CN111132834A - 增材制造可剥离的牺牲结构的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种增材制造一个三维的物体(210)的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体(212)，按照与所述物体(210)的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，(ii)一牺牲结构(220)，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体(214)，以及(iii)多个中间层的一堆叠体(216)，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且位于所述多个模型层的堆叠体(212)与所述牺牲结构(220)之间；以及向所述牺牲结构(220)施加一剥离力(218)以去除所述牺牲结构(220)，并暴露在所述牺牲结构(220)下方的所述多个模型层的堆叠体(212)及/或所述多个中间层的堆叠体(216)。
Description
技术领域
本申请涉及2017年05月29日提交的美国临时专利申请第62/512,134号，所述申请又与专利国际申请第IL2017/050604号共同提交，所述专利国际申请第IL2017/050604号主张2016年5月29日提交的美国临时专利申请第62/342,970的优先权。所有上述文件所有的内容均通过引用其全文并入本文。
背景技术
在一些实施例中，本发明涉及增材制造(additive manufacturing,AM)，并且更具体地但非排他地涉及用于可剥离的牺牲结构的增材制造的方法及系统。
增材制造(additive manufacturing,AM)是一种可通过增材形成步骤直接从计算机数据中制造任意形状的结构的技术。任何AM系统的基本操作都包括将三维计算机模型切成薄截面，将结果转换为二维位置数据，以及将数据提供给控制设备，所述控制设备以分层的方式制造一三维结构。
增材制造需要多种不同的制造方法，包括三维打印，例如三维喷墨打印、电子束熔化、光固化立体造型术、选择性激光烧结、层压物体制造、熔融沉积成型等等。
三维打印过程，例如三维喷墨打印，通过逐层喷墨沉积来被执行。因此，自具有一组喷嘴的一分配头来分配建构材料，以将层沉积在支撑结构上。然后，取决于建构材料，可以使用合适的装置固化(cured)或固化(solidified)各层。
各种三维打印技术存在并公开于例如美国专利第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、第7,500,846号及第9,031,680号，这些专利均由同一受让人转让，在此通过引用将其全文并入。
典型的增材制造过程的建构材料包括一建模材料(model material)(也称为“建模材料(modeling material)”)，其被沉积以产生所需的物体；以及一支撑材料(supportmaterial)(也称为“支撑材料(supporting material)”)，其在建构期间为物体的特定区域提供临时支撑，并用于确保后续物体层的适当垂直放置。例如，在物体包括悬垂特征或形状的情况下，例如弯曲的几何形状、负角、空隙等等，通常使用相邻的支撑结构来建构物体，所述支撑结构在打印期间使用，然后被移除以露出制成品的最终形状。
去除支撑材料的已知方法包括水刀冲击、化学方法，例如溶解在溶剂中，通常与热处理结合。例如，对于水溶性支撑材料，将包括其支撑结构的经制造的物体浸入能够溶解支撑材料的水中。
例如，在美国专利第6,228,923号、第7,255,825号、第7,479,510号、第7,183,335号及第6,569,373号中描述了用于AM的支撑材料，这些专利全部转让给本受让人，并且通过引用将其全文并入。
转让给本受让人的美国专利第8,865,047号，并通过引用全文纳入本文，公开了一种构造支撑结构的方法，其中，所述支撑结构包括带，所述带与在三维物体中被设计成空的空间的一容积中的各层相交。通过在带上施加提升力，而将支撑结构自所述容积移除。
发明内容
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种增材制造一个三维物体的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间；以及向所述牺牲结构施加一剥离力(例如，在干燥环境中)以去除所述牺牲结构，并暴露在所述牺牲结构下方的所述多个模型层的堆叠体及/或所述多个中间层的堆叠体。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种通过增材制造来制造一个三维物体的系统。所述系统包含：多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；一第二分配头，被配置为分配一弹性体材料；以及一第三分配头，被配置为分配一支撑材料，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料；一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化如上所述的所述多个层，并且可选地及优选地如以下进一步详细说明及示例。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构及所述多个中间层被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述多个模型层的至少两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上；并且所述基座、所述牺牲结构及所述多个中间层被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200微米(μm)至约300μm，更优选为自约210μm至约290μm，更优选为自约220μm至约280μm，例如约250μm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTM D-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性至少为每米4千牛顿(kN)，一旦固化。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTM D-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性为自每米约4kN至每米约8kN，更优选为自每米约5kN至每米约7kN。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述剥离力的一大小为自约1N至约20N，例如约10N。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种增材制造一个三维物体的方法。所述方法包含：依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；以及(ii)一分层的牺牲结构，由交错的支撑材料的片及建模材料的片所形成；以及向所述牺牲结构施加一剥离力(例如，在干燥的环境中)以去除所述牺牲结构，并暴露在所述多个牺牲层的堆叠体下方的所述多个模型层的堆叠体。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种通过增材制造来制造一个三维物体的系统。所述系统包含：多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；以及一第二分配头，被配置为分配一支撑材料；一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化如上所述的多个层，并且可选地及优选地如以下进一步详细说明及示例。
根据本发明的一些实施方案的一方面，提供了一种计算机软件产品。所述计算机软件产品包含：一计算机可读介质，存储有多个程序指令，所述多个指令在被一增材制造系统的一计算机控制器读取时，使所述系统依序分配及固化如上所述的多个层，并且可选地及优选地如以下进一步详细说明及示例。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述至少多个模型层的两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上，其中所述基座及所述牺牲结构被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个模型层的堆叠体的所述建模材料与所述牺牲结构的所述建模材料是相同的建模材料。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，与所述多个模型层的堆叠体相邻的支撑材料的一片的一厚度为自约200μm至约300μm，更优选为自约210μm至约290μm，更优选为自约220μm至约280μm，例如约250μm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个层包括在所述分层的牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的多个中间层的一堆叠体。根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200μm至约300μm，更优选为自约210μm至约290μm，更优选为自约220μm至约280μm，例如约250μm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，在所述牺牲结构中的建模材料的一片的一高度为自约250μm至约4毫米(mm)，或者自约1mm至约2mm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，与所述多个模型层的堆叠体相邻的支撑材料的一片相较于任何其他支撑材料的片来得厚。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的一厚度被选择成使得约5N的一剥离力导致至少0.02的一弯曲应变，更优选至少0.022，更优选0.024，更优选0.026。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述剥离力的一大小为自约1N至约10N，例如约5N。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构的一最小厚度为自约500μm至约3mm，更优选为自约500μm至约2.5mm，更优选为自约500μm至约2mm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，对于所述多个模型层的堆叠体及所述分层的牺牲结构中的至少一个，根据国际标准ASTM D-790-04进行测量，所述建模材料的一弯曲模量为自约2000百万帕至约4000百万帕，更优选为自约2000百万帕至约3500百万帕，自约2200百万帕至约3200百万帕。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个模型层的堆叠体填充由所述牺牲结构部分地包围的一空腔。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个模型层的堆叠体堆填充由所述牺牲结构完全地包围的一空腔。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个模型层的堆叠体被成形为形成一人造牙齿结构。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述牺牲结构填充由所述多个模型层的堆叠体部分地包围的一空腔。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，在去除所述牺牲结构之后，放置一外来元件在所述空腔中。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料是包括多个二氧化硅颗粒的一制剂。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述制剂包括多个二氧化硅颗粒。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个二氧化硅颗粒的一平均粒径小于1μm。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一亲水性表面。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一疏水性表面。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括多个官能化的二氧化硅颗粒。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒被多个可固化的官能基官能化(例如：(甲基)丙烯酸酯基)。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述多个二氧化硅颗粒在所述制剂中的一含量占所述制剂的总重量的重量百分比为自约1至约20、自约1至约15、或自约1至约10。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述建模材料的制剂中的所述多个二氧化硅颗粒在所述制剂中的一含量占所述制剂的总重量的重量百分比为自约1至约20、自约1至约15、或自约1至约10。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料与所述多个二氧化硅颗粒的一重量比为自约30：1至约4：1。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料的一含量为占所述制剂的一总重量的至少40％，或者至多50％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料的一含量为占所述制剂的一总重量的至少40％，或者至多50％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料选自于单官能弹性体单体、单官能弹性体低聚物、多官能弹性体单体、多官能弹性体低聚物及其任意组合。