CN111801217A - 通过增材制造来制造化妆品施涂器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造化妆品施涂器的方法，该化妆品施涂器包括握持部分和包含刷毛或齿的施涂部分。该方法包括通过烧结塑料材料粉末的增材制造步骤(S1)，之后是脱粉末步骤(S2)以及用于去除从所述化妆品施涂器脱离的颗粒或部分烧结的颗粒的后处理，该后处理包括以下步骤：‑喷砂(S4)；和‑电离吹扫(S5)。这种方法使得能够去除可能是刺激性的颗粒，例如尺寸大于500微米的颗粒，同时适合工业生产。本发明还涉及相关的生产方法。

Description

通过增材制造来制造化妆品施涂器的方法
技术领域
本发明涉及使得能够获得化妆品施涂器的工业方法的领域。
背景技术
液体、流体或粉末形式的化妆品的施涂通常借助于包括刷毛或齿的施涂器来实现，该施涂器使得能够像画笔的刷毛一样保留化妆品。
尽管本发明是在睫毛膏应用的范畴内描述的，但在本文件中化妆品特别包括用于皮肤、嘴唇或表皮性组织的化妆的所有产品。化妆品还包括护理产品，特别是液体护理配制剂，旨在施涂到皮肤、嘴唇或表皮性组织上。本发明在将化妆品施涂到眼睛附近(特别是睫毛或眼睑上)的范畴内是特别有益的。例如，该化妆品可以是睫毛膏、眼影或眼轮廓化妆品(通常以英文术语称为“eye-liner(眼线笔)”)。
睫毛膏制品或“睫毛膏(mascara)”通常包括盒子、睫毛膏容器和施涂器。存在多种类型的施涂器：“瓶刷(goupillon)”类型的施涂器、注塑的施涂器和通过增材制造(有时也被称为“synthèse additive”)生产的施涂器。增材制造指的是通过物质的添加或聚集的制造方法，通常也用表述“三维打印”或“3D打印”来表示。
瓶刷类型的施涂器包括具有刷毛的刷子，该刷毛由形成施涂器的芯的扭绞金属丝中所束缚的纤维形成。
注塑的施涂器通常由单一部件形成并且包括例如塑料材料的刷毛或齿。
通过增材制造制成的施涂器本身通常也是单一部件，并且可例如由热塑性聚合物粉末形成。
通过增材制造获得部件的传统方法使得能够获得具有非常精确的尺寸特性的部件。然而，所获得的化妆品施涂器可能存在某些缺陷或缺点。特别地，这些施涂器可能具有不良控制、不能令人满意或不规则的粗糙度，特别是在用于施涂的刷毛或齿的位置处。此外，这些施涂器可能具有脱离的颗粒或者在施涂期间易于脱离的颗粒。这使得施涂质量变差，并且尤其在眼睛附近如眼睑上施涂化妆品时可能会出现问题。特别地，具有一定尺寸的颗粒可能对角膜有刺激性。
最后，目前的方法不太适合大规模生产。
发明内容
本发明因而旨在提出一种用于制造化妆品施涂器的方法，其解决了至少一个上述问题。
本发明因而涉及一种制造化妆品施涂器的方法，该化妆品施涂器包括握持部分和包含刷毛(poils)或齿的施涂部分，该握持部分和该施涂部分一体形成。该方法包括通过烧结塑料材料粉末的增材制造步骤，之后是脱粉末(dépoudrage)步骤以及用于去除从所述化妆品施涂器脱离的颗粒或部分烧结的颗粒的后处理。该后处理包括喷砂(S4)和电离吹扫(S5)的步骤。
该化妆品施涂器制造方法因而根据本发明被设想为一组步骤，该组步骤的相继实施使得能够获得施涂器所期望的性能。特别地，所要求保护的方法的该组步骤对于在施涂器的施涂部分(包括刷毛或齿)处获得期望的粗糙度来说是必需，同时确保不存在脱离的或在施涂器使用时可能脱离的潜在刺激性(例如对于用户的眼睛)的颗粒。
该后处理还可包括优选在非水性溶剂中的最终洗涤步骤(S6)。
在该制造方法中使用的塑料材料可以是聚酰胺，优选为脂族聚酰胺，例如聚酰胺11。
