.484gを3.013gのRKP5−78−1、すなわちSartomer CN9782/N−ビニルピロリドン/ジエチレングリコールジアクリレートの65/22/13の混合物と混合して透明な配合物を生成し、これをDymax紫外光ランプの下で(引張強度試験用の)「ドッグボーン」型の試料鋳型内で2分間にわたり硬化させて、非常に弾性が高いが弱いドッグボーン型試料を得た。
−Smooth−On EpoxAcure 690はEEW 190エポキシ(おそらくビスフェノールAのジグリシジルエーテル)であり、ジアミノプロピレングリコールオリゴマーと一緒に販売され、5時間の開放時間と24時間の室温硬化を提供する。
−これを3種類の印刷用製剤と1:1で配合した。2種類の試料は良好な均質配合で弾性が非常に高かったが、標準的な2分間のUV硬化後では非常に弱いドッグボーン試料であった。
−その後、試料を84℃で5時間にわたり熱硬化させた結果、適度に強くて硬いが可撓性もある試料となり、1件の例では硬化に使用したポリスチレン製ペトリ皿に頑強に接着した。引張強度は控え目な5〜8MPaの範囲で、ベースのアクリレート樹脂より低かった。
一部の実施形態において、二重硬化部品を作製するためにABPU、特にエラストマーではなくABDIが使用される場合、UV硬化部品は一般にABPU戦略による対応する部品よりも高い剛度を有し得るという利点が得られる。ABDIの低い分子量により、高い架橋密度がUV硬化部品のより高いTgを確保する。その後の熱硬化の間、ABDI中のイソシアネート基が非ブロック化し、添加されたポリオールもしくはポリアミン、鎖延長剤、および/または架橋剤と反応してエラストマーを形成する。材料のこの剛度の変化により、より複雑なエラストマー幾何形状のより正確な生成が可能となり、さもなくば、ABPU戦略では未処理試料(中間物体)が軟質(通常1MPa未満のヤング率)であるため生成が困難である。ABDI戦略を使用した典型的な配合において、未処理試料は、通常30MPa超のヤング率を有する。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
表34に記載の成分を、アミンを除き、容器に添加して入念に混合(高架撹拌装置またはTHINKY(商標)等の遠心分離ミキサーのいずれかを使用)して、均一な樹脂を取得した。次いでアミンを樹脂に添加し、さらに樹脂の容積に応じて2〜30分間混合した。樹脂をCLIPにより、D412タイプIVのドッグボーン型標本へと印刷した後、125℃で2時間にわたり熱硬化させた。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表49にまとめる。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
実施例67の場合と同様に試料を調製した。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表50にまとめる。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
実施例67の場合と同様に試料を調製した。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表51にまとめる。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
実施例67の場合と同様に試料を調製した。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表52にまとめる。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
実施例67の場合と同様に試料を調製した。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表53にまとめる。
<反応性ブロック化イソシアネートからのエラストマー>
実施例67の場合と同様に試料を調製した。硬化したエラストマー標本をASTM規格D412に従って、前述のとおりInstron装置上で機械特性について試験した。その特性も表54にまとめる。
なお、本願の出願当初の特許請求の範囲の請求項は以下の通りである。
[請求項1]
三次元物体を形成する方法であって、
(a)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、前記重合性液体は、(i)前記第1の重合性液体の光重合性の第1の成分と、(ii)前記第1の重合性液体の前記第1の成分とは異なる前記第1の重合性液体の固化性の第2の成分との混合物を含み、前記形成工程は、前記第1の重合性液体に光を照射することにより行われ、前記第1の中間物体は、前記三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有する、工程と、
(b)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、前記第2の重合性液体は、(i)前記第2の重合性液体の光重合性の第1の成分と、(ii)前記第2の重合性液体の前記第1の成分とは異なる前記第2の重合性液体の固化性の第2の成分との混合物を含み、前記形成工程は、前記第2の重合性液体に光を照射することにより行われ、前記第2の中間体は、前記三次元物体の第2の部分と同じ形状または三次元物体の第2の部分に付与される形状を有する、工程と、
次いで、任意の順番で、
(c)場合により、前記第1の中間体および前記第2の中間体を洗浄する工程と、
(d)前記第1の中間物体を前記第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、前記接触および/または洗浄工程の後に、
