CN116457189A - 利用所分配材料的基于大桶的增材制造 - Google Patents

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Abstract

产生增材制造零件的方法包括：在大桶中提供第一组合物，其中所述第一组合物是具有第一粘度的液体。邻近所述第一组合物的顶表面放置构建平台并将其浸没在所述顶表面下方。将第二组合物分配在所述顶表面上，所述第二组合物具有第二粘度并且分配在根据要产生的零件的形状区域中。对所述顶表面进行照明以将所述第一组合物和所述第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而引起所述第一组合物或所述第二组合物中的至少一者的聚合。在一些实施方案中，所述第一组合物是不含光引发剂的基体树脂，并且所述第二组合物是光引发剂溶液。所述光引发剂溶液可具有小于所述基体树脂的所述第一粘度的第二粘度。

Description

利用所分配材料的基于大桶的增材制造
相关申请
本申请要求于2020年11月30日提交并且名称为“Vat-Based AdditiveManufacturing with Dispensed Material”的美国专利号17/247,115的优先权；所述美国专利要求于2020年10月2日提交并且名称为“Vat-Based Additive Manufacturing withDispensed Material”的美国临时申请号63/086,829的优先权；所述申请的内容据此通过引用的方式全部并入。
背景技术
从原型到商业生产，增材制造(即，3D打印)已经成为生产零件的极其流行的方法。已经开发了许多类型的增材制造系统和方法。一些类型利用包含光敏聚合物(即，光聚合物)的大桶，其中3D打印零件的层在大桶内在彼此之上生长。光聚合物在暴露于光的光聚合波长时交联并硬化，从而将液态树脂变成固态聚合材料。这些光反应性3D打印系统通常包括树脂池、照明系统和打印平台，其中照明系统将图像投影到树脂池中，从而致使在打印平台上形成聚合对象的层。打印平台然后将打印层移出照明系统的焦平面，并且然后暴露(即，打印)下一层。一些系统使用“自上而下”方法，其中光暴露树脂的上表面，并且然后打印平台向下移动到大桶中，使得可构建下一层。其他系统是“自下而上”的，其中光被投射穿过树脂池的透明底表面，并且然后随着零件继续形成，打印平台从底表面向上移开。
立体平版印刷(SLA)3D打印采用以光栅化方式围绕2D平面移动以在树脂中产生图案层的一个或多个点激光器。其他常规系统使用数字光处理(DLP)或类似成像，以便以改进的速度一次暴露整个层。然而，利用DLP的常规增材制造系统所产生的一个问题是，随着层大小增大，像素大小成比例地增大。结果是最终零件的分辨率降低，这将对零件精度和表面光洁度产生负面影响。这还具有降低投影能量密度的负面影响，这进一步减慢了打印过程，因为每层需要更长的暴露时间。因此，当DLP系统用于更大的层大小时，减少了全层暴露相对于其他方法所实现的理论优点。
其他类型的增材制造在露天环境中而不是在大桶中产生打印零件。在一个实例中，聚合物被喷墨打印到基板上，并且然后暴露于诸如紫外(UV)光的辐射以引发光聚合。聚合物可以是当混合在一起时能够聚合的两种不同化合物。在另一个实例中，在基板上提供粉末材料床，并且通过喷墨在材料期望熔合在一起的位置处分配熔剂。材料床暴露于诸如光或热量的能量下，从而致使材料在存在试剂的位置处熔合在一起。
发明内容
在一些实施方案中，一种产生增材制造零件的方法包括：在大桶中提供第一组合物，其中所述第一组合物是具有第一粘度的液体。将构建平台放置在所述大桶中，所述构建平台浸没在所述第一组合物的顶表面下方。将第二组合物分配在所述第一组合物的所述顶表面上，所述第二组合物具有第二粘度并且分配在根据要产生的零件的形状区域中。对所述顶表面进行照明以将所述第一组合物和所述第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而引起所述第一组合物或所述第二组合物中的至少一者的聚合。
在一些实施方案中，一种产生增材制造零件的方法包括：在大桶中提供基体树脂，其中所述基体树脂具有第一粘度并且不含光引发剂。将构建平台放置在所述大桶中，所述构建平台浸没在所述基体树脂的顶表面下方。将光引发剂溶液分配在所述基体树脂的所述顶表面上，所述光引发剂溶液分配在根据要产生的零件的形状区域中。所述光引发剂溶液具有小于所述基体树脂的所述第一粘度的第二粘度。对所述顶表面进行照明以将所述光引发剂溶液和所述基体树脂暴露于具有聚合波长的光，其中所述光仅在分配所述光引发剂溶液的位置引起聚合。
附图说明
图1是根据一些实施方案的增材制造系统的图。
图2是根据一些实施方案的具有页宽照明源的增材制造系统的图。
图3是根据一些实施方案的具有毯式暴露照明源的增材制造系统的图。
图4A至图4B示出根据一些实施方案的形成增材制造零件的阶段。
图5A是根据一些实施方案的增材制造零件的层的期望形状的轮廓，并且图5B是示出根据一些实施方案的所分配材料在形状方面的变化的图。
图6是根据一些实施方案的增材制造方法的流程图。
图7A至图7B示出本领域已知的硫醇-烯反应的化学方程式。
图8A至图8B示出根据一些实施方案的在层中的位置处分配光引发剂和聚合阻断材料。
图9A至图9C示出根据一些实施方案的分配头的实例。
图10A至图10H是根据一些实施方案的分配头和照明源的各种配置的图。
图11A至图11C是根据一些实施方案的利用电场系统的增材制造系统的图示。
图12是示出根据一些实施方案的使用分配液滴来控制大桶中纤维的取向的平面图。
图13是根据一些实施方案的另外的增材制造方法的流程图。
具体实施方式
本公开描述了基于大桶的增材制造技术，其中某些材料被选择性地分配到大桶中的液体物质的顶表面上。大桶是用于容纳液体的罐或桶。实施方案提供了用于分配材料的按需递送系统，使得反应物/组分在大桶中彼此接触以形成增材制造零件。在一些实施方案中，将物质分配在大桶中的可光聚合内容物的表面上，仅在物质被递送的区域中选择性地促进聚合。在一些实施方案中，所分配物质可以是反应活化剂，诸如精确地添加到大桶材料中的光引发剂溶液，并且大桶材料不包括光引发剂。在分配在大桶中之后，光引发剂吸收聚合致动能量诸如紫外(UV)光，使得材料仅在存在光引发剂的位置处固化。在一些实施方案中，化学反应的第一反应物可用作大桶材料，并且可分配将与第一反应物反应以进行聚合(例如，在UV光存在时)的第二反应物，诸如硫醇和/或-烯。术语“-烯”是指包含烯官能团的化学化合物。在一些实施方案中，大桶材料不需要包含可聚合内容物。例如，大桶材料可以是惰性介质，诸如水、甘油或具有期望的物理/化学性质的凝胶，并且可聚合组分被分配到大桶中的惰性介质(例如，液体、凝胶或其他流体状物质)上。
本公开的实施方案为增材制造提供了优点，诸如提高了按比例放大3D打印零件大小同时实现高分辨率质量的能力。本公开的实施方案还提供了改进大桶材料的储存寿命的优点。例如，将光引发剂与其他树脂成分分开增加了树脂成分的储存寿命，并且提供了在包含光的区域中容易地储存非光引发剂材料的能力。在其他实例中，实施方案提供了在期望时刻递送和混合化学不稳定组分以克服储存寿命问题的能力，诸如在硫醇-烯材料系统中。相比之下，为按比例增大的零件大小提供更大构建区域的常规的基于大桶的系统存在用于控制和管理大桶寿命的问题。不可使用的树脂导致高的废料成本，诸如如果大桶中的树脂受损则导致几万或几十万美元损失。
常规的基于大桶的3D打印解决方案，尤其是那些涉及DLP或基于投影的系统的3D打印解决方案，也往往具有涉及在热区域中的非预期过度固化的热问题，从而导致打印缺陷。热问题通常是UV光源的不均匀性(例如，热点)和正被打印的几何形状的横截面积密度的结果。由于聚合过程的放热反应，较高的横截面积密度会导致热点。为了解决热问题，常规的方法通常通过降低UV光源强度或在整个打印过程中添加附加延迟来减慢打印过程。减慢打印过程会降低生产率并增加成本。本公开的实施方案通过根据需要精确地改变和/或控制所分配物质(例如，光引发剂或其他组分)的量、浓度和/或类型来以不同的方式解决热问题。
图1至图3示出根据一些实施方案的增材制造系统的等距视图。系统将基于大桶的形式与将附加材料分配到填充大桶的大桶材料上相结合。将关于图1至图3描述大桶材料和所分配材料的各种实施方案，其中包含在大桶中的大桶材料也将被称为第一组合物。在喷墨打印中使用的诸如喷射头的分配系统将材料分配到大桶材料上，其中所分配材料将被称为第二组合物。在本公开中，大桶中的材料和分配材料也可被称为组合物、物质、反应物和组分。另外，材料的分配将主要根据喷墨分配(喷射)来描述。然而，其他类型的分配技术也是适用的。
常规的光反应性树脂由单体、低聚物、光引发剂以及其他材料制成，其中使树脂聚合和感光的关键成分是光引发剂。在图1的一些实施方案中，容纳在大桶110中的第一组合物115是树脂基体材料(其在本公开中也可被称为基体树脂)，其中树脂基体材料不含光引发剂。也就是说，基体树脂是将聚合成硬化零件但缺少将允许聚合发生的组分的物质的组合物。分配头120(例如，喷墨打印头、注射器/泵型或其他)精确地将呈液体形式的光引发剂作为第二组合物140分配到大桶110中的树脂基体材料的顶表面118上。尽管此实施方案将被描述为仅分配光引发剂，但实施方案可包括从分配头120(或从多于一个分配头)分配多于一种材料，如将在本公开全文中描述的。此外，尽管图1至图3将主要根据将光引发剂溶液分配到不含光引发剂的大桶材料上来描述，但图1至图3可适用于本公开全文中所述的所分配材料和大桶材料的组合中的任一者。
