CN110831735B - 用于粘合剂和粘合剂制品的增材制造方法 - Google Patents

用于粘合剂和粘合剂制品的增材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备粘合剂的方法,该方法包括获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量。该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同。该方法形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。另外,提供了一种粘合剂制品,该粘合剂制品包括具有主表面的基材和设置在基材的主表面上的一体式粘合剂。此外,提供了方法,该方法包括由具有一个或多个处理器的制造装置接收数字对象,该数字对象包括指定制品的数据;以及利用制造装置通过增材制造工艺来生成基于数字对象的制品。提供了一种系统,该系统包括显示器,该显示器显示制品的3D模型;和一个或多个处理器,该一个或多个处理器响应于由用户选择的3D模型,使得3D打印机产生制品的物理对象。

Description

用于粘合剂和粘合剂制品的增材制造方法
技术领域
本公开涉及粘合剂的增材制造。
背景技术
在各种工业中,使用粘合剂诸如压敏粘合剂、热熔性粘合剂或结构型粘合剂将装置的部件结合在一起。装置越小,粘合剂的精度就越大。通常,此类粘合剂通过将粘合剂层模切成所需形状或通过从注射器分配粘合剂组合物来制备。
发明内容
本公开涉及粘合剂的增材制造。
随着装置小型化,对更高精度递送粘合剂的需要增加。此外,存在不能通过粘合剂的模切制备的某些形状的粘合剂,例如楔形或具有厚度变化的任何形状。已发现存在对用于制造粘合剂的附加方法的需要。
在第一方面,提供了制备粘合剂的方法。该方法包括获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量。该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同。该方法形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。
在第二方面,提供了粘合剂制品。该粘合剂制品包括具有主表面的基材和设置在基材的主表面上的一体式粘合剂。粘合剂在垂直于基材的主表面的轴线上具有可变厚度。
在第三方面,本公开提供了非暂态机器可读介质。该非暂态机器可读介质具有表示制品的三维模型的数据,当由与包括光化辐射透明基材的3D打印机相接的一个或多个处理器访问时,使得3D打印机产生制品。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。
在第四方面,本公开提供了一种方法。该方法包括从非暂态机器可读介质中检索表示制品的3D模型的数据。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。该方法还包括由一个或多个处理器使用数据执行与包括光化辐射透明基材的制造装置相接的3D打印应用程序;以及由制造装置生成制品的物理对象。
在第五方面,本公开提供了一种方法。该方法包括由具有一个或多个处理器和光化辐射透明基材的制造装置接收包括指定制品的数据的数字对象。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。该方法还包括利用制造装置通过增材制造工艺来生成基于数字对象的制品。
在第六方面,本公开提供了系统。该系统包括显示器,该显示器显示制品的3D模型;和一个或多个处理器,该一个或多个处理器响应于由用户选择的3D模型,使得包括光化辐射透明基材的3D打印机产生制品的物理对象。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。
本公开的上述概述并非旨在描述本公开的每个公开方面或每种实现方式。以下描述更为具体地举例说明了例示性实施方案。在本申请全文的若干处,通过实施例列表提供了指导,这些实施例能够以各种组合使用。在每种情况下,所引用的列表都只用作代表性的组,并且不应被理解为排他性列表。
附图说明
图1为根据本公开的示例性粘合剂的示意性透视图。
图2A为用于形成图1的粘合剂的第一曝光图像的示意性顶视图。
图2B为用于形成图1的粘合剂的第二曝光图像的示意性顶视图。
图2C为用于形成图1的粘合剂的第三曝光图像的示意性顶视图。
图3为图1的粘合剂的照片。
图4为根据本公开的两个附加示例性粘合剂的示意性透视图。
图5为根据本公开的具有不同高度的示例性粘合剂阵列的示意性透视图。
图6为根据本公开的具有不同直径的示例性粘合剂阵列的示意性透视图。
图7为根据本公开的具有脊阵列的示例性粘合剂的示意性透视图。
图8为根据本公开的用于数字装置屏幕的示例性粘合剂的示意性透视图。
图9为根据本公开的宽度为216微米的示例性粘合剂的线的显微图像视图。
图10为根据本公开的用于使用的示例性照射源的示意性剖视图。
图11A和图11B为根据本公开的用于使用的另一个示例性照射源的示意性剖视图。
图12为根据本公开的用于使用的另外的示例性照射源的示意性剖视图。
图13为根据本公开的用于使用的附加的示例性照射源的示意性剖视图。
图14为用于制品的增材制造的通用系统1400的框图。
图15为用于制品的通用制造工艺的框图。
图16为示例性制品制造工艺的高级流程图。
图17为示例性制品增材制造工艺的高级流程图。
图18为示例性计算装置1800的示意性前视图。
具体实施方式
本公开提供了用于粘合剂(诸如一体式粘合剂)的增材制造的方法。一体式粘合剂具有形状或厚度的变化。本公开还提供了包含折射率的变化的一体式粘合剂。
对于以下定义术语的术语表,除非在权利要求书或说明书中的别处提供不同的定义,否则整个申请应以这些定义为准。
术语表
在整个说明书和权利要求书中使用某些术语,虽然大部分为人们所熟知,但仍可需要作出一些解释。应当理解,如本文所用:
如本说明书和所附实施方案中所用,除非内容清楚指示其他含义,否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括多个指代物。如本说明书和所附实施方案中所用的,除非内容清楚指示其他含义,否则术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用。
如本说明书中所用的,通过端点表述的数值范围包括该范围内所包括的所有数值(例如,1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。
除非另外指明,否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、性质测量等的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望属性而变化。最低程度上说,并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下,每个数值参数应至少根据所报告的数值的有效数位的数量并通过应用惯常的四舍五入法来解释。
术语“包括”及其变型在说明书和权利要求书中出现这些术语的地方不具有限制的含义。
词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些有益效果的本公开的实施方案。然而,在相同的情况或其他情况下,其他实施方案也可以是优选的。此外,对一个或多个优选的实施方案的表述并不暗示其他实施方案是不可用的,并且并不旨在将其他实施方案排除在本公开的范围之外。
术语“光化辐射”是指可产生光化学反应的电磁辐射。
术语“剂量”意指从光化辐射的强度和时间推导出的暴露于光化辐射的水平。例如,在相同的波长下,剂量是光化辐射的时间乘以强度。
术语“一体式”意指由共同构成整体的部分组成。
术语“(共)聚合物”既包括含有单个单体的均聚物也包括含有两种或更多种不同单体的共聚物。
术语“(甲基)丙烯酸类”或“(甲基)丙烯酸酯”包括丙烯酸类和甲基丙烯酸类(或丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)两者。丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体、低聚物或聚合物在本文中统称为“丙烯酸酯”。
术语“脂族基团”意指饱和或不饱和的直链或支链烃基团。该术语用于涵盖例如烷基基团、烯基基团和炔基基团。
术语“烷基基团”意指为直链的、支链的、环状的或它们的组合并且通常具有1至20个碳原子的饱和烃基团。在一些实施方案中,烷基基团含有1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷基基团的示例包括但不限于甲基、乙基、异丙基、叔丁基、庚基、十二烷基、十八烷基、戊基、2-乙基己基等。术语“亚烷基基团”是指二价烷基基团。
术语“脂环族基团”意指特性类似于脂族基团特性的环状烃基团。术语“芳族基团”或“芳基基团”意指单环或多环芳香烃基团。
相对于粘合剂的术语“图案”是指在粘合剂中限定至少一个孔的粘合剂的设计。
术语“溶剂”是指溶解另一种物质而形成溶液的物质。
术语“总单体”是指粘合剂组合物中(包括聚合反应产物和任选的附加材料两者中)所有单体的组合。
本说明书中通篇提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”,无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征、结构、材料或特性包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此,在本说明书通篇各处出现的短语诸如“在一个或多个实施方案中”、“在一些实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”、“在许多实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外,特定特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
现在将描述本公开的各种示例性实施方案。在不脱离本公开实质和范围的情况下,可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此,应当理解,本公开的实施方案并不限于以下所述的示例性实施方案,而应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制因素的控制。
在第一方面,提供一种方法。该方法包括获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量。该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同。该方法形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。
参见图1,示出了通过根据第一方面的方法制成的一体式粘合剂。一体式粘合剂100包括第一互连六边形阵列102、相邻的第二互连六边形阵列104、以及框架106,该框架具有包围第一互连六边形阵列102和第二互连六边形阵列104中的每一者的多个壁。例如,框架106包括框架壁107,该框架壁将第一互连六边形阵列102与第二互连六边形阵列104隔开。一体式粘合剂100可由本文所公开的任何粘合剂构成。