该制造方法可包括在增材制造步骤之前的聚酰胺粉末的调理(conditionnement)步骤，其包括：
-提供仅具有最大尺寸小于或等于150微米的粒子的新粉末；
-提供所谓用过的粉末，所述用过的粉末已经用于增材制造步骤，并且所述用过的粉末的校准使得其仅具有最大尺寸小于或等于150微米的粒子；
-将该新粉末和经校准的用过的粉末以70/30至50/50、优选约60/40的新粉末/用过的粉末的比率混合。
该增材制造可包括通过激光的粉末床熔融。
该制造方法可包括在该喷砂步骤之前的预吹扫步骤。该喷砂可通过使用直径为45微米至90微米的玻璃珠的微球处理(microbillage)来进行。该喷砂可在包括两个喷砂嘴的转鼓中进行。
该电离吹扫(S5)可以在包括内部电离棒和外部电离棒的转鼓中进行。
喷砂(S4)和电离吹扫(S5)的步骤可以以300-10000个化妆品施涂器的批次进行。
本发明还在于化妆品施涂器的生产方法，包括如前所述的制造方法，并且还包括合格性鉴定(qualification)步骤(S7)，该合格性鉴定步骤(S7)包括在预定数目的化妆品施涂器的批次中确定最大尺寸大于500微米的残留的部分烧结的或脱离的颗粒数目，并且，如果所述颗粒数目不为零，则更改后处理步骤的至少一个参数，然后相继进行这种制造方法和合格性鉴定步骤(S7)，直到最大尺寸大于500微米的所述颗粒数目为零为止。
附图说明
本发明的其他特性和优点还在下面的描述中显示。
在以非限制性示例方式给出的附图中：
-图1以框图的形式表示根据本发明的一种实施方案的方法；
-图2以框图的形式表示根据本发明的一种实施方案的方法，该方法包括图1的方法和任选的附加步骤。
具体实施方式
图1中所示的制造方法示出了根据本发明的化妆品施涂器的制造方法的步骤。这种方法包括增材制造步骤S1，以获得粗部件。
增材制造(S1)
增材制造步骤S1以粉末、特别是塑料材料粉末为原料来进行。所采用的增材制造方法有利地是粉末床熔融、粉末粘结(也被称为“选择性激光烧结”)的方法。
粉末床熔融方法在于使用一个或多个激光器由粉末材料生产物体，以便在密闭室内逐层选择性地熔融粉末床表面的粉末颗粒。所使用的粉末类型可以是能够在这种方法中使用的任何类型的粉末。
所采用的粉末可特别地是热塑性聚合物粉末，或者是聚酰胺粉末，优选地是脂族聚酰胺如聚酰胺11(也被称作PA11)的粉末，或者是聚丙烯酰胺的粉末。
聚酰胺12或PA12也可被成功使用，不过PA11是优选的，因为它具有更大的柔性。
特别合适的PA11粉末的实例是由EOS Materials公司以标号《PA1101》商业化的粉末。
优选地，该粉末具有最大尺寸小于或等于150微米的粒子。优选地，该最大尺寸小于或等于80微米，或者甚至更优选地小于或等于60微米。
用于增材制造步骤的机器可以是EOS Materials公司以名称FORMIGA P110商业化的机器，或任何等效机器。
在该制造步骤中，首先在该增材制造机器中装入粉末。
例如，可以在容纳约10kg粉末(典型地对于PA11来说)的槽中进行该制造。该制造可在多个层级上进行，例如在2-10个层级上，特别是在7个层级上。
然后开始通过激光烧结形成粗部件。根据以示例方式给出的一种实施方案，将槽中的粉末保持在大约150℃。然后，该一个或多个激光器提供粉末局部化熔融所需的额外能量。例如，可成功使用25W的激光器。
可能需要多道激光。
在这些条件下，通过增材制造形成三千至四千个部件的批次可能需要大约十五个小时。在形成粗部件的这个阶段结束时，则需要整体进行冷却。在上述示例中，该冷却可持续约十五个小时。增材制造步骤的总时间因此可以为大约30小时。
