BR112019024052B1

BR112019024052B1 - Contêiner para uso em sistemas estereolitográficos

Info

Publication number: BR112019024052B1
Application number: BR112019024052-7A
Authority: BR
Inventors: Christian Schmidt
Original assignee: Sirona Dental Systems Gmbh
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2023-03-14
Also published as: DE102017210384B3; AU2018287070A1; CA3064182A1; EP3642039A1; CN110770028B; RU2740620C1; KR20200019850A; JP2020524613A; CN110770028A; US20200171746A1; AU2018287070B2; WO2018234426A1; JP6917476B2; EP3642039B1; KR102274419B1; CA3064182C; US11285669B2; BR112019024052A2

Abstract

A presente invenção refere-se a um contêiner (100) para conter um líquido fotossensível para uso em um sistema estereolitográfico (410), em que uma camada de referência é exposta à radiação para a criação camada por camada ou contínua de peças de trabalho. Pelo menos um elemento (130) do contêiner que está diretamente adjacente à camada de referência consiste em pelo menos um material que é pelo menos parcialmente transparente à radiação e, pelo menos, alguns dos quais tem estruturas e/ou poros que podem receber e descarregar, preferencialmente também armazenar, um inibidor e/ou uma mistura de inibidores. Portanto, o elemento não é apenas capaz de fornecer o inibidor, mas a uma extensão significativa consiste no próprio inibidor, como resultado do qual o fluxo suprido é equalizado ou homogeneizado. A impressão 3D rápida ou uniforme é assim possível de maneira econômica.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a uma parte de um sistema estereolitográfico.

[002] Em um sistema estereolitográfico, um corpo tridimensional é produzido a partir de uma substância fotossensível por empilhamento camada por camada ou contínuo de camadas ou informações de camada.

[003] Em estereolitografia de acordo com o método suportado ("overhead"), a primeira camada da peça de trabalho, isto é, antes da primeira etapa do processo generativo real, é transferida para um carreador (por exemplo, fixado por meio de um processo de polimerização). O carreador é capaz de realizar um movimento em relação ao plano focal ou camada de referência. Uma próxima etapa do processo garante que o novo material da substância fotossensível possa fluir na camada de referência sob a camada ou frente de polimerização mais recentemente produzida. Isto pode ser conseguido por um único movimento de elevação, por exemplo, ou uma combinação de movimentos de elevação. A substância fotossensível reposta pode, então, curar novamente sob exposição à luz.

[004] Na estereolitografia de acordo com o método suportado, a camada de referência está diretamente abaixo da peça de trabalho, acima do fundo do tanque ou contêiner no qual a matéria prima de líquido (por exemplo, resina sintética fotopolimerizável) está localizada.

[005] Ao erguer a peça de trabalho a fim de ser capaz de curar a próxima camada, deve ser assegurado que a última camada curada da peça de trabalho não adere ao fundo do tanque.

Estado da Técnica

[006] Uma variedade de soluções, que permitem o uso de inibidores para acelerar o processo até um processo de fabricação contínuo, são conhecidas pelo estado da técnica.

[007] O uso de inibidores para formar uma fase intermediária inerte dentro de uma resina fotorreativa foi descrito por Lawton em US 5.391.072, por exemplo. O documento descreve o uso de uma película de Teflon AF ou fluoropolímeros, que são montados em um carreador para permitir que um inibidor gasoso flua do exterior entre o condutor e a película. O inibidor (por exemplo, oxigênio) permeia a película de Teflon AF, produzindo assim uma camada de inibição não reativa dentro ou diretamente abaixo da camada de referência fotorreativa sobrejacente. Uma película lubrificante é formada, o que pode facilitar significativamente a liberação da peça de trabalho do fundo do tanque, acelerando assim o processo.

[008] A publicação de Fricke (WO 01/72501 A1) descreve um sistema estereolitográfico que é capaz de produzir uma peça de trabalho continuamente, isto é, sem quebras entre as camadas. O processo de polimerização não é interrompido e a peça de trabalho é continuamente extraída do material fotorreativo líquido a uma velocidade correlacionada com a cinética da frente de reação. Neste contexto, Fricke também descreve o uso de sistemas de exposição à máscara, que tornam possível gerar as informações de camada em todos os pontos do plano de exposição ou camada de referência ao mesmo tempo. Fricke consegue a formação da fase não reativa necessária para um processo contínuo por resfriamento do líquido fotorreativo, de modo a criar, assim, um gradiente de reação dentro da substância fotorreativa. Desta forma, velocidades de impressão de 1 mm/s podem ser alcançadas.

[009] A publicação de Willis, US 2015/0360419 A1, divulga um sistema estereolitográfico com um tanque que consiste em um material que tem uma permeabilidade ao oxigênio específica. Isto permite a formação de uma camada contendo inibidor, o que leva à redução da força de separação. Teflon AF ou um fluoropolímero são usados como o material permeável ao oxigênio. Um sistema bifásico, em que um líquido transparente, quimicamente inerte está localizado entre o contêiner e a substância fotorreativa, também é descrito.

[0010] A publicação DE 20 2013 103 446 U1 descreve o uso de uma membrana semipermeável para criar uma camada de inibição dentro do líquido fotorreativo a fim de minimizar as forças de separação.

[0011] Na Figura 13a, a especificação de patente de Young US 5,545,367 divulga um design consistindo em um fluoropolímero e um carreador estruturado. Um inibidor gasoso pode fluir nos canais formados pelo carreador, por exemplo, e, assim, minimizar a adesão das camadas da peça de trabalho à parte superior do carreador através da formação de uma camada contendo inibidor.

[0012] Uma variedade de outras publicações, tais como US 2013/0252178 A1, US 2015/0309473 A1, US 2013/0292862 A1 e EP 1 253 002 B1 descrevem o uso de PDMS (silicone) como o limite inferior da camada de referência, por exemplo, como o fundo do tanque. Por difusão, o oxigênio dissolvido no silicone forma uma camada de inibição muito estreita dentro do material fotorreativo e, assim, reduz as forças adesivas. A maior desvantagem é a baixa estabilidade química e mecânica da camada de PDMS.

