CN111448005A - 用于洗涤3d打印物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于洗涤3D打印物体(4)的系统(1)。系统(1)具有洗涤装置(2)和包括3D打印物体(4)的工件(3)。洗涤装置(2)具有形成用于接收液体清洁剂(9)的处理室(8)的容器(7)，并且容器(7)具有进入处理室(8)的入口(10)。工件(3)还具有支撑3D打印物体(4)的支撑结构(6)和支撑该支撑结构(6)的基部(5)。与入口(10)成配合关系的基部(5)形成约束，在工件(3)被放置成3D打印物体(4)位于处理室(8)内的情况下，该约束防止工件(3)穿过入口(10)。

Description

用于洗涤3D打印物体的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于洗涤3D打印物体的系统，并且具体地涉及一种具有洗涤装置的系统，该洗涤装置具有其内设置有工件的处理室，该工件具有用于防止其落入处理室中的基部。
背景技术
3D打印同时广泛用于工业中。市场上存在各种用于3D打印物体的技术和装置。一些3D打印装置是基于立体光刻技术的。通常基于计算机辅助设计(CAD)的物体的数据通常用于将光图案投影在可光硬化树脂层上。可光硬化树脂通常由于光暴露而固化，使得形成根据图案的固化树脂层。期望的三维物体借助连续添加层创建。从而根据三维物体的期望形状来控制图案。
通常，在物体和可光硬化树脂之间的边界处，一些可光硬化树脂在构建物体之后驻留在物体上。可光硬化树脂通常以不同的量驻留在物体上，这取决于例如可光硬化树脂的粘度。这种多余树脂通常是不期望的，因为它在物体的实际形状上形成了附加的结构，而且因为可光硬化树脂通常是粘性的、可能包含不期望的单体和/或可能(因此)不能形成耐用的结构。因此，目前通常对这种残留的可光硬化树脂进行后固化，以提供具有固体表面的物体。根据另一种方法，对物体进行机械清理或借助于化学溶液来清理，并且之后任选地后固化。
虽然清洁是期望的，特别是对于由可光硬化树脂制成的3D打印物体，但也存在其它3D打印技术，可从这些技术获得需要在之后进行清洁的物体。例如，通过3D打印技术打印的物体(其中将可移动材料与物体一起打印为支撑结构)通常必须在构建物体之后进行清洁。已经提出了各种清洁方式和对应的清洁剂。
例如，同一申请人于2017年5月29日提交的专利申请号EP17173184.7中公开了清洁组合物用于清洁3D打印制品的用途，该清洁组合物单独地或组合地包含以下组分中的任一种：羧酸的二元酯、羧酸的三元酯。此外，公开了一种清洁3D打印制品的方法。该方法包括以下步骤：a)提供前述权利要求中任一项所述的清洁组合物和3D打印制品，b)用清洁组合物处理3D打印制品的表面，c)任选地用溶剂，具体地水来处理3D制品，d)任选地干燥3D制品，任选地单独地或组合地重复步骤b)、c)和d)。
然而，虽然用于清洁3D打印物体的现有方法提供了有用的结果，但仍然需要允许轻柔且有效地清洁3D打印物体的技术解决方案。
发明内容
本发明涉及一种用于洗涤或清洁3D打印物体的系统。所述系统包括洗涤装置和至少一个工件。所述工件包括所述3D打印物体。所述工件还包括支撑所述3D打印物体的至少一个支撑结构和支撑所述支撑结构的基部。
所述洗涤装置包括形成处理室的容器。所述处理室被构造用于接收液体清洁剂。所述容器具有进入所述处理室的入口。
与入口成配合关系的基部形成约束，在工件被放置成3D打印物体位于处理室内的情况下，所述约束防止工件(完全)穿过或掉落穿过入口。一般来讲，所述工件可相对于容器固定，使得所述工件部分地容纳在处理室内部并且部分地容纳在处理室外部或容器外部。
本发明的有利之处在于，它允许用清洁剂清洁3D打印物体，而不会污染3D打印物体的所有部分。另外，本发明的有利之处在于，它允许在清洁期间和之后对3D打印物体进行受控处理。具体地，所述系统允许工件定位在确定的位置处，在清洁之后工件可从所述位置再次被拾取。此外，可使用于清洁物体的清洁剂对系统周围的污染最小化。
如本文所用，术语“洗涤”是指将3D打印物体暴露于清洁剂中。
在一个实施方案中，所述基部形成穿孔构建平台，支撑结构固定在所述穿孔构建平台处。所述基部还可形成用于容纳一定量的可光硬化树脂的接收器，从所述接收器打印3D打印物体。