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述制剂还包括至少一个附加可固化的材料。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述附加可固化的材料选自于一单官能可固化的单体、一单官能可固化的低聚物、一多官能可固化的单体、一多官能可固化的低聚物及其任意组合。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述至少一个建模材料的制剂还包括至少一个附加、不可固化的材料，例如，一着色剂、一引发剂、一分散剂、一表面活性剂、一稳定剂及一抑制剂的一个或多个。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料是一紫外线可固化的弹性体材料。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体材料是一丙烯酸弹性体。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述制剂的特征为，在硬化时的一抗撕裂性比具有所述相同的弹性体材料但不含所述多个二氧化硅颗粒的一固化剂高至少每米0.5kN。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述制剂包括至少一个弹性体单官能可固化的材料、至少一个弹性体多官能可固化的材料以及至少附加单官能可固化的材料。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述可固化单官能的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体单官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自50％至70％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体多官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至20％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述可固化单官能的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％；所述弹性体单官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自50％至70％；以及所述弹性体多官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至20％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述可固化单官能的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自20％至30％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体单官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自30％至50％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述弹性体多官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
根据本文描述的本发明的任何实施方案中的一些实施方案，所述可固化单官能的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自20％至30％；所述弹性体单官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自30％至50％；以及所述弹性体多官能可固化的材料的一总浓度占所述制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术及/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可以用于本发明的实施方案的实践或测试中，但是下面描述了示例性的方法及/或材料。如有抵触，以专利说明书及其定义为准。另外，材料、方法及实施方案仅是说明性的，并不旨在进行必然的限制。
本发明实施方案的方法及/或系统的实现可以包括手动地、自动地或其组合来执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法及/或系统的实施方案的实际仪器及设备，可以使用操作系统通过硬件、软件、固件或其组合来实现一些被选择的任务。
例如，根据本发明的实施方案的用于执行被选择的任务的硬件可以被实现为芯片或电路。作为软件，根据本发明的实施方案的所选任务可以被实现为由计算机使用任何合适的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的示例性实施方案中，根据本文所述的方法及/或系统的示例性实施方案的一个或多个任务由数据处理器执行，例如用于执行多个指令的系统平台。
可选地，数据处理器包括易失性存储器，用于存储指令及/或数据，及/或非易失性存储器，例如磁硬盘及/或移动存储。可选地，还提供网络连接。可选地，提供显示器及/或用户输入设备，例如键盘或鼠标。
附图说明
本文仅通过示例的方式参考附图及图像来描述本发明的一些实施方案。现在详细具体地参考所述附图，要强调的是，所示出的细节是作为示例，且出于对本发明的实施方案进行说明性讨论的目的。就这一点而言，结合附图进行的描述使得本领域技术人员对于如何实践本发明的实施方案为显而易见的。
在附图中：
图1A至1D是根据本发明的一些实施方案的一增材制造系统的示意图；
图2A至2C是根据本发明的一些实施方案的打印头的示意图；
图3A及图3B是示出根据本发明的一些实施方案的坐标变换的示意图；
图4是根据本发明的各个示例性实施方案的方法的流程图；
图5A至5C是根据本发明的一些实施方案的形成有一可剥离的牺牲结构的一物体的示意图；
图6是根据本发明的一些实施方案的一物体的示意图，其中所述牺牲结构填充由多个模型层的一堆叠体部分地包围的一空腔；
图7是在根据本发明的一些实施方案进行的实验中制造的一牙齿结构的图像；
图8A至8C是示出根据本发明的一些实施方案的一弹性体的牺牲结构自所述牙齿结构剥离的过程的图像；
图9是根据本发明的一些实施方案的被设计及构造成测量将所述牺牲结构自所述牙齿结构剥离所需的力的一实验装置的图像；
图10是示出通过图9的所述实验装置获得的结果的图表；
图11是示出根据本发明的一些实施方案的一交错的牺牲结构自所述牙齿结构剥离的过程的图像；
图12示出根据本发明的一些实施方案的对交错的牺牲结构的样品执行的一弯曲测试的结果；
图13是根据本发明的一些实施方案的形成在一托盘上的一物体的示意图，所述物体具有部分地形成在所述托盘上的一基座上的一牺牲结构；
图14A至14D是根据本发明的一些实施方案的适于自多个物体上共同剥离一牺牲结构的一过程的示意图；以及
图15A及图15B是在根据图14A至14D所示的实施方案进行的实验期间拍摄的图像。
具体实施方式
在本发明的一些实施方案中，本发明涉及增材制造(additive manufacturing,AM)，并且更具体地但非排他地涉及增材制造可剥离的牺牲结构的方法及系统。
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应当理解，本发明的应用并不一定限于组件的构造及布置及/或以下说明中所阐述的方法及/或在附图及/或示例中示出的细节。本发明能够具有其他实施方案，或者能够以各种方式被实践或执行。
本实施方案的方法及系统通过以与物体的形状相对应的一配置图案形成多个层来基于计算机物体数据以一分层的方式来制造三维物体。所述计算机物体数据可以采用任何已知格式，包括但不限于：一标准曲面细分语言(Standard Tessellation Language,STL)或一立体光刻轮廓(StereoLithography Contour，SLC)格式、虚拟现实建模语言(Virtual Reality Modeling Language,VRML)、增材制造档案(Additive ManufacturingFile,AMF)格式、图形交换格式(Drawing Exchange Format,DXF)、多边形档案格式(Polygon File Format,PLY)或任何其他适合计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)的格式。
如本文所用，术语“物体”是指整个物体或其一部分。术语“物体”描述了增材制造的一最终产品。所述术语是指若支撑材料已用作建构材料的一部分，在除去所述支撑材料后，通过本文所述的方法获得的产品。因此，所述“物体”基本上由一硬化的(例如：经固化的)建模材料构成(至少95wt％)。
各层是由增材制造设备形成，所述增材制造设备扫描一个二维表面并将其图案化。在扫描时，所述设备访问二维层或表面上的多个目标位置，并针对每个目标位置或一组目标位置判定所述目标位置或一组目标位置是否要由建构材料占据，以及要输送哪种类型的建构材料至所述位置。所述判定是根据所述表面的一计算机图像而被做出。
在本发明的优选实施方案中，AM包括三维打印，更优选地三维喷墨打印。在这些实施方案中，从具有一组喷嘴的一分配头分配一建构材料，以将所述建构材料分层地沉积在一支撑结构上。因此，AM设备将建构材料分配在将要占据的目标位置，并使其他目标位置保持空缺。所述设备通常包括多个分配头，每个分配头可被配置为分配不同的建构材料。因此，不同的目标位置可被不同的建构材料占据。建构材料的类型可分为两大类：建模材料及支撑材料。所述支撑材料用作一支撑基质或构造，用于在制造过程及/或其他目的(例如：提供空心或多孔的物体)期间来支撑物体或物体部件。支撑结构可另外包括建模材料元素，例如，以获得进一步的支撑力量。
所述建模材料通常是被配制用于增材制造的一组合物，并且其任选地并且优选地能够自行形成一三维物体，即，无需与任何其他物质混合或组合。
最终的三维物体由所述建模材料、两个或多个建模材料的一组合、建模与支撑材料的一组合或其修饰(例如，在固化(solidification)后，例如但不限于固化(curing))制成。所有这些操作对于固体自由形式制造领域的技术人员来说皆为众所周知的。
在本发明的一些实施方案中，通过分配两个或更多个不同的建模材料来制造一物体，每个材料来自所述AM的不同的分配头。然而，这不一定是这种情况，因为在某些实施方案中，可以不必分配一个以上的建模材料。在这些实施方案中，通过分配单一的建模材料，并且可选地且优选地，通过单一的支撑材料来制造一物体。当所述物体由仅包括一个建模材料分配头及一个支撑材料分配头的一系统被制造时，这些实施方案是特别优选的。当由包括两个或更多个建模材料分配头及一个支撑材料分配头的一系统制造时，这些实施方案也是优选的，然而期望以一高通量模式操作所述系统，其中所有建模材料分配头皆接收及分配相同的建模材料。
可选地且优选地，在打印头的相同通过期间，(多个)材料分层沉积。可以根据物体的所需性质来选择层内的(多个)材料及多个材料的组合。
在图1A中示出了根据本发明的一些实施方案的适于一物体112的AM的一系统110的一代表性且非限制性示例。系统110可以包括具有一分配单元16的一增材制造设备114，所述分配单元16包括多个分配头。每个头优选地包括一个或多个喷嘴122的一阵列，如下所述的图2A至2C所示，通过所述喷嘴122以分配一液体的建构材料124。
优选地，但非必须地，设备114是一三维打印设备，在这种情况下，所述分配头是打印头，并且所述建构材料通过喷墨技术而被分配。不一定是这种情况，因为对于某些应用，增材制造设备可以不必采用三维打印技术。根据本发明的各种示例性实施方案设想的增材制造设备的代表性示例包括但不限于熔融沉积成型设备及熔融材料沉积设备。
每个分配头可选地且优选地经由一建构材料储存器进料，所述建构材料储存器可以可选地包括一温度控制器(例如：一温度传感器及/或一加热装置)，以及一材料高度传感器。为了分配建构材料，一电压信号被施加至所述分配头以经由分配头的喷嘴，例如在压电式喷墨打印技术中，选择性地沉积材料的液滴。每个头的分配速度取决于喷嘴的数量、喷嘴的类型以及所施加的电压信号速率(频率)。这样的分配头是固体自由形式制造领域的技术人员已知的。
优选地，但非强制性地，分配喷嘴或喷嘴阵列的总数量被选成使得一半的所述分配喷嘴被指定为分配支撑材料，以及一半的所述分配喷嘴被指定为分配建模材料，即，喷射建模材料的喷嘴的数量与喷射支撑材料的喷嘴的数量相同。在图1A的代表性示例中，示出了四个分配头16a、16b、16c及16d。每个头16a、16b、16c及16d具有一喷嘴阵列。在这示例中，头16a及16b可以被指定用于(多个)建模材料，而头16c及16d可以被指定用于支撑材料。因此，头16a可以分配一第一建模材料，头16b可以分配一第二建模材料，以及头16c及16d皆可以分配支撑材料。在一个替代实施方案中，头16c及16d，例如，可以结合在具有用于沉积支撑材料的两个喷嘴阵列的一单个头中。在另一个替代实施方案中，头16a及16b可以分配相同的建模材料，或者可以组合在具有两个喷嘴阵列的一单个头中，用于沉积一建模材料。在另一个替代实施方案中，分配单元16仅包括头16a(用于分配一建模材料)及16c(用于分配一支撑材料)，并且系统110除了头16a及16c之外不包括任何其他的分配头。
然而，应当理解的是，不旨在限制本发明的范围，并且建模材料的沉积头(建模头)的数量与支撑材料的沉积头(支撑头)的数量可以不同。通常，建模头的数量、支撑头的数量以及每个相应的头或头阵列中的喷嘴的数量被选择成以在支撑材料的最大分配速率与建模材料的最大分配之间提供一预定比率a。预定比率a的值优选地被选择以确保在每个形成的层中建模材料的高度等于支撑材料的高度。a的典型值为自约0.6至约1.5。
如本文所用，术语“约”是指±10％。
例如，对于a＝1，当所有建模头及支撑头皆运作时，支撑材料的总体分配速率通常与建模材料的总体分配速率相同。
在一优选实施方案中，有M个建模头，每个建模头具有p个喷嘴的m个阵列；以及S个支撑头，每个支撑头具有q个喷嘴的s个阵列，使得M×m×p＝S×s×q。每个M×m建模阵列及S×s支撑阵列中的每一个可以被制造为一单独的实体单元，其可以自阵列的组中被组装及拆卸。在这个实施方案中，每个这样的阵列可选地且优选地包括其自身的一温度控制器及一材料高度传感器，并且接收用于其操作的一单独控制的电压。