[0013] Em US 2013/0295212 A1, Yong descreve também o uso de PDMS como o meio de separação e a formação associada de uma camada de inibição e demonstra uma correlação metrológica entre a camada de inibição e a força de separação. A redução das forças de separação e o cisalhamento do tanque da superfície da peça de trabalho tornaram possível acelerar o processo de fabricação em comparação aos sistemas convencionais.

[0014] A publicação de Tumbleston WO 2016/149097 A1 descreve um processo de fabricação contínua, em que uma fase intermediária é formada da mesma forma dentro do material fotorreativo. Isto é possível pelo uso de uma película de Teflon AF ou uma membrana colocada sobre uma base. Como já descrito por Lawton, a película de Teflon AF pode ser conectada à base. A opção de não conectar a película à base, a fim de assim fornecer um processo adicional de liberação mecânica, também é demonstrada. Entre outras coisas, a base consiste em um material transparente que não é permeável ao inibidor, por exemplo, vidro. A camada não permeável às vezes também pode ser feita permeável até certo ponto por meio de estruturação ou processamento.

[0015] A publicação DE 10 2013 215 040 A1 descreve um sistema estereolitográfico suportado, cujo design é especialmente compacto como resultado de dispositivos de deflexão óptica em que ocorre a reflexão total. Uma película semipermeável que abrange um espaço oco serve para suprir o inibidor.

[0016] A publicação US 2017/0151718 A1 descreve métodos de estereolitografia capazes de produzir artigos feitos de poliuretano e substâncias relacionadas. Isso também pode incluir o uso de arranjos suportados. A placa base, através da qual um inibidor pode ser suprido nestes casos, pode, por meio deste, compreender uma camada de Teflon AF, por exemplo, ou uma película semipermeável diferente. Alternativa ou adicionalmente, a publicação descreve a produção da placa base de um vidro poroso ou microporoso, por exemplo.

[0017] Todas as soluções conhecidas têm a desvantagem de que elas não são livremente escaláveis em tamanho e normalmente requerem processos de fabricação óptica complicados, por exemplo, para formar estruturas de canal. Além disso, mesmo que substâncias tais como PDMS sejam basicamente permeáveis ao oxigênio, o comportamento desta permeabilidade é oposto ao grau de reticulação. Isto, por sua vez, tem um efeito determinante significativo sobre a estabilidade mecânica e química. Os arranjos autossustentáveis de PDMS têm a desvantagem de que eles são flexíveis; consequentemente, o encurvamento durante o processo de fabricação não pode ser evitado. Por outro lado, materiais rígidos, tais como vidro, têm vantagens mecânicas e ópticas, mas não fornecem nenhuma capacidade para a difusão de um inibidor gasoso, de modo que não haja formação de uma camada de inibição. O uso de Teflon AF como uma película ou como material de placa é possível. O custo do Teflon AF é muito alto, no entanto, em particular na forma de placa. A permeabilidade ao oxigênio também diminuiria, além disso, como espessura da placa, e a estabilidade mecânica associada a ela aumenta. O uso como uma película (autossustentável) falha porque a película escorre. Portanto, para tornar um processo de fabricação rápido, talvez até mesmo contínuo possível, ele requer uma base. Objeto

[0018] A meta da invenção apresentada aqui é criar um arranjo que supera as desvantagens das soluções conhecidas e permite fácil suprimento do inibidor com uma base suficientemente rígida. Solução

[0019] O referido objeto é resolvido pelo objeto da reivindicação independente. Outros desenvolvimentos vantajosos do objeto da reivindicação independente são caracterizados nas reivindicações. O texto de todas as reivindicações é incorporado neste documento ao conteúdo desta especificação por referência.

[0020] O uso do singular não se destina a excluir o plural, o que também se aplica em reverso, a menos que divulgado de outra forma.

[0021] Para atingir o objeto, a invenção propõe um contêiner para conter um líquido fotossensível e fornecido para uso em um sistema estereolitográfico em que uma camada de referência é exposta à radiação para a criação camada por camada ou contínua de peças de trabalho. Pelo menos um elemento do contêiner que está diretamente adjacente à camada de referência consiste em pelo menos um material que é transparente à radiação e tem estruturas e/ou poros que podem armazenar ou receber e descarregar um inibidor e/ou uma mistura de inibidor.

[0022] O material do elemento do contêiner é, preferencialmente, um sólido do qual pelo menos 70% em volume, preferencialmente pelo menos 80% em volume, preferencialmente pelo menos 90% em volume, preferencialmente pelo menos 95% em volume, preferencialmente pelo menos 98% em volume, preferencialmente pelo menos 99% em volume, consiste em poros de células abertas. O elemento do contêiner é, portanto, feito de um material que normalmente consiste em 80 ou mais por cento de gás (por exemplo, ar). Portanto, se a resina sintética for usada para a estereolitografia, por exemplo, o material contém um inibidor, por exemplo, oxigênio. O material é, no entanto, forte o suficiente para fazer o fundo de um tanque ou a tampa de um contêiner a partir dele, por meio do qual o referido fundo ou tampa normalmente tem uma espessura de 100 μm a 1 cm, preferencialmente 3 mm, dependendo do tamanho do contêiner.