在一个实施方案中，所述基部形成提供约束的肩部或突起。所述肩部或突起可具体地形成止动件，所述止动件在基部插入入口中的情况下不配合穿过入口。所述肩部可例如为从基部的一部分径向向外突出的周缘。
在一个实施方案中，所述基部可由热塑性材料制成。具体地，所述基部可由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一种制成。所述基部还可由与3D打印物体相同的材料制成。
在一个实施方案中，与容器的入口成配合关系的工件的基部封闭入口。例如，所述入口可由穿过形成容器的一部分的壁的通孔形成，并且基部和通孔的形状和尺寸被设定成彼此紧密配合。因此，在基部与入口配合的情况下，基部阻挡或密封通孔。因此，在清洁3D打印物体期间，清洁剂被阻挡而不从处理室逸出。入口优选地为容器的唯一开口，使得一旦将工件插入入口，处理室就完全封闭。
在另一个实施方案中，洗涤装置具有加热元件。洗涤装置还可具有温度传感器。加热元件和温度传感器中的每一者优选地与处理室流体连通。这意味着加热元件和温度传感器可至少部分地布置在处理室内。例如，加热元件和温度传感器可被布置成使得加热元件可加热存在于处理室中的清洁剂，并且使得温度传感器可检测清洁剂的温度。因此，本发明的系统被配置成在确定的温度下加热清洁剂并将其保持在此温度下(或大约在此温度下)。虽然加热元件可被配置成加热至数百摄氏度，但优选的加热范围介于35℃和80℃之间。这使得系统能够根据从其获得3D打印物体的树脂和所使用的清洁剂来最大化清洁效果。
在另一个实施方案中，所述系统还具有用于感测存在于处理室中的清洁剂的填充水平的填充水平传感器。填充水平传感器优选地与处理室流体连通，或者可具体地至少部分地布置在其中。填充水平传感器可包括用于检测清洁剂的一个或多个光学传感器。替代性填充水平传感器是基于机械、超声波、电容和/或电感式传感器的。
在另一个实施方案中，所述系统包括用于检测清洁剂的污染程度的污染检测器。污染检测器可与处理室流体连通，或者可具体地至少部分地布置在处理室内。污染检测器可以是基于光学传感器的，所述光学传感器与光源配合以用于检测从光源发射并行进穿过清洁剂的光的光强度损失。
在一个实施方案中，洗涤装置还具有用于搅拌清洁剂的搅动装置。搅动可以是基于工件相对于清洁剂的移动的，通过使清洁剂相对于工件移动或其组合。
在一个实施方案中，搅动装置包括布置在处理室内的搅拌装置或搅拌器。搅动装置还可包括电动马达。搅拌装置优选地操作地联接到马达，并且马达可布置在处理室的外部。例如，搅拌装置可经由磁性联轴器操作地联接到马达。在此示例中，术语“操作地联接”意指通过磁力联接。
在另一个实施方案中，搅拌装置操作地联接到牙科手持件。在此实施方案中，马达被包括在牙科手持件内。在此示例中，术语“操作地联接”意指通过机械力联接(例如，搅拌装置可夹持在牙科手持件中)。牙科手持件优选地可从洗涤装置移除。
在一个实施方案中，洗涤装置集成在包括3D打印装置的生产线中。就这一点而言，术语“集成”应意指本发明的3D打印装置和系统在物流上联接。例如，从3D打印装置中输出的工件可基于共同的物流计划表来在洗涤装置中转移。这种3D打印装置可以是基于立体光刻技术的，但是本发明不限于与立体光刻技术一起使用。生产线可具有用于将工件从3D打印装置(或作为生产线的一部分的另一个装置)转移到洗涤装置的处理机器人。出于本说明书的目的，术语“立体光刻技术”应涵盖所谓的数字光处理(DLP)技术，其中通过二维光图案照射可光硬化树脂的连续层，以形成根据此图案成形的硬化树脂层。
在另一个实施方案中，洗涤装置集成在包括支撑件移除装置、后固化装置和表面修整装置中的至少一者的生产线中。生产线还可包括3D打印装置。因此，可完全自动化地提供3D打印物体。
在一个实施方案中，3D打印物体是牙科修复部件，例如牙冠、牙桥、嵌体或替换牙齿。
在另一个实施方案中，3D打印物体由包含固化的(甲基)丙烯酸酯组分和任选的填料的硬化树脂制成。此外，清洁剂可包含羧酸的二元酯和/或羧酸的三元酯。羧酸和/或羧酸的三元酯可单独使用或组合使用。
从其获得3D打印物体的可光硬化树脂(尚未硬化)可包含20重量％至99重量％范围内的量的可自由基固化的不饱和单体、1重量％至80重量％范围内的量的无机填料和0,001重量％至5重量％范围内的量的光引发剂。