在图1的实施方案中，分配头120具有仅覆盖顶表面118的宽度(Y方向)的一部分和长度(X方向)的一部分的分配区域122。因此，分配头120可通过例如以光栅图案移动(例如，将头部在X方向上从一侧移动到另一侧以形成线，在Y方向上从顶部前进到底部)来将光引发剂分配在整个顶表面118之上。由分配有光引发剂液滴的位置形成的形状150是正在打印的增材制造零件的层的图案区域。增材制造零件形成在浸没在大桶110中的构建平台160上。构建平台160在正在制造零件的初始层时邻近树脂基体的顶表面并在其之下，并且随着后续层继续形成而向下(负Z方向)移动到第一组合物115中。为清楚起见，本说明书全文的附图中所示的部件可不一定按比例绘制。例如，在图1中，平台160到顶表面118之间的距离和分配头120与顶表面118之间的距离大于实际可使用的距离。
然后将树脂材料和所分配光引发剂暴露于来自照明源130的光的波长，这致使在受限于存在光引发剂的选择性区域中发生聚合。如在已知的基于大桶的过程中，聚合层粘附到构建平台160。照明源130可以是UV光源或产生与光引发剂和基体树脂反应的固化波长的任何其他源。例如，在一些实施方案中，树脂可对约200nm至约500nm的照明波长或此范围之外的波长(例如，大于500nm，或500nm至1000nm)光敏。在图1所示的实施方案中，照明源130发射具有区域132的光，所述区域的大小至少类似于或大于分配头120的分配区域122的大小。照明源130可在喷射头之后的道次(pass)中发射光，其中照明源130由与移动分配头120的机构分开的机构移动。替代地，照明源130可与分配头120同时移动，诸如通过将照明源130附接到与分配头120相同的移动机构。
图2是另一个增材制造系统200的等距视图，所述增材制造系统利用“页宽”阵列方法，其中分配头跨越大桶的宽度“W”(或至少与构建平台一样宽)并且跨大桶的长度“L”移动，以在单道次时将树脂暴露于辐射。系统200包括与系统100类似的部件——填充有第一组合物215(例如，不具有光引发剂的树脂基体材料)的大桶210、分配头220(例如，喷射头)、光源230(例如,UV光源)以及浸没在树脂基体的顶表面下方的构建平台260。当正在制造零件的初始层时，构建平台260邻近树脂基体的顶表面。分配头220从大桶的一端处开始并跨长度(X方向)移动。因为分配头220一次跨越大桶210的整个宽度W，所以根据打印图案在选定区域中分配第二组合物240，仅需要跨大桶长度L的一个道次。在所述道次完成之后，第二组合物240的光引发剂液滴存在于形状250的区域中。分配头220可具有多个分配器(例如，喷嘴)以覆盖喷射头的宽度，诸如以线性、交错或偏移阵列的形式(例如，参见图9A至图9C)。在图2的此实施方案中，UV光源230也是结合到与喷射头220相同的机构中的页宽阵列，从而允许在同一道次中执行分配(例如，喷射)和固化以形成打印零件的聚合层。在其他实施方案中，光源230和分配头220可彼此分离，使得光源230与分配头220分开地并在分配头之后经过大桶210。
图3示出另一个实施方案，其中照明源被配置为照明与大桶的整个顶表面区域一样大的区域，以一次将第一组合物(例如，树脂)的整个顶表面暴露于光(例如，毯式暴露)。系统300包括与系统100类似的部件——填充有第一组合物315(例如，不具有光引发剂的树脂基体材料)的大桶310、分配头320(例如，喷射分配器)和光源330(例如，UV)。此图示中未示出浸没在树脂基体的顶表面下方的构建平台。在此实施方案中，分配头320被示出为与图2的分配头220类似的页宽阵列。然而，分配头320也可被配置为类似于图1的分配头120，其仅在不连续区域中分配材料。图3的光源330是固定的，覆盖大桶310的大致整个顶表面，或者至少覆盖与构建平台一样大的区域。在此实施方案中，分配头320首先沿着Y轴移动。在分配头320已完成其全道次，从而将第二组合物(例如，光引发剂)沉积在形状350中之后，激活光源330以固化大桶310中的第一组合物和/或第二组合物。
在另外的实施方案中，可利用多于一种类型的光源，其中一个光源(例如，光源130或230)与分配头一起移动，并且另一个光源是固定的(例如，光源330)。多个光源可在彼此不同的时间被激活，诸如一个光源在另一个光源的激活之前、期间或之后被激活。图10A至图10H描述分配头和光源的另外的配置。
图4A至图4B示出根据一些实施方案的形成增材制造零件的层的进展。在增材制造系统400的这些横截面侧视图中，大桶410填充有第一组合物415(例如，不具有光引发剂的树脂基体材料)。分配头420和光源430定位在第一组合物415的顶表面418之上，在箭头470所指示的打印方向上一起移动。分配头420和光源430可采用本文所公开的任何实施方案的形式，诸如光栅、页宽或毯式覆盖。第二组合物440的分配和光源430的激活可大致同时(在分配第二组合物之后立即)或顺序地(具有从分配发生时到光源在所分配位置处激活时的延迟时间)执行。在本公开中，可考虑在分配之后“立即”激活光源，以考虑到所分配材料行进到大桶材料的与分配头相距特定距离的表面的时间。例如，在一些实施方案中，分配头和大桶材料的顶表面可相距1mm至3mm，并且所分配材料可具有约5m/s至20m/s的喷射速度。在这些情况下，所分配材料到达大桶材料的行进时间可在从大约0.05ms(在20m/s下的1mm距离)至0.6ms(在5m/s下的3mm)的范围内，诸如大约0.16ms(在12.5m/s下的2mm)。因此，“立即”或“同时”可被认为是在开始分配之后少于一毫秒(例如，微秒量级)激活光源。在一些实施方案中，可使用分配与固化(激活光源)之间的专门设计的延迟时间(实耗时间)，其中延迟时间可在例如从微秒到毫秒、或毫秒到秒、或毫秒到分钟、或微秒到小时的范围内，这取决于所使用的反应物的化学性质。
图4A描绘增材制造零件的初始层450的形成，其中构建平台460邻近顶表面418定位并且恰好在其之下。例如，构建平台460的上表面可在形成初始层期间比表面418低0至1000μm。分配头420根据正在产生的零件的第一层450来将第二组合物440(例如，光引发剂)沉积在一形状中。光能在光引发剂与树脂基体材料一起存在的图案区域中被吸收，从而形成具有沉积光引发剂的形状的所固化的第一层450。树脂基体材料的树脂基成分与光引发剂结合，最终在光引发剂沉积/喷射的精确位置处产生光反应性树脂形状。在于构建平台460上形成初始层450之后，构建平台460如箭头465所指示向下移动到大桶材料(第一组合物415)中。然后重复分配步骤和光暴露步骤以产生零件的另一个层。
图4B示出构建平台460处于与图4A中相比更浸没的位置，以使得另一个层455能够被喷射并固化到已经形成的第一层450上。构建平台460移动和停留的距离对应于正在产生的零件层的厚度。在实施方案中，构建平台460可首先向下移动比层厚度的距离远的距离，以减轻气泡或允许为下一次分配迭代补充大桶材料，并且然后向上移动返回以停留在其期望位置中。在层455固化之后，重复进一步向下移动构建平台460、分配第二组合物以及固化第一组合物和/或第二组合物的步骤，直到已完成整个增材制造零件。
本文所公开的实施方案，并且具体地图2至图3的分配头阵列和光源阵列实施方案，使得3D打印作业能够以极高的速率和与传统的基于投影或基于SLA的方法相比高得多的分辨率来执行。例如，实施方案可提供比这些传统方法快高达100倍的打印速率，具有与2D喷墨打印机分辨率相当的分辨率(例如，2400dpi(每英寸点数)或更高)。在一些实施方案中，多道次分配可推断超出此类范围。
本公开的系统和方法的另一个优点是使得3D打印构建区域的大小能够增大，同时实现高分辨率并且不损害构建速度。通过从树脂材料中去除光引发剂，可产生非常稳定的基于大桶的树脂材料。此类树脂基体材料可暴露于光而不固化，从而提高储存寿命并减弱储存树脂基体材料的能力。
用于精确地分配光引发剂或其他物质的方法可包括用于在2D打印空间中将油墨沉积在纸张上的技术。实例包括基于热喷墨的技术和基于压电的喷射技术。常规地，基于喷墨和压电的喷射技术不能够喷射在增材制造中使用的高粘度或高固体含量材料。然而，本公开的实施方案使这些喷射技术适于分配增材制造材料的某些可喷射组分，诸如光引发剂溶液或具有足够低的粘度以使得能够实现期望的打印速度和打印分辨率的其他化合物。实施方案还可利用其他类型的递送系统来将材料分配到大桶中的液体物质上，诸如使用注射器型泵来分配液滴。
光引发剂(或用于第二组合物的其他物质)以喷墨分辨率(即，根据图1中所注释的坐标轴的X-Y平面中的分辨率)喷射在期望打印零件的每层的形状图案中，并且然后光源(UV或其他适当的波长)将层暴露于选择性地固化光引发剂被精确地沉积的位置的照明。将光引发剂非常精确地放置在大桶中的树脂材料的表面处使得能够准确地打印常规地具有非常高的固化通量(cure-through)的材料。固化通量是发生在正在打印的当前层之外的下一层(根据图1中所注释的坐标轴的Z方向)中的非预期固化的量。通过如在一些实施方案中将光引发剂(或其他反应物)精确地控制/沉积在表面的顶部上，固化的深度限于正在处理的当前层。例如，喷墨滴大小在1皮升(pL)至2pL的量级，诸如1.2pL至1.5pL，其在本公开中被估计为直径为大约1.5um的球形滴。这些非常小的滴大小导致极其薄的层，所述层转变成高分辨率打印零件。由于本公开的实施方案中所需的Z补偿的减少或缺乏，因此零件可在X、Y和Z维度上以高精度打印。本方法所呈现的另一个优点是，由于树脂是从大桶的顶表面聚合的，因此树脂基体材料不需要像在其他基于大桶的系统中那样透射光，从而拓宽了可使用的固化波长和光引发剂的选择。