设备114可以进一步包括一固化系统324，所述固化系统324可以包括被配置为发射光、热等等的任何装置，所述装置可以导致沉积的材料固化并且可选地并且优选地硬化。例如，固化系统324可以包括一个或多个辐射源，其可以是例如紫外线、可见光或红外灯，或其他电磁辐射源，或电子束源，这取决于所使用的建模材料。在本发明的一些实施方案中，固化系统324用于固化或固化建模材料。
分配头及辐射源优选地安装在一框架或块128上，其优选地可操作地在作为工作表面的一托盘360上往复移动。在本发明的一些实施方案中，辐射源被安装在块中，使得它们在分配头之后跟随以至少部分地固化(例如：固化(cure))刚由分配头分配的材料。托盘360被水平地定位。根据共同的惯例，X-Y-Z笛卡尔坐标系被选择，使得X-Y平面平行于托盘360。托盘360优选地被配置成垂直地(沿Z方向)移动，通常向下移动。在本发明的各种示例性实施方案中，设备114还包括一个或多个整平装置132，例如辊326。整平装置326用于在新形成的层上形成连续层之前，将其拉直、整平及/或建立一厚度。整平装置326优选地包括一废物收集装置136，用于收集在整平期间产生的过量材料。废物收集装置136可包括将材料输送至废物箱或废物筒的任何机构。
在使用中，单元16的分配头沿一扫描方向移动，所述方向在本文中称为X方向，并且在其通过托盘360的过程中以一预定配置选择性地分配建构材料。建构材料通常包括一种或多种类型的支撑材料，以及一种或多种类型的建模材料。在单元16的分配头通过之后，通过辐射源126使(多个)建模材料固化。在头的反向通过中，回到其刚沉积的层的起点，建构材料的附加分配可以根据预定的配置来执行。在分配头的向前及/或反向通过中，由此形成的层可以通过整平装置326进行拉直，所述整平装置优选在其向前及/或向后运动时依循分配头的路径。一旦分配头沿X方向返回到其起始点，它们即可沿一分度方向(在此称为Y方向)移动至另一个位置，并继续通过沿X方向的往复运动来建构同一层。
可选地，分配头可以在向前及向后运动之间的Y方向上，或者在多次向前-向后运动之后运动。由分配头执行以完成单个层的一系列扫描在本文中称为单个扫描周期。
一旦完成所述层，根据随后要打印的层的所需厚度，将托盘360沿Z方向降低至一预定的Z高度。重复过程以分层的方式形成三维的物体112。
在另一个实施方案中，托盘360可以在所述层内在单元16的分配头的向前及反向通道之间沿Z方向移动。进行这种Z位移是为了使整平装置在一个方向上与表面接触，并且在另一方向上防止接触。
系统110可选地并且优选地包括建构材料供应系统330，所述建构材料供应系统330包括建构材料容器或盒，并且向制造设备114供应多种建构材料。
一计算机化的控制器340控制制造设备114，并且可选地并且优选地还控制供应系统330。控制器340通常包括被配置为执行控制操作的一电子电路。控制器340优选地与一数据处理器154通信，所述数据处理器154基于计算机物体数据(例如，以任何前述格式(例如：STL)在计算机可读介质上表示的CAD配置)，发送与制造指令有关的数字数据。通常，控制器340控制施加至每个分配头或喷嘴阵列的电压以及相应的打印头中的建构材料的温度。
一旦制造数据被加载至控制器340，它就可以在没有用户干预的情况下运行。在一些实施方案中，控制器340自操作员接收附加输入，例如使用数据处理器154或使用与单元340通信的一用户界面116。用户界面116可以是本领域中已知的任何类型，例如但不限于键盘、触摸屏等等。例如，控制器340可以接收作为附加输入的一种或多种建筑材料类型及/或属性，例如但不限于颜色、特征变形及/或转变温度、粘度、电性能、磁性能。还可以考虑其他属性及属性组。
图1B至1D示出根据本发明的一些实施方案，适用于一物体的AM的一系统10的另一代表性且非限制性示例。图1B至1D示出了系统10的俯视图(图1B)、侧视图(图1C)及等距视图(图1D)。
在本实施方案中，系统10包括托盘12及多个分配头16，可选地并且优选为喷墨打印头，每个分配头具有多个分离的喷嘴。托盘12可以是盘形或可以是环形的。也可以考虑非圆形形状，只要它们可以绕垂直轴旋转即可。
可选地并且优选地托盘12及头16被安装以允许托盘12与头16之间的相对旋转运动。这可以通过以下方式实现：(i)将托盘12配置为相对于头16绕垂直轴14旋转；(ii)将头16配置为相对于托盘12绕垂直轴14旋转；或者(iii)将托盘12及头16配置为绕垂直轴14旋转，但以不同的旋转速度(例如：沿相反方向旋转)。尽管下面的实施方案特别强调配置(i)，其中托盘是旋转的托盘，并被配置成相对于头16绕垂直轴14旋转，但是应当理解的是，本申请也考虑了配置(ii)及(iii)。可以将本文描述的实施方案中的任何一个调整为适用于配置(ii)及(iii)中的任何一个，并且具有本文描述的细节的本领域普通技术人员将知道如何进行这种调整。
在下面的描述中，平行于托盘12并且自轴14向外指向的方向称为径向方向r；平行于托盘12并且垂直于径向方向r的方向在本文中称为方位角方向
并且垂直于托盘12的方向在本文中被称为垂直方向z。
如本文所用，术语“径向位置”是指距轴14一特定距离在托盘12上或上方的位置。当所述术语与打印头结合使用时，所述术语是指距轴14特定距离的打印头的位置。当所述术语与托盘12上的一点结合使用时，所述术语对应于属于多个点的轨迹的任何点，所述多个点的轨迹是一个圆，半径为距轴14特定距离，并且其中心位于轴14上。
如本文所用，术语“方位角位置”是指相对于一预定参考点以一特定的方位角在托盘12上或上方的位置。因此，径向位置是指属于多个点的一轨迹的任何点，其点是形成相对于参考点的特定方位角的一直线。
如本文中所用，术语“垂直位置”是指在一特定点处与垂直轴14相交的一平面上的位置。
托盘12用作三维打印的一支撑结构。通常，但非必要地，打印一个或多个物体的工作区域小于托盘12的总面积。在本发明的一些实施方案中，工作区域是环形的。工作区显示在26处。在本发明的一些实施方案中，托盘12在整个物体形成期间沿相同方向连续旋转，并且在本发明的一些实施方案中，托盘12在物体形成期间至少使旋转方向反转一次(例如：以振荡方式)。托盘12是可选的并且优选是可移动的。移除托盘12可以用于维护系统10，或者如果需要，用于在打印一新的物体之前更换托盘。在本发明的一些实施方案中，系统10设置有一个或多个不同的更换托盘(例如：备用托盘套件)，其中两个或多个托盘被指定用于不同类型的物体(例如：不同的重量)、不同的操作模式(例如不同的转速)等等。根据需要，托盘12的更换可以是手动或自动的。当采用自动更换时，系统10包括一托盘更换装置36，所述托盘更换装置36被配置成用于将托盘12从其在头16下方的位置移除，并通过一更换托盘(未示出)进行更换。在图1B的代表图中，托盘更换装置36被示为一驱动器38，所述驱动器38具有一可动臂4，所述可动臂4被配置为拉动托盘12，但是也可以想到其他类型的托盘更换装置。
在图2A至2C中示出了打印头16的示例性实施方案。这些实施方案可以用于上述任何AM系统，包括但不限于系统110及系统10。
图2A至2B示出了具有一个(图2A)及两个(图2B)喷嘴阵列22的一打印头16。所述阵列中的喷嘴优选地沿着一直线线性地对准。在特定的打印头具有两个或更多个线性喷嘴阵列的实施方案中，喷嘴阵列可选地并且优选地彼此平行。
当采用类似于系统110的一系统时，所有打印头16可选地并且优选地沿着分度方向定向，并且它们沿着扫描方向的位置彼此偏移。
当采用类似于系统10的一系统时，所有打印头16可选地并且优选地径向(平行于径向)定向，其方位角位置彼此偏移。因此，在这些实施方案中，不同打印头的喷嘴阵列彼此不平行，而是彼此成一定角度，所述角度大约等于各个头之间的方位角偏移。例如，一个头可以径向定向并定位在方位角位置
而另一个头可以径向定向并定位在方位角位置
在此示例中，两个头之间的方位角偏移为
并且两个头的线性喷嘴阵列之间的角度也为
在一些实施方案中，可以将两个或更多个打印头组装至多个打印头的一块上，在这种情况下，所述块的多个打印头通常彼此平行。在图2C中示出了包括多个头16a、16b、16c的一块。
在一些实施方案中，系统10包括定位在头16下方的一托盘支撑构件30，使得托盘12在托盘支撑构件30与头16之间。托盘支撑构件30可用于防止或减少在头16运作时可能发生的托盘12的振动。在打印头16围绕轴14旋转的构造中，优选地，托盘支撑构件30也旋转，使得托盘支撑构件30总是在头16的正下方(托盘12在头16与托盘12之间)。
托盘12及/或打印头16可选地并且优选地被配置为沿着与垂直轴14平行的垂直方向z移动，从而改变托盘12与打印头16之间的垂直距离。在通过沿垂直方向移动托盘12来改变垂直距离的构造中，托盘支撑构件30优选地也与托盘12一起垂直移动。在通过头16沿垂直方向改变垂直距离的构造中，在保持托盘12的垂直位置固定的同时，托盘支撑构件30也保持在固定的垂直位置。
垂直运动可以由一垂直驱动器28建立。一旦完成一层，根据随后要打印的层的所需厚度，通过一预定的垂直步骤可以增加托盘12与头16之间的垂直距离(例如，托盘12相对于头16降低)。重复所述过程以分层的方式形成一三维的物体。
头16的运作以及可选地并且优选地系统10的一个或多个其他部件的运作，例如托盘12的运动，皆由一控制器20控制。控制器可以具有电子电路及电路可读的非易失性存储介质，其中所述存储介质存储程序指令，所述程序指令在被电路读取时，使所述电路执行控制操作，如下文进一步详述。
控制器20还可以与一主计算机24通信，所述主计算机24基于任何前述格式的计算机物体数据来发送与制造指令有关的数字数据。物体数据格式通常根据笛卡尔坐标系构造。在这些情况下，计算机24优选地执行将计算机物体数据中的每个切片的坐标自笛卡尔坐标系转换成一极坐标系的过程。计算机24可选地并且优选地根据转换后的坐标系来发送制造指令。或者，计算机24可以按照由计算机物体数据提供的原始坐标系来传送制造指令，在这种情况下，坐标的变换由控制器20的电路执行。
坐标的转换允许在一旋转托盘上进行三维打印。在常规的三维打印中，打印头沿直线在固定托盘上方往复移动。在这样的常规系统中，只要打印头的分配速率均匀，在托盘上的任何位置的打印分辨率都是相同的。与常规的三维打印不同，并非所有头的喷嘴在同一时间在托盘12上覆盖相同的距离。可选地并且优选地，坐标的变换被执行，以确保在不同的径向位置处相等量的多余材料。在图3A至3B中提供了根据本发明的一些实施方案的坐标变换的代表性示例，示出了一物体的三个切片(每个切片对应于物体的不同层的制造指令)，其中图3A示出了在笛卡尔坐标系中的一切片，图3B示出了在将坐标过程的变换应用于各个切片之后的同一切片。
通常，控制器20基于制造指令并基于所存储的程序指令来控制施加至系统10的各个组件的电压，如下所述。
通常，在托盘12的旋转期间，控制器20控制打印头16以分层分配建构材料的液滴，以便在托盘12上打印三维物体。
系统10可选地并且优选地包括一固化系统18，其可以可选地并且优选地包括一个或多个辐射源，其可以是例如紫外线、可见光或红外灯，或者其他电磁辐射源，或者电子束源，取决于所使用的建模材料。辐射源可包括任何类型的辐射发射装置，包括但不限于发光二极管、数字光处理系统、电阻灯等等。固化系统18用于固化(例如：固化(curing))建模材料。在本发明的各种示例性实施方案中，固化系统18的运作由控制器20控制，控制器20可以激活及停用固化系统18，并且还可以可选地还控制由固化系统18产生的辐射量。
在本发明的一些实施方案中，系统10还包括一个或多个整平装置32，其可以被制造为一辊或一刀片。整平装置32用于在新形成的层上形成连续层之前拉直新形成的层。在一些可选的实施方案中，整平装置32具有圆锥辊的形状，其定位成使得其对称轴34相对于托盘12的表面倾斜并且其表面平行于托盘的表面。在系统10(图1C)的侧视图中示出了所述实施方案。
圆锥辊可以具有圆锥或圆锥台的形状。
圆锥辊的打开角度优选地被选择为圆锥体在沿着其轴34的任何位置处的半径与所述位置与轴14之间的距离之间的一恒定比率。所述实施方案允许辊32有效地使层平整，因为当辊旋转时，辊表面上的任何点p都具有一线速度，所述线速度与托盘在点p垂直下方的线速度成比例(例如：相同)。在一些实施方案中，辊具有圆锥台的形状，其具有一高度h、在距轴14最近的距离处的一半径R1以及距轴14最远的距离处的一半径R2，其中参数h、R1及R2满足关系R1/R2＝(R-h)/h，其中R是辊距轴14的最远距离(例如：R可以是托盘12的半径)。
整平装置32的运作可选地并且优选地由控制器20控制，所述控制器20可以激活及停用整平装置32，并且还可以可选地还沿着垂直方向(平行于轴线14)及/或径向方向(平行于托盘12并指向或远离轴14)控制其位置。
在本发明的一些实施方案中，打印头16被配置为沿着径向r相对于托盘往复运动。当头16的喷嘴阵列22的长度短于沿着托盘12上的工作区域26的径向的宽度时，这些实施方案是有用的。头16沿径向的运动可选地并且优选地由控制器20控制。
一些可选的实施方案考虑通过自不同的分配头分配不同的材料来制造物体。这些实施方案尤其提供了自一给定的数量的材料中选择材料的能力以及定义所选择的材料及其特性的所需组合。根据本发明的实施方案，每个材料与层的沉积的空间位置被定义，以通过不同材料影响不同三维空间位置的占用，或通过两个或更多个不同的材料影响基本相同的三维位置或相邻的三维位置的占用，以便允许材料在层内进行后沉积空间组合，从而在相应的一个或多个位置上形成一复合材料。
考虑建模材料的任何沉积后组合或混合物。例如，一旦分配了某种材料，它可以保留其原始属性。然而，当它与在相同或附近位置处分配的另一建模材料或其他分配材料同时分配时，形成了一种具有与所分配的材料不同的一个或多个性质的复合材料。
因此，根据表征物体的每个部分所需的特性，本实施方案能够在物体的不同部分中沉积广泛范围的材料组合，以及制造可以由多种不同的材料组合组成的一物体。
适用于本实施方案的一AM系统的原理及操作的进一步细节在美国专利申请公开第20100191360号中找到，其内容通过引用并入于此。
图4是根据本发明的各个示例性实施方案的方法的流程图。所述方法可用于制造任何物体，包括但不限于一人造医疗结构(例如：一牙齿结构)、一模型及一电子装置的一壳体。
所述方法开始于200处，并且可选地且优选地进行至201处，在201处接收任何前述格式的计算机物体数据。所述方法可以进行至202处，在202处分配建构材料的一层。所述建构材料可以是一建模材料或一支撑材料。在本发明的一些实施方案中，所述方法针对特定的层选择性地分配建模材料的一个或多个区域以及支撑材料的一个或多个区域。优选地，以与物体的形状相对应的一配置图案以及根据计算机物体数据来分配建模材料。