形成一体式粘合剂100的示例性方法包括抵靠光化辐射透明基材的表面放置可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量。该第一部分可通过将曝光图像定位成邻近光化辐射透明基材来限定,其中图像包括由例如但不限于计算机控制的数字光投影仪(DLP)、液晶显示器(LCD)或激光扫描系统提供的图案;光掩模等等。该图案阻止光化辐射穿过曝光图像的除图案之外的所有区域(例如,与光源和光掩模的组合一样),或提供图案的形状的光化辐射(例如,与激光器或像素阵列一样)。当曝光图像包括光掩模时,曝光图像的定位通常是光掩模邻近光化辐射透明基材的物理定位。相比之下,当曝光图像包括图案形状的光化辐射(例如,通过数字投影或激光扫描)时,曝光图像的定位通常为照射源的定位,并且照射源朝向光化辐射透明基材。当透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量时,粘合剂至少部分地由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以第一部分的形状聚合。当光化辐射首先到达与基材接触的粘合剂前体组合物时,粘合剂在基材的表面上聚合并且在垂直于基材表面的方向上继续聚合。一般来讲,照射剂量越大,光化辐射行进到可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物(垂直于基材表面)中越远,并且所得粘合剂越厚。
现在转到图2A-2C,示出了三个曝光图像。图2A提供了用于允许照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分的示例性第一曝光图像200a的顶视图。曝光图像200a包括上文相对于图1所示的一体式粘合剂所述的特征中的每一个;即,第一互连六边形阵列202、相邻的第二互连六边形阵列204、以及框架206,该框架具有包围第一互连六边形阵列202和第二互连六边形阵列204中的每一者的多个壁。框架206还包括框架壁207,该框架壁将第一互连六边形阵列202与第二互连六边形阵列204隔开。
该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量。为了照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分,邻近光化辐射透明基材定位第二曝光图像(例如,如上文相对于第一曝光图像所论述)。图2B提供了用于允许照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分的示例性第二曝光图像200b的顶视图。曝光图像200b包括被包括在第一曝光图像200a中的特征的选择部分;即,第二互连六边形阵列204、具有包围第二互连六边形阵列204的多个壁的框架206、以及框架壁207。因此,当透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量时,粘合剂至少部分地由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以第二部分的形状聚合。在这种情况下,照射第二部分将导致粘合剂的除第一六边形阵列202之外的所有区域的厚度增加,这是由于第二曝光图像200b与第一曝光图像200a的所有图案(除第一六边形阵列202之外)重叠。这是因为,在第一照射和第二照射之后,第一六边形阵列202已暴露于的照射剂量小于粘合剂的其余部分暴露于的总照射剂量。
在某些实施方案中,该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第三部分达第三照射剂量。为了照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第三部分,邻近光化辐射透明基材定位第三曝光图像(例如,如上文相对于第一曝光图像所论述)。图2C提供了用于允许照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第三部分的示例性第三曝光图像200c的顶视图。曝光图像200c包括被包括在第一曝光图像200a中的特征的选择部分;即,具有多个壁的框架206以及框架壁207。因此,当透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第三部分达第三照射剂量时,粘合剂至少部分地由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以第三部分的形状聚合。在这种情况下,照射第三部分将导致框架206和框架壁207的厚度增加,这是由于第三曝光图像200c与第一曝光图像200a和第二曝光图像200b的图案的框架区域重叠。这是因为,在第一照射、第二照射和第三照射之后,第一框架206和框架壁207已暴露于的照射剂量大于粘合剂的其余部分暴露于的总照射剂量。
图3中提供了具有如图1所示的相同图案的一体式粘合剂的照片。一体式粘合剂300由丙烯酸、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、IRGACURE TPO光引发剂、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚和TINOPAL OB CO的混合物的聚合反应产物形成,并且包括第一互连六边形阵列302、相邻的第二互连六边形阵列304、以及框架306,该框架具有包围第一互连六边形阵列302和第二互连六边形阵列304中的每一者的多个壁。例如,框架306包括框架壁307,该框架壁将第一互连六边形阵列302与第二互连六边形阵列304隔开。在该拍摄的实施方案中,第一互连六边形阵列302具有0.05毫米(mm)的高度;第二互连六边形阵列304具有0.10mm的高度;并且框架306(包括框架壁307)具有0.15mm的高度。使用照射相邻或重叠区域的三种照射剂量来实现一体式粘合剂300的各个部分的高度差。
现在参见图4,示出了两种示例性一体式粘合剂(400a和400b)。第一一体式粘合剂400a示出了从具有第一厚度409的第一部分410到具有第二厚度413的第二部分412的高度阶跃变化。阶跃变化发生在界面411处。例如,第一部分410可具有0.5mm的厚度,并且第二部分412可具有1.0mm的厚度。在某些实施方案中,第一一体式粘合剂400a可由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物使用两种不同的照射剂量,各自以第一部分410和第二部分412的形状形成。第一一体式粘合剂400a包括主表面408,该主表面与第一部分410和第二部分412两者成一体,由抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。第一部分410和第二部分412的厚度(409和413)表示可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物被聚合的垂直于光化辐射透明基材的表面的距离。
与第一一体式粘合剂400a中的大高度阶跃变化相反,第二一体式粘合剂400b具有看起来是缓坡的更微妙的高度变化,但它由多个小阶跃变化组成。更具体地,第二一体式粘合剂400b包括具有第一厚度415的第一部分414、具有第二厚度419的第二部分418以及包括至少十个离散部分的第三部分416,所述部分组合具有从邻近第一部分414的端部到邻近第二部分418的端部逐渐增加的厚度。在某些实施方案中,第二一体式粘合剂400b可由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物使用至少十二种不同的照射剂量形成。第二一体式粘合剂400b包括主表面417,该主表面与第一部分414、第二部分418和第三部分416中的全部成一体,由抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。第二一体式粘合剂400b的各个部分的厚度表示可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物被聚合的垂直于光化辐射透明基材的表面的距离。
参见图5,示出了各自具有锥体形状的一体式粘合剂阵列。第一一体式粘合剂500a具有最大直径520a和峰锥高度522a,第二一体式粘合剂500b具有第二最大直径520b和峰锥高度522b,第三一体式粘合剂500c具有第三最大直径520c和峰锥高度522c,第四一体式粘合剂500d具有第四最大直径520d和峰锥高度522d,并且第五一体式粘合剂500e具有第五最大直径520e和峰锥高度522e。锥体形一体式粘合剂中的每一个可通过相同方法由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。例如,类似于上述第二一体式粘合剂400b,每个锥体具有从锥体的基底(524a-524e)直至锥体点(526a-526e)的看起来是缓坡的高度变化,但它由多个小阶跃变化组成。在实施过程中,多个圆(各自具有位于相同位置的中心)各自被照射,其中每个后续圆具有比先前的圆更小的直径,从而导致可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以锥体的形状聚合。锥体500a-500e的各个部分的厚度表示可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物被聚合的垂直于光化辐射透明基材的表面的距离,其中锥体点(526a-526e)设置在基材的表面的远侧。
参见图6,示出了各自具有圆柱体形状的粘合剂阵列。第一粘合剂600a具有最大直径620a,第二粘合剂600b具有第二最大直径620b,第三粘合剂600c具有第三最大直径620c,第四粘合剂600d具有第四最大直径620d,并且第五粘合剂600e具有第五最大直径620e。圆柱体形粘合剂中的每一个可通过相同方法由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。例如,可在抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的单次照射期间形成具有不同直径的多个圆柱体,其中多个离散的圆形图案同时被照射。
参见图7,示出了示例性一体式粘合剂。一体式粘合剂700包括基底层730和多个间隔开的脊734,其中间隔开的脊734的宽度从基底层730的一个端部731到基底层730的另一个端部733减小。例如,间隔开的脊734的宽度可从约550微米变化降至约40微米。一体式粘合剂700可由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物使用两种不同的照射剂量形成。一体式粘合剂700的基底层730与多个脊734中的全部成一体,并且由在第一照射剂量期间抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。多个间隔开的脊734的厚度表示可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以第二照射剂量被聚合的垂直于光化辐射透明基材的表面的距离。基于在第二照射剂量期间照射的图案来实现多个脊734的宽度。