在一些实施方案中，与喷射的光引发剂(或下文将更详细描述的其他所分配材料)相比，大桶中的树脂基体材料可具有高粘度(例如，凝胶或蜂蜜型粘度)。由于树脂基体材料的粘度阻止较低粘度的所分配材料在树脂基体材料的表面上散开(在X-Y方向)，因此这种粘度差异可有助于实现打印零件的高分辨率。在一些实施方案中，光引发剂和树脂基体材料的表面能，以及光引发剂与树脂基体材料之间的界面能可防止(或限制)光引发剂在其沉积之后散开，从而基本上维持打印图案的分辨率。此外，光引发剂液滴将不会渗透(扩散)非常深地进入树脂基体材料，因此也提供Z方向上的高分辨率，因为树脂将仅聚合到光引发剂已扩散到基体树脂中的厚度。
可用于实施方案的光引发剂的实例是双(环戊二烯基)双[2,6-二氟-3-(1-吡咯基)苯基]钛(注册号125051-32-3)；2,4-二乙基-9H-噻唑-9-酮(CAS#82799-44-8)；以及二苯基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)氧化膦(CAS#75980-60-8)。用于分配作为液体溶液的光引发剂的用于光引发剂的溶剂的实例包括乙酸乙酯、乙酸丁酯、异丙醇、2-吡咯烷酮和1-甲基-2-吡咯烷酮。在一些实施方案中，所分配材料(例如，光引发剂溶液)可具有约0.1厘泊(cP)至约2cP的粘度。例如，溶解在乙酸乙酯中的光引发剂的粘度为约0.42cP。在一些实施方案中，树脂基体材料可具有约100cP至约2700cP或大于2700cP的粘度。因此，在一些实施方案中，大桶材料(例如，基体树脂)与所分配材料之间的粘度差值可以是至少10cP，诸如大于100cP或大于1000cP或大于2000cP。
除了滴的粘度，打印分辨率也会受到反应动力学的影响，所述反应动力学可通过所分配材料的滴大小和滴速度来控制。这适用于用作第一组合物和第二组合物的物质的任何组合，而不仅适用于光引发剂/基体树脂体系。例如，滴大小会影响参与反应的物质的量，而分配速度会影响液滴将产生的分散区域的大小。分散是液滴的粘度、速度和质量的函数，因为这些方面会影响动量能。因此，所分配滴大小和所分配滴速度是两个附加变量，所述变量可用于调整反应动力学并因此控制打印分辨率。此外，液滴的反应物(例如，光引发剂或如下文将描述的其他物质)与大桶材料的扩散速率和反应速率也可通过反应物的化学性质(例如，溶解度、化学亲和力等)来控制。
本公开的实施方案中的体素(3D打印零件的网格体积元素，相当于2D打印中的像素)的大小与许多因素有关，所述因素诸如体积中的材料之间的相对粘度、所分配液滴的大小、液滴中的成分的扩散/分配/化学亲和力、所分配材料和大桶材料的润湿/表面能、随后的滴添加(例如，如果多个组分被分配到大桶中的树脂上)之间的实耗时间、液滴沉积与UV辐射的施加之间的实耗时间，以及UV辐射的特性。在本基于大桶的/分配系统中，反应取决于所有反应物的混合。所分配物质可同时或顺序地沉积，并且用于控制打印零件的分辨率和其他性质的反应变量包括：(1)液滴和大桶中的材料的物理特性和/或化学性质，其中粘度、化学亲和力和溶解度是组分从一个地方扩散到另一个地方的变量；(2)液滴沉积的方式，其中变量可包括滴大小、滴速度、分配顺序和每个滴顺序之间的时间；(3)反应被触发的方式，诸如光引发剂对UV波长和强度的敏感性，以及UV光的使用顺序(波长、强度、应用的顺序+持续时间)。与控制分配(喷射)和固化(例如，UV光暴露)两者相关的因素(诸如，指定分配时间、允许分配组分与大桶中的组分混合的停留时间以及固化光源行为)一起作用以实现3D打印零件的期望性质。
在一些实施方案中，可利用分配和固化时间表来控制增材制造系统。在分配光引发剂的实例中，由于固化只能在光引发剂存在并由UV光激活时发生，因此单独树脂组分的分配可按针对期望物理性质和结构设计的时间表进行。作为其中时间单位可以是微秒、毫秒、秒或其他的时间表的例示性实例：组分A可在时间＝0.0时分配，组分B在时间＝2.1时分配，组分C在时间＝5.5时分配，并且光引发剂在时间＝7.6时分配。组分A至C与光引发剂之间的这种编程定时可被设计用于组分之间的特定化学停留/扩散时间。继续此例示性实例，UV光可在时间＝9.9至15时闪烁以使组分和下面的大桶材料聚合。然后组分D可在时间＝15.1时分配并且UV光在时间＝17.0时闪烁，使得组分D也聚合到层中。
图5A至图5B示出本实施方案的另一个优点，其是改变沉积(例如，喷射)到层的不同区域上的所分配材料(第二组合物)的量(例如，不同大小的滴或不同数量的滴)和类型以解决诸如热效应的问题的能力。在常规的基于投影/LCD的3D打印系统中，有意地减慢打印以从层的角度处理热问题。较慢的打印会对生产量产生负面影响并增加成本。在本公开的一些实施方案中，可在特定区域中调整第二组合物的量，诸如在较热区域中施加较少光引发剂以保持整个大桶的温度(例如，如通过实时测量监测)标准化，从而减轻对减慢打印速率的需要。这与常规树脂形成对比，在常规树脂中，光引发剂的量或浓度是均匀的，在大桶中的整个树脂中非常恒定。
图5A是期望层形状(诸如图1至图2的形状150和250)550的平面图。图5B是以期望形状分配到大桶510中的第一组合物515上的第二组合物的平面图。还示出大桶510内的构建平台560的轮廓。区域582a(上行)和582b(第二行)示出层形状550内相同滴大小的不同浓度，其中与在区域582b(在等效空间中有更多的滴)中相比，在区域582a中存在更少的滴(由圆表示)，从而导致区域582b中第二组合物的浓度更高。区域584a至584d示出层形状550内的不同浓度和不同滴大小。例如，在区域584b(左下深色矩形)中，与在区域584a(区域584b正上方的行)中相比，滴大小更小且数量多得多。在区域584c(右上区域)中，滴大小大于区域584b中的滴大小但小于区域584a中的滴大小，并且每区域滴密度也介于区域584a与584b之间。区域584d(邻近区域584c的左侧)具有与区域584a至584c不同的滴大小和每区域滴密度。这些滴大小和浓度的变化表明如何能够通过分配过程在增材制造零件的层内定制打印性质。
在另外的实施方案中，可结合或代替控制分配参数使用技术来减轻热问题。例如，可采用大桶材料的顶表面的实时热测量来确定打印延迟和Z轴移动/距离，以允许树脂冷却。Z轴移动在高打印密度区域中可能是有益的，因为高打印密度区域可能导致高局部温度。在Z方向上的这些运动可被称为“浸渍”移动，并且在量值上大于层移动(其移动层厚度的距离)。也就是说，浸渍移动可移动超过层厚度的距离，以便允许先前暴露的层冷却。
图6是表示本公开的用于产生增材制造零件的方法的流程图600，其中将光引发剂溶液分配到大桶中的材料上。步骤610涉及在大桶中提供基体树脂，其中基体树脂具有第一粘度并且不含光引发剂。在步骤620中，将构建平台放置在大桶中，所述构建平台浸没在基底树脂的顶表面下方。当形成零件的第一层时，构建平台可邻近顶表面放置并且恰好浸没在其之下，并且然后随着在第一层上形成后续层而进一步浸没到大桶中。在步骤630中，将光引发剂溶液分配在基体树脂的顶表面上，所述光引发剂溶液分配在根据要产生的零件的形状区域中。光引发剂溶液具有小于基体树脂的第一粘度的第二粘度。步骤640涉及对顶表面进行照明以将光引发剂溶液和基体树脂暴露于具有聚合波长的光，其中光仅在分配光引发剂溶液的位置处引起聚合。在用光对基体树脂的顶表面进行照明之后，步骤650可涉及将构建平台向下移动到基体树脂中并且重复分配步骤630和照明步骤640以产生零件的另一个层。
对于流程图600，在一些实施方案中，第一粘度与第二粘度之间的差值可以是至少10cP。在一些实施方案中，步骤630中的分配可包括改变形状区域的不同部分中的光引发剂溶液的浓度以改变零件内的性质，其中浓度可通过改变每区域液滴密度或光引发剂的所分配液滴大小来改变。在一些实施方案中，分配可包括喷射。在一些实施方案中，分配可涉及将材料性质改性剂分配在形状区域的至少一部分中，其中材料性质改性剂可以是增强剂、微观结构改性剂、热稳定剂、老化稳定剂和纤维中的一者或多者。在一些实施方案中，分配涉及调整形状区域的不同部分中的光引发剂溶液的第二粘度。在一些实施方案中，方法还包括调整形状区域的不同部分中的分配步骤630与照明步骤640之间的时间。
尽管上述公开描述了将光引发剂沉积到缺乏光引发剂的树脂基体材料上，但实施方案还包括将其他类型的材料组合，诸如聚合反应物和添加剂的不同组合，这将在下文的本公开中描述。上述基体树脂和光引发剂系统的实施方案和益处也适用于本公开全文描述的大桶材料和所分配材料的其他组合。例如，将物质分配到基于大桶的材料上使得构建区域的大小能够增大，同时仍然实现高分辨率和打印速度。X-Y以及Z方向上的高分辨率可使用诸如喷墨技术的分配方法来实现。在大桶的顶表面处发生聚合使得能够使用宽范围的大桶材料，因为大桶材料不必透射聚合波长。在所分配和/或大桶材料中使聚合组分彼此分离可增加组分材料的储存寿命。热问题也可通过本公开的实施方案来减轻。将材料分配到大桶材料上的另一个优点是，可通过改变层内的分配参数来改变所生产零件内的性质。可定制所分配材料和大桶材料的反应变量，以实现期望的反应动力学、所生产零件的性质和零件的固化程度。第一组合物(大桶材料)与第二组合物(所分配材料)之间的粘度差值可以是至少10cP，诸如大于100cP或大于1000cP或大于2000cP。
