CN117157184A

CN117157184A - 柔性基底上的增材制造

Info

Publication number: CN117157184A
Application number: CN202280019851.3A
Authority: CN
Inventors: 威廉·柯蒂斯·斯通; 欧冀飞; 卡洛·巴雷斯; 奥古斯特·拉伯
Original assignee: Opt Industries
Current assignee: Opt Industries
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2023-12-01
Also published as: AU2022219948A1; CA3211046A1; WO2022173896A1; US20220250318A1; JP2024506343A; EP4291386A1

Abstract

本文提供用于在柔性基底上打印3D物体的系统和方法。在一些方面，柔性基底移动通过聚合物前体的槽，同时机构(例如，具有相对的带)保持与基底的外围边缘接触。本文描述的系统和方法可以具有一些优点，诸如对柔性基底的精确控制，从而允许精确打印3D制品。

Description

柔性基底上的增材制造

相关申请的交叉引用

本申请是2021年2月10日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR 3D PRINTINGON PLIABLE SUBSTRATES(用于在柔性基底上进行3D打印的系统和方法)”的美国申请第63/147,960号的临时申请(35USC 119(e))的非临时申请。这些申请的全部内容通过引用整体并入本文。

受版权保护的材料的通知

背景技术

增材制造技术，也称为3D打印，其允许制造具有复杂几何形状的成品，而这是用其它技术难以或不可能制造的。高分辨率立体光刻3D打印，特别是数字光处理(DLP)打印技术，能够实现小于100微米(μm)的打印分辨率。高分辨率3D打印允许人们生产复杂的结构，以减轻物体重量、构造超材料、实现仿生设计或简单地实现美观的表面纹理。

发明内容

尽管近来3D打印机的分辨率已经提高，但是3D打印制品的经济生产可能受到一些3D打印机的吞吐量的限制。例如，如果打印机未配置成连续生产，则吞吐量可能会受到限制。单个制品的串行或批量打印可能会产生非生产性的停机时间，例如与将打印机返回到其初始状态相关的停机时间。

本文描述的系统和方法可以通过在柔性基底上打印制品来提高3D打印的生产率，所述柔性基底例如从卷分配并移动通过聚合物前体的体积。这样的系统可以连续打印而不需要返回到初始状态。通过增加柔性基底卷的宽度可以进一步提高生产率。然而，较宽的基底在3D打印期间更容易出现下垂、弓起、翘曲、起皱或其它不一致地平坦的情况。在一方面，本文提供了用于保持用于3D打印的平坦且良好控制的柔性基底的系统和方法。

根据一个方面，提供了一种用于打印3D物体的方法。所述方法包括将辐射引导到与柔性基底相邻的聚合物前体的体积的第一位置，从而在所述基底上或邻近所述基底形成第一聚合物层，使柔性基底移动通过所述聚合物前体的体积，同时保持与所述基底的外围边缘的接触，并且将辐射引导到所述聚合物前体的体积的与所述第一位置相邻的第二位置，从而在所述第一聚合物层上形成第二聚合物层。根据一个实施例，外围边缘基本平行于基底移动的方向。根据一个实施例，柔性基底在其外围边缘处被挤夹。根据一个实施例，基底的形成有第一聚合物层的表面不与横跨基底的宽度的辊接触。

根据一个实施例，柔性基底移动到聚合物前体的体积中、弯曲并离开聚合物前体的体积。根据一个实施例，第一线性挤夹区域出现在柔性基底中的弯曲部之前，并且第二线性挤夹区域出现在柔性基底中的弯曲部之后。根据一个实施例，一系列辊引导柔性基底通过弯曲。根据一个实施例，该方法进一步包括支撑柔性基底的背侧，该背侧位于柔性基底的打印有第一聚合物层的表面的相反侧上。根据一个实施例，沿着与聚合物前体的体积接触的柔性基底的基本整个部分保持与外围边缘的接触。根据一个实施例，保持与基底的外围边缘的接触，直至第二聚合物层固化。根据一个实施例，当基底处于聚合物前体的体积中时，柔性基底处于基本恒定的张力下。

根据一个实施例，该方法进一步包括在保持与基底的外围边缘接触之前引导或定位柔性基底。根据一个实施例，该方法进一步包括使柔性基底平顺。根据一个实施例，在保持与基底的外围边缘接触之前，使柔性基底平顺。根据一个实施例，该方法进一步包括重复(c)以产生3D聚合物物体。根据一个实施例，该方法进一步包括从基底移除3D聚合物物体。根据一个实施例，该方法进一步包括切割基底。根据一个实施例，保持与外围边缘接触的机构不接触柔性基底的形成有第一聚合物层的部分。根据一个实施例，该方法进一步包括改变基底移动通过聚合物前体的方向。

根据一个实施例，基底以小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的机械精度移动通过聚合物前体。根据一个实施例，第二聚合物层以小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的逐像素精度形成在第一聚合物层上。根据一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层具有小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的厚度精度。根据一个实施例，(b)和(c)基本同时进行，使得第一聚合物层和第二聚合物层是基本连续的。根据一个实施例，(b)和(c)基本同时进行，使得第一聚合物层和第二聚合物层不是不同的层。根据一个实施例，柔性基底是弹性的。根据一个实施例，柔性基底是尼龙网。根据一种实施方式，辐射是UV光。根据一个实施例，使用数字光处理器(DLP)引导辐射。