现在转向图8,示出了示例性一体式粘合剂800。还示出了用于数字装置屏幕的盖玻璃850。盖玻璃850包括光学透明的玻璃屏851和黑色油墨边框852,该黑色油墨边框围绕玻璃屏851的主表面853的周边丝网印刷在玻璃屏851上。边框852限定被配置为容纳传感器、照相机、扬声器、麦克风等中的一者或多者的多个孔854。一体式粘合剂800包括用于数字装置屏幕的光学透明的粘合剂。一体式粘合剂800包括基底层840和垫片部分844。基底层840限定被配置为容纳传感器、照相机、扬声器、麦克风等中的一者或多者的多个孔842。垫片部分844被配置为填充盖玻璃850的边框852与盖玻璃850的玻璃屏851的主表面853之间的开口体积。一体式粘合剂800可由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物使用两种不同的照射剂量形成。一体式粘合剂800的基底层840与垫片部分844成一体,并且由在第一照射剂量期间抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物形成。基于在第一照射剂量期间照射的图案来实现孔842。垫片部分844的厚度表示可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物以第二照射剂量被聚合的垂直于光化辐射透明基材的表面的距离。在使用中,一体式粘合剂800贴合到盖玻璃850,以有助于将盖玻璃粘附到数字装置上。
参见图9,示出了示例性粘合剂的线的显微图像视图。显微镜图像示出了通过形成本文所公开的粘合剂的方法可达到的精度水平。更具体地,被设计成在实施过程中具有200微米的宽度的粘合剂线900具有216微米的测量宽度。气泡是在吹掉组合物后余留的未聚合的前体组合物的液滴。
参见图10,根据本公开的方法包括获得抵靠光化辐射透明基材1010的表面1011设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物1016,以及透过光化辐射透明基材1010照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量(例如,使用照射源1000,该照射源包括LED或灯1066以及包括多个反射器1062、1063和1064的数字光投影仪(DLP)1065)。该方法还包括透过光化辐射透明基材1010照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物1016的第二部分达第二照射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同。该方法形成在垂直于光化辐射透明基材1010的表面1011的轴线上具有可变厚度(例如,与1017b相比的1017a)的一体式粘合剂1017。
与其中前体组合物的各个层各自在整个厚度(即,z方向)上固化的立体光刻和其他增材制造方法不同,在根据本公开的方法中,一体式粘合剂的厚度为抵靠基材的表面设置的前体组合物厚度的一部分。在某些实施方案中,一体式粘合剂的厚度与抵靠基材的表面设置的前体组合物的厚度的比率为10:90、或15:85、或20:80、或25:75、或30:70、或40:60、或50:50、或60:40、或70:30、或80:20、或90:10。
有利地,由于采用适合的光化辐射源,本公开的方法提供了容易制造具有多种独特形状的单个粘合剂的能力,光化辐射的界限和剂量由此决定了单个粘合剂的具体形状。例如,数字光投影仪、激光扫描装置和液晶显示器均可被控制以改变光化辐射的面积和强度,所述光化辐射引起可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的固化。
如果需要重复产生相同的形状,则可利用光掩模或一系列光掩模来提高比其他照射源更高的成本效率。
如上所述,粘合剂的模切不能够容易形成具有楔形或具有厚度变化的其他形状的粘合剂。相似地,模切不适于形成具有高度梯度或其他独特形状的粘合剂。本公开不仅提供具有多种形状和梯度的粘合剂,而且还提供在同一基材上的多种不同形状和高度的粘合剂的粘合剂。
当光化辐射透明基材包括聚合物材料时,光化辐射透明基材可包括例如但不限于选自以下的聚合物材料:聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃膜、聚(甲基丙烯酸甲酯)或它们的组合。在某些实施方案中,基材包括剥离衬垫、含氟聚合物膜或包括剥离涂层的玻璃。剥离衬垫包含聚对苯二甲酸乙二醇酯和有机硅,或聚丙烯和有机硅。当光化辐射透明基材包括玻璃时,基材通常包括选自硼硅酸钠玻璃、碱石灰玻璃和石英玻璃的玻璃。
在一些实施方案中,基材包括多层构造,例如但不限于包括聚合物片材、粘合剂层和衬垫的多层构造。任选地,多层构造包括其上设置有一体式粘合剂的涂层。在某些实施方案中,基材是装置。示例性装置包括有机发光二极管、传感器或太阳能装置。
在某些实施方案中,第一剂量的照射时间不同于第二剂量的照射时间,而在其他实施方案中,第一剂量的光化辐射强度低于第二剂量的光化辐射强度。类似地,在某些实施方案中,第一剂量的光化辐射强度大于第二剂量的光化辐射强度,而在其他实施方案中,第一剂量的光化辐射强度低于第二剂量的光化辐射强度。
当第一照射剂量和第二照射剂量不相同时,形成在垂直于光化辐射透明基材的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。在某些实施方案中,第一剂量的照射时间短于或长于第二剂量的照射时间。在某些实施方案中,第一剂量的光化辐射强度低于或高于第二剂量的光化辐射强度。在某些实施方案中,照射第一部分发生在照射第二部分之前,与照射第二部分同时发生,或它们的组合。
在某些实施方案中,光化辐射透明基材为容器的底板,并且照射从底板下方引导透过底板。例如,再次参见图10,提供了包括侧壁1015和底板(即,光化辐射透明基材)1010的容器1014。可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物1016设置在容器1014的底板1010的主表面1011上,并且照射从位于底板1010下方的照射源1000引导透过底板1010。相似地,参见图11A和图11B,提供了包括侧壁1115和底板(即,光化辐射透明基材)1110的容器1114;参见图12,提供了包括侧壁1215和底板(即,光化辐射透明基材)1210的容器1214;并且参见图13,提供了包括侧壁1315和底板(即,光化辐射透明基材)1310的容器1314。
在某些实施方案中,该方法还包括移除保持与粘合剂(例如,第一粘合剂、第二粘合剂和/或一体式粘合剂等)接触的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物。移除在照射后尚未聚合的前体组合物可涉及使用重力、气体、真空、流体或它们的任何组合,诸如倾倒出在照射后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分,或使用气刀或喷嘴吹掉粘合剂前体组合物的至少一部分。任选地,用于移除过量粘合剂前体组合物的合适流体包括溶剂。当粘合剂将被后固化时,可能尤其期望移除残余的前体组合物,使其不与粘合剂接触,以最小化或防止粘合剂材料在后固化时增材成所需形状和尺寸的粘合剂。
可通过根据本公开的方法制造的粘合剂的类型没有特别限制。例如且非限制地,粘合剂可为压敏粘合剂(PSA)、结构型粘合剂、结构混合式粘合剂、热熔性粘合剂或它们的组合。例如,粘合剂通常由可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物制备,该粘合剂前体组合物包含丙烯酸酯、两部分丙烯酸酯和环氧体系、两部分丙烯酸酯和氨基甲酸酯体系、或它们的组合。在某些实施方案中,可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物为100%可聚合前体组合物,而在其他实施方案中,可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物包含至少一种溶剂,诸如例如但不限于C4-C12烷烃(例如,庚烷)、醇(例如,甲醇、乙醇或异丙醇)、醚和酯。
丙烯酸类聚合物可为(例如)具有1至18个碳原子的非叔醇的丙烯酸酯。在一些实施方案中,丙烯酸酯包括具有4至12个碳原子的碳至碳链,并且终止于羟基氧原子,所述链含有分子中碳原子总数的至少一半。
某些可用的丙烯酸酯可聚合成发粘的、可拉伸的且弹性的粘合剂。非叔醇的丙烯酸酯的示例包括但不限于丙烯酸2-甲基丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸4-甲基-2-戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸仲丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸异癸酯、甲基丙烯酸异癸酯和丙烯酸异壬酯。合适的非叔醇的丙烯酸酯包括例如丙烯酸2-乙基己酯和丙烯酸异辛酯。
为了增强粘合剂的强度,丙烯酸酯可与具有高度极性基团的一种或多种单烯键式不饱和单体共聚。此类单烯键式不饱和单体诸如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-取代的丙烯酰胺(例如N,N-二甲基丙烯酰胺)、丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酸羟烷基酯、丙烯酸氰基乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己内酰胺和马来酸酐。在一些实施方案中,这些可共聚单体可以按粘合剂基体的重量计小于20%的量使用,使得粘合剂在普通室温下发粘。在一些情况下,粘着性可在按重量计至多50%的N-乙烯基吡咯烷酮下保留。
尤其可用的是丙烯酸酯共聚物,其包含至少6重量%的丙烯酸,并且在其他实施方案中,至少8重量%、或至少10重量%的丙烯酸,各自基于丙烯酸酯共聚物中单体的总重量计。粘合剂也可包含少量其他可用的可共聚单烯键式不饱和单体,诸如烷基乙烯基醚、偏二氯乙烯、苯乙烯和乙烯基甲苯。
在某些实施方案中,根据本公开的粘合剂包含两部分丙烯酸酯和环氧体系。例如,合适的丙烯酸酯环氧树脂组合物详细描述于美国专利申请公布2003/0236362(Blem等人)中。在某些实施方案中,根据本公开的粘合剂包含两部分丙烯酸酯和氨基甲酸酯体系。例如,合适的丙烯酸酯氨基甲酸酯组合物详细描述于美国专利4,950,696(Palazotto等人)中。
还可通过使用交联剂诸如1,6-己二醇二丙烯酸酯与光敏三嗪交联剂(如美国专利中4,330,590(Vesley)和4,329,384(Vesley等人)中所教导的),或与可热活化的交联剂诸如具有C1-4烷基基团的低级烷氧基化氨基甲醛缩合物(例如,六甲氧基甲基三聚氰胺或四甲氧基甲基脲或四丁氧基甲基脲)来实现粘合剂的内聚强度的增强。可通过用电子束(或“电子束”)辐射、γ辐射或x射线辐射照射组合物来实现交联。双酰胺交联剂可与丙烯酸粘合剂的溶液一起使用。