(e)前記固化性の第2の成分(例えば前記反応性の第2の成分)を、前記第1および第2の中間物体が互いに接触している間、前記第1および第2の中間物体のそれぞれにおいて固化および/または硬化(例えばさらなる反応、さらなる重合、さらなる鎖延長)する工程であって、これによって前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記形成工程(a)および(b)の少なくとも1つが、(i)キャリアと、充填レベルと、場合により前記充填レベルを画定するビルド面を有する光学的に透明な部材とを用意する工程であって、前記キャリアおよび前記充填レベルは、その間にビルド領域を有する、工程と、(ii)前記ビルド領域を前記第1または第2の重合性液体で充填する工程と、(iii)(存在する場合には前記光学的に透明な部材を介して)前記ビルド領域に光を照射する工程であって、これによって前記第1または第2の重合性液体の前記第1の成分から固体ポリマーの足場を形成するとともに、前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に移動させて、前記三次元物体の前記第1または第2の部分と同じ形状または前記三次元物体の前記第1または第2の部分に付与される形状を有する前記第1または第2の三次元中間体を形成し、この三次元中間体が、前記固体ポリマーの足場内で担持される前記第1または第2の重合性液体の前記固化性の第2の成分を未固化形態および/または未硬化形態で含有する、工程とによって実行される、方法。
[請求項2]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、前記第1の成分中で可溶化または懸濁させた重合性液体を含む請求項1に記載の方法。
[請求項3]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、(i)前記第1の成分中で懸濁させた重合性固体、(ii)前記第1の成分中で可溶化させた重合性固体、または(iii)前記第1の成分中で可溶化させたポリマーを含む請求項1または2に記載の方法。
[請求項4]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおいて形成された前記三次元中間物体が、崩壊性または圧縮性である請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
[請求項5]
前記三次元物体のそれぞれが、前記第1の成分および前記第2の成分から形成されたポリマーブレンド、相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワーク、または逐次相互貫入ポリマーネットワークを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
[請求項6]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記重合性液体が、1または10重量パーセントから40、90または99重量パーセントまでの前記第1の成分を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
[請求項7]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記重合性液体が、1、10または60重量パーセントから90または99重量パーセントまでの前記第2の成分を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
[請求項8]
前記固化および/または硬化工程(e)が、(i)前記固化性の第2の成分のそれぞれを加熱すること、(ii)前記照射工程(a)もしくは工程(b)における光の波長とは異なる波長の光を、前記固化性の第2の成分のそれぞれに、照射すること、(iii)前記重合性の第2の成分のそれぞれを水に接触させること、および/または(iv)前記重合性の第2の成分のそれぞれを触媒に接触させることによって実行される請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
[請求項9]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマーの前駆体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、または天然ゴムを含み、前記固化および/または硬化工程が、加熱によって実行される請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
[請求項10]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーの前駆体を含み、前記固化および/または硬化工程が、前記第2の成分のそれぞれを水に接触させることによって実行される請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
[請求項11]
前記固化および/または硬化工程(e)が、前記固体中間物体のそれぞれが分解して、前記第2の成分の重合に必要な構成成分を形成するという条件下で、実行される請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
[請求項12]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマーの前駆体、シリコーン樹脂、開環メタセシス重合樹脂、クリック化学樹脂、またはシアネートエステル樹脂を含み、前記固化および/または硬化工程(e)が、前記第2の成分のそれぞれを重合触媒に接触させることによって実行される請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