为了避免氧化，该冷却有利地在中性气体如氩气下进行。
为了能够优化循环时间，并且更简单地说是使用增材制造机器来形成粗部件的时间，该冷却可在该机器外部置于该槽的内容物的中性气体(尤其是氩气)下来进行。
增材制造步骤S1在机器中进行，该机器使用几何上代表化妆品施涂器的数字文件。该文件在计算机辅助设计(CAO)软件上设计施涂器之后获得。此文件可以是STL格式，或者是可用于通过粉末床熔融进行增材制造的任何其他标准文件格式。该文件然后由用于增材制造的机器制造商所提供的软件进行处理。该软件将文件切成数字图像形式的部分(例如为一百张图像)，例如为SU或BFF格式，它们中的每一个对应于要打印的模型的一个层，即对应于与其纵轴垂直的平面中所获取的施涂器的一个部分。然后将这些数据传送到增材制造机，以便其生产施涂器。
该增材制造步骤因此导致形成粗部件，即粗化妆品施涂器，它们被掩埋在粉末中并被粉末充填。
而申请人发现不仅需要将如此获得的粗化妆品施涂器与粉末分离，而且还重要的是，特别是对于旨在施涂化妆品到眼睛附近的施涂器来说，要保证完全不存在从施涂器上脱离的粒子(例如保留在其刷毛中)或使用时易于脱离的粒子，该粒子的最大尺寸大于给定尺寸，会引起眼睛刺激。下文所述的后处理旨在完全去除这些粒子。典型地，该后处理旨在消除所有大于500微米的颗粒。实际上，在增材制造时，例如在某些粒子不完全烧结的情况下，可能会产生尺寸大于原始粉末粒子尺寸的颗粒。
脱粉末(S2)
增材制造步骤S1之后是脱粉末步骤S2。该步骤使得能够将粗部件与粉末分离。
回收的粉末可被再利用，如下文参考图2所述。为此，回收的粉末可经历分选方法，以便仅保留最大尺寸小于或等于给定尺寸(例如150微米、80微米或60微米)的粒子。
该脱粉末步骤在于将粗部件与掩埋它们的粉末分离，并去除由粗部件所携带的最大量的粉末(例如在粗部件的角落中，在化妆品施涂器的粗部件的刷毛中)。这个步骤可以手动进行。手动是指操作者必须单独或成组抓握粗部件，并通过搅动、吹扫和/或刷来除去粉末。
该脱粉末步骤可自动进行，这对于在工业规模上生产部件、特别是复杂形状的小部件(例如化妆品施涂器)来说是有利的。
优选地，该操作在脱粉末室中进行，以确保以工业规模生产，即每周超过200000个部件。
不过，手动脱粉末并且尤其是自动脱粉末可能会留有残留粉末，这使得在脱粉末之后获得的粗部件(即化妆品施涂器)的后处理变得更加重要。
实际上，申请人发现，为了生产化妆品施涂器、特别是旨在施涂到眼睛附近的化妆品的施涂器，不仅需要将如此获得的粗化妆品施涂器与粉末分离，而且还重要的是要保证完全不存在从施涂器上脱离的粒子(例如保留在其刷毛中)或使用时易于脱离的粒子，该粒子的最大尺寸大于给定尺寸，会引起眼睛刺激。下文的后处理旨在完全去除这些粒子。典型地，该后处理旨在消除所有大于500微米的颗粒。实际上，在增材制造时，例如在某些粒子不完全烧结的情况下，可能会产生尺寸大于原始粉末粒子尺寸的颗粒。
喷砂(S4)
该喷砂是用于清洁表面的已知技术，该技术使用通过喷嘴将压缩气体(通常是空气)高速喷射到待清洁表面上的磨料。
然而，化妆品施涂器的喷砂需要使用优化的参数，这归因于以下因素：施涂器的小尺寸，对极细的元件(即施涂器的刷毛)进行喷砂而不破坏它们的要求，同时对大量部件(例如300-10000个部件)进行喷砂的优势，以及通过喷砂从粗部件脱离所有在使用施涂器时易于脱离的颗粒的重要性。
预吹扫步骤S3可在喷砂步骤S4之前进行，并且将参考图2进行详细描述。