[0023] Nesta configuração, o elemento para a radiação usada em estereolitografia, por exemplo, radiação UV, é pelo menos parcialmente transparente. Em contraste, para o líquido no contêiner, normalmente uma resina sintética fotopolimerizável líquida, o material é impermeável. A região do fundo do tanque, acima da qual a camada de referência está localizada, pode, portanto, não apenas suprir o inibidor, mas também consiste em um grau significativo do próprio inibidor. O mesmo se aplica quando é usado como a tampa do contêiner. Como resultado, um influxo de inibidor possivelmente restrito espacialmente pode ser equilibrado ou homogeneizado. De certa forma, o fundo do tanque ou a tampa do contêiner armazena o inibidor gasoso. Linhas ou canais de suprimento especiais que servem para fornecer o inibidor, portanto, podem ser omitidos ao configurar o fundo do tanque ou a tampa do contêiner. O inibidor pode ser suprido e/ou removido pela alteração da pressão ou temperatura ambiente. É possível fazer todo o fundo ou tampa ou apenas a parte do fundo do tanque ou a tampa do contêiner localizada abaixo/acima da camada de referência do material. Esta região pode, portanto, ser rodeada e/ou apoiada por materiais estruturais convencionais que, por sua vez, têm pouca ou nenhuma permeabilidade a um inibidor.

[0024] No geral, portanto, isso resulta em uma configuração significativamente mais simples e mais econômica do contêiner ou do cartucho do que quando outras substâncias semipermeáveis são usadas para suprir o inibidor. Este design também é virtualmente escalável, de modo que mesmo os sistemas estereolitográficos maiores possam ser facilmente equipados com ele. O suprimento de um inibidor gasoso para o material fotorreativo no contêiner é assegurado, de modo que um gradiente de reação se desenvolve abaixo ou acima da camada de referência e, em particular diretamente no fundo do tanque ou da tampa do contêiner, não há adesão ao referido fundo ou tampa. Este é um pré-requisito para um processo de estereolitografia rápido, preferencialmente contínuo. Dispositivos mecânicos de cisalhamento ou agitação para separar a camada recém-solidificada do fundo do tanque ou da tampa do contêiner podem ser omitidos completamente.

[0025] O contêiner para conter o líquido fotossensível pode, preferencialmente, ser um tanque para uso em um sistema estereolitográfico operando de acordo com o método suportado. Nesse caso, o elemento do tanque diretamente adjacente à camada de referência é pelo menos parte do fundo do tanque.

[0026] O contêiner pode, no entanto, também ser usado para conter o líquido fotossensível para uso em um sistema estereolitográfico de luz refletida. Nesse caso, o elemento do contêiner diretamente adjacente à camada de referência é pelo menos uma parte da tampa do contêiner.

[0027] O tamanho dos poros do material é preferencialmente entre 2 e 200 nm, preferencialmente entre 2 e 50 nm, particularmente preferencialmente entre 30 e 50 nm. Este tamanho de poro é menor do que o comprimento de onda da luz (normalmente luz UV) usada para a polimerização. Consequentemente, há muito pouca dispersão de luz. No entanto, os poros também são grandes o suficiente para serem capazes de armazenar e transportar ar, oxigênio ou o inibidor. Eles são, além disso, pequenos o suficiente para não permitir que o líquido fotopolimerizável penetre no material.

[0028] Os materiais preferenciais para o elemento são compostos nanoporosos, vidro nanoporoso ou aerogéis.

[0029] Propriedades de material melhoradas, por exemplo, maior transparência à radiação usada na estereolitografia, podem ser obtidas quando o aerogel é dopado (também conhecido como X-aerogel). Propriedades mecânicas melhoradas (isto é, estabilidade e/ou resistência) são obtidas em particular quando o aerogel é dopado com nanocelulose, enquanto que a resistência química aumentada é obtida quando o aerogel é dopado com dimetil polissiloxano (PDMS).

[0030] Uma estrutura particularmente simples é alcançada, quando a parte do fundo do tanque consistindo em um aerogel é projetada como uma camada única. Esta modalidade também é particularmente econômica. Isto pode ser conseguido facilmente com um aerogel correspondentemente dopado.

[0031] Uma estrutura, em que parte do fundo do tanque ou da tampa do contêiner feito de um aerogel consiste em pelo menos duas camadas, é mais versátil. Pelo menos uma camada também pode consistir em um material convencional, por exemplo, vidro, que pode, por exemplo, ser usado para estabilização. No caso de uma camada feita de material impermeável ao inibidor, a referida camada tem de ser disposta no lado das camadas restantes voltadas para longe do líquido fotopolimerizável, de modo a não bloquear o fluxo do inibidor para o contêiner. Neste caso, no entanto, variantes em que as camadas consistem em diferentes materiais semipermeáveis, todas as quais são pelo menos de forma limitadamente permeável ao inibidor, são mais vantajosas. As camadas podem ser ligadas adesivamente uma à outra com um silicone, por exemplo, ou pode haver uma camada inteira feita de silicone. Outras formas de conectar as camadas, por exemplo, aperto, tensionamento ou similares, podem ser levadas em consideração também. Um arranjo com múltiplas camadas, que consistem em aerogéis, também é possível, por meio do qual cada camada pode ser dopada de forma diferente, por exemplo, para alcançar uma estabilidade química particularmente alta nas superfícies externas e, no caso de uma camada interna, uma resistência mecânica específica do fundo do tanque ou da tampa do contêiner. Em particular, estruturas tipo sanduíche são possíveis também. As camadas de Teflon AF também podem ser benéficas. O Teflon AF tem a vantagem de ter uma permeabilidade significativamente maior para o oxigênio do que para o nitrogênio. Se o ar for usado como um carreador para o inibidor, o que é aconselhável por razões de custo e de maneabilidade, uma camada de Teflon AF pode, assim, garantir que o inibidor, oxigênio, seja suprido ao interior do contêiner predominantemente em relação ao nitrogênio, que, neste caso, não causa qualquer efeito significativo. Um arranjo em multicamadas adequado que seja adaptado para a aplicação específica pode tornar o armazenamento e permeabilidade para o inibidor possível.