在本发明的一些实施方案中，在进行按照与物体的形状相对应的配置图案的建模材料的分配之前，进行一分配过程，在所述分配过程中，在这里被称为“基座”的一结构被直接分配在托盘上。在这些实施方案中，随后将构成牺牲结构及/或可选地物体的多个层的至少一部分分配在基座上。此实施方案在图13中示出，其示出了在托盘12/360上的一基座252的侧视图，其中牺牲结构214/220部分地被分配在基座252上，并且部分地被分配在形成物体210的多个层212的堆叠体上。本实施方案还考虑了在牺牲结构214/220与物体210之间的支撑材料的至少一个中间层216，所述中间层可选地并且优选地围绕物体的至少一部分(例如：如图5A所示)。可选地，支撑材料的一个或多个中间层被分配在牺牲结构214/220与基座252之间。
可选地并且优选地，基座252用于使牺牲结构及/或物体易于自托盘移除，并且因此可以帮助将牺牲结构与托盘及/或物体分离，及/或防止物体通过人为或机械损坏而变形。基座252还可以提高在Z方向(高度)上的物体的精度，及/或可以提高在X-Y方向上的物体的精度。
基座252优选地包括一支撑制剂，所述支撑制剂包括支撑材料。优选地，所述支撑制剂可溶于液体，例如水中。在本发明的各种示例性实施方案中，基座252包括支撑制剂及建模制剂的一组合(例如，本文所述的第一及第二建模制剂中的任何一个)。优选地，基座252内的建模制剂具有低的埃左氏(Izod)冲击强度，例如小于40J/m。此实施方案的优点在于，它减小了基座自托盘提起的趋势，及/或保持了其结构完整性。
Z的不精确可能出现在被打印的物体的最低层。这可能是因为当整平装置可能处于其最低点时，在Z的开始高度(开始打印时托盘的Z高度)的托盘的顶表面可能不完全处于使整平装置能够到达并因此整平在打印过程中沉积的第一层的一高度上(例如，由于调整不准确及/或托盘的平坦度及水平度不完整)。因此，物体的下层可能无法通过整平装置进行整平，并且因此其厚度可能大于所需的层的厚度，因而与设计的物体相比，打印时物体的高度增加及/或最终物体的质量降低。在物体的最低点下方使用基座252通过指定实际物体的打印开始的高度可以是可以由整平装置显着地整平基座本身的高度来解决此问题。
在本发明的一些实施方案中，基座252具有核-壳结构，所述壳包括建模制剂的间隔的柱状物，其之间具有支撑制剂，而所述核仅包括可溶性(例如：水溶性)支撑制剂，并且没有任何不溶的建模材料。形成具有这种核-壳结构的一基座的优点在于，它解决了Z的不精确及卷曲的问题，同时最大程度地减少了建模材料的使用，建模材料通常较昂贵，并且倾向于将可见的残余物留在物体的底部。
在图13所示的示意图中，物体210的多个层的堆叠体212直接分配在所述托盘12/360上。然而，由于在某些实施方案中堆叠体212被分配在所述基座252上，因此不必一定是这种情况。
再次参照图4，所述方法可选地并且优选地前进至203处，在所述处，固化所分配的建构材料。固化过程的类型取决于所分配材料的类型。例如，当建构材料是UV可固化的时，固化包括施加UV辐射，当建构材料可通过其他辐射(例如：红外线或可见光)可固化时，固化包括施加固化建构材料的波长的辐射。
优选地，依序地执行多次操作202及203，并且在一些实施方案中优选地还包括201，以便依序地分配及固化多个层。这在图4中示出，如自操作203指向操作201及202的循环箭头。分配这些层以形成由建模材料制成的模型层的一堆叠体以及一牺牲结构，其中多个模型层的堆叠体及所述牺牲结构可以以保持多个模型层的堆叠体的形状及大小不变形的方式彼此分离。
在本发明的一些实施方案中，所述方法将数字材料分配给至少一个层。
如本文及本领域中所使用的，术语“数字材料”描述了微观尺度或体素层级上的两个或更多个材料的一组合，使得特定材料的打印区域处于很少的体素层级或处于一体素块层级。这样的数字材料可以表现出新的特性，所述新的特性受到材料类型的选择及/或两个或更多个材料的比率及相对空间分布的影响。
在示例性数字材料中，固化时获得的每个体素或体素块的建模或支撑材料独立于固化时获得的一相邻的体素或体素块的建模或支撑材料，使得每个体素或体素块可以导致不同的建模或支撑材料，并且整个物体的新属性是几个不同的建模材料在体素层级上一空间组合的结果。
在本文中，每当在不同的材料及/或特性的上下文中使用“在体素层级”的表述时，其意在包括多个体素块之间的差异，以及多个体素或少数体素的多个组之间的差异。在优选的实施方案中，整个物体的属性是几个不同的建模材料在体素块层级上一空间组合的结果。
一旦形成所有的层，所述方法优选地进行至204处，在所述处将剥离力施加至所述牺牲结构上以去除所述牺牲结构，优选地，整体去除。优选地，在干燥环境中进行剥离。根据本文所述的本发明的任何实施方案的一些实施方案，剥离力的大小为自约1N至约20N，例如约5N、约10N或约15N。
当将物体210的多个层的堆叠体212分配在所述托盘12/360上时，并且将所述牺牲结构部分地分配在所述基座上时(如图13所示)，操作204可选地并且优选地在所述物体仍在托盘上时执行。这是因为所述牺牲结构与所述托盘之间的粘合力小于所述堆叠体212与所述托盘之间的粘合力，从而剥离力的大小可被选择以自所述物体去除所述牺牲结构，而无需自所述托盘提起所述物体。在发明人进行的实验中，发现一部分的所述基座在剥离过程中与所述牺牲结构一起被去除，然而所述堆叠体仍成功地保留在所述托盘上。当所述堆叠体212及所述牺牲结构214/220两者都被分配在所述托盘12/360上或在所述基座252上时，操作204可选地并且优选地在所述物体自所述托盘中移除之后执行，如图8A至8C及11所示的图像所示。
所述方法在205处结束。
所述方法可被执行以根据需要制造单个物体或多个物体。当制造多个物体时，可以针对所有的物体共同地(例如：同时地)执行操作201、202及203。例如，计算机物体数据可以包括描述所有物体的一布置的数据，包括它们在工作托盘12/360上各自的形状，分配可以如下方式进行：每个分配层包括多个单独的区域，每个区域形成要形成的物体之一的层，并且可以执行固化以集中固化新形成的层的所有区域。剥离操作可以针对每个被分配的物体单独执行，或者针对一个以上的物体(例如，由操作201至203共同形成的所有物体)共同执行。
在对一个以上的物体共同执行剥离操作的实施方案中，可选地并且优选地，所述制造工艺及材料被选择以使得被制造的物体与可剥离的牺牲结构之间的粘合力小于所述物体与分配它们的表面之间的粘合力(即，物体的最底层与在其上分配这些层的表面(例如：托盘)之间的粘合力)。例如，这可以通过在不形成所述堆叠体212下方的所述基座的情况下执行操作202来确保。优选但非必要地，在所述牺牲结构下方的不覆盖堆叠体212的多个层的多个区域形成一基座。因此，所述物体比其上方或侧面的多个牺牲层更牢固地粘附在其下方的接收表面，因此，当剥离所述牺牲结构时，无需自所述接收表面提起物体即可将所述牺牲结构自所述物体移除。优选但非必要地，将一个一次性介质放置在增材制造设备的工作托盘(例如：托盘12或托盘360)上，以保护所述托盘免受可能牢固粘附在其上的建构材料的残留。
在图14A至14D中示意性地示出自多个物体共同剥离所述牺牲结构的过程。图14A示出了多个物体210，一旦被分配及固化，每个物体210至少由如上进一步详述的多个层的堆叠体212及一基座252构成。基座252被示为单个层，但是在一些实施方案中，基座252包括多个层。在这样的示意图中，形成所述多个物体210的所述基座252及所述多个堆叠体212形成在一个一次性介质254(例如，一平面基板，诸如但不限于一塑料载玻片、玻璃板、纸等等)上。然而，这不一定是这种情况，因为在一些实施方案中，所述多个堆叠体及所述基座直接被分配在所述托盘12/360上。优选地，所述物体的堆叠体的任何层皆未被分配在所述基座上，以便在堆叠体212与所述托盘(或一次性介质，如果使用的话)之间保持足够高的粘合力。与堆叠体212不同，牺牲结构214/220部分地被分配在所述基座252上，并且部分地被分配在(参见图14A)或围绕堆叠体212(未示出，见图5A)上。这确保了所述牺牲结构与所述堆叠体之间的粘合力小于所述堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。在所述牺牲结构214/220与所述堆叠体212及/或所述基座之间可选地且优选地形成支撑材料的一个或多个中间层(未示出)，如图13中所示的中间层216。可选地，还在所述牺牲结构214/220与所述基座252之间形成支撑材料的(多个)中间层。
图14B示出了施加至所述牺牲结构以优选地整体去除所述牺牲结构的剥离力218。在一些实施方案中(图14A至14D中未示出)，所述牺牲结构被分成两个或更多个分开的或分离的部分，每个部分覆盖至少两个间隔开的物体。在这些实施方案中，每个部分可以自其粘附的基座及物体分别剥离。当托盘或一次性介质的侧向尺寸大(例如：至少1200cm2)时，这些实施方案特别有用。当使用一次性介质时，可选地并且优选地在施加剥离力之前将其自所述托盘移除。图14C示出在去除所述牺牲层之后的所述多个堆叠体212及基座252。一旦去除所述牺牲层(一次性地或逐段地)，即将所述堆叠体212自所述托盘或一次性介质提起，并清洁所述基座的残余物，如图14D所示。
图15A及图15B是在根据图14A至14D所示的实施方案进行的实验期间拍摄的图像。
根据本发明的一些实施方案，通过剥离去除牺牲结构与常规技术不同，在常规技术中，采用水刀切割或其他化学方法，例如在加热或不加热的情况下在一溶剂中溶解。
本发明人发现，在许多情况下，传统的支撑物的移除可能涉及危险材料、体力劳动及/或需要训练有素的人员的特殊设备、防护服及昂贵的废物处理。本发明人意识到，溶解过程可能受到扩散动力学的限制，并且可能需要很长的时间。本发明人还意识到，在某些情况下，必须进行后处理以除去残留物质的痕迹，例如在物体的表面上形成的硬化的建模与支撑材料的混合物。本发明人还意识到，需要提高的温度的去除也可能是有问题的，因为它可能不方便并且需要专用设备。
为了解决这些问题，本发明人设计了一种制造技术，所述制造技术便于通过剥离去除牺牲结构，且无需水刀切割、化学工艺及/或高温。可以通过一种以上的方式确保通过剥离有效地去除牺牲结构。
在本发明的一些实施方案中，所述牺牲结构具有由弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体。任何的弹性体材料可被使用。下文提供了适合用作根据本发明的一些实施方案的弹性体材料的弹性体材料的一代表性示例，并且在标题为“增材制造橡胶类材料(ADDITIVE MANUFACTURING OF RUBBER-LIKE MATERIALS)”的国际专利申请进一步详述，其要求2016年05月29日提交的美国临时专利申请第62/342,970号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
在图5A中示出了由弹性体材料形成的物体的一代表性示例。示出了具有多个模型层的一堆叠体212的一物体210，以及具有由弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体的一牺牲结构214。为了表示清楚起见，未示出形成堆叠体212及结构214的各个层，但是这些堆叠体的每一个可选地并且优选地由相应材料制成的两层或更多层形成。在本发明的一些实施方案中，多个中间层的一堆叠体216也形成在堆叠体212与结构214之间。堆叠体216可选地并且优选地由弹性模量小于弹性体材料的弹性模量的支撑材料制成。堆叠体216的优点为，它防止堆叠体212的建模材料粘附至堆叠体214的弹性体材料，因此在施加剥离力218时，促进了结构214与堆叠体212的分离。通过剥离力218去除结构214使堆叠体212暴露(如图5A所示)，或者，当多个中间层的一残余物保留在堆叠体212的表面上时，它也可以暴露这种残余物。
根据本发明的任何实施方案的一些实施方案，多个中间层的堆叠体216沿着垂直于物体210的表面的方向的一厚度是自约100μm至约300μm，更优选地自约210μm至约290μm。更优选地自约220μm至约280μm，例如约250μm。在发明人进行的实验中，发现约250μm的厚度足以防止粘附，并且同时允许使用相对较薄并且具有相对较低的抗撕裂性的牺牲结构。例如，在本发明的一些实施方案中，牺牲结构214的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTMD-624进行测量时，所述牺牲结构的抗撕裂性为每米约4kN至每米约8kN，更优选地为每米约5kN至约7kN。更高的抗撕裂性也可被考虑。优选地，当根据国际标准ASTM D-624进行测量时，牺牲结构214的抗撕裂性为每米至少4kN。
牺牲结构214沿垂直于物体210的表面的方向的最小厚度是可选的，并且优选地为自约500μm至约3mm，更优选地为自约500μm至约2.5mm，更优选地为自约500μm至约2mm。
在弹性体材料用于形成牺牲结构214的实施方案中，剥离力218的大小可以为约10N，但是其他值也可以被考虑。
在本发明的一些实施方案中，所述牺牲结构是由支撑材料及建模材料的交错的片形成的一分层的牺牲结构。这些实施方案在图5B及5C中示出。示出了具有多个模型层的一堆叠体212及一分层的牺牲结构220的一物体210，所述牺牲结构包括支撑材料(虚线)的片222及建模材料(实线)的片224。片222及片224彼此交错。在图5B的说明中，所述交错是沿着物体210的建构方向(Z方向，参见图1A及1C)。在图5B的说明中，所述交错是沿着垂直于物体210的建构方向的方向。
所述交错为牺牲结构220提供了挠性，其允许通过施加剥离力218自堆叠体212去除结构220，例如在图11中可以看到的，示出一交错的牺牲结构自一牙齿结构剥离的过程。
这种牺牲结构允许在片224中使用相对刚性的建模材料。例如，当根据国际标准ASTM D-790-04进行测量时，片224中的建模材料的一弯曲模量为自约2000百万帕(MPa)至约4000MPa，更优选地自约2000MPa至约3500MPa，自约2200MPa至约3200MPa。
在建模与支撑的片之间使用交错的优点在于，它允许使用一个建模材料来制作物体210，当用于制造所述物体的系统包括都分配相同的建模材料的单个建模头或多个建模头时，这样的功能特别有用。因此，在本发明的一些实施方案中，多个模型层的堆叠体212的建模材料及牺牲结构220的片224中的建模材料是相同的建模材料。适用于本实施方案的建模材料的代表性示例是由以色列Stratasys销售的VeroWhitePlusTM。适用于本实施方案的支撑材料的代表性示例是由以色列Stratasys销售的SUP706TM。