喷砂步骤S4使得能够特别去除部分烧结的粉末的粒子。该喷砂在喷砂机中进行，该喷砂机包括至少一个喷嘴，该喷嘴喷射直径为45-90微米的玻璃球。该喷砂还使得能够在化妆品施涂器上获得所需的表面状态。可以设想其他研磨介质，例如碳酸氢盐或压制的果核。
除了磨料颗粒的性质和尺寸之外，喷砂机器的类型、喷射压力、喷嘴相对于桶表面的距离和取向也是获得所需结果的重要参数。
为了处理大批次的施涂器(例如大约3000-4000个部件)，成功确定了以下参数。该喷砂在具有旋转桶的喷砂机中进行。所选的桶直径为500毫米。该桶以每分钟3转旋转，以确保部件的搅拌。该喷砂可持续35-45分钟，例如40分钟。所述球在2.5巴的空气压力下注入。
本领域技术人员当然将理解，本发明不限于通过示例给出的这些前述参数。
可通过使用第二喷嘴，在桶中侧向吹扫和/或相对于桶表面略微升起该部件，从而改善该搅拌。
电离吹扫(S5)
该方法包括在喷砂步骤S4之后的电离吹扫步骤S5。实际上，该喷砂可能会使颗粒残留在化妆品施涂器的刷毛或其他缝隙中。所述颗粒主要是构成该化妆品施涂器的材料的颗粒，例如PA11的粒子，但也可以是用于喷砂步骤S4的磨料颗粒。
该电离通常在于在原子或分子上除去或添加电荷。因此，通常称为电离器的电离系统产生离子，所述离子是带电的原子。电离器采用不同的形式。最常见的形式是棒的形式。该电离棒必须位于要电离的介质附近，通常小于50mm。申请人已经认识到，电离吹扫步骤的实施在化妆品施涂器的增材制造方法中是特别相关的。这是因为，在通过电离吹扫进行清洁时，该电离使得能够去除化妆品施涂器所携带的静电的影响。吹扫空气流使得能够将残留颗粒与施涂器分离，在这些施涂器的表面处所述颗粒不再被静电保留。如此从施涂器分离的颗粒被吸出电离吹扫腔室。
可在与喷砂桶相同的桶或鼓中、甚至在与用于喷砂步骤S4的桶的同一桶中进行该电离吹扫。该桶因此可具有针对喷砂步骤S4所提到的尺寸特性和转速。
对于电离吹扫步骤S5，该装置有利地包括两个电离系统，例如两个电离棒。一个棒位于桶(或其他腔室)的内部，一个棒位于其外部。
以下的吹扫参数可被成功采用。该电离吹扫可在4巴的压力下进行。该电离吹扫步骤S5可持续30-40分钟。
该电离吹扫步骤S5可以以例如300-10000个部件、特别是3000-4000个化妆品施涂器的批次来进行。
当然，接近的参数可被成功采用。例如并且非限制性地，吹扫压力可以为3-5巴，吹扫持续时间可被显著减少，并且例如为15分钟或更短。
在该电离吹扫之后，可获得不具有现有技术中已知的缺点(令人不满意的表面状态，潜在存在对眼睛有刺激性的颗粒)的化妆品施涂器。
图2以与图1类似的方式示出了化妆品施涂器的制造方法，根据本发明的一种实施方案，这种方法包括图1的方法和附加步骤。下面介绍的附加步骤一方面涉及在增材制造步骤之前的粉末制备或调理的预先步骤(粉末调理步骤S0)，另一方面涉及后处理步骤，该后处理步骤使得能够更加确定地确保在该方法结束时获得的施涂器具有期望的特性，并且特别是不存在脱离的颗粒或在使用时易于脱离的颗粒。
下面描述的任选步骤可改变用于实施其他步骤的最佳参数，但是它们可彼此独立地被并入到图1的方法中。
粉末调理(S0)
为了获得所需的最终表面状态，重要的是用于增材制造步骤S1的粉末(例如PA 11或PA 12)初始具有合适的特性。
看起来最重要的特性是所用粉末的粒度。
典型地，申请人已经发现，为了避免在作为该方法的最终产品的化妆品施涂器上产生缺陷，使用细而均匀的粉末的重要性。所用粉末必须有利地仅具有最大尺寸小于150微米的粒子。有利地，可以使用更细的粉末，即该粒子的最大尺寸小于80微米或60微米。