在典型的光聚合方法中,可以在存在光聚合引发剂(即,光引发剂)的情况下用光化辐射诸如例如紫外(UV)线照射单体混合物。合适的示例性光引发剂为可以商品名IRGACURE和DAROCUR购自德国路德维希港的巴斯夫的那些,并且包括1-羟基环己基苯酮(IRGACURE 184)、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮(IRGACURE 651)、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦(IRGACURE 819)、1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙-1-酮(IRGACURE 2959)、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉基苯基)丁酮(IRGACURE 369)、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙-1-酮(IRGACURE 907)、寡聚[2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮]ESACURE ONE(意大利加拉拉泰的宁柏迪公司(LambertiS.p.A.,Gallarate,Italy))、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮(DAROCUR 1173)、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(IRGACURE TPO)和2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基次膦酸酯(IRGACURE TPO-L)。附加合适的光引发剂包括例如但不限于苄基二甲基缩酮、2-甲基-2-羟基苯丙酮、苯偶姻甲醚、苯偶姻异丙醚、茴香偶姻甲醚、芳族磺酰氯、光活性肟以及它们的组合。当使用时,光引发剂通常以每100重量份总单体计约0.01至约5.0重量份、或0.1至1.5重量份的量存在。
粘合剂的后固化任选地使用热引发剂引发。合适的热引发剂包括例如但不限于2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)、2,2'-偶氮双异丁腈(VAZO 64,可得自杜邦公司(EI du Pontde Nemours Co.))、2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)(VAZO 52,得自杜邦公司)、2,2'-偶氮双-2-甲基丁腈、(1,1'-偶氮双(1-环己腈)、2,2'-偶氮双(异丁酸甲酯)、2,2'-偶氮双(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2'-偶氮双(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、4,4'-偶氮双(4-氰基戊酸)和其可溶性盐(例如钠、钾)、过氧化苯甲酰、过氧化乙酰、过氧化月桂酰、过氧化癸酰、过氧二碳酸二鲸蜡酯、过氧二碳酸二(4-叔丁基环己基)酯、过氧二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧新戊酸叔丁酯、过氧-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸盐与焦亚硫酸钠或亚硫酸氢钠的组合、过氧化苯甲酰加二甲基苯胺、氢过氧化枯烯加环烷酸钴以及它们的组合。当使用时,热引发剂通常以每100重量份总单体计约0.01至约5.0重量份、或0.1至0.5重量份的量存在。
对于丙烯酸类聚合物(特别是粘合剂)而言有多种交联机理,包括多官能化烯键式不饱和基团与其他单体的自由基共聚作用,以及通过诸如丙烯酸之类的官能化单体的共价或离子交联。合适的共价交联剂包括双氮丙啶,例如1,1’-间苯二甲酰双(2-甲基氮丙啶)。
另一种方法是使用UV交联剂(诸如可共聚的二苯甲酮)或后加入的光交联剂(诸如多官能化二苯甲酮和三嗪)。通常已使用多种不同的材料作为交联剂,例如多官能丙烯酸酯、苯乙酮、二苯甲酮和三嗪。在某些实施方案中,可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的至少一种辐射敏感性交联剂包括共聚(II)型光交联剂。按照本具体实施方式,本领域的技术人员将容易识别用于本文的合适的共聚(II)型光交联剂。在一个示例性实施方案中,共聚(II)型光交联剂可与存在于用于制备粘合剂的混合物中的其他单体一起共聚。在替代的示例性实施方案中,用于本文的共聚(II)型光交联剂可以共聚合成交联聚合物,优选丙烯酸酯交联聚合物,并且不同于粘合剂。
在某些实施方案中,粘合剂任选地包含交联聚合物。按照本公开,本领域的技术人员将容易识别用于形成用于本文的交联聚合物的合适的组合物。可用于制备用于本文的交联聚合物的示例性组合物包括例如但不限于包含单体混合物的那些,该单体混合物包含选自丙烯酸类单体、乙烯基酯单体、丙烯酰胺单体、烷基(甲基)丙烯酰胺单体、二烷基丙烯酰胺、苯乙烯类单体以及它们的任何组合或混合物的单体。
因此,用于本文的交联聚合物可为丙烯酸酯、乙烯基酯、丙烯酰胺、烷基丙烯酰胺、二烷基丙烯酰胺或苯乙烯(共)聚合物,特别包括单体如例如烷基(甲基)丙烯酰胺单体、二芳基(甲基)丙烯酰胺单体、苯乙烯类单体(特别是低Tg苯乙烯类单体,诸如例如丁氧基苯乙烯单体)、乙烯基酯单体以及它们的任何组合或混合物。在一个优选的方面,交联聚合物为丙烯酸酯交联聚合物。
粘合剂任选地由包含至少一种直链或支链(甲基)丙烯酸烷基酯单体的单体混合物制备,其中(甲基)丙烯酸烷基酯单体的直链或支链烷基基团优选地包含1至24个,更优选地4至20个,甚至更优选地6至15个,还更优选地6至10个碳原子。直链或支链(甲基)丙烯酸烷基酯单体任选地选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正戊酯、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸异己酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-丙基庚酯、丙烯酸硬脂酯、丙烯酸异冰片酯及它们的任何组合或混合物。更优选地,用于本文的(甲基)丙烯酸烷基酯单体选自丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸丁酯及它们的任何组合或混合物。还更优选地,用于本文的(甲基)丙烯酸烷基酯单体包含丙烯酸异辛酯或由丙烯酸异辛酯组成。
根据特定实施方案,乙烯基酯(共聚)单体,优选叔碳酸乙烯基酯(共聚)单体可存在于用于制备交联聚合物的(预聚合)单体混合物中,其量通常为0份至50份的共聚单体,并且因此通常与丙烯酸酯单体(共)聚合。合适的对立酸(共)-单体的乙烯基酯包括可商购获得的单体:Veova 10,其可从俄亥俄州俄亥俄州的迈图公司(Momentive,Columbus,OH)商购获得。乙烯基酯共聚单体通常以每100重量份的丙烯酸酯交联聚合物计0.5重量份至40重量份、1.0重量份至30重量份、5重量份至25重量份、10重量份至20重量份,或甚至15重量份至20重量份的量使用。
当存在时,交联聚合物通常以每100重量份的总单体计0.5重量份至30重量份、0.5重量份至20重量份、1.0重量份至10重量份,或甚至2.0重量份至8.0重量份的量存在。
当存在时,辐射敏感性交联剂通常以每100重量份的共聚物计至少0.05重量份或以每100重量份的总单体计至少0.10重量份诸如以每100重量份的总单体计0.06重量份至1重量份、0.11重量份至1重量份、0.16重量份至1重量份、0.18重量份至0.70重量份、或甚至0.20重量份至0.50重量份的量存在。
在一些实施方案中,任选地包括一种或多种非光可交联(共)聚合物。合适的非光可交联(共)聚合物包括例如但不限于聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯和聚丙烯腈以及它们的组合。一种或多种非光可交联(共)聚合物通常以每100重量份总单体计约0.1重量份至约25重量份的量存在。
为了提高粘合剂组合物的内聚强度,可将多官能化(甲基)丙烯酸酯掺入到可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物中。多官能化(甲基)丙烯酸酯特别可用于乳液或本体聚合,通常以低水平使用。合适的多官能化(甲基)丙烯酸酯包括例如但不限于二(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸酯和四(甲基)丙烯酸酯,如1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、聚丁二烯二(甲基)丙烯酸酯、聚氨酯二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯,以及它们的混合物。
当使用时,多官能化(甲基)丙烯酸酯单体以基于100重量份总单体计最多0.05重量份或最多0.1重量份的量存在。当使用时,多官能化(甲基)丙烯酸酯单体以基于100重量份总单体计至少0.001重量份或至少0.005重量份的量存在。在某些实施方案中,多官能化(甲基)丙烯酸酯单体以基于100重量份总单体计0.001重量份至0.1重量份,而在其他实施方案中则为0.005重量份至0.05重量份的量存在。
在某些实施方案中,任选地包括一种或多种常规辅助剂。合适的辅助剂包括例如但不限于可辐射交联的添加剂、增稠剂、颗粒填料(例如,无机填料诸如玻璃泡、玻璃珠、纳米粒子、微球体等)、抗氧化剂、着色剂、抑制剂、光学增白剂、香料或它们的组合。一种或多种吸收改性剂(例如,染料、光学增白剂、颜料、颗粒填料等)用于可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的至少某些实施方案中,以限制光化辐射的穿透深度。此外,一种或多种抑制剂(例如,丁基化羟基甲苯(BHT))任选地包含在可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物中,以限制前体组合物与暴露于光化辐射的前体组合物区域的聚合程度。在某些实施方案中,所包含的微球体为无机或合成树脂中空微球体。无机中空微球体优选地为玻璃微球体或微泡,诸如美国专利3,365,315中所述的那些。有机树脂微球体描述于美国专利2,797,201中。在某些实施方案中,可辐射交联添加剂包括至少一种双(二苯甲酮)。
任选地,一种或多种增粘剂可存在于可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物中。合适的增粘剂通常包括萜烯酚、松香、松香酯、氢化松香酯、合成烃树脂、多萜烯、芳族改性的多萜烯树脂、香豆酮-茚树脂、烃树脂诸如α-蒎烯系树脂、β-蒎烯系树脂、柠檬烯系树脂、脂肪族烃系树脂、芳族改性的烃系树脂、芳族烃树脂、二环戊二烯系树脂或它们的组合。在某些实施方案中,增粘剂为萜烯树脂、烃类树脂、松香树脂、石油树脂或它们的组合。合适的合成烃树脂包括例如但不限于脂族C5烃、芳族C9烃、前述任何一种的部分氢化形式、前述任何一种的完全氢化形式以及它们的组合。