[0032] O elemento pode ser deixado mais quimicamente estável revestindo-se a parte do fundo do tanque ou a tampa do contêiner feita do material no lado interno do tanque. Este revestimento pode assumir a forma de uma membrana, por exemplo. É particularmente vantajoso se o revestimento consistir em um fluoropolímero, por exemplo, uma película de Teflon AF. Alternativamente, é vantajoso se o revestimento consistir em um silicone. Com esses revestimentos, vantagens semelhantes podem ser alcançadas como com uma estrutura multicamadas, como descrito acima. Isto também simplifica a produção, já que o revestimento pode ser aplicado à superfície da parte do fundo do tanque ou da tampa do contêiner que consiste no aerogel sob a forma de uma película. Ligação adesiva, fixação ou alongamento são opções de montagem preferenciais para tal película. No entanto, revestimentos com Teflon AF, PDMS (um silicone) ou PTMSP podem ser vantajosamente fundidos, o que é facilitado pela insensibilidade à temperatura dos aerogéis. PDMS significa polidimetilsiloxano e PTMSP, poli(1-trimetilsilil-1-propina), ambos os quais têm alguma permeabilidade ao oxigênio.

[0033] Se a parte do fundo do tanque ou da tampa do contêiner que consiste no aerogel estiver configurada de modo que o tamanho dos poros do elemento ou material mude em pelo menos uma direção ao longo de sua extensão espacial, a entrada e/ou liberação do inibidor, por exemplo, oxigênio, pode ser otimizada. O tamanho dos poros muda preferencialmente na direção do fotopolímero, por exemplo, diminuindo de um tamanho de poro na escala de micrômetros no lado voltado para o ar ambiente e até um tamanho de poro na escala de nanômetros ao se aproximar do líquido fotopolimerizável, ou vice-versa. Um volume pelo menos parcialmente fechado é formado vantajosamente no lado do elemento voltado para longe do fotopolímero, o que torna possível pelo menos parcialmente controlar as variáveis de estado e a composição da atmosfera no volume. Isso torna possível pelo menos parcialmente controlar variáveis de estado tais como pressão, temperatura, concentração de inibidor no e ao redor do elemento, e também a composição da atmosfera do volume, de preferência independentemente e/ou como uma função das condições ambientais. Isso torna possível controlar o fluxo do inibidor na camada de referência de uma forma direcionada.

[0034] Em outra modalidade que compreende um compartimento, o tanque descrito acima é preenchido com um líquido fotossensível para uso em um sistema estereolitográfico. O tanque está, além disso, dentro do compartimento, que é projetado de modo que o líquido fotossensível seja contido no tanque. O compartimento pode incluir uma camada de cobertura descascável, por exemplo, possivelmente feita de plástico, que fecha o tanque. No compartimento, o líquido fotossensível é protegido da radiação usada para a estereolitografia. Um tanque, ou mesmo um cartucho, projetado desta maneira pode ser usado como um consumível para sistemas estereolitográficos já existentes.

[0035] Muitas vezes é útil, pelo menos em algumas regiões, apoiar mecanicamente o elemento com um material carreador. Naturalmente, o material carreador tem de ser transparente à radiação usada. O elemento será, de preferência, conectado ao material carreador, por meio do qual o material carreador não tem necessariamente que ser permeável ao inibidor. Um vidro carreador suficientemente espesso e assim suficientemente estável pode ser usado, por exemplo, ao qual um aerogel fino com uma espessura de meramente 1 mm é aplicado.

[0036] O objeto é atingido ainda por um sistema estereolitográfico, que opera de acordo com o método suportado, tendo pelo menos um tanque para conter um líquido fotossensível, como foi descrito acima.

[0037] Detalhes e características adicionais emergem da descrição a seguir dos exemplos de design preferidos em conjunto com as reivindicações. Os respectivos recursos podem, por meio deste, ser realizados individualmente ou vários em combinação um com o outro. As possíveis maneiras de atingir o objeto não estão limitadas aos exemplos de design. Especificações de intervalo, por exemplo, sempre incluem todos os valores intermediários (não mencionados) e todos os subintervalos concebíveis.

[0038] Um exemplo de design é mostrado esquematicamente nas figuras. Os mesmos números de referência nas figuras individuais identificam elementos idênticos ou funcionalmente idênticos, ou mais especificamente elementos que correspondem um ao outro com relação às suas funções.

Breve Descrição das Figuras

[0039] Especificamente, as figuras mostram: Figura 1 uma vista em perspectiva de um tanque de acordo com a invenção; Figura 2 o tanque da Figura 1 em uma vista explodida; Figura 3 uma vista seccional esquemática através do tanque das Figuras 1 e 2; e Figura 4 uma vista em perspectiva simplificada de uma impressora 3D com um tanque de acordo com a invenção. Exemplos de Design

[0040] A Figura 1 mostra um tanque 100 de acordo com a invenção para uso em um sistema estereolitográfico suportado. Neste design, a parede 105 e a região externa 110 do fundo do tanque, acima do qual a camada de referência não está localizada, podem ser feitas de um material convencional. Quatro tampas 120 para parafusos de montagem estão localizadas nesta região. A região na qual a camada de referência está localizada acima do fundo do tanque durante a operação está no meio do tanque. No fundo convencionalmente fabricado do tanque 110, há um recesso, abaixo do qual há um bloco 130 que preferencialmente consiste em um aerogel ou de uma das combinações descritas acima de diferentes camadas, incluindo pelo menos um aerogel. Este bloco tem, preferencialmente, cerca de 3 mm de espessura, com um comprimento lateral de vários centímetros. Ele é contido pela subestrutura 140 do tanque, que também pode ser feito de um material convencional. A subestrutura é aparafusada à parte superior 110 do tanque, como resultado do que o bloco de aerogel 130 é fixado abaixo da camada de referência. Canais de suprimento 150 são fornecidos para facilitar ou permitir o suprimento do inibidor, normalmente oxigênio, possivelmente na forma de ar, através do bloco de aerogel. Para fins de estabilização, e para proteger o bloco de aerogel de danos mecânicos, é possível fechar a estrutura no fundo, por exemplo, com uma folha de vidro (não representada). A subestrutura 140 do tanque 100 pode alternativamente também ser aberta para o fundo.