所希望的特性(特别是粒度)可以通过选择具有这些特性的市售粉末来保证。然而，出于明显的成本原因，有利的是能够再利用所谓用过的粉末，也就是说已经在增材制造步骤S1中使用的粉末。特别地，在脱粉末步骤S2中回收的粉末的一部分可被再利用到化妆品施涂器制造的下一个循环(或批次)。
在增材制造时，与新粉末相比，用过的粉末可能已被改变，即使这种粉末未与粗部件连接。粉末的粒子可能已因加热而变形、粘结或部分烧结。
为了确保在不损害最终产品特性的情况下可再利用用过的粉末，回收的用过的粉末通过合适的分选或校准方法进行校准。特别地，可以对用过的粉末进行筛选。可以设想多种类型的筛选，以从回收的粉末中分离出最大尺寸大于期望最大尺寸的粒子。特别有可能使用通过超声、通过微振动和/或通过吹扫进行的筛选。
粒子的最大尺寸的期望最大尺寸可以例如是150微米或80微米或60微米。
该分选或筛选使得能够回收经校准的用过的粉末，该粉末适合于被再利用于化妆品施涂器的增材制造。
在粉末调理步骤S0中，因而可获得新粉末与经校准的用过的粉末的混合物。力求最大程度地再利用用过的粉末。以100/0至50/50、特别是70/30至50/50、例如大约60/40的新粉末/经校准的用过的粉末比率使用PA 11的粉末，已经获得了令人满意的结果。
预吹扫(S3)
预吹扫步骤S3在脱粉末步骤S2之后且在喷砂步骤S4之前进行。
该预吹扫步骤旨在在脱粉末之后通过使经脱粉末的粗部件经受加压空气流来脱除最大量的颗粒。该预吹扫步骤可有利地在将用于喷砂步骤S4的喷砂机器的桶中进行。该预吹扫可用吹扫2.5巴空气的两个喷嘴进行5-10分钟，例如7分钟。
洗涤/清洁(S6)
补充的清洁可以在所谓洗涤或清洁步骤S6中进行。
清洁是指能够从化妆品施涂器的表面或这些施涂器的刷毛或缝隙中去除粒子(grains)、颗粒(particules)或其他残留物的任何类型的作用。该洗涤对应于使用水性或非水性洗涤产品的清洁类型。
可以进行在合适溶液中的洗涤。该洗涤可基于回流洗涤原理来进行。
所采用的洗涤设备可包括几个部分，例如：
·被称作沸腾器的洗涤槽；
·冲洗槽；
·蒸发区；
·干燥区；和
·4℃的冷凝蛇管，其能够回收和再循环利用洗涤产品。
该洗涤槽可包括带网孔的旋转篮和/或浸入式射流。
在洗涤和/或冲洗槽中，部件可经受超声。所使用的超声可具有25kHz-45kHz的频率。
该洗涤可尤其在50％异丙醇溶液中或优选在氟代酮化学溶液中进行。这种溶液在以下方面具有良好的效率：在去除残留喷砂球方面，并且更一般地在去除尺寸小于80微米的颗粒方面，而不会使化妆品施涂器的机械性能变差。
额外地或替代地，还可设想在微振动和/或吹扫下筛选化妆品施涂器。这还具有在干燥环境中进行的优点。
合格性鉴定(S7)
合格性鉴定步骤S7可确保在严格来说的制造方法结束时获得的化妆品施涂器满足某些定性标准。
特别地，该合格性鉴定步骤可确保在最终产品中不存在潜在刺激性的颗粒。
该合格性鉴定步骤可在生产过程中以规则或随机间隔定期进行，或更优选地，通过对部件的每批次中确定数目的化妆器施涂器进行随机采样来进行。例如，一个批次可由10000-100000个部件的组构成，并且在每个批次中可采样8-100个部件。
在该合格性鉴定步骤中，可以检查所有采样的部件中没有包含最大尺寸大于500微米(或大于其他预定尺寸)的脱离的颗粒或者在使用时易于脱离的颗粒。
还可以检查较小尺寸的脱离的颗粒或者在使用时易于脱离的颗粒的数目。例如，可以检查最大尺寸为150微米-500微米的颗粒的数目。例如，该合格性鉴定步骤可使得能够存在对于给定数量的施涂器来说这类颗粒的预定最大数目(对于消费者来说并不关键)(例如，对于在10000至100000个部件的批次中采样32个施涂器来说为7个颗粒，或者在大于500000个部件的组中采样50个部件来说为10个颗粒)。