各种类型的增粘剂包括酚改性的萜烯和松香酯,如可以商品名NUROZ、NUTAC(纽卜特贸易公司(Newport Industries))、PERMALYN、STAYBELITE、FORAL(伊士曼公司(Eastman))购得的松香的甘油酯和松香的季戊四醇酯。也可购得的是通常来自由石脑油裂解产物的C5和C9单体的烃树脂增粘剂,并可以商品名PICCOTAC、EASTOTAC、REGALREZ、REGALITE(伊士曼公司(Eastman))、ARKON(荒川公司(Arakawa))、NORSOLENE、WINGTACK(克雷威利公司(Cray Valley))、NEVTAC LX(内维尔化学品公司(Neville Chemical Co.))、HIKOTACK、HIKOREZ(可隆化学公司(Kolon Chemical))、NOVARES(罗格斯公司(RuetgersN.V.))、QUINTONE(瑞翁公司(Zeon))、ESCOREZ(埃克森美孚化工公司(Exxon MobileChemical))、NURES和H-REZ(纽卜特贸易公司(Newport Industries))购得。
当使用时,至少一种增粘剂通常以每100重量份总单体计大于10重量份或以每100重量份总单体计大于20重量份或大于30重量份或大于40重量份,例如以每100重量份总单体计40重量份至70重量份的量存在。
在许多实施方案中,该方法包括后固化一种或多种成形的粘合剂(例如,第一粘合剂、第二粘合剂、一体式粘合剂等),例如使用光化辐射、电子束或加热进行后固化。在此类实施方案中,通过在初始照射期间不要求将粘合剂固化至特定应用所需的全部程度,辐射变量可聚焦于聚合以形成所需的形状和尺寸。
有利地,光化辐射由以下提供:具有发光二极管(LED)的数字光投影仪(DLP)、具有灯的DLP、具有激光器的激光扫描装置、具有背光源的液晶显示器(LCD)面板、具有灯的光掩模或具有LED的光掩模。灯选自白炽灯、闪光灯、低压汞灯、中压汞灯和微波驱动灯。由于光化辐射源的缘故,粘合剂包含折射率的变化。更具体地,观察根据本公开的示例性方法制备的粘合剂的横截面显示由于离散LED、或DLP像素、或激光穿过、或LCD像素或光掩模的灰度所提供的固化的相应变化而导致的折射率的变化。更具体地,图10中提供了具有LED或灯的DLP的示意图,图11a和图11b中提供了具有灯或LED的光掩模的示意图,图12中提供了具有背光源的LCD面板的示意图,并且图13中提供了具有激光器的激光扫描装置的示意图。
再次参见图10,其提供了用于本公开的示例性方法的照射源1000的示意图,其包括具有LED或灯1066(1066表示LED或灯)的DLP1065。DLP 1065包括多个单独移动的反射器,诸如第一反射器1062、第二反射器1063和第三反射器1064。每个反射器以特定角度定位,以将来自LED或灯1066的照射朝向设置在光化辐射透明基材1010的主表面1011上的组合物1016的预定位置导向。在使用中,来自LED或灯1066的照射的强度和持续时间将在形成一种或多种粘合剂1017和1019时影响组合物1016在垂直于基材1010的主表面1011的方向上的固化(例如,聚合)深度。例如,一体式粘合剂1017的一部分1017b具有比相同一体式粘合剂1017的另一部分1017a更大的厚度。这可通过用比部分1017a被照射的剂量更大的剂量照射部分1017b来实现。相比之下,粘合剂1019在其整个宽度上具有单一厚度,这是由于在其整个宽度上接收相同的剂量。采用DLP的有益效果是各个反射器可容易地调节(例如,使用计算机控制)以根据需要改变照射位置和剂量,从而改变所得成形粘合剂的形状,而不需要显著的设备改变。DLP是本领域熟知的,例如但不限于美国专利5,658,063(Nasserbakht)、5,905,545(Poradish等人)、6,587,159(Dewald)、7,164,397(Pettitt等人)、7,360,905(Davis等人)、8,705,133(Lieb等人)和8,820,944(Vasquez)。合适的DLP可诸如从德克萨斯州达拉斯的德州仪器(Texas Instruments(Dallas,TX))商购获得。如上所述,LED或灯可与DLP一起使用。合适的灯可包括闪光灯、低压汞灯、中压汞灯和/或微波驱动灯。技术人员可选择合适的LED或灯光源以提供引发特定可聚合组合物聚合所需的光化辐射,例如购自利福尼亚州森尼维耳的朗明纳斯公司(Luminus Inc.(Sunnyvale,CA))的UV LED CBT-39-UV。
参见图11A和图11B,提供了包括照射源1100的示意图,所述照射源包括具有LED或灯1166(1166表示LED或灯)的至少一个光掩模1170a和1170b,以用于本公开的示例性方法。具有凸形表面1168的透镜1167与LED或灯1166一起使用,以将照射扩散到一个或多个光掩模1170a和1170b的至少一部分上。如图11A所示,第一光掩模1170a用于将来自LED或灯1166的照射朝向设置在光化辐射透明基材1110的主表面1111上的组合物1116的预定位置导向。在使用中,来自LED或灯1166的照射的强度和持续时间将在形成一种或多种粘合剂1117和1119时影响组合物1116在垂直于基材1110的主表面1111的方向上的固化(例如,聚合)深度。例如,一体式粘合剂1117的一部分1117b具有比相同一体式粘合剂1117的另一部分1117a更大的厚度。这可通过采用多于一个光掩模来实现。例如,参见图11A,示出了光掩模1170a,其中提供了多个部分1171a,通过所述部分可引导照射以固化组合物1116。参见图11B,示出了第二光掩模1170b,其中提供了一部分1171b,通过所述部分可引导照射以进一步固化组合物1116。在例示的实施方案中,一旦使用第一光掩模1170a并且一旦使用第二光掩模1170b,部分1117b由于被照射两次而具有比部分1117a更大的厚度,从而以比所述部分1117a的剂量更大的剂量照射所述部分1117b。相比之下,粘合剂1119在其整个宽度上具有单一厚度,这是由于通过仅透过第一光掩模1170a暴露于照射而在其整个宽度上接收相同的剂量。而图11A至图11B中的光掩模显示为具有不透明和透明部分,技术人员将会知道,可采用具有灰度级的光掩模来实现组合物的不同位置中的固化梯度。合适的光掩模可商购获得,例如来自明尼苏达州明尼阿波里斯的无线图形公司(Infinite Graphics(Minneapolis,MN))的NanoSculpt光掩模。类似于使用DLP,LED或灯可与光掩模一起使用。
参见图12,提供了包括数字光掩模1272(例如,具有背光源1266的LCD)的照射源1200的示意图,其中背光源包括用于本公开的示例性方法的LED或灯1266(1266表示LED或灯)。具有凸形表面1268的透镜1267与背光源1266一起使用,以将照射扩散到数字光掩模1272的至少一部分上。在使用中,来自背光源1266的照射的强度和持续时间将在形成一种或多种粘合剂1217和1219时影响组合物1216在垂直于基材1210的主表面1211的方向上的固化(例如,聚合)深度。例如,一体式粘合剂1217的一部分1217b具有比相同一体式粘合剂1217的另一部分1217a更大的厚度。这可通过用比部分1217a被照射的剂量更大的剂量照射部分1217b来实现。相比之下,粘合剂1219在其整个宽度上具有单一厚度,这是由于在其整个宽度上接收相同的剂量。采用数字光掩模的有益效果是各个像素可容易地调节(例如,使用计算机控制)以根据需要改变照射位置和剂量,从而改变所得成形粘合剂的形状,而不需要显著的设备改变。合适的LCD可商购获得,例如购自日本大阪的夏普株式会社(SharpCorporation(Osaka,Japan))的LCD LQ043T1DG28。
参见图13,提供了照射源1300的示意图,该照射源包括具有激光器1366的激光扫描装置1362,以用于本公开的示例性方法。激光扫描装置1362包括至少一个单独移动的镜子。每个镜子以特定角度定位,以将来自激光器1366的照射朝向设置在光化辐射透明基材1310的主表面1311上的组合物1316的预定位置导向。在使用中,来自激光器1366的照射的强度和持续时间将在形成一种或多种粘合剂1317和1319时影响组合物1316在垂直于基材1310的主表面1311的方向上的固化(例如,聚合)深度。例如,一体式粘合剂1317的一部分1317b具有比相同一体式粘合剂1317的另一部分1317a更大的厚度。这可通过用比部分1317a被照射的剂量更大的剂量照射部分1317b来实现。相比之下,粘合剂1319在其整个宽度上具有单一厚度,这是由于在其整个宽度上接收相同的剂量。采用激光扫描装置的有益效果是各个镜子可容易地调节(例如,使用计算机控制)以根据需要改变照射位置和剂量,从而改变所得成形粘合剂的形状,而不需要显著的设备改变。合适的激光扫描装置可商购获得,诸如来自中国北京的嘉华(北京)科技有限公司(Sino-Galvo(Beijing)TechnologyCo.,LTD.(Beijing,China))Technology Co.,LTD)的JS2808检流计扫描器。技术人员可选择合适的激光器,以提供引发特定可聚合组合物聚合所需的光化辐射,例如来自加利福尼亚州圣克拉拉的内聚合有限公司(Coherent Inc.(Santa Clara,CA))的CUBE 405-100C二极管激光系统。
因此,本公开的上述照射源中的任一个均适用于本文所公开的实施方案的设备中的每一个。这些照射源的优点在于,它们易于被构造成在一个或多个预定位置处提供一个或多个预定剂量的照射,从而允许制造尺寸和形状变化,尤其是在垂直于基材的厚度上变化的粘合剂。
在许多实施方案中,该方法还包括将成形的粘合剂转移到第二基材。合适的基材包括例如但不限于玻璃、聚合物材料、陶瓷或金属。基材通常为待包括在粘合剂的最终用途中诸如在电子装置中的基材。
执行根据本公开的方法的温度没有特别限制。对于采用在室温(例如,20-25摄氏度)下呈液体形式的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的方法,为简单起见,所述方法的各种步骤中的至少一些通常在室温下执行。对于采用在室温下为固体形式的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的方法,所述方法的各种步骤中的至少一些可在高于室温的升高的温度下执行,使得可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物为液体形式。可通过整个方法或通过诸如形成粘合剂、移除未聚合的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物、和/或任选的后固化粘合剂之类的步骤来使用升高的温度。在一些实施方案中,该方法的某些部分在不同的温度下执行,而在一些其他实施方案中,整个方法在一种温度下执行。合适的升高的温度包括例如但不限于高于25摄氏度且至多150摄氏度、至多130摄氏度、至多110摄氏度、至多100摄氏度、至多90摄氏度、至多80摄氏度、至多70摄氏度、至多60摄氏度、至多50摄氏度或至多40摄氏度。在某些实施方案中,该方法在介于20℃和150℃之间,包括端值在内;介于30摄氏度和150摄氏度之间,包括端值在内;介于25摄氏度和100摄氏度之间,包括端值在内;或介于25摄氏度和70摄氏度之间,包括端值在内的温度下执行。所采用的温度通常仅受到该方法中所用的材料(例如,基材、设备部件等)保持热稳定所处的最低和最高温度的限制。
通过测试粘合剂成功地将两种材料粘附到一起来将粘合剂确定为粘合剂。通常,这种测试涉及将成形的粘合剂设置在两个基材之间(一个或两个可为聚合物、纸材、玻璃、陶瓷或金属),通过基材之一的边缘提升制品,以及观察第二基材是否保持附接到制品。