在一个实施方案中，所述系统包括电子控制单元。电子控制单元可具体地被配置成控制洗涤装置的操作。加热元件、温度传感器、水平传感器和污染检测器中的每一者优选地电连接到控制单元。此外，控制单元优选地被配置成根据从温度传感器接收的温度信息来控制(例如，接通和关闭)加热元件。因此，洗涤装置可配备有清洁剂的温度控制。此外，至少在不使用牙科手持件的实施方案中，控制单元可被配置用于控制搅动装置的马达的操作。控制单元优选地被配置成根据从水平传感器接收的水平信息启用或禁用搅动装置的加热和/或操作。此外，控制单元可被配置成根据从污染检测器接收的污染信息启用或禁用搅动装置的加热和/或操作。
在另一个方面，本发明涉及洗涤3D打印物体的方法。该方法包括以下步骤：
-提供包括形成处理室的容器的洗涤装置(如本文在本发明的系统中的所有实施方案中所定义的)，所述容器具有进入处理室的入口，所述洗涤装置还优选地包括搅动装置、加热元件和温度传感器；
-在所述处理室中提供液体清洁剂；
-提供工件，所述工件包括支撑结构和由所述支撑结构支撑的3D打印物体，其中所述工件具有基部；
-将工件放置成3D打印物体位于处理室内，并且从而使基部与入口配合，其中基部由于入口和基部之间的配合关系而形成防止工件穿过入口的约束；以及
-通过搅动装置搅动提供在处理室中的清洁剂。
在一个实施方案中，所述方法还包括借助于加热元件和温度传感器加热清洁剂的步骤。所述方法还可包括将清洁剂保持在介于35℃和80℃之间的温度下的步骤。
在一个实施方案中，所述方法还包括通过连续硬化可光硬化树脂的部分来构建3D打印物体的步骤。所述方法还可包括将可光硬化树脂的这种部分暴露于光(例如UV光)以用于硬化所述部分的步骤。
附图说明
图1为根据本发明的实施方案的系统的横截面视图；
图2为根据本发明的实施方案的系统的工件的横截面细部图；并且
图3为根据本发明的实施方案的另一系统的横截面视图。
具体实施方式
图1示出了用于洗涤3D打印物体4的系统1。系统1包括用于洗涤3D打印物体4的洗涤装置2。系统1还包括工件3。工件3包括3D打印物体4。工件3还包括基部5以及在基部5和3D打印物体4之间延伸的支撑结构6。
洗涤装置2包括形成处理室8的容器7。在该示例中，容器7具有由封盖7b封闭的开口罐7a。然而，可以采用其他构型。罐7a的开口向上取向。术语“向上”是指远离重心的方向。容器7容纳液体清洁剂9。
容器7(在该示例中，具体地封盖7b)具有入口10。在该示例中，入口10由穿过封盖7b的通孔形成。工件3插入入口10中。具体地，工件3放置成3D打印物体4位于处理室8内。因此，3D打印物体4也放置在清洁剂9内。
在图中所示的情况下，基部5与入口10配合。基部5形成约束，在该示例中，肩部5a形成机械止动件。约束还可由特大型的基部5形成，以用于在入口10中形成压力配合。约束使工件3悬挂在容器的封盖7b处。换言之，约束防止工件3穿过入口。因此，一旦将工件3穿过入口10放置，使得3D打印物体4位于处理室内，工件3就固定在适当位置。因此，工件3的位置是已知的，使得在系统1的自动化操作中，工件3可由机器人或其他机器处理。此外，由于基部5延伸穿过容器7的事实，防止工件3的位于处理室外部的部分与清洁剂接触。因此，在任何处理中，工件3的一部分保持不接触清洁剂，使得此部分可用于处理而不污染处理工件3的用户的手或处理工件3的机器零件。
系统1还具有加热元件12和至少一个温度传感器11a/11b。加热元件12用于加热清洁剂9。此外，温度传感器11a/11b允许监测温度。在该示例中，提供第一温度传感器11a以用于检测清洁剂9的温度，并且提供第二温度传感器11b以用于检测加热元件12的温度。因此，加热元件12和第一传感器11a和/或第二温度传感器11b可用于朝期望的温度加热清洁剂9并将清洁剂9保持在此温度。
系统1还具有电子控制单元15。控制单元15可被配置成总体上控制系统1的一个或多个操作。在该示例中，控制单元15被配置成根据从第一温度传感器11a和第二温度传感器11b接收的温度信息来控制加热元件。此外，第一温度传感器11a和第二温度传感器11b电连接到控制单元15。第一温度传感器11a可测量清洁剂9的实际温度。第二温度传感器11b可用于使温度控制的准确度最大化。例如，虽然尚未达到清洁剂9的期望温度，但是由第二温度传感器11b测量的温度可用于暂时关闭加热元件12。一旦加热元件12已冷却少许，其可再次接通，依此类推。这使得由于从加热元件12到清洁剂9中的热传递延迟而导致的温度过冲最小化。