[請求項13]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれが、(i)前記ビルド面に接触している重合化液体のデッドゾーンの継続的な維持と、(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマー足場との間に位置しかつこれらと相互に接触している、重合の傾斜ゾーンの継続的な維持とを同時に行いながら実行され、前記重合の傾斜ゾーンは、前記第1の成分が部分的に硬化した形態のものを含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
[請求項14]
前記光学的に透明な部材が、半透過性部材を含み、前記デッドゾーンの継続的な維持が、前記光学的に透明な部材を介した重合阻害剤の供給によって行われ、これにより、前記デッドゾーンにおいておよび場合による前記重合の傾斜ゾーンの少なくとも一部において、阻害剤の傾斜部を生成する請求項13に記載の方法。
[請求項15]
前記光学的に透明な部材がフルオロポリマーを含む請求項14に記載の方法。
[請求項16]
前記第1の成分がフリーラジカル重合性液体を含み、前記阻害剤が酸素を含むか、または前記第1の成分が酸触媒液体またはカチオン重合性液体を含み、前記阻害剤が塩基を含む請求項14または15に記載の方法。
[請求項17]
前記形成工程(a)および(b)のいずれか一方または両方において、前記重合性液体による前記ビルド領域の再充填を確かにするまたは速くするために、前記ビルド面を基準として前記キャリアを縦方向に往復運動させることをさらに含む請求項1〜16のいずれか一項に記載の方法。
[請求項18]
前記形成工程(a)および(b)の前記重合性液体のそれぞれにおいて、前記第1の成分が、化学線または光に対する曝露によって重合され得るモノマーおよび/またはプレポリマーを含み、前記第2の成分が、熱、水、水蒸気、前記第1の成分の重合時とは異なる波長の光、触媒、重合性液体からの溶媒の蒸発、マイクロ波照射に対する曝露、またはこれらの組み合わせに接触すると固化し得る請求項1〜17のいずれか一項に記載の方法。
[請求項19]
前記第1の成分のモノマーおよび/またはプレポリマーが、アクリレート、メタクリレート、α−オレフィン、N−ビニル、アクリルアミド、メタクリルアミド、スチレン、エポキシド、チオール、1,3−ジエン、ハロゲン化ビニル、アクリロニトリル、ビニルステル、マレイミド、ビニルエーテル、およびこれらの組み合わせから成る群から選択される反応性末端基を含む請求項18に記載の方法。
[請求項20]
前記第2の成分のモノマーおよび/またはプレポリマーが、エポキシ/アミン、エポキシ/ヒドロキシル、オキセタン/アミン、オキセタン/アルコール、イソシアネート/ヒドロキシル、イソシアネート/アミン、イソシアネート/カルボン酸、シアネートエステル、無水物/アミン、アミン/カルボン酸、アミン/エステル、ヒドロキシル/カルボン酸、ヒドロキシル/酸塩化物、アミン/酸塩化物、ビニル/Si−H、Si−Cl/ヒドロキシル、Si−Cl/アミン、ヒドロキシル/アルデヒド、アミン/アルデヒド、ヒドロキシメチルまたはアルコキシメチルアミド/アルコール、アミノプラスト、アルキン/アジド、クリック化学反応基、アルケン/硫黄、アルケン/チオール、アルキン/チオール、ヒドロキシル/ハロゲン化物、イソシアネート/水、Si−OH/ヒドロキシル、Si−OH/水、Si−OH/Si−H、Si−OH/Si−OH、パーフルオロビニル、ジエン/ジエノフィル、オレフィンメタセシス重合基、チーグラー・ナッタ触媒作用向けオレフィン重合基、開環重合基ならびにこれらの混合物から成る群から選択される反応性末端基を含む請求項18または19に記載の方法。
[請求項21]
ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーで構成される三次元物体を形成する方法であって、
(a)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、前記第1の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、前記第1の中間物体は、前記三次元物体の第1の部分と同じ形状または前記三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、
(b)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、前記第2の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、前記第1の中間物体は、前記三次元物体の第1の部分と同じ形状または前記三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、
次いで、任意の順番で、
(c)場合により、前記第1の中間体および/または前記第2の中間体を洗浄する工程と、
(d)前記第1の中間物体を前記第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、前記接触および/または洗浄工程の後に、
(e)前記第1および第2の中間物体が互いに接触している間、前記第1および第2の中間物体を加熱および/またはマイクロ波照射する工程であって、これによって前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーで構成される前記三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記形成工程(a)および(b)の少なくとも1つが、(i)キャリアと、充填レベルと、場合により前記充填レベルを画定するビルド面を有する光学的に透明な部材とを用意する工程であって、前記キャリアおよび前記充填レベルは、その間にビルド領域を有する、工程と、(ii)前記ビルド領域を前記重合性液体のそれぞれで充填する工程と、(iii)(存在する場合には前記光学的に透明な部材を介して)前記ビルド領域に光を照射し、固体のブロック化ポリマーの足場を形成するとともに、前記キャリアを前記ビルド面から離れる方向に移動させて、前記三次元中間体のそれぞれを形成することであって、前記中間体は、前記鎖延長剤を含有する、工程とによって実行される、方法。