[0041] Os componentes individuais do tanque de acordo com a invenção podem ser vistos na vista explodida na Figura 2. A parede 105 e a região externa 110 do fundo do tanque podem ser feitas de um material convencional. A região externa 110 do fundo do tanque também compreende as tampas 120 para os parafusos de montagem. Na área na qual a camada de referência está localizada durante a operação, este componente tem um recesso 200, abaixo do qual o bloco de aerogel 130 é fixado. O suporte 210 serve para prender este bloco 130 e é aparafusado à região externa 110 do fundo do tanque por meio dos parafusos de montagem (não representados). Para fins de vedação, há também um anel de vedação 220 que, apesar do design multipartes, impede o vazamento do líquido de estereolitografia do tanque 100 e escapar do inibidor gasoso, criando assim uma câmara vedada. Estas partes são rodeadas pela subestrutura do tanque 140, que pode compreender canais de suprimento 150 para ar ou oxigênio, por exemplo. Isso é necessário se a estrutura for fechada no fundo por uma folha de vidro 230 ou similar. Um material adequado (por exemplo, vidro especial, plástico transparente apropriado, vidro flutuante, vidro de safira, PMMA ou plexiglass ou similares) é selecionado, que é transparente à radiação, por exemplo, radiação UV, usada em estereolitografia.

[0042] A Figura 3 mostra o mesmo tanque em uma seção transversal esquemática. Pode ser visto ainda que, entre o bloco de aerogel 130 fixado com o suporte 210 e a folha de vidro 230 na modalidade ilustrada, há um espaço oco 300, que pode ser suprido com gás inibidor através dos canais de suprimento 150. Esta disposição com o espaço oco 300 é vantajosa, já que uma superfície externa maior do bloco de aerogel 130 tem maior capacidade de receber o inibidor do que se o bloco estiver mais completamente fechado; nesse caso, apenas a área transversal dos canais de suprimento 150 estaria disponível.

[0043] O uso de um tanque 100 de acordo com a invenção em um sistema estereolitográfico 410 que opera de acordo com o método suportado pode ser visto na Figura 4. O dispositivo de suspensão 420, ao qual a peça de trabalho a ser produzida (não representada) está afixada, está posicionada acima do tanque. O ajuste de altura 430 faz com que o dispositivo de suspensão se mova camada por camada ou continuamente durante a operação, por meio do qual a peça de trabalho é erguida camada por camada, por exemplo, de modo que uma nova camada em perspectiva possa ser solidificada na camada de referência entre a peça de trabalho e o fundo do tanque. A unidade de iluminação 440 garante que a radiação necessária para solidificar o líquido usado seja focada nos locais apropriados (através do fundo do tanque). Contanto que o aparelho não seja muito grande, os complexos dispositivos mecânicos de agitação ou cisalhamento para a finalidade de separar o material solidificado do fundo do tanque podem ser omitidos.

[0044] Inúmeras modificações e desenvolvimentos adicionais dos exemplos de design descritos podem ser realizados.

[0045] O objeto é, assim, atingido por um sistema estereolitográfico do tipo descrito acima, em que uma estrutura multipartes da superfície de referência (base) é criada que é pelo menos parcialmente transparente à radiação que desencadeia a cura e pelo menos uma parte ou uma camada é feita de um material que consiste significativamente em, isto é, por exemplo, pelo menos 30%, 40%, 50%, preferencialmente 80%, 90% ou mais, de uma mistura gasosa ou gás (por exemplo, ar), em que, pelo menos, um inibidor é dissolvido até uma porcentagem específica, ou é composto inteiramente por um inibidor (por exemplo, oxigênio), mas, em conjunto com uma matriz, é, no entanto, capaz de formar uma estrutura espacial ou um corpo. O corpo é entendido aqui como tendo qualquer configuração geométrica, um possível corpo pode ser um cuboide, por exemplo, tendo uma espessura de 10 mm e comprimentos de borda de 100 mm.

[0046] Em vez de um material que não consiste substancialmente em componentes gasosos (tais como vidro, fluoropolímero, silicone), a solução de acordo com a invenção fornece um corpo de base ao qual pode ser aplicada uma membrana protetora, cujo volume consiste predominantemente em uma mistura gasosa ou é predominantemente preenchido ou saturado pela referida mistura gasosa ou gás e é pelo menos parcialmente transparente à radiação eletromagnética usada.

[0047] Este design pode garantir que o inibidor não só possa ser transportado e, se necessário, armazenado pela base, mas sim que a referida base em si pode consistir em uma grande extensão do inibidor. Esta base pode ser enriquecida com diferentes materiais, tais como PDMS (silicone), a fim de afetar a transparência e a estabilidade mecânica e química. A base também pode ser conectada a uma membrana com um grau de seletividade, por exemplo, usando um adesivo tal como silicone para melhorar a estabilidade química. Uma vez que a própria base tem uma alta permeabilidade para possíveis inibidores, ou pode até consistir quase completamente em inibidor (por exemplo, para mais de 40%), tais como oxigênio, as linhas de suprimento de inibidor possíveis e normalmente necessárias, tais como superfícies ou canais, podem ser reduzidas a um mínimo. Uma estrutura pode, consequentemente, ser realizada, em que a base pode adicionalmente ser apoiada ou circundada por materiais estruturais convencionais tendo uma baixa permeabilidade do inibidor. O inibidor pode, além disso, ser suprido através de apenas uma pequena área da superfície lateral, se for o caso. Isto permite uma solução estrutural simples e integração em um componente técnico, tal como um tanque, um cartucho ou outras modalidades, que são adequadas para conter um material fotorreativo e processá-lo em um sistema estereolitográfico.