系统1还具有水平传感器13。水平传感器13被布置用于感测处理室8内的清洁剂9的水平。因此，可以防止清洁剂的量下降到将影响3D打印物体4的清洁的水平(例如，由于粘附在系统1中清洁的若干工件处的清洁剂的排放)。控制单元15被配置成接收由水平传感器13感测的水平信息并且根据该水平信息来控制系统。例如，控制单元15被配置成根据在处理室8内感测到的清洁剂的水平启用或禁用加热。水平传感器13连接到控制单元15。
系统1还具有用于检测清洁剂的污染程度的污染检测器。在该示例中，污染检测器是包含光发送器17a和光接收器17b的叉形挡光板17。叉形挡光板17被配置成使得光发送器17a将光发射到光接收器17b。由光接收器17b接收的光的强度可用于确定清洁剂9的污染程度。控制单元被配置成接收污染信息并根据该污染信息控制系统。
系统1还具有用于搅动清洁剂的搅动装置。在该示例中，搅动装置包括搅拌器14。搅拌器14由或可由马达16驱动。该示例中的马达16连接到控制单元15，并且控制单元15被配置成控制马达16的操作。控制单元15具体地被配置成根据温度信息、水平信息和/或污染信息来控制马达16的操作。例如，控制单元15可被配置成根据温度信息、水平信息和污染信息中的任一者来启用或禁用马达16的操作。
在该示例中，搅拌器14和马达16经由磁性联轴器18操作地联接。磁性联轴器18具有驱动部件18b和从动部件18a。马达16机械地连接到驱动部件18b。此外，驱动部件18b和从动部件18a通过磁场联接。磁场可由驱动部件18b或从动部件18a中的一者或两者提供。例如，驱动部件18b和从动部件18a中的每一者可为磁体，使得从动部件18a借助施加在驱动部件18b和从动部件18a之间的磁力来跟随驱动部件18b的移动。磁性联轴器18提供防爆搅动装置，因为马达16可布置在处理室8的外部而不与搅拌器14固定连接。因此，系统1允许使用基于溶剂的清洁剂(尽管可使用其它清洁剂)。
图2更详细地示出了工件3。在示例中，3D打印物体4和支撑结构6由可光硬化树脂打印。合适的树脂例如公开于由同一申请人提交于2017年5月29日的专利申请EP17173184.7中，该专利申请的内容以引用方式并入本文。该示例中的基部5由具有穿孔构建平台5c和周向侧壁5d的杯形料筒形成。构建平台5c和侧壁5d组合形成用于保持一定量的未硬化树脂的接收器5e。在打印3D打印物体的过程中，构建平台5c相继远离透明板移动，在该透明板下方布置有光源，并且从接收器5e推动树脂的部分穿过穿孔5f并在构建平台5c和透明板(未示出)之间的区域中进行光硬化。用于由可光硬化树脂逐渐构建物体的对应装置和方法公开于由同一申请人于2017年7月28日提交的专利申请PCT/US2017/044278中，该专利申请的内容以引用方式并入本文。基部5可由除可光硬化树脂之外的塑性材料制成。例如，基部可由热塑性材料制成，并且基部5可为注塑的。
图3示出了用于洗涤3D打印物体4的另外的系统1。系统1包括用于洗涤3D打印物体4的洗涤装置2。系统1还包括具有3D打印物体4的工件3。该示例中的工件3对应于图1和图2所示的工件，并且因此还包括基部5以及在基部5和3D打印物体4之间延伸的支撑结构6。
洗涤装置2包括形成处理室8的容器7。容器7具有由封盖7b封闭的开口罐7a。罐7a的开口向上取向。容器7容纳液体清洁剂9。
容器7(具体地封盖7b)具有入口10。入口10由穿过封盖7b的通孔形成。工件3插入入口10中，如图1中已经描述的那样。
系统1还具有加热元件12、至少一个温度传感器11a/11b。系统1还具有水平传感器13。水平传感器13被布置用于感测处理室8内的清洁剂9的水平。此外，用于检测清洁剂的污染程度的污染检测器以叉形挡光板17的形式设置在系统1中，如图1所述。
系统1还具有用于搅动清洁剂的搅动装置。在该示例中，搅动装置包括连接到牙科手持件20的搅拌器14。搅拌器14和牙科手持件20可移除地附接在容器7处。因此，牙科手持件20在不用于系统1内时可用于其它目的。