在所述交错为沿着建构方向的实施方案中(图5B)，多个中间层的堆叠体216可选地并且优选地形成在堆叠体212与结构220之间。沿着垂直于物体210的表面的方向的堆叠体216的厚度可以是上文进一步详述的。在由发明人进行的实验中，发现在使用具有足够刚度的支撑材料时，约250μm的厚度足以防止堆叠体212与结构220的其他片之间的粘附。
建模材料的每个片224沿建构方向(Z方向)的高度通常为自约250μm至约4mm，或自约1mm至约2mm。建模材料的每个片224沿建构方向(Z方向)的高度通常为自约100μm至约300μm，或自约150μm至约250μm，例如约200μm。
在所述交错为垂直于建构方向的实施方案中(图5C)，结构220优选地以与堆叠体212相邻的片由支撑材料制成的方式来制造。这样的片可以用作释放堆叠体，如上文关于图5A所示的实施方案进一步详细描述的。优选但非必要地，与堆叠体212相邻的支撑材料的片相较于结构220的任何其他支撑材料的片来得厚(例如，厚约10％-40％)。例如，当与堆叠体212相邻的支撑材料的片的厚度为约250μm时，其他片222的厚度可以为约200μm。
沿着垂直于物体210的表面的方向的牺牲结构220的总厚度是可选地并且优选地被选择为使得约5N的剥离力导致牺牲结构220的一弯曲应变ε，其中ε至少为0.02，更优选为至少0.022，更优选为0.024，更优选为0.026。
弯曲应变ε可以定义为由于剥离力218而导致的牺牲结构220的长度变化与施加剥离力218之前的牺牲结构220的长度之间的比率。
例如，沿垂直于物体210的表面的方向的牺牲结构220的最小厚度可以为自约500μm至约3mm，更优选地为自约500μm至约2.5mm，更优选地为自约500μm至约2mm。
在交错的片222及224用于形成牺牲结构220的实施方案中，剥离力218的大小可以为约5N，但是其他值也可以被考虑。
图5A至5C示出多个模型层的堆叠体212填充由牺牲结构214/220部分地包围的一空腔的实施方案。在这些不旨在限制的图式中，堆叠体212除了一个面之外的所有面被所述牺牲结构包围(在本图式中，堆叠体212的底部)。本实施方案还考虑了堆叠体212填充由所述牺牲结构完全地包围的一空腔的应用。在这些应用中，剥离可以在一个以上的阶段中完成。例如，首先剥离牺牲结构的覆盖堆叠体212的一侧的部分(例如，覆盖基底的部分)，然后剥离其他部分。
还考虑了所述牺牲结构214/220填充由多个模型层的堆叠体212部分地包围的一空腔的实施方案。这些实施方案在图6中示出。这些实施方案对于制造模型特别有用。这些实施方案对于制造一外来元件(例如但不限于电子设备)的一壳体也是有用的。例如，在去除牺牲结构214/220之后，可以将一外来元件226放置228在空腔中。外来元件226可以是例如选自于由一微芯片、一电池、一印刷电路板、一发光器件(例如：发光二极管或灯)、一射频识别标签、一晶体管等所组成的群组的一电子装置。
以下是根据本发明的一些实施方案的适合用作弹性体材料的弹性体材料的描述。
本文所述的弹性体制剂包括弹性体材料。可选地及优选地，弹性体制剂还包括二氧化硅颗粒。
术语“弹性体材料”描述了如本文所定义的可固化的(solidifiable)(例如：可固化的(curable))材料，其在固化后(例如，在暴露于能量，例如但不限于固化能时)获得了弹性体(橡胶或类似橡胶的材料)的特性。
弹性体材料通常包括一个或多个聚合(可固化的)基团，其在暴露于合适的固化能时进行聚合，所述基团被连接至赋予聚合的及/或交联的材料弹性的部分。这样的部分通常包括烷基、亚烷基链、烃、亚烷基二醇基或链(例如：低聚或聚(亚烷基二醇)，如本文所定义、氨基甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯低聚物或聚胺酯，如本文所定义，以及其他等等，包括前述的任何组合，且在本文中也称为“弹性体部分”。
根据本发明的一些实施方案的弹性体单官能可固化的材料可以是由式I表示的含乙烯基的化合物：
其中R1及R2中的至少一个是及/或包含弹性体部分，如本文所述。
式I中的(＝CH2)基团表示聚合基团，并且根据一些实施方案，其是UV可固化的基团，使得弹性体材料是UV可固化的材料。
例如，R1是或包含本文定义的弹性体部分，并且R2是例如氢、C(1-4)烷基、C(1-4)烷氧基或任何其他取代基，只要它不干扰具有可固化的材料的弹性性能。
在一些实施方案中，R1为羧酸根，并且化合物为单官能丙烯酸酯单体。在这些实施方案的一些实施方案中，R2是甲基，并且化合物是单官能甲基丙烯酸酯单体。其中R1是羧酸根并且R2是氢或甲基的可固化的材料在本文中统称为“(甲基)丙烯酸酯”。
在任何这些实施方案的一些实施方案中，羧酸基-C(＝O)-ORa包含Ra，其是本文所述的弹性体部分。
在一些实施方案中，R1为酰胺，并且化合物为单官能丙烯酰胺单体。在这些实施方案的一些实施方案中，R2为甲基，并且化合物为单官能甲基丙烯酰胺单体。其中R1是酰胺且R2是氢或甲基的可固化的材料在本文中统称为“(甲基)丙烯酰胺”。
(甲基)丙烯酸酯及(甲基)丙烯酰胺在本文中统称为(甲基)丙烯酸材料。
在一些实施方案中，R1是内酰胺(cyclic amide)，并且在一些实施方案中，它是内酰胺，例如内酰胺(lactam)，并且化合物是乙烯内酰胺。在一些实施方案中，R1是环状羧酸盐，例如内酯，并且化合物是乙烯内酯。
当R1及R2中的一个或两者包含聚合的或低聚的部分时，式I的单官能可固化的化合物是示例性聚合的或低聚的单官能可固化的材料。否则，它是示例性单体的单官能可固化的材料。
在多官能弹性体材料中，两个或多个聚合基团经由弹性体部分彼此连接，如本文所述。
在一些实施方案中，多官能弹性体材料可以由本文所述的式I表示，其中R1包含由聚合基团终止的弹性体材料，如本文所述。
例如，双官能弹性体材料可由式I*表示：
其中E是如本文所述的弹性连接部分，而R’2如本文中对于R2所定义。
在另一个实例中，三官能弹性体材料可以由式II表示：
其中E是如本文所述的弹性连接部分，而R’2及R”2各自独立地如本文针对R2所定义。
在一些实施方案中，多官能(例如：双官能、三官能或更多)弹性体材料可以由式III共同表示：
其中：
R2及R’2如本文所定义；
B是如本文定义的双官能或三官能支化单元(取决于X1的性质)；
X2及X3各自独立地为本文所述的弹性体部分，或选自烷基、烃、亚烷基链、环烷基、芳基、亚烷基二醇、氨基甲酸乙酯部分及其任何组合；以及
X1不存在或选自烷基、烃、亚烷基链、环烷基、芳基、亚烷基二醇、氨基甲酸乙酯部分及弹性体部分，各自任选地被甲基(丙烯酸酯)部分(O-C(＝O)CR”2＝CH2)取代(例如：端基)，及其任意组合，或者X1为：
其中：B’是支化单元，与B相同或不同；
X’2及X’3各自独立地如本文中针对X2及X3所定义；以及
R”2及R”’2如本文中针对R2及R’2所定义。
前提条件是X1、X2及X3中的至少一个是、或者包含本文所述的弹性体部分。
如本文所用的术语“支化单元”描述了多重自由基，优选脂族或脂环族基团。“多重自由基”是指连接部分具有两个或更多个连接点，使得其在两个或更多个原子及/或基团或部分之间连接。
也就是说，支化单元是一化学部分，当连接至一物质的一单个位置、基团或原子上时，产生两个或多个与所述单个位置、基团或原子相连的官能基，因而将单个功能“支化”为两个或多个功能。
在一些实施方案中，支化单元衍生自具有两个、三个或更多个官能基的一化学部分。在一些实施方案中，支化单元是本文所述的支链烷基或支链连接部分。
还考虑了具有4个或更多个聚合基团的多官能弹性体材料，其可以具有与式III所示的结构相似的结构，同时包括例如具有较高支化度的一支化单元B，或包括具有两个如本文所定义的(甲基)丙烯酸酯部分或与式II中所示的类似的X1部分，同时包括例如连接至弹性体部分的另一个(甲基)丙烯酸酯部分。
在一些实施方案中，弹性体部分，例如式I中的Ra或在式I*、II及III中表示为E的部分是或包含烷基，其可以是直链或支链的，并且优选长度为3个或更多或者4个或更多个碳原子；亚烷基链，优选长度为3个或更多个或者4个或更多个碳原子；本文定义的亚烷基二醇，本文定义的低聚(亚烷基二醇)或聚(亚烷基二醇)，优选长度为4个或更多个原子，本文定义的氨基甲酸乙酯、氨基甲酸乙酯低聚物或聚氨酯，优选长度为4个或更多个碳原子，以及前述的任意组合。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体材料是(甲基)丙烯酸可固化的材料，如本文所述，并且在一些实施方案中，其是丙烯酸酯。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体材料是或包含单官能弹性体材料，并且在一些实施方案中，所述单官能弹性体材料由式I表示，其中R1为-C(＝O)-ORa以及Ra是亚烷基链(例如，长度为4个或更多个，优选为6个或更多个，优选为8个或更多个碳原子)，或聚(亚烷基二醇)链，如本文所定义。
在一些实施方案中，弹性体材料是或包括多官能弹性体材料，并且在一些实施方案中，所述多官能弹性体材料由式I*表示，其中E是亚烷基链(例如，长度为4个或更多或者为6个或更多个碳原子)，及/或聚(亚烷基二醇)链，如本文所定义。
在一些实施方案中，弹性体材料是或包括多官能弹性体材料，并且在一些实施方案中，所述多官能弹性体材料由式II表示，其中E是支链烷基(例如，长度为3个或更多、4个或更多或者5个或更多个碳原子)。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体材料是例如式I、I*、II或III的弹性体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯(也称为丙烯酸或甲基丙烯酸弹性体)，并且在一些实施方案中，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯被选择使得在固化时，聚合物材料的一Tg低于0℃或低于-10℃。
示例性的弹性体丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯可固化的材料包括但不限于2-丙烯酸、2-[[[(丁基氨基)羰基]氧基]乙酯(示例的丙烯酸脲烷酯)，以及由Sartomer提供以商业名称SR335(丙烯酸月桂酯)以及SR395(丙烯酸异癸酯)销售的化合物。其他实施方案包括由Sartomer提供以商业名称SR350D(三官能三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(trifunctionaltrimethylolpropane trimethacrylate,TMPTMA)、SR256(2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯、SR252(聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯)、SR561(烷氧基化的己二醇二丙烯酸酯)销售的化合物。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体材料包括一个或多个单官能弹性体材料(例如：在式I中表示的单官能弹性体丙烯酸酯)以及一个或多个多官能(例如：双官能)弹性体材料(例如，在式I*、II或III中表示的双官能弹性体丙烯酸酯)，以及在本文所述的任何相应的实施方案中。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，(多个)弹性体材料的一总量占含所述(多个)弹性体材料的弹性体制剂的总重量为至少40％、至少50％、至少60％，并且可以高达70％或甚至80％。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体制剂还包括二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，二氧化硅颗粒的平均粒径小于1μm，即，二氧化硅颗粒是亚微米颗粒。在一些实施方案中，二氧化硅颗粒是纳米颗粒，其平均粒径为自0.1纳米(nm)至900nm、自0.1nm至700nm、自1nm至700nm、自1nm至500nm或自1nm至200nm，包括它们之间的任何中间值及子范围。
在一些实施方案中，在被导入制剂中时，至少一部分这种颗粒可以聚集。在这些实施方案的一些实施方案中，聚集体的平均尺寸不超过3微米，或不超过1.5微米。
在本实施方案的上下文中，可以使用任何可商购的亚微米二氧化硅颗粒的制剂，包括气相式二氧化硅、胶体二氧化硅、沉淀二氧化硅、层状二氧化硅(例如蒙脱土)以及气溶胶辅助自组装的二氧化硅颗粒。
二氧化硅颗粒可以具有一疏水性或亲水性表面的特征。颗粒表面的疏水或亲水性质取决于颗粒上表面基团的性质。
当二氧化硅未经处理时，即基本上由Si及O原子组成时，颗粒通常具有硅烷醇(Si-OH)表面基团，因此是亲水的。未处理(或未涂覆)的胶体二氧化硅、气相式二氧化硅、沉淀二氧化硅及层状二氧化硅均具有一亲水性表面，被认为是亲水性二氧化硅。
层状二氧化硅可被处理，以具有以季铵及/或铵作为表面基团终止的长链烃为特征，并且其表面的性质由烃链的长度决定。疏水性二氧化硅是其中疏水性基团键合至颗粒表面的一种二氧化硅形式，也称为处理型二氧化硅或官能化二氧化硅(与疏水基团反应的二氧化硅)。
具有疏水性表面基团的二氧化硅颗粒是疏水性二氧化硅颗粒，所述疏水性表面基团例如但不限于烷基，优选地，长度为2个或更多个碳原子，优选地，长度为4个或更多个或6个或更多个碳原子的中级至高级烷基、环烷基、芳基及其他如本文所定义的烃，或疏水性聚合物(例如：聚二甲基硅氧烷)。
因此，本文所述的二氧化硅颗粒可以未经处理(未官能化的)，因此是亲水性颗粒。
或者，可以通过反应来处理或官能化本文所述的二氧化硅颗粒，从而与其表面上的部分形成键。
当所述部分为亲水性部分时，所述官能化的二氧化硅颗粒为亲水性的。
具有亲水性表面基团的二氧化硅颗粒是亲水性二氧化硅颗粒，所述亲水性表面基团例如但不限于羟基、胺、铵、羧基、硅烷醇、侧氧基等等。
当部分为疏水性部分时，如本文所述，官能化的二氧化硅颗粒为疏水性的。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒具有一亲水性表面(即，是亲水性二氧化硅颗粒，例如未经处理的二氧化硅，例如胶体二氧化硅)。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒具有一疏水性表面(即，疏水性二氧化硅颗粒)。
在一些实施方案中，疏水性二氧化硅颗粒是官能化的二氧化硅颗粒，即用一个或多个疏水部分处理的二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，至少一部分或全部的二氧化硅颗粒是疏水性二氧化硅颗粒，并通过可固化的官能基(在其表面上具有可固化的基团的颗粒)而被官能化。