利用其他类型的聚合材料的组合的一个实施方案是为了促进大桶型聚合容器中的硫醇-烯化学。图7A至图7B描述已知的硫醇-烯化学，其中通过-烯(例如，(甲基)丙烯酸酯)与硫醇的反应形成硫醇-烯聚合物。在图7A中，硫醇与烯双键结合以产生加成产物。图7B的方案示出硫醇-烯聚合中的传播和链转移反应。在加成步骤中，巯基自由基通过生成碳自由基的加成反应添加到烯官能团上。在链转移中，碳自由基从形成反马氏加成产物的硫醇官能团和巯基自由基提取氢。在均聚反应中，碳自由基通过生成另一个以碳为中心的自由基的加成反应添加到烯官能团上。这些反应可由在UV固化行业中使用的常见光引发剂引发，诸如通过“烯”(诸如(甲基)丙烯酸酯)的光聚合的3D打印。
常规的硫醇-烯单体体系聚合极其迅速，并且还表现出受到氧气和其他传统稳定剂的抑制最小。因此，硫醇-烯体系可在很少至没有抑制期的情况下迅速聚合以形成具有低浓度的光引发剂和低辐射强度的无粘性表面。尽管此特征在配制超快速且节能的体系时是理想的，但缺点是硫醇-烯混合物在室温下可能表现出差的储存稳定性。对于一些迅速聚合的硫醇-烯体系，硫醇-烯体系的不稳定储存寿命可短至几小时。因此，由于这个原因，增材制造系统中的硫醇-烯化学在商业上的应用并不为人所知。
然而，本公开的实施方案有利地提供了一种通过可靠的递送系统诸如喷墨(例如，扫描/光栅或页阵列)或类似的递送系统来将硫醇独立地添加到烯或将烯添加到硫醇(或添加到其他组分)的方法。完整的增材制造材料的每个材料组分(例如，硫醇、烯、引发剂、抑制剂)都可按规定的位置、定时、浓度和组合物按要求进行递送。在一些实施方案中，利用三种反应物(硫醇、烯、引发剂)和一种或多种稀释剂来溶解和/或调整硫醇和引发剂的浓度。稀释剂可以是溶剂或烯组分中的一种。
在第一实例中，将硫醇和引发剂放入一个分配单元中作为第二组合物(图1、图2、图4A至图4B的140、240、440)，其中大桶中的烯作为第一组合物(图1、图2、图3、图4A至图4B的115、215、315、415)。可定制聚合的反应变量，诸如反应物的扩散速率、滴的大小和浓度(如关于图5B所述)，以及允许反应物扩散的时间(即，分配与固化之间的实耗时间)，以实现正在打印的零件的期望性质，诸如期望的打印分辨率。在第二实例中，将硫醇放入第一分配单元中，并且将引发剂放入另一个分配单元中，并且将硫醇和引发剂顺序地滴加到大桶中的烯上。也就是说，此第二实例中的烯是第一组合物(图1、图2、图3、图4A至图4B的115、215、315、415)，并且硫醇和引发剂是被分配的第二组合物和第三组合物(图1、图2、图4A至图4B的140、240、440)。在这种情况下，可根据反应物的扩散速率以及硫醇滴与引发剂滴之间的实耗时间来设置液滴(以及由此产生的体素)的大小。在这两个实例中，烯可具有比硫醇和引发剂高的粘度。也就是说，大桶材料可具有比所分配材料高的粘度，如关于本公开中上文所述的光引发剂和树脂基体材料实施方案所解释的。在第三、更一般的实例中，可根据最终产品的要求来定制体素的大小。对于需要高分辨率的产品，所分配液滴的大小和形状可被调节到所需的分辨率。例如，估计1.5皮升的滴会产生2μm3体素。此外，实施方案使得能够在跨大桶表面的整个层中一致地且以高生产速度实现高分辨率。相比之下，常规的基于投影的系统可具有高分辨率，但聚焦于非常小的大桶表面区域。常规激光器(例如，用于SLA)可具有大约25μm的光点大小，但将需要非常长的打印时间来实现可由本公开的实施方案实现的整个层上的相同水平的分辨率。
在各种实施方案中，硫醇-烯体系组分的粘度可根据所用的处理步骤来定制，或满足成品的规格，或解决分辨率和热问题。一般来讲，烯组分具有比硫醇高的粘度，因为它包含单体和低聚物。在一个实例中，烯+引发剂组分可通过将其储存在黑暗中来保持稳定(如在光聚合材料的常规实践中)，并且此组分的粘度可通过选择烯配方来调制(其中零烯浓度意味着仅单独的引发剂)。在另一个实例中，硫醇+引发剂组分的粘度可通过选择硫醇粘度和溶剂来调制。
除了硫醇/烯和无光引发剂/光引发剂组合之外，可利用用于大桶材料和所分配材料的另外的组分混合物。大多数商业光固化树脂是基于游离基固化丙烯酸化合物(丙烯酸酯)，并且因此在一些实施方案中可利用基于丙烯酸的组合物。UV固化树脂通常包含低聚物、单体、光引发剂和各种添加剂，诸如稳定剂、抗氧化剂、增塑剂和颜料。这些树脂组分中的任一种都可以各种组合方式用作大桶材料和所分配材料。可用于本公开的低聚物的实例包括脂肪族聚氨酯二丙烯酸酯(例如，4833)和六官能基脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(例如，EBECRYL 5129)。可用于本公开的单体的实例包括脂肪族单官能基稀释丙烯酸酯(例如，EBECRYL 113)、丙烯酸异冰片酯和二丙二醇二丙烯酸酯。在示例性实施方案中，大桶中的树脂组分或持续流体(即，第一组合物)可具有大约0.95g/cc至1.20g/cc的有机材料密度。这些树脂组分(以及随后将描述的添加剂)的组合可用作大桶材料的第一组合物并且用作所分配材料的第二组合物，类似于本公开全文描述的用于硫醇-烯和无光引发剂的树脂/光引发剂体系的实施方案。
可修改或定制大桶中第一组合物或所分配第二组合物的粘度以影响打印过程和最终打印零件。例如，可定制大桶中材料的粘度，以优化可打印性和期望的产品性质两者。大桶材料可通过明智地选择所有组分的组合来配制以调整大桶中混合物的粘度。在不使用任何添加剂(例如，增稠剂)的情况下定制大桶材料的粘度的一个实例是通过考虑树脂混合物中单独组分的粘度并将所述组分以适当的比例组合以产生组合物的总粘度。例如，具有粘度μ1的第一组分可以特定比例与具有粘度μ2的第二组分组合，以产生具有介于μ1与μ2之间的粘度μ3的混合物。调整大桶材料的粘度的另一个实例是通过特殊结构的相互作用，诸如氢键和螯合。例如，已知的是，具有更多氢键或能够形成氢键的物质往往比不具有更多氢键或不能够形成氢键的物质粘。业内研究也表明，阳离子螯合或NaCl的存在可增加物质的粘度。
涉及粘度的另一个实施方案可包括在整个正在打印的层中或在选定位置处分配粘度改性剂，其中所述分配可在分配道次内变化(例如，在关于图5B所述的滴大小和/或浓度方面)。因为所分配材料具有到大桶材料中的低扩散，所以由于变化的粘度而在打印层中产生的性质可有利地在所述特定打印层中定制。又一个实施方案可包括将所分配材料修改为在所分配区域的外周边处更粘。这种更粘材料的外周边可有助于限制光引发剂或其他所分配组分的分散量，并且可导致增材制造零件的更准确的表面光洁度。
在大桶材料和所分配材料的另外的实施方案中，大桶中的材料可以是与聚合反应相关的惰性介质，诸如水、甘油或凝胶的介质。然后将聚合组分(作为图1、图2、图4A至图4B的第二组合物140、240、440)分配到惰性介质(图1、图2、图3、图4A至图4B的第一组合物115、215、315、415)上。也就是说，大桶不必包含反应物，其可以是用于承载反应物的非固体介质。使用硫醇-烯体系作为实例，打印顺序可以是滴加(分配)烯，然后滴加硫醇，然后在大桶中在彼此顶部滴加引发剂以产生硫醇-烯-引发剂聚合，其中大桶包含惰性介质，诸如水、甘油、烃油、硅油或其他。在一些实施方案中，通过例如用光引发剂或其他聚合反应物掺杂平台，或在构建平台上提供表面处理，可促进聚合层与构建平台的附接。可调整零件形状的不同区域或体素中的配方，以实现期望的零件性质，诸如如本文所述的所需打印分辨率，或产生独特的2D或3D微观结构，如下文将进一步详细描述的。
实施方案可包括将抑制剂材料注射到要打印的零件的周围图案区域上，以防止或控制“X-Y泄放”，其为反应物在打印零件的层内的扩散和/或散开。这种抑制材料的沉积从精度角度来看可为有利的。通常，如果零件继续固化(例如，超过光暴露时间)，则会发生X-Y生长，从而导致精度问题。通过将光抑制剂沉积在形状区域的边界处，X-Y生长可通过抑制超过某一边界的固化来控制，以获得最佳精度。还可使用光抑制剂来通过在喷射其他组分之前在大桶材料的表面(其将成为随后形成的层的面向下的表面)上沉积抑制剂层来控制固化通量(Z方向)。这种沉积可在打印层期间或在固化之后、在沉积下一层的组分之前(例如，在再涂覆过程期间)进行。
其他实施方案可涉及上述实施方案的逆向布置。在这些实施方案中，常规树脂在大桶中(包括所有聚合组分，诸如光引发剂)，并且然后将颜料注射(分配)在树脂材料的表面上以阻挡固化聚合光。替代地，可将光抑制剂分配在树脂材料的表面上，以防止存在光抑制剂的位置发生固化。颜料或光抑制剂被分配到要打印的零件的形状周围的区域上，而不是要打印的形状区域中。当树脂材料的表面暴露于光(例如，UV光，诸如通过扫描或毯式暴露)时，不具有颜料或光抑制剂的部分固化成增材制造零件的层，而涂覆有颜料或涂覆有光抑制剂的区域保持未固化。在打印层固化之后，构建平台以层移动或浸渍移动(大于层厚度的距离)向下移动，这导致颜料或光抑制剂被混合到一般大桶材料中。然后可形成下一层，其中将新鲜的颜料或光抑制剂涂料分配到下一层的零件形状周围的区域上。