在第二方面,提供了粘合剂制品。该粘合剂制品包括具有主表面的基材和设置在基材的主表面上的一体式粘合剂。粘合剂在垂直于基材的主表面的轴线上具有可变厚度。粘合剂通过上文相对于第一方面详细描述的方法制备。通常,粘合剂包含由于可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的两种或更多种照射剂量而导致的折射率的变化。
粘合剂为压敏粘合剂(PSA)、结构型粘合剂、结构混合式粘合剂、热熔性粘合剂或它们的组合中的任一种,如上所论述。例如,在某些实施方案中,粘合剂包含丙烯酸酯、环氧树脂或它们的组合。
合适的基材包括例如但不限于聚合物材料、玻璃、陶瓷或金属。在一些实施方案中,基材包括聚合物材料,该聚合物材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃膜、聚(甲基丙烯酸甲酯)或它们的组合。基材任选地包括剥离材料,诸如当粘合剂将转移到另一种材料或装置时。然而,根据粘合剂的最终用途,粘合剂可永久地附接到基材。在一些实施方案中,粘合剂有利地以图案设置在基材上(例如,多于一种的离散粘合剂和/或在粘合剂中限定一个或多个孔的粘合剂)。
在一些实施方案中,根据本公开的至少某些方面,在制品(例如,粘合剂制品)的增材制造中采用(例如,非暂态)机器可读介质。数据通常存储在机器可读介质上。数据表示制品的三维模型,其可由至少一个与增材制造设备(例如3D打印机、制造装置等)相接的计算机处理器进行访问。数据用于使增材制造设备(其包括光化辐射透明基材)产生粘合剂制品,该粘合剂制品包含一体式粘合剂,该一体式粘合剂设置在光化辐射透明基材的主表面上,粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,其中粘合剂包含折射率的变化;如上所述,合适的光化辐射透明基材材料包括聚合物材料和玻璃。合适的聚合物材料包括例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃膜、聚(甲基丙烯酸甲酯)或它们的组合。合适的玻璃包括例如但不限于硼硅酸钠玻璃、碱石灰玻璃和石英玻璃。此外,基材可为多层构造。
可使用计算机建模诸如计算机辅助设计(CAD)数据来生成表示制品的数据。表示(例如粘合剂)制品设计的图像数据可以STL格式或任何其他合适的计算机可处理格式导出到增材制造设备中。还可采用扫描方法来扫描三维对象以产生代表制品的数据。获取数据的一个示例性技术是数字扫描。可使用任何其他合适的扫描技术来扫描制品,包括X射线照相、激光扫描、计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)和超声波成像。其他可能的扫描方法在美国专利申请公布2007/0031791(Cinader,Jr.等人)中有所描述。可处理可包括来自扫描操作的原始数据和代表从原始数据得出的制品的数据的初始数字数据集以将制品设计从任何周围结构(例如,制品的支撑件)分段。
通常,机器可读介质被提供作为计算装置的一部分。计算装置可具有一个或多个处理器、易失性存储器(RAM)、用于读取机器可读介质的设备、以及输入/输出设备,诸如显示器、键盘和指向设备。此外,计算装置还可包括其他软件、固件或者它们的组合,诸如操作系统和其他应用软件。计算装置可以是例如工作站、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、服务器、大型机或任何其他通用或应用程序特定计算装置。计算装置可从计算机可读介质(诸如硬盘、CD-ROM或计算机存储器)读取可执行软件指令,或者可从逻辑连接到计算机的另一源(诸如另一台联网计算机)接收指令。参见图18,计算装置1800通常包括内部处理器1880、显示器1810(例如监视器)和一个或多个输入装置诸如键盘1840和鼠标1820。在图18中,锥体1830在显示器1810上示出。
参见图14,在某些实施方案中,本公开提供了系统1400。系统1400包括显示器1420,其显示制品的3D模型1410(例如,如图18的显示器1810上所示的锥体1830);和一个或更多个处理器1430,其响应于由用户选择的3D模型1410,使得3D打印机/增材制造装置1450产生制品1460的物理对象。通常,输入装置1440(例如,键盘和/或鼠标)与显示器1420和至少一个处理器1430一起使用,尤其供用户选择3D模型1410。3D打印机/增材制造装置1450包括光化辐射透明基材。制品1460包括粘合剂制品,该粘合剂制品包含一体式粘合剂,该一体式粘合剂设置在光化辐射透明基材的主表面上,粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,其中粘合剂包含折射率的变化;
参见图15,处理器1520(或多于一个处理器)与机器可读介质1510(例如,非暂态介质)、3D打印机/增材制造装置1540以及任选地显示器1530中的每一个进行通信以供用户查看。3D打印机/增材制造装置1540被配置成基于来自处理器1520的指令制备一个或多个制品1550,该处理器提供来自机器可读介质1510的表示制品1550的3D模型(例如,如图18的显示器1810上所示的锥体1830)的数据。3D打印机/增材制造装置1540包括光化辐射透明基材。
参见图16,例如但不限于,增材制造方法包括从(例如,非暂态)机器可读介质中检索表示根据本公开的至少一个实施方案的制品的3D模型的数据1610。该方法还包括由一个或多个处理器使用数据执行与制造装置(包括光化辐射透明基材)相接的增材制造应用程序1620;以及由制造装置生成制品的物理对象1630。增材制造设备可制备粘合剂,包括:获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物;透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量;以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量,其中第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且其中第一照射剂量和第二照射剂量不相同,从而形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上包含可变厚度的一体式粘合剂。
可进行一个或多个各种任选的后处理步骤1640。通常,下一步,倾倒出在照射后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分,和/或使用气体、真空和/或流体移除在照射后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分。任选地,粘合剂可为后固化的。另外,参见图17,制备制品的方法包括由具有一个或多个处理器和光化辐射基材的制造装置接收数字对象,该数字对象包括指定制品(例如,粘合剂制品)的数据1710。以及利用制造装置通过增材制造工艺来生成基于数字对象的制品1720。同样地,制品可经历后处理的一个或多个步骤1730。
示例性实施方案
实施方案1为一种制备粘合剂的方法,该方法包括获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量。该方法还包括透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同。该方法形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。
实施方案2为根据实施方案1所述的方法,其中一体式粘合剂的厚度为抵靠基材的表面设置的前体组合物的厚度的一部分。
实施方案3为根据实施方案1或实施方案2所述的方法,其中一体式粘合剂的厚度与抵靠基材的表面设置的前体组合物的厚度的比率为10:90。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的方法,其中一体式粘合剂的厚度与抵靠基材的表面设置的前体组合物的厚度的比率为30:70。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的方法,其中光化辐射透明基材包括聚合物材料,该聚合物材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃膜、聚(甲基丙烯酸甲酯)或它们的组合。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的方法,其中基材包括剥离衬垫、含氟聚合物膜或包括剥离涂层的玻璃。
实施方案7为根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中基材包括多层构造。
实施方案8为根据实施方案7所述的方法,其中多层构造包括聚合物片材、粘合剂层和衬垫。
实施方案9为根据实施方案7或实施方案8所述的方法,其中多层构造包括其上设置有一体式粘合剂的涂层。
实施方案10为根据实施方案1至9中任一项所述的方法,其中基材为装置。
实施方案11为根据实施方案10所述的方法,其中装置为有机发光二极管、传感器或太阳能装置。
实施方案12为根据实施方案6所述的方法,其中剥离衬垫包含聚对苯二甲酸乙二醇酯和有机硅、或聚丙烯和有机硅。
实施方案13为根据实施方案1至6中任一项所述的方法,其中基材包括玻璃,该玻璃选自硼硅酸钠玻璃、碱石灰玻璃和石英玻璃。
实施方案14为根据实施方案1至13中任一项所述的方法,其中第一剂量的照射时间不同于第二剂量的照射时间。
实施方案15为根据实施方案1至14中任一项所述的方法,其中第一剂量的光化辐射强度低于第二剂量的光化辐射强度。
实施方案16为根据实施方案1至15中任一项所述的方法,其中第一剂量的光化辐射强度大于第二剂量的光化辐射强度。
实施方案17为根据实施方案1至16中任一项所述的方法,其中照射第一部分在照射第二部分之前发生。
实施方案18为根据实施方案1至17中任一项所述的方法,其中照射第一部分与照射第二部分同时发生。
实施方案19为根据实施方案1至18中任一项所述的方法,其中光化辐射透明基材为容器的底板,并且照射从底板下方引导透过底板。
实施方案20为根据实施方案1至19中任一项所述的方法,该方法还包括倾倒出在照射之后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分。
实施方案21为根据实施方案1至20中任一项所述的方法,该方法还包括使用气体、真空、流体或它们的组合移除在照射之后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分。
实施方案22为根据实施方案1至21中任一项所述的方法,该方法还包括后固化该粘合剂。
实施方案23为根据实施方案22所述的方法,其中后固化包括使用光化辐射或热。
实施方案24为根据实施方案1至23中任一项所述的方法,其中粘合剂为压敏粘合剂(PSA)、结构型粘合剂、结构混合式粘合剂、热熔性粘合剂或它们的组合。
实施方案25为根据实施方案1至24中任一项所述的方法,其中粘合剂前体组合物包含丙烯酸酯、两部分丙烯酸酯和环氧体系、两部分丙烯酸酯和氨基甲酸酯体系或它们的组合。
实施方案26为根据实施方案1至25中任一项所述的方法,其中粘合剂前体组合物包含丙烯酸酯。