[0048] A invenção também permite um design escalonável de forma quase geometricamente livre da base porque, em contraste com outros materiais, a própria base já consiste em uma grande extensão do inibidor ou pode conter o inibidor, e restrições geométricas resultantes de uma permeabilidade mínima necessária de materiais convencionais podem ser superadas. As espessuras de base na escala de milímetros ou centímetros podem, portanto, facilmente ser realizadas, de modo a garantir rigidez suficiente mesmo para grandes dimensões. A base pode ser vantajosamente moldada de modo que o suprimento do inibidor de si mesmo, e também do ambiente ou de uma câmara de processo especial e de todos os lados e direções seja possível. O inibidor pode ser suprido e/ou removido pela alteração da pressão ambiente. De acordo com um outro aspecto de desenvolvimento da invenção, a base pode compreender estruturas de canal que tornam um fluxo de inibidor possível, por meio do qual as referidas estruturas de canal podem ser produzidas em um processo de fabricação juntamente com a própria base (por exemplo, por fundição).

[0049] De acordo com a invenção, o fluxo de inibidor ocorre ao longo/através de toda a superfície da base através da membrana protetora no material fotorreativo, por meio do qual o suprimento de inibidor não precisa ser uniforme sobre toda ou parte da superfície.

[0050] A base consiste preferencialmente em um chamado aerogel, nanoespuma ou um X-aerogel ou materiais relacionados, que podem compreender uma estrutura nano-, micro e mesoporosa ou uma combinação destes (por exemplo, tendo um diâmetro de poro de 2 a 200 nm) que é pelo menos parcialmente transparente à radiação usada. A base preferencialmente consiste de um composto de um aerogel, X- aerogel ou formas híbridas de um aerogel e uma camada protetora de fluoropolímero (Teflon AF) ou alguma outra membrana permeável que é acoplada à base.

[0051] De acordo com a invenção, a base de aerogel pode ser produzida por meio de secagem supercrítica.

[0052] De acordo com a invenção, a base pode consistir em pelo menos um material, preferencialmente uma combinação de materiais, preferencialmente uma combinação de diferentes materiais de aerogel.

[0053] De acordo com a invenção e correspondente à combinação de materiais, a densidade da base pode incluir gradientes de densidade e saltos dentro da base, bem como por todo o corpo composto.

[0054] Para suportar o processo de liberação, a base pode ser movida espacialmente em relação ao carreador do componente (plataforma de componente). Uma inclinação da base em relação ao carreador do componente pode ocorrer e também uma translação.

[0055] De acordo com a invenção, a base compreende canais que servem para controlar a temperatura da superfície da referida base. Isso é útil devido ao bom isolamento dos tipos de materiais usados.

Glossário Impressão 3D, estereolitografia

[0056] A impressão 3D é um processo de fabricação generativa, referido de acordo com o princípio estrutural como fabricação aditiva. Na impressão 3D, as peças de trabalho tridimensionais são construídas camada por camada. A criação de um ou mais materiais líquidos ou sólidos é controlada por computador de acordo com as dimensões e formas especificadas (CAD). Processos de endurecimento ou de fusão ocorrem durante a criação. Materiais típicos para impressão 3D são plásticos, resinas sintéticas, cerâmicas ou metais. A estereolitografia é a variante disso, em que uma peça de trabalho é construída camada por camada usando pontos de materialização (raster). A fabricação de uma parte ou múltiplas partes ao mesmo tempo geralmente ocorre automaticamente usando dados de CAD gerados por computador.

[0057] Por exemplo, um plástico de fotocura (fotopolímero), por exemplo, resina acrílica, epoxídica ou éster vinílico, é curado em camadas finas por uma fonte de luz adequada que brilha de cima, por exemplo, um laser (ou também uma fonte de luz possivelmente incoerente à base de pixel, por exemplo, um chip MEMS ou DLP). O procedimento ocorre em um banho cheio de monômeros de base do plástico fotossensível. Após cada etapa, a peça de trabalho é abaixada no líquido alguns milímetros e retornada para uma posição que é inferior à anterior pela quantidade de uma espessura de camada. O plástico líquido sobre a parte é distribuído uniformemente (por meio de um limpador) ou puxado automaticamente devido à presença de uma tampa. A fonte de luz, que é controlada por um computador através de espelhos móveis, então move o pixel por pixel ao longo da nova camada sobre as superfícies a serem curadas. As informações de camada ou de imagem podem alternativamente também ser produzidas simultaneamente em todas as áreas, por exemplo, usando uma máscara ou a projeção de uma imagem dentro da superfície de projeção. A próxima etapa ocorre após a cura, criando gradualmente um modelo tridimensional.

[0058] Para peças de trabalho maiores, este procedimento tem a desvantagem de que o banho precisa ser correspondentemente profundo e preenchido com uma quantidade desnecessariamente grande do material plástico líquido. Isso pode ser remediado usando o método suportado (veja lá). (Fonte: https://de.wikipedia.org/wiki/3D- Druck e https://de.wikipedia.org/wiki/Stereolithografie.)

Aerogel

[0059] Os aerogéis são sólidos altamente porosos, com até 99,98% do seu volume consistindo em poros. Há diferentes tipos de aerogéis, sendo que os aerogéis à base de silicato são os mais comuns. Outros materiais, por exemplo, materiais à base de plástico ou carbono, são usados em casos especiais. Todos os óxidos metálicos, polímeros e um número de outros materiais podem geralmente ser usados como ponto de partida para síntese de aerogel por meio de um processo sol-gel.

[0060] Os aerogéis têm uma estrutura fortemente dendrítica, isto é, uma ramificação de cadeias de partículas com um grande número de espaços na forma de poros abertos. Essas cadeias compreendem pontos de contato, resultando na imagem de uma rede tridimensional estável. Seus agregados têm uma dimensão fractal, de modo que são autossemelhantes em certa medida.

[0061] O tamanho dos poros está na escala de nanômetros e, com até 1000 m2/g, as superfícies internas podem ser excepcionalmente grandes. Os aerogéis podem, consequentemente, ser usados, entre outras coisas, como material isolante ou filtrante. Além disso, há a opção de incorporar moléculas biologicamente ativas, proteínas ou mesmo células inteiras. Há 14 entradas para aerogéis no Livro Guinness dos Recordes para propriedades de material, incluindo "Melhor Isolante" e "Sólido Mais Leve". Como o detentor do recorde na categoria "Sólido Menos Denso", aerografite tendo 99,99% de ar e 0,01% de carbono grafítico foi desenvolvido em 2012.