如果该合格性鉴定步骤检测不相符，则涉及的批次可被拒绝和销毁。可以采取用于验证该方法和/或用于校正制造参数的措施。
本发明因此提供一种通过增材制造在工业规模上制造包括握持部分和施涂部分的化妆品施涂器的方法。这种制造方法确保了不存在脱离的颗粒或易于脱离的颗粒，尤其是从施涂部分脱离的颗粒，该施涂部分可包括用于保留化妆品的刷毛或齿。这对于睫毛膏刷类型的施涂器、或者更一般地对于旨在施涂化妆品到眼睛附近的施涂器来说是重要的。该方法因而确保了不存在尺寸大于给定尺寸(例如500微米)的颗粒。该方法还可确保在一定尺寸范围内(例如在150微米至500微米之间)的颗粒的最大数目。
本发明提供的制造方法通过将该制造视为相继的步骤而使其不限于增材制造，而是包括所采用材料的预处理或调理，以及合适的后处理步骤。

Claims (11)

1.制造化妆品施涂器的方法，该化妆品施涂器包括握持部分和包含刷毛或齿的施涂部分，该握持部分和该施涂部分一体形成，
其特征在于该方法包括通过烧结塑料材料粉末的增材制造步骤(S1)，之后是脱粉末步骤(S2)以及用于去除从所述化妆品施涂器脱离的颗粒或部分烧结的颗粒的后处理，该后处理包括以下步骤：
-喷砂(S4)；和
-电离吹扫(S5)。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中该后处理还包括优选在非水性溶剂中的最终洗涤步骤(S6)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的制造方法，其中该塑料材料是聚酰胺，优选为脂族聚酰胺，例如聚酰胺11。
4.根据权利要求3所述的制造方法，包括在增材制造步骤(S1)之前的聚酰胺粉末的调理步骤(S0)，其包括：
-提供仅具有最大尺寸小于或等于150微米的粒子的新粉末；
-提供所谓用过的粉末，所述用过的粉末已经用于增材制造步骤，并且所述用过的粉末的校准使得其仅具有最大尺寸小于或等于150微米的粒子；
-将该新粉末和经校准的用过的粉末以70/30至50/50、优选约60/40的新粉末/用过的粉末的比率混合。
5.根据前述权利要求之一所述的制造方法，其中该增材制造(S1)包括通过激光的粉末床熔融。
6.根据前述权利要求之一所述的制造方法，包括在该喷砂步骤之前的预吹扫步骤(S3)。
7.根据前述权利要求之一所述的制造方法，其中该喷砂(S4)通过使用直径为45微米至90微米的玻璃珠的微球处理来进行。
8.根据前述权利要求之一所述的制造方法，其中该喷砂(S4)在包括两个喷砂嘴的转鼓中进行。
9.根据前述权利要求之一所述的制造方法，其中该电离吹扫(S5)在包括内部电离棒和外部电离棒的转鼓中进行。
10.根据前述权利要求之一所述的制造方法，其中该喷砂(S4)和电离吹扫(S5)的步骤以300-10000个化妆品施涂器的批次进行。
11.化妆品施涂器的生产方法，包括根据前述权利要求之一所述的制造方法，其特征在于该生产方法还包括合格性鉴定步骤(S7)，该合格性鉴定步骤(S7)包括在预定数目的化妆品施涂器的批次中确定最大尺寸大于500微米的残留的部分烧结的或脱离的颗粒数目，并且，如果所述颗粒数目不为零，则更改后处理步骤的至少一个参数，然后相继进行这种制造方法和合格性鉴定步骤(S7)，直到最大尺寸大于500微米的所述颗粒数目为零为止。
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