实施方案27为根据实施方案1至26中任一项所述的方法,其中粘合剂前体组合物包含光引发剂。
实施方案28为根据实施方案27所述的方法,其中光引发剂选自1-羟基环己基苯基酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基膦氧化物、1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙-1-酮、2-苄基-2-二甲基胺基-1-(4-吗啉代苯基)-丁酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基-1-丙酮以及2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
实施方案29为根据实施方案1至28中任一项所述的方法,其中光化辐射由以下提供:具有发光二极管(LED)的数字光投影仪(DLP)、具有灯的DLP、具有激光器的激光扫描装置、具有背光源的液晶显示器(LCD)面板、具有灯的光掩模或具有LED的光掩模。
实施方案30为根据实施方案29所述的方法,其中灯选自闪光灯、低压汞灯、中压汞灯和微波驱动灯。
实施方案31为根据实施方案1至30中任一项所述的方法,该方法还包括将所形成的粘合剂转移到第二基材。
实施方案32为根据实施方案31所述的方法,其中基材包括玻璃、聚合物材料、陶瓷或金属。
实施方案33为根据实施方案1至32中任一项所述的方法,其中粘合剂将两种材料粘附在一起。
实施方案34为根据实施方案1至33中任一项所述的方法,其中粘合剂包括PSA。
实施方案35为根据实施方案1至34中任一项所述的方法,其中粘合剂包含折射率的变化。
实施方案36为根据实施方案1至35中任一项所述的方法,其中可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物为100%可聚合前体组合物。
实施方案37为根据实施方案1至36中任一项所述的方法,其中可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物包含至少一种溶剂。
实施方案38为根据实施方案37所述的方法,其中溶剂选自庚烷、醇、醚、酯或它们的组合。
实施方案39为根据实施方案1至38中任一项所述的方法,其中该方法在介于20℃和150℃之间(包括端值在内)的温度下执行。
实施方案40为一种粘合剂制品,该粘合剂制品包括具有主表面的基材和设置在基材的主表面上的一体式粘合剂。粘合剂在垂直于基材的主表面的轴线上具有可变厚度。
实施方案41为根据实施方案40所述的粘合剂制品,其中粘合剂以图案设置在基材上。
实施方案42为根据实施方案40或实施方案41所述的粘合剂制品,其中基材包括聚合物材料、玻璃、陶瓷或金属。
实施方案43为根据实施方案40至42中任一项所述的粘合剂制品,其中基材包括剥离材料。
实施方案44为根据实施方案40至42中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂永久地附接到基材。
实施方案45为根据实施方案40至44中任一项所述的粘合剂制品,其中基材包括聚合物材料,该聚合物材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、环烯烃膜、聚(甲基丙烯酸甲酯)或它们的组合。
实施方案46为根据实施方案40至45中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂为压敏粘合剂(PSA)、结构型粘合剂、结构混合式粘合剂、热熔性粘合剂或它们的组合。
实施方案47为根据实施方案40至46中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂包含丙烯酸脂、环氧树脂或它们的组合。
实施方案48为根据实施方案40至47中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂将两种材料粘附在一起。
实施方案49为根据实施方案40至48中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂包括PSA。
实施方案50为根据实施方案40至49中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂还包含至少一种无机填料。
实施方案51为根据实施方案40至50中任一项所述的粘合剂制品,其中粘合剂包含折射率的变化。
实施方案52为一种非暂态机器可读介质,该非暂态机器可读介质具有表示制品的三维模型的数据,当由与包括光化辐射透明基材的3D打印机相接的一个或多个处理器访问时,使得3D打印机产生制品。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。
实施方案53为一种方法,该方法包括从非暂态机器可读介质中检索表示制品的3D模型的数据。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。该方法还包括由一个或多个处理器使用数据执行与包括光化辐射透明基材的制造装置相接的3D打印应用程序;以及由制造装置生成制品的物理对象。
实施方案54为一种制品,该制品使用根据实施方案53所述的方法生成。
实施方案55为根据实施方案54所述的制品,其中制品包含压敏粘合剂(PSA)。
实施方案56为一种方法,该方法包括:由具有一个或多个处理器的制造装置接收数字对象,该数字对象包括指定制品的数据。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。该方法还包括利用包括光化辐射透明基材的制造装置通过增材制造工艺来生成基于数字对象的制品。
实施方案57为根据实施方案56所述的方法,其中增材制造设备可制备粘合剂,该粘合剂包括获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物,透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量,以及透过光化辐射透明基材照射可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二辐射剂量。第一部分和第二部分彼此相邻或重叠,并且第一照射剂量和第二照射剂量不相同,从而形成在垂直于光化辐射透明基材的表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。
实施方案58为根据实施方案57所述的方法,该方法还包括倾倒出在照射之后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分。
实施方案59为根据实施方案57或实施方案58所述的方法,该方法还包括使用气体、真空、流体或它们的组合移除在照射之后保持与粘合剂接触的粘合剂前体组合物的至少一部分。
实施方案60为根据实施方案57至59中任一项所述的方法,该方法还包括后固化该粘合剂。
实施方案61为根据实施方案57至60中任一项所述的方法,其中制品包含PSA。
实施方案62为一种系统,该系统包括显示器,该显示器显示制品的3D模型;和一个或多个处理器,该一个或多个处理器响应于由用户选择的3D模型,使得包括光化辐射透明基材的3D打印机产生制品的物理对象。该制品为包含设置在光化辐射透明基材的主表面上的一体式粘合剂的粘合剂制品。粘合剂在垂直于光化辐射透明基材的主表面的轴线上具有可变厚度,并且粘合剂含有折射率的变化。
实施例
这些实施例仅是为了例示性目的,且并非意在过度地限制所附权利要求书的范围。尽管示出本公开的广义范围的数值范围和参数为近似值,但尽可能精确地记录具体示例中示出的数值。然而,任何数值都固有地包含某些误差,在它们各自的测试测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。最低程度上说,并且在不试图将等同原则的应用限制到权利要求书的范围内的前提下,至少应当根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。
材料汇总
除非另有说明,否则实施例及本说明书的其余的部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。表1提供了以下实施例中所用的材料的作用和来源:
表1:材料
Figure BDA0002338071100000391
Figure BDA0002338071100000401
Figure BDA0002338071100000411
实验设备
实验设备1:通过采用Asiga PicoPlus39 3D打印机(购自美国加利福尼亚州阿纳海姆山的Asiga公司(Asiga,Anaheim Hills,California,USA))并取出构建平台和树脂托盘来构造第一实验设备。该打印机使用具有405nm LED的数字光投影仪作为光化辐射源。
实验设备2:通过采用Asiga Pico2 3D打印机(购自美国加利福尼亚州阿纳海姆山的Asiga公司)并取出构建平台和树脂托盘来构造第二实验设备。该打印机使用具有385nmLED的数字光投影仪作为光化辐射源。
使用得自加利福尼亚州圣何塞的OAI仪器公司(OAI Instruments,San Jose,CA)的型号356的紫外线强度分析仪来测量在打印机的投影平面处的投影图像的强度。将400nm宽带传感器附接到该分析仪,并且将传感器表面居中在打印机的矩形测试图像上。对于实验设备1,测量12.3mW/cm2的光化辐射强度,并且对于实验设备2,测量22.4mW/cm2的强度。
实施例1
向125ml琥珀色玻璃广口瓶中装入87.5g丙烯酸异辛酯(IOA)、12.5g丙烯酸(AA)、0.1g己二醇二丙烯酸酯(HDDA),然后加入1.5g IRGACURE TPO-L、0.1g 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)和0.1g2,2'-(2,5-噻吩二基)双[5-(1,1-二甲基乙基)]苯并恶唑(UVITEXOB)。将广口瓶密封并在购自康涅狄格州洛基山的赛洛捷克公司(SCILOGEX,Rocky Hill,CT)的实验室工作台顶部辊MX-T6-S上以约10RPM旋转2小时。将这标记为组合物1。
将购自韩国首尔的SKC哈斯公司(SKC Haas,Seoul,Korea)的一片透明的5密耳(127微米)厚的PET剥离衬垫RF12N切割成尺寸为约3英寸(7.62cm)乘4英寸(10.16cm)厚。然后将以3M Sandblast Stencil 507购自明尼苏达州圣保罗的3M公司的一片带粘合剂背衬的生胚橡胶切割以形成尺寸为约3英寸(7.62cm)乘2英寸(5.08cm)的矩形,其中矩形内开口的尺寸为2.25英寸(5.72cm)乘1.25英寸(3.18cm)。然后将矩形粘附到剥离衬垫,并且将约1.5ml的组合物滴加到由矩形橡胶限定的区域中的剥离衬垫上。然后将该组件放置在实验设备1的光学窗口上,从而基本上形成图10中所示的布置。
然后将由第一组线、圆和字母字符以及第二组线、圆和字母字符组成的图像加载到实验设备1的控制软件中。在第一曝光步骤中,将第一组线、圆和字母字符以及第二组线、圆和字母字符两者透过剥离衬垫投影到组合物中达10秒。然后在第二曝光步骤中,仅将第二组线、圆和字母字符的图像在与该图像的第一暴露相同的位置处透过剥离衬垫投影到组合物中达10秒。