[0062] A alta transparência óptica, juntamente com um índice de refração de aproximadamente 1,007 a 1,24 e um valor típico de 1,02, torna os aerogéis interessantes também a partir de uma perspectiva óptica. Um aerogel de silicato parece azul leitoso contra um fundo escuro, porque o dióxido de silício dispersa os comprimentos de onda mais curtos (isto é, as porções azuis da luz branca) mais do que a radiação de comprimento de onda mais longa. Apesar de sua aparência transparente, o aerogel dá a sensação de uma espuma plástica dura.

[0063] As partículas individuais dos aerogéis de silicato têm aproximadamente 1 a 10 nm de tamanho, a distância entre as cadeias é de aproximadamente 10 a 100 nm. Os aerogéis de silicato têm assim chamados mesoporos cilíndricos. Estes são bastante acessíveis e por definição têm um diâmetro de 2 - 50 nm, tendo uma porosidade no intervalo de 80 - 99,8%. A densidade aparente consequentemente varia de 0,16 - 500 mg/cm3 com um valor típico de 100 mg/cm3, enquanto que a densidade verdadeira é de 1700 - 2100 mg/cm3. Portanto, os aerogéis de silicato têm uma área de superfície específica muito alta de 100 - 1.600 m2/g e um valor típico de 600 m2/g.

[0064] Sua condutividade térmica no ar (a 300 K) é extraordinariamente baixa, no intervalo de 0,017 - 0,021 W/(mK) e um valor típico de 0,02 W/(mK), que confere aos aerogéis estabilidade a altas temperaturas mesmo sob condições extremas e torna-os os melhores isolantes térmicos conhecidos até hoje.

[0065] Os aerogéis de silicato não podem ser encharcados ou quimicamente atacados por metais líquidos, de modo que são quimicamente inertes aos referidos metais líquidos. O ponto de fusão dos aerogéis de silicato é de aproximadamente 1.200°C. Eles são, além disso, não inflamáveis e não tóxicos. Eles absorvem a umidade, no entanto, e tendem a rachar quando secam.

[0066] O módulo de elasticidade varia de 0,002 a 100 MPa, com um valor típico de 1 MPa. (Fonte: https://de.wikipedia.org/wiki/Aerogel.) Base

[0067] Nesta invenção, base refere-se à região do fundo do tanque, acima do qual a camada de referência está localizada na estereolitografia suspensa. Aerogel dopado

[0068] Um aerogel dopado, também referido como um X-aerogel ou um aerogel híbrido, é um aerogel cuja matriz é especificamente "contaminada" com outras moléculas, semelhante à dopagem de um semicondutor (em que, no entanto, átomos individuais são incorporados na estrutura cristalina). A dopagem com nanocelulose ou um silicone, por exemplo, PDMS, é particularmente interessante. Tal dopagem pode alterar as propriedades mecânicas (por exemplo, resistência, ductibilidade), química ou óptica de um aerogel.

[0069] Para fazer isso, o aerogel dopado é normalmente feito de uma mistura líquida de componentes individuais em um processo solgel, com os aditivos fazendo parte da mistura. No processo sol-gel, a matriz do aerogel é formada juntamente e simultaneamente com a adição do aditivo.

Fluoropolímero

[0070] Fluoropolímeros ou fluoroplásticos são polímeros em que geralmente uma grande parte ou mesmo todos os átomos de hidrogênio contidos são substituídos por flúor. Politetrafluoretileno (PTFE), que é vendido sob o nome comercial Teflon, tem maior importância econômica.

[0071] Fluoropolímeros têm alta estabilidade química e térmica, boas propriedades de isolamento elétrico, excelente resistência a intempéries, propriedades antiadesivas e não são inflamáveis. Além disso, são caracterizados pela boa resistência ao impacto e estabilidade a altas temperaturas. O comportamento antiadesivo resulta em baixa molhabilidade e boas propriedades deslizantes. Por último, os fluoropolímeros são fisiologicamente seguros. As desvantagens são os altos custos e o difícil processamento. (Fonte: https://de.wikipedia.org/wiki/Fluorpolymere.)

Inibidor

[0072] Um inibidor é um retardante que retarda ou impede uma ou mais reações. No contexto da presente invenção, um inibidor é sempre uma substância que inibe a solidificação da substância a partir da qual um objeto deve ser criado por meio de estereolitografia. No caso de estereolitografia de resinas sintéticas, o oxigênio, por exemplo, muitas vezes atua como um inibidor que suprime a fotopolimerização. Tamanho dos poros

[0073] Existem métodos físicos, tais como porosimetria de mercúrio, para determinar o diâmetro dos poros. No entanto, esses métodos assumem uma forma específica dos poros (tais como orifícios cilíndricos ou orifícios esféricos dispostos em fileiras). A porosimetria de mercúrio é adequada para aerogéis de silicato. Esta técnica envolve a penetração de um líquido não encharcante, como mercúrio, em um material com alta pressão usando um porosímetro. O tamanho dos poros é determinado como uma função da pressão externa necessária para forçar o líquido em um poro contra a tensão superficial do líquido.

[0074] A chamada equação de Washburn é válida para poros cilíndricos: PL - PG = 4 O cos θ / DP, em que PL = pressão do líquido, PG = pressão do gás a ser deslocado, O = tensão superficial do líquido, θ = ângulo de contato do líquido no material de parede dos poros, e DP = diâmetro dos poros.

[0075] A técnica é geralmente realizada sob vácuo. O ângulo de contato de mercúrio para a maioria dos sólidos é de entre 135° e 142°. A tensão superficial de mercúrio a 20°C sob vácuo é de 480 mN/m. Quando estes valores forem inseridos, o seguinte é obtido: DP = 1470 kPa μm / PL .