在一些实施方案中，聚合阻断材料(例如，颜料或光抑制剂)和光引发剂可分配在要产生的零件的同一层中的不同位置处。如图8A的大桶的顶表面的平面图所示，光引发剂810(表示液滴的深色圆)和颜料/抑制剂820(表示液滴的浅色圆)可喷射在选定位置中。图8B中的打印层840的横截面侧视图描绘固化后的层840，其中在沉积光引发剂810的位置形成峰812，并且在沉积颜料/光抑制剂820的位置形成谷822。也就是说，在存在光引发剂810的位置发生聚合，而在存在颜料/抑制剂820的位置防止聚合。还示出前面的打印层830，在此实施方案中，所述打印层在光引发剂810和颜料/抑制剂820滴被分配的区域上是固体。峰812和谷822产生类似于钩环紧固件材料的带纹理表面，其可改进对打印零件的将在层840上形成的下一层的粘附。在另外的实施方案中，可将光引发剂810和颜料/抑制剂820分配在层的选定位置中以产生特征，诸如零件内的空隙和打印零件的外表面上的纹理。
一些实施方案包括除了产生3D打印零件所需的反应物组分之外还分配添加剂。例如，可将颜料、染料或其他着色剂沉积到表面上以产生彩色对象。颜料的实例包括炭黑、二氧化硅、二氧化钛和二氧化锆。添加剂的其他实施方案包括材料性质改性剂，诸如有机或无机增强剂(例如，纤维)、微观结构改性剂和成品零件的热和/或老化稳定剂。这些添加剂可与反应物同时沉积(例如，与反应物材料混合)或随后沉积(例如，与第二打印头一起)。微观结构改性剂可使用改性剂物质的动力学和/或热力学性质来产生微观结构。在一个实施方案中，在体系的光反应性固定之前将缓慢反应、溶解或变形的改性剂可用于在固化形成的主体中形成不同的微观结构。例如，甘油在丙烯酸树脂中不能很好地溶解，并且可通过在甘油存在的位置引起部分固化或不固化而用作微观结构改性剂。在另一个实施方案中，诸如通过氢键、范德华力或结构构造与树脂的结构热力学相互作用的改性剂将通过修改零件在所述位置中的机械性质来在形成的主体中形成不同的微观结构。例如，可将疏水聚合物注射(作为第二组合物分配)到亲水树脂(大桶中的第一组合物)中，导致将使疏水部分(例如，甘油)卷曲的热力学力，从而产生微观结构。
为了分配多种材料，诸如反应物和/或添加剂，实施方案可包括多个打印头。图9A至图9C是具有多个打印头的示例性分配器的平面图，其中分配器可以是例如基于喷墨或压电的喷射型、注射器/泵型或其他。打印方向由箭头970指示。这些实施方案被示出为在单个分配器中一起移动的多个打印头，以便提供更大的分配覆盖区域以减少打印时间。实施方案还包括在单独的分配头中提供这些打印头，所述分配头可彼此独立地移动，诸如用于定制分配不同材料之间的时间。在本公开的实施方案中还可利用如在例如2D纸张喷墨中已知的打印头的其他配置。
图9A示出用于光栅扫描系统的分配器901(例如，图1的分配头120)，其中每个打印头911具有两个线性喷嘴阵列915。每个打印头911可分配彼此不同的材料。图9A的三个打印头911被配置成直列阵列。也就是说，打印头911之间不存在偏移，使得打印头911在分配器901移动时在同一位置上打印。图9B示出用于光栅扫描系统的打印头902，其中四个打印头被配置成交错阵列。打印头912a和912b在打印头将移动的方向上偏移每英寸点数(dpi)量920。在存在偏移的情况下，打印头的偏移和移动速度确定将材料沉积到大桶材料上之间的时间(例如，从打印头912a和打印头912b分配材料之间的时间)。分配材料之间的所述实耗时间可用于定制聚合的反应动力学，其可用于定制所生产零件的性质，诸如体素大小。图9C示出用于页宽系统的分配器903(例如，图2和图3的分配器220和320)，其中打印头913呈交错阵列。图9C的页宽配置可用于通过一次在大区域上分配材料来提高增材制造生产率。在实施方案中，基板(构建平台)具有覆盖基板的第一反应物(大桶材料)，然后通过图9A、图9B或图9C的打印头(或打印头的其他配置)在构建平台上的期望位置处分配附加反应物。不需要在所有位置处分配所述反应物。例如，如果在打印头中有两种添加剂，则可在一些位置处分配两种添加剂，而在其他位置处可分配一种或不分配添加剂。
图10A至图10H示出包括分配头和照明源的另外的配置以使得能够定制打印零件的性质和特性的实施方案。照明源也可被称为光源、固化源或固化头。照明源可以是产生用于固化光反应性聚合物材料的光的波长的任何光源。照明源的实例包括UV发光二极管(LED)系统、UV泛光灯、汞蒸气UV灯泡、UV荧光灯泡和基于投影的系统。光栅型扫描装置是指在一行中左右移动，并且然后在后续行中重复此动作从而导致来回X-Y移动的机构。页宽扫描装置是指在一个维度(例如，X方向)上具有覆盖要打印的层的整个宽度(例如，直至大桶表面的整个宽度)的宽度，并且然后在正交方向(例如，Y方向)上移动的机构。分配头和照明源的扫描速度可以是例如每秒5英寸(ips)至10ips，或10ips至40ips，或1ips至60ips。毯式装置是指覆盖要打印的层的整个区域(诸如直至大桶的整个顶表面)的固定机构。除了图10A至图10H所示的那些之外，本公开的范围也可包括打印头的其他组合。
图10A至10D示出其中分配头和照明源可彼此在相同或不同轴线上或其组合的实施方案。图10A是大桶1010的顶表面1018的平面图，其中光栅型扫描分配头1020a和光栅型扫描光源1030a在同一轴线上移动。在此实施方案中，光源1030a跟随分配头1020a，其中两者都在X方向上成一行移动，并且然后前进到下一行以再次在X方向上移动(由箭头指示的移动)。这种光栅图案持续直到分配头1020a和光源1030a已经过要打印的大桶表面1018的整个区域。在图10A中，分配头1020a和光源1030a在每一行中从右向左移动，但其他实施方案可包括在每一行中从左向右移动，或交替地在一行中从右向左和在下一行中从左向右(其中分配头1020a在每一行中都在光源1030a之前)。图10B是示出位于彼此不同的轴线上的光栅型扫描分配头1020b和页宽扫描光源1030b的平面图。分配头1020b在X方向上沿着一行移动，并且然后前进到下一行以在相反的X方向上移动。光源1030b覆盖要固化的区域的宽度，诸如在此实施方案中为大桶表面1018在X方向上的整个宽度，并且因此仅在Y方向上移动。图10C是示出页宽分配头1020c和页宽光源1030c的平面图，所述两者都沿着同一轴线移动，在此实施方案中为X轴。对于分配头1020c和光源1030c两者而言，仅需要跨大桶表面1018的一个道次，因为Y方向上的整个宽度由每个装置覆盖。图10D是示出沿着彼此不同的轴线移动的页宽分配头1020d和页宽光源1030d的平面图。分配头1020d沿着X轴移动，而页宽光源1030d沿着Y轴移动。
图10E至10H示出其中固定毯式照明源或基于投影的照明源将形状或毯式图像投影到正在打印的层上的实施方案。毯式照明源或基于投影的照明源可与扫描光栅型分配头、扫描页宽分配头或其组合结合。图10E是与固定毯式固化照明源1030e一起使用的扫描分配头1020e(其可以是光栅型或页宽型)的侧视图。照明源1030e可以是例如LED阵列或矩阵，或一个或多个UV泛光灯。从照明源1030e发射的光1032覆盖要打印的零件层的整个形状区域，诸如直至大桶1010的顶表面1018的整个区域。图10F是与投影仪1030f一起使用的扫描分配头1020f(其可以是光栅型或页宽型)的侧视图。投影仪1030f用作投影图像形状1034的基于投影的固化照明源。图像形状可以是例如覆盖打印层的一部分而不是整个打印区域的条、线或其他形状。随着分配头1020f在大桶表面1018上移动，投影仪1030f致使所投影图像1034也跟随分配头1020f一起移动。在分配头1020f是光栅型的一个实例中，图像1034可以是正方形或圆形，其具有与分配头1020f类似的区域或宽度(在垂直于扫描方向的方向上)。在分配头1020f是页宽型的另一个实例中，图像1034可以是至少与分配头1020f一样宽的条或线。
图10G是与基于投影仪的照明源1030g一起使用的扫描分配头1020g(光栅型或页宽型)的侧视图，所述基于投影仪的照明源投影覆盖在大桶1010的顶表面1018上打印的整个层的完整图像1036。在一些实施方案中，所投影图像1036可具有跨整个表面的聚合波长，其中表面上的固化由于所分配材料和大桶材料的反应(例如，光引发剂与基体树脂一起存在的位置，或存在所有聚合物反应物的位置)而选择性地发生(仅在期望的形状区域中)。在其他实施方案中，图像1036在要打印的形状区域中具有聚合波长，并且在形状区域之外具有非聚合波长。图10H是与基于投影仪的照明源1030h一起使用的扫描分配头1020h(光栅型或页宽型)的侧视图，所述基于投影仪的照明源投影仅覆盖预期固化区域的图像1038。图像1038具有聚合波长，并且是要打印的零件的横截面“切片”。因此，当在大桶1010中形成层时，图像1038根据正在打印的特定层的形状而改变。图10G至图10H的实施方案可通过减少喷射与固化之间的定时依赖性来帮助控制X-Y泄放，因为大桶材料的顶表面1018仅在预期形成层形状的位置暴露于聚合光。