可固化的官能基可以是本文所述的任何可聚合的基团。在一些实施方案中，可固化的官能基可通过与制剂中的可固化单体相同的聚合反应及/或当暴露于与可固化的单体相同的固化环境时为可聚合的。在一些实施方案中，可固化的基团是如本文所定义的(甲基)丙烯酸(丙烯酸或甲基丙烯酸)基团。
如本文所述的亲水性及疏水性、官能化的及未处理的二氧化硅颗粒可以是可商购的材料，或可以使用本领域众所周知的方法来制备。
在这些实施方案的上下文中使用的“至少一部分”是指至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或至少98％的颗粒。
二氧化硅颗粒还可以是两种或更多种类型的二氧化硅颗粒的一混合物，例如，两种或更多种本文所述的任何二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，包含二氧化硅颗粒的一建模材料制剂中的二氧化硅颗粒的一含量以重量计占弹性体制剂的总重量为自约1％至约20％、自约1％至约15％或自约1％至约10％。
二氧化硅颗粒的含量可以根据需要进行控制，以控制固化的材料的机械性能。例如，较高量的二氧化硅颗粒可导致固化的牺牲结构的较高弹性模量。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，二氧化硅颗粒的一含量使得弹性体制剂中的弹性体材料与二氧化硅颗粒的一重量比为自约50：1至约4：1、自约30：1至约4：1或自约20：1至约2：1，包括它们之间的任何中间值及子范围。
根据本文描述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体制剂还包括一个或多个附加可固化的材料。
附加可固化的材料可以是一单官能可固化的材料、一多官能可固化的材料或其混合物，并且每个材料可以是一单体、一低聚物或一聚合物或其组合。
优选地，但非必须的，附加可固化的材料在暴露于与可固化的弹性体材料可聚合的相同固化能时，例如在暴露于辐射(例如：UV-可见光照射)时是可聚合的。
在一些实施方案中，附加可固化的材料使得当硬化时，聚合物材料的Tg高于一弹性体材料的Tg，例如，一Tg高于0℃、高于5℃或高于10℃。
在全文中，“Tg”是指玻璃化转变温度，其定义为E"曲线的局部最大值的位置，其中E"是材料的损耗模量与温度的函数关系。
广义上而言，随着温度在包含Tg温度的一温度范围内升高，材料，尤其是聚合物材料的状态逐渐自玻璃态转变为橡胶态。
在本文中，“Tg范围”是在如上定义的Tg温度下E"值至少为其值的一半(例如：可以达到其值)的温度范围。
不希望受任何特定理论的束缚，假定一聚合物材料的状态在如上定义的Tg范围内自玻璃态逐渐变为橡胶态。在本文中，术语“Tg”是指在本文定义的Tg范围内的任何温度。
在一些实施方案中，附加可固化的材料是一单官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯((甲基)丙烯酸酯)。非限制性实例包括丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酰吗啉、丙烯酸苯氧基乙酯，由Sartomer公司(美国)以商业名称SR-339销售的产品、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯低聚物，例如以CN 131B的商业名称销售的产品，以及任何其他在AM方法中可用的丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯。
在一些实施方案中，附加可固化的材料是一多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯((甲基)丙烯酸酯)。多官能(甲基)丙烯酸酯的非限制性实例包括丙氧基化的(2)新戊二醇二丙烯酸酯，由Sartomer公司(美国)以商业名称SR-9003销售的产品、双三羟甲基丙烷丙烯酸酯(ditrimethylolpropane tetraacrylate,DiTMPTTA)、季戊四醇四丙烯酸酯(pentaerythitol tetraacrylate,TETTA)、以及双季戊四醇五丙烯酸酯(dipentaerythitol penta-acrylate,DiPEP)；以及脂族氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯，例如以Ebecryl 230销售的产品。多官能(甲基)丙烯酸酯低聚物的非限制性实例包括乙氧基化或甲氧基化的聚乙二醇二丙烯酸酯或二甲基丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、聚乙二醇-聚乙二醇氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯、部分丙烯酸酯化的多元醇低聚物、聚酯基氨基甲酸乙酯二丙烯酸酯，例如以CNN91销售的产品。
可以考虑任何其他可固化的材料，优选地，当固化时具有本文定义的Tg的一可固化的材料。
在本文所述的任何实施方案中的一些实施方案中，弹性体制剂还包含一引发剂，用于引发可固化的材料的聚合。
当所有的可固化的材料(若存在的话，弹性体的及附加的)皆是可光聚合的，则在这些实施方案中可以使用一光引发剂。
合适的光引发剂的非限制性实例包括二苯甲酮(芳酮)，例如二苯甲酮、甲基二苯甲酮、米蚩酮(Michler's ketone)及氧杂蒽酮；酰基氧化膦类光引发剂，例如2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦(2,4,6-trimethylbenzolydiphenyl phosphine oxide,TMPO)、2,4,6-三甲基苯甲酰基乙氧基苯基氧化膦(2,4,6-trimethylbenzoylethoxyphenylphosphine oxide,TEPO)以及二酰基氧化膦(bisacylphosphine oxide,BAPO's)；安息香及苯偶姻烷基醚，例如安息香、安息香甲基醚以及安息香异丙醚等等。光引发剂的例子是α-氨基酮、二酰基氧化膦(bisacylphosphine oxide,BAPO's)以及以商业名称
销售的商品。
一光引发剂可以单独使用或与一共引发剂结合使用。二苯甲酮是一光引发剂的一个例子，它需要第二个分子(例如胺)来产生自由基。吸收辐射后，二苯甲酮与三元胺通过夺氢反应生成α-氨基自由基，从而引发丙烯酸酯的聚合反应。一类共引发剂的非限制性实例是链烷醇胺，例如三乙胺、甲基二乙醇胺及三乙醇胺。
包括一光引发剂的一制剂中的所述光引发剂的一浓度可以为自约0.1至约5wt％，或自约1至约5wt％，包括它们之间的任何中间值及子范围。
根据本文描述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体制剂还包括一个或多个附加不可固化的材料，例如，一着色剂、一分散剂、一表面活性剂、一稳定剂及一抑制剂中的一个或多个。
(多个)制剂中包括一抑制剂，用于在暴露于固化环境之前防止或减慢聚合及/或固化。考虑了常用的抑制剂，例如自由基抑制剂。
考虑了常用的表面活性剂、分散剂、着色剂及稳定剂。若存在的话，每个组分的示例性浓度占包含所述组分的一制剂的总重量的重量百分比为自约0.01至约1、自约0.01至约0.5或自约0.01至约0.1。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体材料是一UV可固化的材料，并且在一些实施方案中，其是一弹性体(甲基)丙烯酸酯，例如一弹性体丙烯酸酯。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，在弹性体制剂中包括一附加可固化的组分，并且在一些实施方案中，所述组分是一UV可固化的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
在本文描述的任何实施方案中的一些实施方案中，二氧化硅颗粒是(甲基)丙烯酸酯官能化的二氧化硅颗粒。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，弹性体制剂包括一个或多个单官能弹性体丙烯酸酯、一个或多个多官能弹性体丙烯酸酯、一个或多个单官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯以及一个或多个多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
在这些实施方案的一些实施方案中，弹性体制剂还包括一个或多个光引发剂，例如，
家族。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，所有可固化的材料及二氧化硅颗粒皆包括在一单一制剂中。
在一些实施方案中，弹性体制剂中包括二氧化硅颗粒、一个或多个光引发剂及可选地其他组分。
在根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案的示例性制剂中，所有可固化的材料是(甲基)丙烯酸酯。
在本文所述的任何示例性制剂中，一光引发剂的一浓度占包含所述光引发剂的一制剂的总重量的重量百分比为自约1至约5、自约2至约5、自约3至约5或自约3至约4(例如按重量百分比计：3、3.1、3.2、3.25、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.85、3.9，包括它们之间的任何中间值)。
在本文所述的任何示例性制剂中，一抑制剂的一浓度占包含所述抑制剂的一制剂的总重量的重量百分比为自0至约2或自0至约1，并且例如按重量百分比计为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或约1，包括它们之间的任何中间值。
在本文所述的任何示例性制剂中，一表面活性剂的一浓度占包含所述表面活性剂的一制剂的总重量的重量百分比为自0至约1，并且例如按重量百分比计为0、0.01、0.05、0.1、0.5或约1，包括它们之间的任何中间值。
在本文所述的任何示例性制剂中，一分散剂的一浓度占包含所述分散剂的一制剂的总重量的重量百分比为自0至约2，并且例如按重量百分比计为0、0.1、0.5、0.7、1、1.2、1.3、1.35、1.4、1.5、1.7、1.8或约2，包括它们之间的任何中间值。
在根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案的示例性制剂中，一弹性体材料的一浓度按重量计为自约30％至约90％、或按重量计自约40％至约90％或按重量计自约40％至约85％。
在一些实施方案中，弹性体材料包括一单官能弹性体材料及一多官能弹性体材料。
在一些实施方案中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为自约20％至约70％，或自约30％至约50％，包括它们之间的任何中间值及子范围。在示例性实施方案中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为自约50％至约70％、或自约55％至约65％或自约55％至约60％(例如：58％)，包括它们之间的任何中间值及子范围。在示例性实施方案中，单官能弹性体材料的一浓度按重量计为自约30％至约50％、或自约35％至约50％或自约40％至约45％(例如：42％)，包括它们之间的任何中间值及子范围。
在一些实施方案中，多官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约10％至约30％。在示例性实施方案中，单官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约10％至约20％，或自约10％至约15％(例如：12％)。在示例性实施方案中，单官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约10％至约30％、自约10％至约20％或自约15％至约20％(例如：16％)。
在根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案的示例性制剂中，一附加可固化的材料的一总浓度按重量计为自约10％至约40％，或按重量计为自约15％至约35％，包括它们之间的任何中间值及子范围。
在一些实施方案中，附加可固化的材料包括一单官能可固化的材料。
在一些实施方案中，单官能附加可固化的材料的一浓度按重量计为自约15％至约25％，或自约20％至约25％(例如：21％)，包括它们之间的任何中间值及子范围。在示例性实施方案中，单官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约20％至约30％，或自约25％至约30％(例如：28％)，包括它们之间的任何中间值及子范围。
在根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案的示例性制剂中，弹性体材料包括一单官能弹性体的材料及一多官能弹性体的材料；所述单官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约30％至约50％(例如：自约40％至约45％)，或自约50％至约70％(例如：自约55％至约60％)；以及所述多官能弹性体的材料的一浓度按重量计为自约10％至约20％；并且所述一个或多个制剂还包含一附加单官能可固化的材料，其一总浓度按重量计为自约20％至约30％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体制剂包含至少一个弹性体单官能可固化的材料、至少一个弹性体多官能可固化的材料以及至少另外的单官能可固化的材料。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，可固化单官能的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体单官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自50％至70％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体多官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至20％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，可固化单官能的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％；弹性体单官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自50％至70％；以及弹性体多官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至20％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，可固化单官能的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自20％至30％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体单官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自30％至50％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，弹性体多官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