然后将组件从实验设备1中移除,倾倒出液体,移除橡胶矩形,并且用压缩空气和圆形空气喷嘴吹出剩余的液体。在衬垫上发现形状为线、圆和字母字符的图像的粘合剂特征。这些特征用第二片相同的剥离衬垫覆盖,并且在购自美国加利福尼亚州阿纳海姆山的Asiga公司的Asiga Flash UV后固化室中固化10分钟。该后固化室含有四个峰值波长为365nm的9W荧光灯,被布置为距5.5英寸(13.97cm)乘5.75英寸(14.61cm)的基板约2英寸(5.08cm)。使用得自加利福尼亚州圣何塞的OAI仪器公司的型号356的紫外线强度分析仪用400nm宽带传感器测量紫外线强度。在整个基板中发现约5.3mW/cm2的紫外线强度。
将对应于第一组线、圆和字母字符的区域中的粘合剂的厚度测量为230微米,而将对应于第二组线、圆和字母字符的区域中的厚度测量为350微米。这些各自为设置在衬垫上的液体组合物厚度的一部分,其被计算为约800微米。
用手指触摸粘合剂,并且特征感觉粘稠并且像压敏粘合剂一样粘附到手指上。据观察,其内聚地失效,并且可从粘合剂拉出材料的带状物(strings)。
实施例2
向60ml琥珀色玻璃广口瓶中装入21.9g IOA、21.9g丙烯酸异冰片酯(iBOA)和12.5g AA、0.156g HDDA,然后加入0.75g IRGACURE TPO、0.05BHT和0.1g 2,2'-(2,5-噻吩二基)双[5-(1,1-二甲基乙基)]苯并恶唑(Tinopal OB CO)。将广口瓶密封并在实验室工作台顶部辊上以约10RPM旋转2小时。将这标记为组合物2。
如实施例1中那样制备具有橡胶矩形的一片剥离衬垫,并且将1.5ml的组合物2滴加到由矩形橡胶限定的区域中的剥离衬垫上。然后将该组件放置在实验设备2的光学窗口上,从而基本上形成图10中所示的布置。
将图1所示形状的计算机模型加载到实验设备2的控制软件中,并且软件生成三个曝光图像,如图2A、图2B和图2C所示。在第一曝光步骤中,将图2A所示的图像透过剥离衬垫投影到组合物中达2.5秒。然后在第二曝光步骤中,将图2B所示的图像在与图2A所示图像的曝光相同的位置处透过剥离衬垫投影到组合物中达2.5秒。然后在第三曝光步骤中,将图2C所示的图像在与图2A和图2B所示图像的曝光相同的位置处透过剥离衬垫投影到组合物中达2.5秒。
然后将组件从实验设备2中移除,倾倒出液体,移除橡胶矩形,并且用压缩空气和圆形空气喷嘴吹出剩余的液体。在衬垫上发现形状为图1的图像的粘合剂特征。
将粘合剂保持未覆盖,并且在Asiga Flash UV后固化室中后固化10分钟。
使用购自日本大阪的基恩士公司(Keyence Corporation,Osaka,Japan)的型号VK-X200的基恩士(Keyence)扫描激光显微镜来测量粘合剂特征的厚度。参见图1,对应于第一互连六边形阵列102的粘合剂的厚度测量为50微米,对应于第二互连六边形阵列104的粘合剂的厚度测量为77微米,并且对应于框架106的粘合剂的厚度测量为108微米。
用手指触摸粘合剂,并且其感觉粘稠并且像压敏粘合剂一样粘附到手指上。据观察,粘合剂具有良好的内聚力并且没有带状物。将粘合剂压到显微镜载玻片上并良好地粘附。然后移除衬垫,将粘合剂保留在载玻片上,并且将一张纸压到玻璃载片上并粘附到玻璃载片上的粘合剂上。
实施例3
如实施例1中那样制备具有橡胶矩形的一片剥离衬垫,并且将约2ml的3M UV B级粘合剂1051(液体双固化(紫外线/热)粘合剂)倾倒到由矩形橡胶限定的区域中的剥离衬垫上。3M UV B级粘合剂1051的层的厚度计算为约1mm。然后将该组件放置在实验设备1的光学窗口上,从而基本上形成图10中所示的布置。
然后将由一组线、圆和字母字符组成的图像加载到实验设备1的控制软件中。在单个曝光步骤中,将一组线、圆和字母字符透过剥离衬垫投影到组合物中达20秒。
然后将组件从实验设备1中移除,倾倒出过量的3M UV B级粘合剂1051,然后使用丙酮洗去剩余的液体粘合剂。
已发现,曝光图像形状的压敏粘合剂保留在衬垫上。使用数显卡尺,粘合剂的厚度测量为750微米。
然后将压敏粘合剂压到一片2mm厚的铝片材上。用聚碳酸酯塑料片材覆盖压敏粘合剂,然后在110摄氏度的烘箱中固化10分钟。
据观察,粘合剂固化并将聚碳酸酯塑料片材粘结到铝片材。
实施例4
向125ml琥珀色玻璃广口瓶中装入52.4g丙烯酸异辛酯(SR440)、3.96g 3,3,5-丙烯酸三甲基环己酯(SR420)、3.0g甲基丙烯基POSS(八面体倍半硅氧烷)笼状混合物(MA0735),然后加入0.6g IRGACURE TPO-L和12.0g正庚烷。使用磁力搅拌棒和板将混合物在室温下搅拌约30分钟。将这标记为组合物4。
如实施例1中那样制备具有橡胶矩形的一片剥离衬垫,并且将1.5ml的组合物4滴加到由矩形橡胶限定的区域中的剥离衬垫上。然后将该组件放置在实验设备2的光学窗口上,从而基本上形成图10中所示的布置。
将图1所示形状的计算机模型加载到实验设备2的控制软件中,并且软件生成三个曝光图像,如图2A、图2B和图2C所示。在第一曝光步骤中,将图2A所示的图像透过剥离衬垫投影到组合物中达5.0秒。然后在第二曝光步骤中,将图2B所示的图像在与图2A所示图像的曝光相同的位置处透过剥离衬垫投影到组合物中达5.0秒。然后在第三曝光步骤中,将图2C所示的图像在与图2A和图2B所示图像的曝光相同的位置处透过剥离衬垫投影到组合物中达5.0秒。
然后将组件从实验设备2中移除,倾倒出液体,移除橡胶矩形,并且用压缩空气和圆形空气喷嘴吹出剩余的液体。在衬垫上发现形状为图1的图像的粘合剂特征。
将粘合剂保持未覆盖状态,并且使庚烷蒸发15分钟。将粘合剂在Asiga Flash UV后固化室中后固化10分钟。
使用基恩士扫描激光显微镜来测量粘合剂特征的厚度。参见图1,对应于第一互连六边形阵列102的粘合剂的厚度测量为44微米,对应于第二互连六边形阵列104的粘合剂的厚度测量为115微米,并且对应于框架106的粘合剂的厚度测量为155微米。
用手指触摸粘合剂,并且其感觉粘稠并且像压敏粘合剂一样粘附到手指上。据观察,粘合剂具有良好的内聚力并且拉出最小带状物。将粘合剂压到显微镜载玻片上并良好地粘附。然后移除衬垫,将粘合剂保留在载玻片上,并且将一张纸压到玻璃载片上并粘附到玻璃载片上的粘合剂上。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案,但是应当理解,本领域的技术人员在理解上述内容后,可很容易地想到这些实施方案的更改、变型和等同物。此外,本文引用的所有出版物和专利均以引用的方式全文并入本文中,如同各个单独的出版物或专利都特别地和单独地指出以引用方式并入一般。已对各个示例性实施方案进行了描述。这些实施方案以及其他实施方案均在以下权利要求书的范围内。

Claims (11)

1.一种非暂态机器可读介质,所述非暂态机器可读介质具有表示制品的三维模型的数据,当由与包括光化辐射透明基材的3D打印机相接的一个或多个处理器访问时,使得所述3D打印机产生制品,所述产生包括引导照射透过第一曝光图像,然后引导照射透过第二曝光图像,其中透过所述第一曝光图像的照射和透过所述第二曝光图像的照射具有不同的剂量,以在引导较大的照射剂量之处比在引导较小的照射剂量之处在垂直于所述光化辐射透明基材的表面的方向上提供更大的固化深度,所述制品包括粘合剂制品,所述粘合剂制品包含:
一体式粘合剂,所述一体式粘合剂设置在所述光化辐射透明基材的主表面上,所述粘合剂在垂直于所述光化辐射透明基材的所述主表面的轴线上具有可变厚度,其中所述粘合剂包含折射率的变化。
2.一种方法,所述方法包括:
从非暂态机器可读介质中检索表示制品的3D模型的数据,所述制品包括粘合剂制品,所述粘合剂制品包含:
一体式粘合剂,所述一体式粘合剂设置在光化辐射透明基材的主表面上,所述粘合剂在垂直于所述光化辐射透明基材的所述主表面的轴线上具有可变厚度,其中所述粘合剂包含折射率的变化;
由一个或多个处理器使用所述数据执行与包括所述光化辐射透明基材的制造装置相接的3D打印应用程序;以及
由所述制造装置生成所述制品的物理对象,所述生成包括引导照射透过第一曝光图像,然后引导照射透过第二曝光图像,其中透过所述第一曝光图像的照射和透过所述第二曝光图像的照射具有不同的剂量,以在引导较大的照射剂量之处比在引导较小的照射剂量之处在垂直于所述光化辐射透明基材的表面的方向上提供更大的固化深度。
3.一种制品,所述制品使用根据权利要求2所述的方法生成。
4.根据权利要求3所述的制品,其中所述制品包含压敏粘合剂(PSA)。
5.一种方法,所述方法包括:
由具有一个或多个处理器和光化辐射透明基材的制造装置接收包括指定制品的数据的数字对象,所述制品包括粘合剂制品,所述粘合剂制品包含:
一体式粘合剂,所述一体式粘合剂设置在所述光化辐射透明基材的主表面上,所述粘合剂在垂直于所述光化辐射透明基材的所述主表面的轴线上具有可变厚度,其中所述粘合剂包含折射率的变化;以及
利用所述制造装置通过增材制造工艺来生成基于所述数字对象的所述制品,所述生成包括引导照射透过第一曝光图像,然后引导照射透过第二曝光图像,其中透过所述第一曝光图像的照射和透过所述第二曝光图像的照射具有不同的剂量,以在引导较大的照射剂量之处比在引导较小的照射剂量之处在垂直于所述光化辐射透明基材的表面的方向上提供更大的固化深度。
6.根据权利要求5所述的方法,其中增材制造设备制备粘合剂制品包括:
获得抵靠光化辐射透明基材的表面设置的可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物;
透过所述第一曝光图像和所述光化辐射透明基材照射所述可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第一部分达第一照射剂量;以及
透过所述第二曝光图像和所述光化辐射透明基材照射所述可光化辐射聚合的粘合剂前体组合物的第二部分达第二照射剂量,其中所述第一部分和所述第二部分彼此相邻或重叠,从而形成在垂直于所述光化辐射透明基材的所述表面的轴线上具有可变厚度的一体式粘合剂。
7.根据权利要求6所述的方法,所述方法还包括倾倒出在所述照射之后保持与所述粘合剂接触的所述粘合剂前体组合物的至少一部分。
8.根据权利要求6所述的方法,所述方法还包括使用气体、真空、流体或它们的组合移除在所述照射之后保持与所述粘合剂接触的所述粘合剂前体组合物的至少一部分。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法,所述方法还包括后固化所述粘合剂。
10.根据权利要求6所述的方法,其中所述制品包含PSA。
11.一种系统,所述系统包括:
显示器,所述显示器显示制品的3D模型;和
一个或多个处理器,所述一个或多个处理器响应于由用户选择的3D模型,使得包括光化辐射透明基材的3D打印机产生制品的物理对象,所述产生包括引导照射透过第一曝光图像,然后引导照射透过第二曝光图像,其中透过所述第一曝光图像的照射和透过所述第二曝光图像的照射具有不同的剂量,以在引导较大的照射剂量之处比在引导较小的照射剂量之处在垂直于所述光化辐射透明基材的表面的方向上提供更大的固化深度,所述制品包括粘合剂制品,所述粘合剂制品包含:
一体式粘合剂,所述一体式粘合剂设置在所述光化辐射透明基材的主表面上,所述粘合剂在垂直于所述光化辐射透明基材的所述主表面的轴线上具有可变厚度,其中所述粘合剂包含折射率的变化。
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