总之，图10A至10H描述其中可使用扫描光栅型分配头、扫描页宽分配头、扫描光栅型固化头、扫描页宽固化头、固定毯式固化头、以在表面上移动的形状投影光的基于投影的照明源、以及投影固定图像的基于投影的照明源的各种组合的实施方案。除了影响打印速度和控制X-Y泄放之外，还可使用各种分配头和照明源配置来调整分配(例如，喷射)与固化(在特定区域上的光暴露)之间的实耗时间。图10A至图10G(以及图1至图3)的分配装置和照明装置的机械配置对实现引起层的聚合的必要能量所需的暴露持续时间有直接影响。引起聚合的期望光暴露量的范围可以是，例如对于30μm至100μm的层厚度为大约5mJ/cm2至20mJ/cm2，诸如对于50μm至100μm的层厚度为10mJ/cm2至20mJ/cm2。分配与固化之间的定时取决于分配装置和固化装置的机械配置、从分配喷射喷嘴到大桶的顶表面的间距以及喷射滴的速度(例如，大约5m/s至大约20m/s)。分配与固化之间的定时也取决于分配头扫描速度，如果使用每2D打印技术的速度，则所述扫描速度可在从例如5ips至60ips的范围内。这些因素中的全部可根据本公开定制，以实现所分配材料与大桶材料之间的期望的反应动力学。
i)照明源配置以及ii)照明源与大桶材料的顶表面之间的距离之间的定时和固化功率依赖性也可用于定制所生产零件的性质和特性。照明源配置包括固化源的功率。实施方案可旨在于整个大桶表面上的喷射与固化之间保持恒定量的时间延迟。在涉及沿着同一轴线移动的扫描页宽分配头和扫描页宽照明源(例如，光条)的一个实例(例如，图10C)中，可通过将照明源的移动速度设置为等于分配头速度来实现分配与固化之间的恒定时间延迟。照明源的功率水平然后被调制为实现期望的暴露范围。在第二实例中，页宽分配头与追逐分配头的呈条形状的投影光一起使用(例如，图10F)。在此第二实例中，固化扫描速度被设置为等于分配条速度，并且功率被调制为实现期望的暴露范围。投影光条的宽度(垂直于页宽条的长度的宽度)也是驱动功率设置的变量，以便维持分配与固化之间的恒定时间延迟。此第二实例还可应用于投影切片图像数据，诸如在图10H中，其中当光条跨表面移动时，投影光条表示切片图像的连续线性条。
在涉及毯式固化的第三实例中，如图10E或图10G所示，分配与固化之间的时间延迟将跨表面变化，因为大桶的某些部分将在其他区域之前接收所分配材料。在此实例中，X-Y泄放可跨打印层变化，并且所分配材料在Z方向上的扩散(进入大桶材料的深度)也可跨所述层变化。然而，较快的打印速度与较低的精度(分辨率)或层上不太一致的机械属性之间的权衡对于正在生产的零件而言可能是可接受的，使得毯式固化是有利的。在第四实例中，如图10D所示，在不同轴线上进行页宽分配与页宽固化也将导致分配与固化之间的实耗时间跨表面变化。与第三实例一样，以可接受的打印质量水平或机械属性作为交换的生产速度的益处可能是可接受的。从图10A至图10H的实施方案可看出，分配头和照明源的总体扫描速度可定制，并且可由所使用的固化源的类型、由固化源发射的功率、固化源相对于分配头配置的方式、以及分配头/光源与大桶材料的表面之间的距离确定。
对于作为添加剂的分配纤维(例如，碳纤维、玻璃纤维)，纤维的大小可针对递送系统的类型(喷墨喷嘴、注射器型等)而适当地设定大小。在一些实施方案中，纤维可包括在大桶材料而不是所分配材料中。在利用纤维的实施方案中，用于增材制造的基于大桶的/分配系统可与电场系统结合以在打印期间控制纤维的取向。图11A至图11B是利用电场或磁场的系统1100的等距视图。系统1100包括大桶1110、分配头1120、照明源1130和电场装置1180。分配头1120可被配置为本文所述的任何分配头。在形状区域1150中，分配头1120将第二组合物1140沉积在大桶1110中的第一组合物的表面上。照明源1130可被配置为本文所公开的任何光源。电场装置1180在大桶表面附近生成电场“E”(或磁场)，诸如被配置为可用高电压充电的另一形状的板、条或装置。所生成的电场用于影响纤维1184、1185相对于大桶的取向，其中纤维包括导电或磁性材料，诸如碳(例如，纳米管或其他同素异形体)或金属。在一些实施方案中，纤维1184、1185可由其他类型的材料(诸如玻璃、聚合物、芳族聚酰胺、纤维素、可生物降解材料、竹子、蜘蛛网或黑寡妇网)制成，其中纤维策略性地带电或带磁。整个系统中的纤维(大桶材料和/或所分配材料)可带有彼此相反的极性，或者可全部是相同的极性。
在图11A至图11B中，纤维被示出为大桶1110中的第一组合物的组分，但在其他实施方案中也可作为第二组合物1140的一部分进行分配。纤维1184处于它们自然的、无定向的状态。相比之下，响应于电场装置1180经过(在由箭头1170表示的打印方向上)并且在特定区域(例如，形状区域1150的区域中的全部或一些)中被激活，纤维1185被定向在特定方向上。因此，方法包括使用电场装置1180来在正在产生的零件的至少一部分中将纤维的取向改变为期望取向。在图11A中，电场装置1180沿着大桶1110的长度L对准，使得所生成的电场E致使纤维1185在长度L的方向上定向。在图11B中，电场装置1180沿着大桶1110的宽度W对准，使得所生成的电场E致使纤维1185在宽度W的方向上定向。图11C示出存在多于一个电场装置的实施方案。电场装置1181纵向对准，而电场装置1182横向对准，其中装置1181和1182可在不同的情况下被激活和移动，以实现纤维的期望取向(例如，以与L或W不正交的角度)。在图11A至图11C的实施方案中的任一个中，电场装置的移动可以是线性的、旋转的或其他方向。电场的极性和强度也可随着电场装置跨大桶移动而改变，以由于纤维的不同取向而在所形成零件的层中产生不同的性质。例如，电荷极性可改变，或者电场的角度和/或取向可改变。
图12示出其中使用附近液滴的动力学/运动学和/或通过液滴的化学性质使得纤维在特定方向上定向的实施方案。此类方法包括分配液滴，以在正在产生的零件的至少一部分中将纤维的取向改变为期望取向。分配可包括定制液滴大小、大桶中的分配位置、液滴速度和/或正在分配的材料。图12是大桶的顶表面的一部分的平面图，其中纤维1210a、1210b被示出为线，并且所分配液滴1220被示出为圆。纤维1210a处于它们原始的“无定向”位置，并且纤维1210b处于在此图示中是在Y方向上的期望取向。液滴1220可用于如由箭头1230所指示地改变纤维1210的取向，以与纤维1210b对准。在此实施方案中，箭头1230示出纤维1210a被拉向液滴1220(例如，朝向液滴旋转)，但是纤维也可从液滴移开。在一个实例中，所分配液滴冲击大桶中的材料的动力学/运动学可影响纤维的取向以相对于液滴冲击的位置在期望方向上改变。也就是说，由落在大桶材料上的液滴引起的大桶材料的运动可用于修改纤维的角度。在另一个实例中，降落在无定向纤维1210a附近的液滴1220的表面张力可用于使纤维朝向液滴旋转，以与纤维1210b对准。也就是说，所分配液滴在大桶材料上的存在改变了大桶材料的表面的表面张力，从而致使纤维移动。所分配材料的表面张力性质的这种使用可用作影响纤维取向的化学手段。实施方案可包括视觉捕捉设备，诸如相机1240，以针对无定向纤维对区域进行预扫描。然后此扫描信息可被传送到分配头(例如，喷射头)，使得液滴被分配在战略位置，以按照期望的方式控制纤维的取向。
实施方案还包括通过使用本文所述的实施方案中的任一个来定制打印零件的特定体素中的性质，诸如颜色、挠曲模量、强度(例如，抗张强度)和/或稳定性(例如，热、老化)。
在一些实施方案中，可在分子尺度上控制性质。例如，通过改变在打印图案的不同部分中从一滴到另一滴的光引发剂或其他所分配物质的浓度，可实现对最终零件中聚合物链的数量和长度(以及随后的固化程度)的程序控制。这种定制在3D打印中是极其期望的，因为其使得能够对打印零件的物理性质进行体素级控制，其中体素级控制可影响零件的总体性质。作为类比，单个大零件的行为与一捆小零件的行为不同。以相同的方式，材料性质的体素级控制可改变总体零件的行为，诸如在挠曲模量或抗张强度方面。
实施方案还可在微观尺度上控制性质，诸如通过经由调整单独的所分配材料滴的大小和/或调整区域中的滴数密度来控制反应物的浓度。例如，如果层中的一个区域具有高浓度的反应物而另一个区域具有低浓度的反应物，则所得的打印零件将是不均匀结构而不是均匀结构。从涉及微观结构的先进材料科学的角度来看，这可能是非常有利的，诸如通过在微观尺度上构建镶嵌或规则的物理图案。
在另一个实例中，可在逐层尺度上控制性质，从而产生具有定制性质的层压结构。将材料分配到大桶上可使得能够在打印期间模拟层压结构，其中结构由不同的材料/成分组成以控制不同的机械性质。一个示例性应用是用于个性化牙齿对准器，其当前不能通过3D打印来实现。实施方案提供了在形成所模拟的层压结构期间通过调整到大桶物质上的所分配材料的顺序和浓度来控制诸如挠曲应力松弛的性质的能力。挠曲应力松弛是牙齿对准器用例的关键机械性质，其解决了具有在负载下不随时间退化的低力的要求。可由喷射(或其他分配方法)实现的可寻址性，连同控制材料浓度的能力可有助于在所模拟层压结构(诸如牙齿对准器)的打印期间在不同位置处产生不同的挠曲模量。
宏观尺度的优点还可通过成品零件的形状和物理性质来实现，其可通过控制所分配材料与包含大桶的材料之间的总体反应来确定。