[請求項22]
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれの前記照射工程および/または前記移動工程が、(i)前記ビルド面に接触している重合性液体のデッドゾーンの継続的な維持と、(ii)前記デッドゾーンと前記固体ポリマーとの間に位置しかつこれらと相互に接触している重合の傾斜ゾーンの継続的な維持とを同時に行いながら実行され、前記重合の傾斜ゾーンは、前記第1の成分が部分的に硬化した形態のものを含む請求項21に記載の方法。
[請求項23]
前記光学的に透明な部材が、半透過性部材を含み、前記デッドゾーンの継続的な維持が、前記光学的に透明な部材を介した重合阻害剤の供給によって行われ、これにより、前記デッドゾーンにおいておよび場合による前記重合の傾斜ゾーンの少なくとも一部において、阻害剤の傾斜部を生成する請求項22に記載の方法。
[請求項24]
前記半透過性部材がフルオロポリマーを含む請求項23に記載の方法。
[請求項25]
前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体は、(i)ブロック化または反応性ブロック化プレポリマー、(ii)鎖延長剤、(iii)光開始剤、(iv)場合によりポリオールおよび/またはポリアミン、(v)場合により反応性希釈剤、(vi)場合により顔料または色素、ならびに(vii)場合により充填剤の混合物を含む請求項21〜24のいずれか一項に記載の方法。
[請求項26]
前記ブロック化または反応性ブロック化プレポリマーが、式A−X−Aの化合物を含み、式中、Xはヒドロカルビル基であり、各Aは独立して選択される式(X)の置換基である請求項25に記載の方法。
[請求項27]
前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体は、(i)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート、(ii)ポリオールおよび/またはポリアミン、(iii)鎖延長剤、(iv)光開始剤、(v)場合により反応性希釈剤、(vi)場合により顔料または色素、ならびに(vii)場合により充填剤の混合物を含む請求項21〜24のいずれか一項に記載の方法。
[請求項28]
前記ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネートが、式A’−X’−A’またはX’(−A’) n の化合物を含み、式中、nは少なくとも2.3、2.5、または3(平均)であり、X’はヒドロカルビル基であり、各A’は独立して選択される式(X’)の置換基である請求項27に記載の方法。
[請求項29]
前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体が、(i)ポリオールおよび/またはポリアミン、(ii)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤、(iii)場合により1種または複数種の追加の鎖延長剤、(iv)光開始剤、(v)場合により反応性希釈剤、(vi)場合により顔料または色素、ならびに(vii)場合により充填剤の混合物を含む請求項21〜24のいずれか一項に記載の方法。
[請求項30]
前記ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤が、式A”−X”−A”またはX”(−A”) n の化合物を含み、式中、nは少なくとも2.3、2.5、または3(平均)であり、X’’はヒドロカルビル基であり、各A”は独立して選択される式(X”)の置換基である請求項29に記載の方法。
[請求項31]
前記三次元物体が、(i)線形熱可塑性ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー、(ii)架橋熱硬化性ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー、または(iii)これらの組み合わせを含み、前記反応性希釈剤(複数種可)と共重合された非ブロック化ブロッキング基と場合によりブレンドされた請求項1〜30のいずれか一項に記載の方法。
[請求項32]
前記第1および第2の中間物体が、その上に形成された対応する整列部材を有する請求項1〜31のいずれか一項に記載の方法。
[請求項33]
前記第1および第2の中間物体が、その上に形成された対応するロック部材を有する請求項1〜32のいずれか一項に記載の方法。
[請求項34]
前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する前記工程が、化学的結合(例えば共有結合)を含む、請求項1〜33のいずれか一項に記載の方法。
[請求項35]
前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する前記工程が、機械的結合を含む、請求項1〜34のいずれか一項に記載の方法。
[請求項36]
(i)前記物体の前記第1および第2の部分が、両方とも剛性である、両方とも半剛性である、両方とも可撓性である、もしくは両方とも弾性であり、(i)前記物体の前記第1の部分が、剛性であり、前記物体の前記第2の部分が、半剛性、可撓性、もしくは弾性であり、(ii)前記物体の前記第1の部分が、半剛性であり、前記物体の前記第2の部分が、可撓性もしくは弾性であり、または(iii)前記物体の前記第1の部分が、可撓性であり、前記物体の前記第2の部分が、弾性である請求項1〜35のいずれか一項に記載の方法。
Claims (25)
- 三次元物体を形成する方法であって、