系统1可具有用于控制加热元件12的操作和用于控制清洁剂9的温度的控制单元(未示出)。此外，控制单元可被配置用于根据从水平传感器13和污染检测器17接收的水平和/或污染信息来操作加热元件。

Claims (15)

1.一种用于洗涤3D打印物体的系统，所述系统包括洗涤装置和包括所述3D打印物体的至少一个工件，所述洗涤装置包括形成用于接收液体清洁剂的处理室的容器，所述容器具有进入所述处理室的入口，其中所述工件还包括支撑所述3D打印物体的至少一个支撑结构和支撑所述支撑结构的基部，其中与所述入口成配合关系的所述基部形成约束，在所述工件被放置成所述3D打印物体位于所述处理室内的情况下，所述约束防止所述工件穿过所述入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其中与所述入口成配合关系的所述基部封闭所述入口。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述洗涤装置还具有各自与所述处理室流体连通的加热元件和温度传感器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，所述系统还具有填充水平传感器和任选的污染检测器，所述填充水平传感器用于感测存在于所述处理室中的清洁剂的填充水平，所述污染检测器用于检测所述清洁剂的污染程度，其中所述水平传感器和所述污染检测器在存在时与所述处理室流体连通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述洗涤装置还具有用于搅动所述清洁剂的搅动装置。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述搅动装置包括布置在所述处理室内的搅拌装置，所述搅拌装置操作地联接到布置在所述处理室外部的马达。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述搅拌装置经由磁性联接件操作地联接到所述马达。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其中所述搅拌装置操作地联接到牙科手持件，并且其中所述马达被包括在所述牙科手持件内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述洗涤装置集成在包括3D打印装置的生产线中，所述3D打印装置优选地是基于立体光刻技术的3D打印装置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述洗涤装置集成在包括支撑件移除装置、后固化装置和表面修整装置中的至少一者的生产线中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述3D打印物体是牙科修复部件，例如牙冠、牙桥、嵌体或替换牙齿。
12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述3D打印物体由硬化树脂制成，所述硬化树脂包含固化的(甲基)丙烯酸酯组分和任选的填料，并且其中所述清洁剂包含羧酸的二元酯和/或羧酸的三元酯。
13.一种洗涤3D打印物体的方法，所述方法包括以下步骤：
提供洗涤装置，所述洗涤装置包括形成处理室的容器，所述容器具有进入所述处理室的入口；
在所述处理室中提供液体清洁剂；
提供工件，所述工件包括支撑结构和由所述支撑结构支撑的3D打印物体，其中所述工件具有基部；
将所述工件放置成所述3D打印物体位于所述处理室内，从而使所述基部与所述入口配合，其中所述基部由于所述入口和所述基部之间的配合关系而形成防止所述工件穿过所述入口的约束；以及
通过搅动装置搅动提供在所述处理室中的所述清洁剂。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括借助于加热元件和温度传感器加热所述清洁剂的步骤。
15.根据权利要求13或14所述的方法，所述方法还包括通过连续硬化可光硬化树脂的部分来构建所述3D打印物体的步骤。
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