实施方案还使得具有物理挑战性的组分能够按需递送和混合到规定的反应位点。常规物理上难以递送的组分的实例为具有非常高密度的材料(例如，氧化锆或玻璃珠)，其由于倾向于下沉而难以在反应介质中均匀分散。密度比反应介质低的材料(例如聚乙烯、蜡、空心球)由于其倾向于向反应介质的上部区域聚集也难以均匀分散。这些类型的组分可使用本方法和系统来沉积在打印零件内的期望位置处。例如，胶态型材料可被分配在如图5B所述的特定区域处，其中代替改变层内的滴大小或浓度，正在沉积的分散颗粒的量可从一个区域到另一个区域变化(例如，在一些区域中没有颗粒，并且在其他区域中有一些颗粒)。可用于各种实施方案的颗粒在液体中的分散的实例包括陶瓷基质、陶瓷浆料、具有颜料的油墨或矿物。牙印模化合物是特定实例，其可包括在(甲基)丙烯酸酯树脂中高负载的材料，诸如二氧化硅或二氧化锆。
对于需要特殊微观结构或高生产速度的产品，通过使用除了小喷墨液滴之外的分配方法可实现更大的滴大小。例如，可通过沉积整个材料层而不是液滴来打印分层结构。在另一个实例中，为了打印具有微球增强结构的材料，微球材料可在基质(所分配)材料中相互分散并被分配。类似地，为了打印用短纤维增强的零件，纤维可与基质材料相互分散，然后被分配。
图13是根据一些实施方案的用于产生增材制造零件的方法的流程图1300，其中将材料分配到大桶中的另一种材料上。步骤1310涉及在大桶中提供第一组合物，其中第一组合物是具有第一粘度的液体。在步骤1320中，将构建平台放置在大桶中，所述构建平台浸没在第一组合物的顶表面下方。当形成零件的第一层时，构建平台可邻近顶表面并且恰好在其之下(例如，构建平台的上表面比顶表面低0至1000μm)，并且然后当在第一层上形成之后层时，更深地浸没到大桶中。在步骤1330中，将第二组合物分配在第一组合物的顶表面上。第二组合物具有第二粘度并且分配在根据要产生的零件的形状区域中。步骤1340涉及对顶表面进行照明以将第一组合物和第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而引起第一组合物和/或第二组合物(即，第一组合物或第二组合物中的至少一者)的聚合。在照明步骤1340之后，步骤1350可涉及将构建平台向下移动到第一组合物中，并且重复分配步骤和照明步骤以产生零件的另一个层。
对于流程图1300，在一些实施方案中，第一组合物是不含光引发剂的基体树脂，并且第二组合物包含光引发剂。在一些实施方案中，第一组合物包括硫醇或-烯，并且第二组合物相应地包括-烯或硫醇。也就是说，第一组合物包括硫醇并且第二组合物包括-烯，或者第一组合物包括-烯并且第二组合物包括硫醇。材料的其他组合可用于第一组合物和第二组合物，诸如用于第一组合物和第二组合物的各种聚合物反应物，其中添加剂可包括在第一组合物和/或第二组合物中。一些实施方案可包括将光抑制剂分配在形状区域的边界处的步骤1335，以防止固化超过期望的形状区域，并且因此提高所生产零件的尺寸精度。在一些实施方案中，第二组合物的第二粘度小于第一组合物的第一粘度。步骤1330和1335的分配可包括从打印头喷射第二组合物。
一些实施方案可涉及定制聚合的反应变量的步骤1325。例如，可定制聚合的反应变量以控制形状区域中的体素大小。聚合的反应变量可根据要产生的零件的期望性质来定制，所述反应变量选自由以下各项组成的组：第一粘度、第二粘度、第一组合物与第二组合物之间的化学亲和力以及第二组合物在第一组合物中的溶解度。聚合的反应变量可涉及基于要产生的零件的期望性质来定制分配步骤1330与照明步骤1340之间的实耗时间。步骤1325可在整个增材制造打印运行开始之前执行，或者可在打印运行期间重复，以响应于打印参数(例如，大桶材料温度、打印层的尺寸测量)的实时反馈而更新反应变量。
步骤1330的另外的实施方案可包括改变形状区域的不同部分中的第二组合物(例如，以改变反应动力学)，诸如通过改变第二粘度或第二组合物的所分配液滴速度。在一些实施方案中，步骤1330的分配包括通过改变每区域液滴密度或第二组合物的所分配液滴大小来改变形状区域的不同部分中的第二组合物的浓度(例如，以改变零件内的性质)。在一些实施方案中，步骤1330可包括在根据要产生的零件的形状区域中将第三组合物分配在第一组合物的顶表面上，其中第一组合物是用于聚合的惰性介质，并且第二组合物和第三组合物是用于聚合的反应物。在流程图1300的一些实施方案中，步骤1330的分配涉及将材料性质改性剂分配在形状区域的至少一部分中(例如，第二组合物或另一种所分配组合物中)，其中材料性质改性剂可以是增强剂、微观结构改性剂、热稳定剂、老化稳定剂或纤维。
本公开的实施方案有利地使得能够基于所分配材料的变化的位置梯度来控制零件内的机械性质，从而提供在零件内产生可变机械性质的能力。在一个实例中，可在层零件的给定几何形状上从大桶区域的一侧进展到另一侧的同时沉积增加量的光引发剂。层上的光引发剂的这种量的梯度可通过改变层上的固化程度来修改机械性质。其他成分也可以梯度方式分配，诸如改变形状区域上的所分配单体的浓度以调整机械性质。在另一个实例中，当分配头跨大桶表面移动时，单体和光引发剂两者可以不同的浓度进行分配。在各种实施方案中，在分配材料时的梯度可以是单向的，诸如从层的一侧到相对侧增大或从一侧到另一侧减小。在其他实施方案中，梯度可以是多向的，诸如跨层部分地增大并且然后减小，或者在两个或三个维度上变化(例如，X和Y而不仅是X或仅是Y，和/或在Z方向上——参见图1和图2中的坐标轴)。
又一些另外的实施方案涉及隔离大桶材料内的聚合组分中的一者，诸如通过包封或乳液，其中当暴露于外部影响(诸如光)时释放所隔离组分。在使用光引发剂作为所隔离组分的一个实例中，光引发剂被包封在分布在整个基体树脂中的壳体中。壳体可在外部影响(诸如UV光或喷射的化学品)下选择性地分解，因此释放光引发剂并允许定向固化。在这种实例中，方法涉及在大桶中提供基体树脂，其中光引发剂以包含形式存在于基体树脂中；将构建平台邻近基体树脂的顶表面放置并将其浸没在所述顶表面下方；以及对基体树脂的顶表面施加外部影响。在根据正在产生的零件的形状区域中施加外部影响，从而从其包含形式释放光引发剂，并且在暴露于具有聚合波长的光时，在施加外部影响的形状区域中使基体树脂聚合。光引发剂的包含形式可以是由壳体包封的颗粒。外部影响可涉及用UV光照明或喷射化学品。
其他实施方案包括产生可在打印零件之后发泡的产品。常规的发泡方案已在纸张上和建筑材料诸如墙板和墙纸中的涂料上实践。这些涂料材料包含化学发泡剂，诸如ADCA(偶氮二甲酰胺，CAS#123-77-3)、OBSH(4,4’-氧代双(苯磺酰肼),CAS#80-51-3)和DPT(N,N-二亚硝基五亚甲基四胺，CAS#101-25-7)。化学发泡剂在完全聚合的丙烯酸酯涂料体系(例如，纸张涂料和家用油漆)中是稳定的。然而，几乎所有商业发泡剂都会使用于UV 3D打印系统的丙烯酸酯单体和低聚物不稳定。在一些实施方案中，储存稳定性问题通过使用本文所述的方法和系统在合适的时间、在期望的位置处按需将化学发泡剂分配到大桶材料上来改进。
已详细参考了所公开的本发明的实施方案，在附图中已示出所述实施方案的一个或多个实例。每个实例均以解释本技术而非限制本技术的方式提供。事实上，尽管已参照本发明的具体实施方案来详细描述本说明书，但应理解的是，本领域的技术人员在理解前述内容之后可容易构想出这些实施方案的替代物、变化和等效物。例如，示出或描述为一个实施方案的一部分的特征可与另一个实施方案一起使用以产生又一个另外的实施方案。因此，期望本主题涵盖所附权利要求及其等效物的范围内的所有此类修改和变化。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的普通技术人员可对本发明进行这些和其他修改和改变，本发明的范围在所附权利要求中更具体地进行阐述。此外，本领域的一般技术人员应了解，前述描述仅通过举例给出，且并不意图限制本发明。

Claims (44)

1.一种产生增材制造零件的方法，所述方法包括：
在大桶中提供第一组合物，其中所述第一组合物是具有第一粘度的液体；
提供要分配的第二组合物，所述第二组合物具有第二粘度，其中用于形成要产生的零件的层的聚合组分彼此分离，并且其中所述聚合组分中的至少一者在所述第一组合物或所述第二组合物中；
将构建平台放置在所述大桶中，所述构建平台浸没在所述第一组合物的顶表面下方；
在形成所述零件的所述层期间，将所述第二组合物分配在所述第一组合物的所述顶表面上，所述第二组合物选择性地分配在根据所述要产生的零件的所述层的图案区域的形状区域中；以及
对所述顶表面进行照明以将所述第一组合物和所述第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而仅在分配所述第二组合物的所述形状区域中引起所述第一组合物或所述第二组合物中的至少一者的聚合。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合组分包括光引发剂和不含所述光引发剂的基体树脂，并且其中所述第一组合物是所述基体树脂并且所述第二组合物包括所述光引发剂。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合组分包括硫醇和-烯，并且其中所述第一组合物包括所述硫醇或所述-烯，并且所述第二组合物相应地包括所述-烯或所述硫醇。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括：将光抑制剂分配在所述形状区域的边界处。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二组合物的所述第二粘度小于所述第一组合物的所述第一粘度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述分配包括喷射。