(a)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、前記第1の重合性液体は、(i)前記第1の重合性液体の光重合性の第1の成分と、(ii)前記第1の重合性液体の前記第1の成分とは異なる前記第1の重合性液体の固化性の第2の成分との混合物を含み、前記形成工程(a)は、前記第1の重合性液体に光を照射することにより行われ、前記第1の中間物体は、前記三次元物体と同じ形状または三次元物体に付与される形状を有する、工程と、
(b)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、前記第2の重合性液体は、(i)前記第2の重合性液体の光重合性の第1の成分と、(ii)前記第2の重合性液体の前記第1の成分とは異なる前記第2の重合性液体の固化性の第2の成分との混合物を含み、前記形成工程(b)は、前記第2の重合性液体に光を照射することにより行われ、前記第2の中間物体は、前記三次元物体の第2の部分と同じ形状または三次元物体の第2の部分に付与される形状を有する、工程と、
次いで、
(c)前記第1の中間物体を前記第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、前記接触工程の後に、
(d)前記固化性の第2の成分を、前記第1および第2の中間物体が互いに接触している間、前記第1および第2の中間物体のそれぞれにおいて硬化する工程であって、これによって前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記形成工程(a)および(b)の少なくとも1つが、
(i)キャリアと、充填レベルとを用意する工程であって、前記キャリアおよび前記充填レベルは、その間にビルド領域を有する、工程と、
(ii)前記ビルド領域を前記第1または第2の重合性液体で充填する工程と、
(iii)前記ビルド領域に光を照射する工程であって、これによって前記第1または第2の重合性液体の前記第1の成分から固体ポリマーの足場を形成するとともに、前記キャリアを前記充填レベルから離れる方向に移動させて、前記三次元物体の前記第1または第2の部分と同じ形状または前記三次元物体の前記第1または第2の部分に付与される形状を有する前記第1または第2の中間物体を形成し、この中間物体が、前記固体ポリマーの足場内で担持される前記第1または第2の重合性液体の前記固化性の第2の成分を未硬化形態で含有する、工程と
によって実行される、方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第1の成分中で可溶化または懸濁させた重合性液体を含む請求項1に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、
(i)前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第1の成分中で懸濁させた重合性固体、
(ii)前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第1の成分中で可溶化させた重合性固体、または
(iii)前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第1の成分中で可溶化させたポリマー
を含む請求項1または2に記載の方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおいて形成された前記第1および第2の中間物体が、崩壊性または圧縮性である請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記三次元物体が、前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第1の成分および前記第2の成分から形成されたポリマーブレンド、相互貫入ポリマーネットワーク、半相互貫入ポリマーネットワーク、または逐次相互貫入ポリマーネットワークを含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記重合性液体が、
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける1または10重量パーセントから40、90または99重量パーセントまでの前記第1の成分を含む請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記重合性液体が、
前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける1、10または60重量パーセントから90または99重量パーセントまでの前記第2の成分を含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 前記硬化工程(d)が、
(i)前記固化性の第2の成分のそれぞれを加熱すること、
(ii)前記照射工程(a)もしくは工程(b)における光の波長とは異なる波長の光を、前記固化性の第2の成分のそれぞれに、照射すること、
(iii)前記固化性の第2の成分のそれぞれを水に接触させること、および/または
(iv)前記固化性の第2の成分のそれぞれを触媒に接触させること
によって実行される請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマーの前駆体、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、シアネートエステル樹脂、または天然ゴムを含み、前記固化および/または硬化工程が、加熱によって実行される請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記第2の成分が、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーの前駆体を含み、
