[发明专利]支撑材料制剂及制造三维模型物体的方法

说明书

本发明公开一种支撑材料制剂及制造三维模型物体的方法，特征是提供一种具有改善的溶解速率的固化的支撑材料，同时保持足够的机械强度。所述支撑材料制剂包含水混溶性的不可固化的聚合物、一第一水混溶性可固化材料和一第二水混溶性材料，所述第二水混溶性材料能够干扰将所述第一水混溶性材料暴露于固化能量之后形成的多个聚合物链之间的多个分子间的相互作用。

本申请为申请号201680059093.2(PCT申请号为PCT/IL2016/050886)、申请日2016年08月14日、发明名称“支撑材料的制剂及使用其的积层制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明在其一些实施例中，是有关于积层制造(AM)，特别但不限于是有关于一种形成如三维喷墨印刷的积层制造的一支撑材料，以及利用其的三维模型物体的积层制造方法。

背景技术

积层制造(AM)是通过积层形成步骤(积层制造，AM)直接从计算机数据制造任意形状结构的技术。任何积层制造系统的基本操作包括将一三维计算机模型切片成多个薄的横截面，将结果转换成二维位置数据并将所述数据提供给以一分层方式制造一三维结构的控制设备。

积层制造需要许多不同的制造方法，包括三维印刷，如3D喷墨打印、电子束熔化、立体光刻、选择性激光烧结、层压物体制造、熔融沈积建模等。

三维(3D)印刷工艺(例如3D喷墨打印)通过多个建构材料的逐层喷墨沉积来执行。因此，一建构材料从具有一组多个喷嘴的喷头分配，以将多个层沉积在一支撑结构上。视建构材料而定，然后可以使用一合适的装置使多个层被固化或固体化。

各种三维印刷技术存在并被公开在例如美国专利公告第6,259,962号、第6,569,373号、第6,658,314号、第6,850,334号、第6,863,859号、第7,183,335号、第7,209,797号、第7,225,045号、第,7,300,619号和第7,500,846号以及美国专利申请公开第20130073068号，全部为同一个申请人。

在积层制造(AM)过程中，所述建构材料可以包括“模型材料”(也称为“物体材料”或“制模材料”)，其被沉积以产生期望的物体，并且经常使用另一种材料(“支撑材料”或“支承材料”)来为物体在建造时提供临时支撑。另一种材料在本文中被称为“支撑材料”或“支承材料”，并用于在建构中支撑物体的特定区域并确保后续多个物体层能够垂直放置。例如，在物体包括悬垂的特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形状、负角、空隙等等，物体通常使用相邻的支撑构造来建构，所述相邻的支撑构造在印刷期间被使用，并且随后被移除以显示所制造的物体的最终形状。

制模材料和支撑材料最初可以是液体并随后硬化以形成所需的层形状。硬化过程可以通过多种方法进行，例如UV固化、相变、结晶、干燥等。在所有情况下，支撑材料都沉积在制模材料附近，使得可能形成复杂的物体几何形状和填充物体空隙。在这种情况下，去除硬化的支撑材料可能是困难且耗时的，并且可能损坏形成的物体。

当使用目前可用的商业喷头如喷墨印刷头时，在加工即喷射温度下，支撑材料应该具有相对低的粘度(约10-20cPs)，以使其能够被喷射。此外，支撑材料应该快速硬化以允许构建之后的多个层。此外，硬化的支撑材料应该具有足够的机械强度来固定模型材料，并且具有低的形变以避免几何缺陷。

可以用作支撑材料的材料的实例是相变材料，其中蜡是非限制性实例。在适当的高温下，这些材料熔化并因此在液态时使支撑物可被去除。这种相变材料的缺点之一是熔化支撑材料所需的温度也可能引起模型的变形，从而导致物体结构的变形。

现有的用于去除支撑材料的方法包括机械冲击(由工具或水喷射施加)以及化学方法，例如在加热或不加热的情况下在溶剂中溶解。机械方法是劳动密集型的，并且常常不适用于小的复杂部件。