[0076] À medida que a pressão aumenta, o volume cumulativo dos poros também aumenta. O tamanho médio dos poros pode ser determinado a partir do volume de poros cumulativo. A derivação da distribuição cumulativa do volume dos poros fornece uma distribuição diferencial do raio dos poros. (Fonte: https://de.wikipedia.org/wiki/Quecksilberporosimetrie.)

[0077] O tamanho dos poros pode ser medido de acordo com o padrão ISO 15901-1:2016-04, por exemplo. Plano de referência, camada de referência

[0078] Em estereolitografia, o plano de referência, ou mais precisamente a camada de referência, refere-se à camada na qual um acúmulo de camadas do objeto a ser produzido está ocorrendo, isto é, o material líquido (por exemplo, resina sintética) é fotopolimerizado ou solidificado, por exemplo, pela iluminação com uma fonte de luz adequada. No método clássico (ver acima), esta camada está localizada na parte superior da peça de trabalho logo abaixo da superfície do líquido. No processo suportado, esta camada está na parte inferior da peça de trabalho.

Silicone

[0079] Silicones, poli(organo)siloxanos, para ser mais quimicamente preciso, é um termo para um grupo de polímeros sintéticos em que átomos de silício estão ligados através de átomos de oxigênio.

[0080] Podem ocorrer cadeias moleculares e/ou redes moleculares. Os elétrons de valência livre restantes do silício são saturados por radicais de hidrocarboneto (geralmente grupos metil). Os silicones, portanto, pertencem ao grupo de compostos de organossilício. Devido à sua estrutura tipicamente inorgânica por um lado e os radicais orgânicos por outro lado, os silicones ocupam uma posição intermediária entre compostos inorgânicos e orgânicos, em particular entre silicatos inorgânicos e polímeros orgânicos. De certa forma, eles são híbridos e têm uma gama única de propriedades que não podem ser replicadas por qualquer outro plástico.

[0081] Apenas compostos de silício inorgânicos ocorrem na natureza, isto é, dióxido de silício, silicatos e ácido silicioso. Todos os outros compostos de silício, incluindo silicones, são de origem sintética. (Fonte: https://de.wikipedia.org/wiki/Silikone.)

[0082] Dentro do contexto desta invenção, a partir desta classe de substâncias, polidimetilsiloxano (PDMS), que tem certa permeabilidade ao oxigênio, é particularmente importante.

Teflon AF

[0083] Nome prático para tetrafluoroetileno/bis-trifluorometil- difluoro-dioxolano ou politetrafluoroetileno-4,5-difluoro-2,2- bis(trifluorometil)-1,3-dioxol.

[0084] Teflon é politetrafluoretileno (PTFE), AF significa "flúor amorfo". (Veja: https://de.wikipedia.org/wiki/Kurzzeichen_%28Kunststoff%29.) Estereolitografia suspensa

[0085] No método suportado, o arranjo típico da estereolitografia (ver acima) é invertido. A peça de trabalho está pendurada em um dispositivo de suspensão e é imersa em um tanque com o líquido. A camada de referência está localizada na parte inferior da peça de trabalho entre a peça de trabalho e o fundo do tanque. A iluminação é realizada através do fundo do tanque, que é configurado para ser transparente à luz usada. A peça de trabalho é erguida camada por camada por meio do dispositivo de suspensão, ao mesmo tempo em que o novo material é construído camada por camada na parte inferior. A elevação tem de ser feita de uma forma que garanta que líquido suficiente flua para a camada de referência antes de o material ser novamente solidificado lá. Em modalidades específicas deste método, a criação também pode prosseguir continuamente.

Claims

1. Contêiner (100) para conter um líquido fotossensível para uso em um sistema estereolitográfico (410) em que uma camada de referência é exposta à radiação para a criação de uma peça de trabalho camada por camada ou de maneira contínua, em que o contêiner inclui pelo menos um elemento (130) diretamente adjacente à camada de referência, o ao menos um elemento (130) consiste em pelo menos um material que é transparente à radiação e tem poros de células abertas capazes de armazenar ou receber e liberar um inibidor, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um material do pelo menos um elemento (130) é um sólido compreendendo um volume, em que pelo menos 70% do volume do sólido consiste em poros de células abertas, e em que os poros de células abertas possuem um tamanho de poro entre 2 e 200 nm.

2. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contêiner para conter o líquido fotossensível é um tanque; e o elemento (130) do tanque diretamente adjacente à camada de referência é pelo menos parte de um fundo do tanque.

3. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o contêiner para conter o líquido fotossensível é usado em um sistema estereolitográfico de luz refletida (410); e o elemento (130) do contêiner diretamente adjacente à camada de referência é pelo menos uma parte de uma tampa do contêiner.

4. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material é um aerogel.

5. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o aerogel é dopado.

6. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o aerogel é dopado com nanocelulose e/ou polidimetilsiloxano.

7. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ao menos um elemento (130) do fundo do tanque é de camada única.

8. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ao menos um elemento (130) compreende pelo menos duas camadas de materiais diferentes.

9. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, o ao menos um elemento (130) é revestido com um revestimento semipermeável em um lado que entra em contato com o líquido fotossensível.

10. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o revestimento semipermeável compreende um fluoropolímero ou um silicone.

11. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ao menos um elemento (130) é revestido com um promotor de adesãoe uma membrana semipermeável.

12. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ao menos um elemento (130) é configurado de tal modo que o tamanho dos poros de célula aberta varia em pelo menos uma direção sobre uma extensão espacial do ao menos um elemento (130).

13. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um volume pelo menos parcialmente fechado é formado em um lado do ao menos um elemento (130) voltado para longe do líquido fotossensível.

14. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende um compartimento envolvendo o tanque, em que o tanque compreende o líquido fotossensível; e o líquido fotossensível é protegido da radiação pelo compartimento.

15. Contêiner (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um material carreador que é transparente à radiação, em que o ao menos um elemento (130) é mecanicamente suportado pelo carreador.

16. Sistema estereolitográfico (410) caracterizado pelo fato de que compreende um contêiner de acordo com a reivindicação 2.