前記固化および/または硬化工程が、前記第2の成分のそれぞれを水に接触させることによって実行される請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記硬化工程(d)が、前記第1および第2の中間物体のそれぞれが分解して、前記第1および第2の重合性液体のそれぞれの前記固化性の第2の成分の重合に必要な構成成分を形成するという条件下で、実行される請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のそれぞれにおける前記固化性の第2の成分のそれぞれが、ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマーの前駆体、シリコーン樹脂、開環メタセシス重合樹脂、クリック化学樹脂、またはシアネートエステル樹脂を含み、
前記硬化工程(d)が、前記固化性の第2の成分のそれぞれを重合触媒に接触させることによって実行される請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のいずれか一方または両方において、前記第1または第2の重合性液体による前記ビルド領域の充填を確かにするまたは速くするために、前記充填レベルを基準として前記キャリアを縦方向に往復運動させることをさらに含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーで構成される三次元物体を形成する方法であって、
(a)第1の重合性液体から第1の中間物体を形成する工程であって、前記第1の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、前記第1の中間物体は、前記三次元物体の第1の部分と同じ形状または前記三次元物体の第1の部分に付与される形状を有する、工程と、
(b)第2の重合性液体から第2の中間物体を形成する工程であって、前記第2の重合性液体は、(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤の少なくとも1つを含み、前記第2の中間物体は、前記三次元物体の第2の部分と同じ形状または前記三次元物体の第2の部分に付与される形状を有する、工程と、
次いで、
(c)前記第1の中間物体を前記第2の中間物体に接触させる工程と、
次いで、前記接触工程の後に、
(d)前記第1および第2の中間物体が互いに接触している間、前記第1および第2の中間物体を加熱および/またはマイクロ波照射する工程であって、これによって前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、ポリウレタン、ポリ尿素、またはこれらのコポリマーで構成される前記三次元物体を形成する、工程と
を含み、
前記形成工程(a)および(b)の少なくとも1つが、
(i)キャリアと、充填レベルとを用意する工程であって、前記キャリアおよび前記充填レベルは、その間にビルド領域を有する、工程と、
(ii)前記ビルド領域を前記第1または第2の重合性液体で充填する工程と、
(iii)前記ビルド領域に光を照射し、固体ポリマーの足場を形成するとともに、前記キャリアを前記充填レベルから離れる方向に移動させて、前記第1または第2の中間物体を形成することであって、前記第1または第2の中間体は、前記(i)ブロック化もしくは反応性ブロック化プレポリマー、(ii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐ジイソシアネート、または(iii)ブロック化もしくは反応性ブロック化ジイソシアネートもしくは分岐イソシアネート鎖延長剤を含有する、工程と
によって実行される、方法。 - 前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体は、(i)ブロック化または反応性ブロック化プレポリマー、(ii)鎖延長剤、および(iii)光開始剤の混合物を含む請求項14に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体は、(i)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート、(ii)ポリオールおよび/またはポリアミン、(iii)鎖延長剤、ならびに(iv)光開始剤の混合物を含む請求項14に記載の方法。
- 前記形成工程(a)および(b)のいずれかまたは両方における前記重合性液体が、(i)ポリオールおよび/またはポリアミン、(ii)ブロック化または反応性ブロック化ジイソシアネートまたは分岐イソシアネート鎖延長剤、ならびに(iii)光開始剤の混合物を含む請求項14に記載の方法。
- 前記三次元物体が、(i)線形熱可塑性ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー、(ii)架橋熱硬化性ポリウレタン、ポリ尿素、もしくはこれらのコポリマー、または(iii)これらの組み合わせを含み、反応性希釈剤(複数種可)と共重合された非ブロック化ブロッキング基と場合によりブレンドされた請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1および第2の中間物体が、その上に形成された対応する整列部材を有する請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1および第2の中間物体が、その上に形成された対応するロック部材を有する請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する前記工程が、化学的結合を含む、請求項1〜23のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1および第2の中間物体を互いに結合させ、前記三次元物体を形成する前記工程が、機械的結合を含む、請求項1〜24のいずれか一項に記載の方法。
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