7.如权利要求1所述的方法，其还包括：定制所述聚合的反应变量以控制所述形状区域中的体素大小。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括：根据所述要产生的零件的期望性质来定制所述聚合的反应变量，所述反应变量选自由以下各项组成的组：所述第一粘度、所述第二粘度、所述第一组合物与所述第二组合物之间的化学亲和力以及所述第二组合物在所述第一组合物中的溶解度。
9.如权利要求1所述的方法，其还包括：定制所述分配与所述照明之间的实耗时间，以基于所述要产生的零件的期望性质来定制所述聚合的反应动力学。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述分配包括：改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物，其中所述改变包括改变所述第二粘度或所述第二组合物的所分配液滴速度。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述分配包括：通过改变每区域液滴密度或所述第二组合物的所分配液滴大小来改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物的浓度。
12.如权利要求1所述的方法，其还包括：在所述形状区域中将第三组合物分配在所述第一组合物的所述顶表面上；
其中所述第一组合物是用于所述聚合的惰性介质；并且
其中所述聚合组分包括所述第二组合物和所述第三组合物。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述分配还包括：将材料性质改性剂分配在所述形状区域的至少一部分中，其中所述材料性质改性剂是增强剂、微观结构改性剂、热稳定剂、老化稳定剂或纤维。
14.一种产生增材制造零件的方法，所述方法包括：
在大桶中提供基体树脂，其中所述基体树脂具有第一粘度并且不含光引发剂；
将构建平台放置在所述大桶中，所述构建平台浸没在所述基体树脂的顶表面下方；
在形成要产生的零件的层期间，将光引发剂溶液分配在所述基体树脂的所述顶表面上，所述光引发剂溶液选择性地分配在根据所述要产生的零件的所述层的图案区域的形状区域中，其中所述光引发剂溶液具有小于所述基体树脂的所述第一粘度的第二粘度；以及
对所述顶表面进行照明以将所述光引发剂溶液和所述基体树脂暴露于具有聚合波长的光，其中所述光仅在分配所述光引发剂溶液的所述形状区域中引起聚合。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：在用所述光对所述基体树脂的所述顶表面进行照明之后：
将所述构建平台向下移动到所述基体树脂中；以及
重复所述分配和所述照明以产生所述零件的另一个层。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述第一粘度与所述第二粘度之间的差值为至少10cP。
17.如权利要求14所述的方法，其中所述分配包括：通过改变每区域液滴密度或所述光引发剂的所分配液滴大小来改变所述形状区域的不同部分中的所述光引发剂溶液的浓度。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述分配包括喷射。
19.如权利要求14所述的方法，其中所述分配还包括：将材料性质改性剂分配在所述形状区域的至少一部分中，其中所述材料性质改性剂是增强剂、微观结构改性剂、热稳定剂、老化稳定剂或纤维。
20.如权利要求14所述的方法，其中所述分配包括：调整所述形状区域的不同部分中的所述光引发剂溶液的所述第二粘度。
21.如权利要求14所述的方法，其还包括：调整所述形状区域的不同部分中的所述分配步骤与所述照明步骤之间的时间以定制所述聚合的反应动力学。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述照明将整个所述顶表面暴露于所述聚合波长。
23.一种产生增材制造零件的方法，所述方法包括：
在根据要通过增材制造产生的零件的层的形状区域中将第二组合物选择性地分配到大桶中的第一组合物的顶表面上，其中用于形成所述层的聚合组分保持彼此分离，直到所述分配为止，其中所述聚合组分中的至少一者在所述第二组合物中；以及
对所述顶表面进行照明以将所述第一组合物和所述第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而仅在所述形状区域中引起所述零件的所述层的聚合。
24.如权利要求23所述的方法，其还包括：
在所述大桶中提供构建平台，所述构建平台浸没在所述第一组合物的所述顶表面下方；
在用所述光对所述顶表面进行照明之后，将所述构建平台向下移动到所述第一组合物中；以及
重复所述分配和所述照明以产生所述零件的另一个层。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述第一组合物是不含光引发剂的基体树脂，并且所述第二组合物包括所述光引发剂。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述第二组合物具有小于所述第一组合物的第一粘度的第二粘度。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述分配包括喷射。
28.如权利要求23所述的方法，其还包括：定制所述聚合的反应变量以控制所述形状区域中的体素大小。
29.如权利要求23所述的方法，其还包括：根据所述要产生的零件的期望性质来定制所述聚合的反应变量，所述反应变量选自由以下各项组成的组：所述第一组合物的第一粘度、所述第二组合物的第二粘度、所述第一组合物与所述第二组合物之间的化学亲和力以及所述第二组合物在所述第一组合物中的溶解度。
30.如权利要求23所述的方法，其还包括：基于所述要产生的零件的期望性质来定制所述分配与所述照明之间的实耗时间。
31.如权利要求23所述的方法，其中所述分配包括：改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物，其中所述改变包括改变所述第二组合物的粘度或所述第二组合物的所分配液滴速度。
32.如权利要求23所述的方法，其中所述分配包括：通过改变每区域液滴密度或所述第二组合物的所分配液滴大小来改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物的浓度。
33.如权利要求23所述的方法，其还包括：在所述形状区域中将第三组合物分配在所述第一组合物的所述顶表面上；
其中所述第一组合物是用于所述聚合的惰性介质；并且
其中所述第二组合物和所述第三组合物是用于所述聚合的反应物。
34.如权利要求23所述的方法，其中所述照明将整个所述顶表面暴露于所述聚合波长。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述照明一次暴露整个所述顶表面。
36.一种产生增材制造零件的方法，所述方法包括：
在根据要通过增材制造产生的零件的层的形状区域中将第二组合物选择性地分配到大桶中的第一组合物的顶表面上，其中用于形成所述层的第一聚合组分在所述第一组合物中，并且用于形成所述层的第二聚合组分在所述第二组合物中；以及
对所述顶表面进行照明以将所述第一组合物和所述第二组合物暴露于具有聚合波长的光，从而仅在所述形状区域中引起所述零件的所述层的聚合。
37.如权利要求36所述的方法，其还包括：
在所述大桶中提供构建平台，所述构建平台浸没在所述第一组合物的所述顶表面下方；
在用所述光对所述顶表面进行照明之后，将所述构建平台向下移动到所述第一组合物中；以及
重复所述分配和所述照明以产生所述零件的另一个层。
38.如权利要求36所述的方法，其中所述第一组合物是不含光引发剂的基体树脂，并且所述第二组合物包括所述光引发剂。
39.如权利要求36所述的方法，其中所述分配包括喷射。
40.如权利要求36所述的方法，其还包括：基于所述要产生的零件的期望性质来定制所述分配与所述照明之间的实耗时间。
41.如权利要求36所述的方法，其中所述分配包括：改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物，其中所述改变包括改变所述第二组合物的粘度或所述第二组合物的所分配液滴速度。
42.如权利要求36所述的方法，其中所述分配包括：通过改变每区域液滴密度或所述第二组合物的所分配液滴大小来改变所述形状区域的不同部分中的所述第二组合物的浓度。
43.如权利要求36所述的方法，其中所述照明将整个所述顶表面暴露于所述聚合波长。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述照明一次暴露整个所述顶表面。
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