根据本文所述的任何实施方案中的一些实施方案，可固化单官能的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自20％至30％；弹性体单官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自30％至50％；以及弹性体多官能可固化的材料的一浓度占弹性体制剂的总重量的重量百分比为自10％至30％。
在一些实施方案中，本文所述的一弹性体制剂的特征为，当硬化时，其抗撕裂强度至少为4000N/m、至少4500N/m或至少5000N/m。
在一些实施方案中，本文所述的一弹性体制剂的特征为，当硬化时，其抗撕裂强度与不含二氧化硅颗粒的制剂的抗撕裂强度相比高至少500N/m、至少700N/m或至少800N/m。
在一些实施方案中，本文所述的一弹性体制剂在硬化时的特征为至少2MPa的拉伸强度。
在本文所述的任何实施方案的一些实施方案中，提供了一种试剂套组，其包含如各个实施方案及其任何组合中的任一个所述的弹性体制剂。
在全文中，术语“橡胶”、“橡胶材料”、“弹性体材料”及“弹性体”可互换使用，以描述具有弹性体特性的材料。术语“类橡胶材料(rubbery-like material)”或“类橡胶材料(rubber-like material)”用于描述具有橡胶特性的材料，其是通过增材制造(例如：三维喷墨打印)制成，而不是涉及热塑性聚合物硫化的常规工艺所制成的。
术语“类橡胶材料”在本文中也可互换地称为“弹性体材料”。
弹性体或橡胶是具有低Tg(例如低于室温，优选地低于10℃、低于0℃并且甚至低于-10℃)的特征的柔性材料。
以下描述本文及本领域中使用的表征橡胶状(弹性体)材料的一些特性。
邵氏硬度A(Shore A Hardness,也称为邵氏硬度或简称为硬度)描述一材料对永久压痕的抵抗力，其由A型硬度标尺定义。邵氏硬度通常根据ASTM D2240来确定。
弹性模量(Elastic Modulus)，也称为弹性模量(Modulus of Elasticity)、杨氏模量、拉力模数或“E”，描述在施加一力时，一材料对弹性变形的抵抗力，换句话说，即当沿一轴施加相反的力时，物体沿所述轴变形的趋势。弹性模量通常通过一拉伸试验(例如，根据ASTM D624)进行测量，并由弹性变形区域中的一应力-应变曲线的线性斜率来确定，其中应力是引起变形的力除以被施加所述的力的面积，并且应变是由变形引起的一些长度参数的变化与长度参数的原始值之比。应力与材料上的拉力成正比，而应变与材料的长度成正比。
抗拉强度描述了一材料的抗张强度，或者，换句话说，其承受趋于拉长的载荷的能力，并且定义为在一弹性体复合材料断裂之前的拉伸期间所施加的最大应力(以MPa为单位)。抗拉强度通常通过一拉伸试验(例如，根据ASTM D624)测量，并且被确定为一应力-应变曲线的最高点，如本文及本领域中所述。
伸长率是一材料的一均匀截面的伸长率，以原始长度的百分比表示，通常根据ASTM D412确定。
Z拉伸伸长率是在Z方向上打印时如本文所述测量的伸长率。
抗撕裂性描述了撕裂一材料所需的最大力，以每单位长度的力的单位表示，其中所述力基本上平行于样品的主轴线作用。抗撕裂性可以通过ASTM D 412方法测量。ASTM D624可用于测量抗撕裂形成(撕裂引发)以及抗撕裂扩张(撕裂扩展)的能力。通常，将一样品固定在两个固定器之间，并施加一均匀的拉力，直至发生变形。然后通过将施加的力除以材料的厚度来计算撕裂强度。
在恒定伸长下的抗撕裂性描述了当一样品经受恒定伸长时撕裂所需的时间(低于断裂伸长)。
因此，在本文的全文中，术语“建构材料制剂”、“未固化的建构材料”、“未固化的建构材料制剂”、“建构材料”及其他变形物共同描述了被分配以依序形成各层的材料，如本文所述。所述术语包括被分配以形成物体的未固化的材料，即一个或多个未固化的建模材料制剂，以及被分配以形成支撑物的未固化的材料，即未固化的支撑材料制剂。
在本文的全文中，术语“固化的建模材料”或“硬化的建模材料”描述了在将被分配的建构材料暴露以固化时，以及可选地，如果一支撑材料已经被分配，则也在去除所述固化的支撑材料时，如本文所述，形成如本文所定义的物体的建构材料的部分。所述固化的建模材料可以是一单一的固化的材料，或是两个或多个固化的材料的一混合物，取决于本文所述的方法中使用的建模材料制剂。
术语“固化的建模材料”或“固化的建模材料制剂”可被认为是一固化的建模材料，其中所述建构材料仅由一建模材料制剂组成，而不由一支撑材料制剂组成。也就是说，所述术语是指建构材料中用于提供最终物体的部分。
在本文的全文中，术语“建模材料制剂(modeling material formulation)”在本文中也可互换地称为“建模制剂(modeling formulation)”、“建模制剂(modelformulation)”、“建模材料制剂(model material formulation)”或简称为“制剂”，其描述被分配已形成物体的建构材料的一部分或全部，如本文所述。建模材料制剂是一未固化的建模制剂(除非另有具体说明)，其在暴露于固化能时形成物体或其一部分。
在本发明的一些实施方案中，配制用于三维喷墨打印的一建模材料制剂，并且所述建模材料制剂能够自行形成一三维物体，即，无需与任何其他物质混合或组合。
一未固化的建构材料可以包括一个或多个建模制剂，并且可以被分配为使得物体的不同部分在固化时由不同的固化的建模制剂或其不同的组合制成，因此由不同的固化的建模材料或不同的固化的建模材料的混合物制成。
形成建构材料的制剂(建模材料制剂及支撑材料制剂)包含一个或多个可固化的材料，当暴露于固化能时，其会形成硬化(固化)的材料。
在本文的全文中，一“可固化的材料”是一化合物(通常为一单体或低聚化合物，但可选地为一聚合物材料)，当暴露于固化能时，如本文所述，其固化或硬化以形成一固化的材料。可固化的材料通常是可聚合的材料，当暴露于合适的能源时，会发生聚合及/或交联。
聚合可以是例如自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合，并且，当暴露于例如辐射、热等固化能时，其可以引发聚合，如本文所述。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，一可固化的材料是一可光聚合的材料，其在暴露于辐射时聚合及/或经历交联，如本文所述，并且在一些实施方案中，所述可固化的材料是一UV可固化的材料，其在暴露于UV辐射时聚合及/或经历交联，如本文所述。
在一些实施方案中，本文所述的一可固化的材料是经由光诱导的自由基聚合而聚合的一可光聚合的材料。替代地，所述可固化的材料是经由光诱导的阳离子聚合而聚合的一可光聚合的材料。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，一可固化的材料可以是一单体、一低聚物或一短链聚合物，每个如本文所述是可聚合的及/或可交联的。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，当一可固化的材料暴露于固化能(例如：辐射)时，其通过链伸长及交联中的任何一个或组合而硬化(固化)。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，一可固化的材料是一单体或多个单体的一混合物，当暴露于发生聚合反应的固化能时，其可在聚合反应时形成一聚合物材料。这种可固化材料在本文中也称为单体可固化的材料。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，一可固化的材料是一低聚物或多个低聚物的一混合物，当暴露于发生聚合反应的固化能时，其可在聚合反应时形成一聚合物材料。这种可固化的材料在本文中也称为低聚可固化的材料。
在本文描述的任何实施方案的一些实施方案中，一可固化的材料，无论是单体的或是低聚物的，都可以是一单官能可固化的材料或一多官能可固化的材料。
在本文中，单官能可固化的材料包含一个官能基，其在暴露于固化能(例如：辐射)时可发生聚合。
一多官能可固化的材料包含两个或多个，例如2、3、4或多个当暴露于固化能时可发生聚合的官能基。多官能可固化的材料可以是例如双官能、三官能或四官能的可固化的材料，其分别包含可进行聚合的2、3或4个基团。在一多官能可固化的材料中的两个或更多个官能基通常通过如本文所定义的一连接部分彼此连接。当所述连接部分是一低聚或聚合的部分时，多官能基是低聚或聚合的一多官能可固化的材料。多官能可固化的材料在经受固化能及/或充当交联剂时会发生聚合。
可以预期的是，在本申请至成熟的专利期间内，将开发出许多用于增材制造的相关的建构材料，并且术语“建模材料”及“支撑材料”的范围旨在先验地包括所有此类的新技术。
如本文所用，术语“约”是指±10％。
术语“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方案不必被解释为比其他实施方案为优选或有利的，及/或排除并入其他实施方案中的特征。
术语“可选地”在本文中用来表示“在一些实施方案中提供而在其他实施方案中不提供”。本发明的任何特定实施方案可以包括多个“可选”特征，除非这些特征互为抵触。
术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(having)”及其词性变化意指“包括但不限于”。
术语“由......组成”是指“包括并限于”。
术语“基本上由......组成”是指所述组合物、方法或结构可包括另外的成分、步骤及/或部分，但前提是所述另外的成分、步骤及/或部分不会实质性地改变所要求保护的组合物、方法或结构的基础及新颖特征。
如本文所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”及“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另外明确指出。例如，术语“一化合物”或“至少一个化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
在整个申请中，本发明的各种实施方案可以以范围形式来呈现。应该理解的是，以范围形式进行的描述仅仅是为了方便及简洁，而不应被解释为对本发明的范围的僵化限制。因此，一范围的描述应被视为已经具体地公开了所有可能的子范围以及在此范围内的各个数值。例如，诸如自1至6的一范围的描述应被视为已经具体公开了子范围，诸如自1至3、自1至4、自1至5、自2至4、自2至6、自3至6等等，以及在此范围内的个别数字，例如，1、2、3、4、5及6。无论范围的广度，这均适用。
每当在本文中指示数字范围时，其意图包括在指示范围内的任何引用数字(分数或整数)。术语在第一指示数字与第二指示数字“之间的范围”以及自第一指示数字“至”第二指示数字的“范围”在本文中可互换使用，并指的是包括第一及第二指示数字以及在它们之间的所有分数及整数。
应当理解，为清楚起见在分开的实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在一单个实施方案中组合提供。相反，为简洁起见，在一单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征，也可以单独地、以任何合适的子组合或者在本发明的任何其他所述的实施方案中被适当地提供。在各种实施方案的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施方案的必要特征，除非所述实施方案没有那些要素就不起作用。
如上文所述以及如以下权利要求书所述，本发明的各种实施方案及方面在以下实施方案中得到实验支持。
实施例
现在参考以下实施方案，所述实施方案与以上描述一起以非限制性方式示出了本发明的一些实施方案。
进行实验以确定适合于确保通过剥离去除牺牲结构的参数。所制造的物体是如图7的图像所示的一牙齿结构。建模材料是VeroWhitePlusTM。支撑材料是SUP706TM。在牺牲结构是弹性体的实验中，使用包含弹性体材料及二氧化硅颗粒的一制剂，如上文进一步详述。
图8A至8C是示出一弹性体的牺牲结构自牙齿结构剥离的过程的图像。
图9是被设计及构造成测量将牺牲结构自牙齿结构剥离所需的力的一实验装置的图像。图10是示出通过图9的所述实验装置获得的结果的图表。剥离力的曲线表现出一最大的剥离力约为14N。这样的值被预期取决于物体的形状。
图11是示出交错的牺牲结构自牙齿结构剥离的过程的图像。
图12示出了对交错的牺牲结构的样品执行的一弯曲测试的结果。所述样品的宽度为15mm，厚度为1mm。如图所示，在约5N的一剥离力下，获得约3mm的弯曲。
尽管已经结合本发明的特定实施方案描述了本发明，但是显然的是，对于本领域技术人员而言，许多替代、修改及变化将是显而易见的。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求的精神及广泛范围内的所有这样的替代、修改及变化。
本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请皆通过引用整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体地及单独地指示通过引用并入本文的程度。此外，在本申请中任何参考文献的引用或标识均不应解释为承认所述参考文献可作为本发明的现有技术。在使用章节标题的程度上，不应将其解释为必然的限制。
Claims (55)
1.一种增材制造一个三维的物体的方法，其特征在于，所述方法包含：
依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；
以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间；以及
向所述牺牲结构施加一剥离力以去除所述牺牲结构，并暴露在所述牺牲结构下方的所述多个模型层的堆叠体及/或所述多个中间层的堆叠体。
2.一种计算机软件产品，其特征在于，所述计算机软件产品包含：一计算机可读介质，存储有多个程序指令，所述多个指令在被一增材制造系统的一计算机控制器读取时，使所述系统依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由一弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由一支撑材料制成，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间。
3.一种通过增材制造来制造一个三维的物体的系统，其特征在于，所述系统包含：
多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；一第二分配头，被配置为分配一弹性体材料；以及一第三分配头，被配置为分配一支撑材料，所述支撑材料的一弹性模量小于所述弹性体材料；
一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及
一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；(ii)一牺牲结构，具有由所述弹性体材料制成的多个牺牲层的一堆叠体；以及(iii)多个中间层的一堆叠体，由所述支撑材料制成，并且所述多个中间层的堆叠体位于所述多个模型层的堆叠体与所述牺牲结构之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。
5.根据权利要求4所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构及所述多个中间层被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述多个模型层的至少两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。
7.根据权利要求6所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上；并且所述基座、所述牺牲结构及所述多个中间层被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200微米至约300微米。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的一最小厚度为自约500微米至约3毫米。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTM D-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性至少为每米4千牛顿，一旦固化。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的特征为，一旦固化，则根据国际标准ASTM D-624进行测量时，所述牺牲结构的一抗撕裂性为自每米约4千牛顿至每米约8千牛顿。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述剥离力的一大小为自约1牛顿至约20牛顿。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料是包括多个二氧化硅颗粒的一制剂。
14.如权利要求13所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂的特征为，在硬化时的一抗撕裂性比具有所述相同的弹性体材料但不含所述多个二氧化硅颗粒的一固化剂高至少每米0.5千牛顿。
15.根据权利要求13及14中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个二氧化硅颗粒的一平均粒径小于1微米。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一亲水性表面。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括一疏水性表面。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒包括多个官能化的二氧化硅颗粒。
19.根据权利要求18所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：至少一部分的所述多个二氧化硅颗粒被多个可固化的官能基官能化。
20.根据权利要求19所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述可固化的官能基包括多个(甲基)丙烯酸酯基。
21.根据权利要求18至20任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个二氧化硅颗粒在所述制剂中的一含量占所述制剂的总重量的重量百分比为自约1至约20、自约1至约15、或自约1至约10。
22.根据权利要求18至20任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料与所述多个二氧化硅颗粒的一重量比为自约30：1至约4：1。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料的一含量为占所述制剂的一总重量的至少40％，或者至多50％。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂包括一附加可固化的材料。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述制剂包括一弹性体单官能可固化的材料、一弹性体多官能可固化的材料以及一附加单官能可固化的材料。
26.根据权利要求25所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述可固化单官能的材料的一浓度按重量计为自约10％至约30％。
27.根据权利要求25及26中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体单官能可固化的材料的一浓度按重量计为自约50％至约70％。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体多官能可固化的材料的一浓度按重量计为自约10％至约20％。
29.根据权利要求25所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述可固化单官能的材料的一浓度按重量计为自约20％至约30％。
30.根据权利要求25及29中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体单官能可固化的材料的一浓度按重量计为自约30％至约50％。
31.根据权利要求25、29及30中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体多官能可固化的材料的一浓度按重量计为自约10％至约30％。
32.根据权利要求18至31中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料是一紫外线可固化的弹性体材料。
33.根据权利要求32所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述弹性体材料是一丙烯酸弹性体。
34.一种增材制造一个三维的物体的方法，其特征在于，所述方法包含：
依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；以及(ii)一分层的牺牲结构，由交错的支撑材料的片及建模材料的片所形成；以及
向所述牺牲结构施加一剥离力以去除所述牺牲结构，并暴露在所述多个牺牲层的堆叠体下方的所述多个模型层的堆叠体。
35.一种计算机软件产品，其特征在于，所述计算机软件产品包含：一计算机可读介质，存储有多个程序指令，所述多个指令在被一增材制造系统的一计算机控制器读取时，使所述系统依序分配及固化多个层，所述多个层包括(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成；以及(ii)一分层的牺牲结构，由交错的支撑材料的片及建模材料的片所形成。
36.一种通过增材制造来制造一个三维的物体的系统，其特征在于，所述系统包含：
多个分配头，具有：至少一第一分配头，被配置为分配一建模材料；以及
一第二分配头，被配置为分配一支撑材料；
一固化系统，被配置为固化所述多个材料的每一个；以及
一计算机控制器，具有一电路，所述电路被配置为操作所述多个分配头以及固化系统，以依序分配及固化多个层，所述多个层包括：(i)多个模型层的一堆叠体，按照与所述物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，以及(ii)一分层的牺牲结构，由交错的支撑材料的片及建模材料的片所形成。
37.根据权利要求34至36中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：分配多个模型层的多个堆叠体，其中每个堆叠体按照与一单独的物体的形状相对应的一配置图案而被布置，并由一建模材料制成，从而在一单个接收表面上形成多个物体。
38.根据权利要求37所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构被共同地分配在多个模型层的至少两堆叠体上，以便形成覆盖所述至少多个模型层的两堆叠体的一单个可剥离的牺牲结构。
39.根据权利要求1至5中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：将所述支撑材料直接分配在一托盘上，或分配在放置在所述托盘上的一个一次性介质上，以形成至少部分地涂覆所述托盘或一次性介质的一基座，其中至少一部分的所述牺牲结构被分配在所述基座上。
40.根据权利要求6所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述基座部分地涂覆所述托盘或一次性介质，并且所述多个模型层的堆叠体被直接分配在所述托盘或一次性介质上，而不是在所述基座上，并且其中所述基座及所述牺牲结构被选择以使得在所述牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的粘合力低于在所述多个模型层的堆叠体与所述托盘或一次性介质之间的粘合力。
41.根据权利要求34至40中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个模型层的堆叠体的所述建模材料与所述牺牲结构的所述建模材料是相同的建模材料。
42.根据权利要求34及41中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个层包括在所述分层的牺牲结构与所述多个模型层的堆叠体之间的多个中间层的一堆叠体。
43.根据权利要求42所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个中间层的堆叠体的一厚度为自约200微米至约300微米。
44.根据权利要求34及41中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：与所述多个模型层的堆叠体相邻的支撑材料的一片的一厚度为自约200微米至约300微米。
45.根据权利要求34至44中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：在所述牺牲结构中的建模材料的一片的一高度为自约250微米至约4毫米。
46.根据权利要求34至42中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：与所述多个模型层的堆叠体相邻的支撑材料的一片相较于任何其他支撑材料的片来得厚。
47.根据权利要求34至45中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的一厚度被选择成使得约5牛顿的一剥离力导致至少0.02的一弯曲应变。
48.根据权利要求34至47中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述剥离力的一大小为自约1牛顿至约10牛顿。
49.根据权利要求34至48中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构的一最小厚度为自约500微米至约3毫米。
50.根据权利要求34至49中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：对于所述多个模型层的堆叠体及所述分层的牺牲结构中的至少一个，根据国际标准ASTMD-790-04进行测量，所述建模材料的一弯曲模量为自约2000百万帕至约4000百万帕。
51.根据权利要求1至50中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个模型层的堆叠体填充由所述牺牲结构部分地包围的一空腔。
52.根据权利要求1至50中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个模型层的堆叠体堆填充由所述牺牲结构完全地包围的一空腔。
53.根据权利要求51及52中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述多个模型层的堆叠体被成形为形成一人造牙齿结构。
54.根据权利要求1至50中任一项所述的方法、计算机软件产品或系统，其特征在于：所述牺牲结构填充由所述多个模型层的堆叠体部分地包围的一空腔。
55.根据权利要求54所述的方法，其特征在于：所述方法还包含：在去除所述牺牲结构之后，放置一外来元件在所述空腔中。
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