根据一个方面，提供了一种用于打印3D物体的系统。所述系统包括：槽，所述槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；机构，所述机构被构造用以使柔性基底移动通过所述槽，同时保持与所述基底的外围边缘接触；以及数字光处理器(DLP)，所述数字光处理器被配置用以将辐射引导到聚合物前体的溶液的选定部分。根据一个实施例，该机构和数字光处理器被配置用以打印3D物体。根据一个实施例，(i)DLP在柔性基底上或邻近柔性基底创建第一聚合物层，(ii)该机构使柔性基底移动通过槽，以及(iii)DLP在第一聚合物层上创建第二聚合物层。根据一个实施例，(ii-iii)基本同时进行。根据一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层不是不同的层。

根据一个实施例，外围边缘基本平行于基底移动的方向。根据一个实施例，该机构被构造用以在柔性基底的外围边缘处挤夹该柔性基底。根据一个实施例，该机构不包括在基底的形成有第一聚合物层的表面上横跨基底的宽度的辊。根据一个实施例，该机构被构造用以将柔性基底移动到聚合物前体的体积中、弯曲柔性基底、以及移除聚合物前体的体积。根据一个实施例，第一线性挤夹区域出现在柔性基底中的弯曲部之前，并且第二线性挤夹区域出现在柔性基底中的弯曲部之后。根据一个实施例，该机构包括一系列辊以引导柔性基底通过弯曲。

根据一个实施例，该机构进一步包括在柔性基底的打印有第一聚合物层的表面的相反侧上的辊，该辊支撑柔性基底的背侧。根据一个实施例，该机构沿着柔性基底的与聚合物前体的体积接触的基本整个部分保持与外围边缘的接触。根据一个实施例，该机构保持与基底的外围边缘接触，直至第二聚合物层固化。根据一个实施例，当基底处于聚合物前体的体积中时，该机构将柔性基底置于基本恒定的张力下。根据一个实施例，该系统进一步包括引导件，该引导件被构造用以将柔性基底定位成与基底的外围边缘接触。根据一个实施例，该系统进一步包括用于使柔性基底平顺的夹持弹簧。根据一个实施例，该系统能够重复(c)以产生3D聚合物物体。根据一个实施例，该系统能够从基底上移除3D聚合物物体。根据一个实施例，该系统进一步包括被构造用以在基底离开槽之后切割基底的模块。

根据一个实施例，该机构不接触柔性基底的形成有第一聚合物层的一部分。根据一个实施例，该机构能够改变基底移动通过聚合物前体的方向。根据一个实施例，该机构能够以小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的机械精度使基底移动通过聚合物前体。根据一个实施例，第二聚合物层以小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的逐像素精度形成在第一聚合物层上。根据一个实施例，第一聚合物层和第二聚合物层具有小于约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的厚度精度。根据一个实施例，柔性基底是弹性的。根据一个实施例，柔性基底是尼龙网。根据一种实施方式，辐射是UV光。

根据一个方面，提供了一种用于打印3D物体的方法。所述方法包括引导辐射通过容纳有聚合物前体的体积的槽的透明窗，其中将所述辐射引导到邻近柔性基底的第一位置处，从而在所述基底上或邻近所述基底形成第一聚合物层，使柔性基底移动通过所述聚合物前体的体积，并且引导辐射通过透明窗到达与所述第一位置相邻的第二位置处，从而在所述第一聚合物层上形成第二聚合物层。根据一个实施例，柔性基底是尼龙网。根据一个实施例，柔性基底沿着基本整个打印路径在其背侧上被支撑。根据一个实施例，打印路径在第一位置附近开始并且在基底离开槽时结束。根据一个实施例，柔性基底由带支撑。根据一个实施例，基底的背侧背离透明窗。根据一个实施例，使用保持与基底的外围边缘接触的机构使柔性基底移动通过聚合物前体的体积。根据一个实施例，第一聚合物层对柔性基底的亲和力高于对透明窗的亲和力。根据一个实施例，透明窗被振动。根据一个实施例，透明窗具有沟槽，该沟槽允许未聚合的聚合物前体在透明窗和第一聚合物层之间流动。根据一个实施例，透明窗的温度高于或低于聚合物前体槽的温度。根据一个实施例，通过力将一定量的聚合物前体引导向透明窗。

根据一个方面，提供了一种用于打印3D物体的系统。所述系统包括：具有透明窗的槽，所述槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；机构，所述机构被构造用以使柔性基底在透明窗旁边移动通过所述槽；以及数字光处理器(DLP)，所述数字光处理器被配置用以引导辐射通过所述透明窗到达聚合物前体的溶液的选定部分处。根据一个实施例，柔性基底是尼龙网。根据一个实施例，该机构沿着基本整个打印路径在其背侧支撑柔性基底。根据一个实施例，打印路径在第一位置附近开始并且在基底离开槽时结束。根据一个实施例，柔性基底由带支撑。根据一个实施例，基底的背侧背离透明窗。根据一个实施例，第一聚合物层对柔性基底的亲和力高于对透明窗的亲和力。根据一个实施例，透明窗能够被振动。根据一个实施例，透明窗具有沟槽，该沟槽允许未聚合的聚合物前体在透明窗和第一聚合物层之间流动。根据一个实施例，透明窗的温度高于或低于聚合物前体的槽的温度。根据一个实施例，该系统进一步包括喷嘴，该喷嘴能够将一定量的聚合物前体引导到透明窗。

应当理解的是，前述概念和下面更详细讨论的附加概念的所有组合(假设这些概念不相互矛盾)被认为是本文公开的发明主题的一部分。具体地，本公开内容内的主题的所有组合被认为是本文公开的发明主题的一部分。

下面详细讨论这些示例性方面和示例的其它方面、示例以及优点。此外，应当理解的是，前面的信息和下面的详细描述仅仅是各个方面和示例的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和示例的性质和特征的概述或框架。本文公开的任何示例可以以与本文公开的目的、目标和需要中的至少一个一致的任何方式与任何其它示例相组合，并且引用“示例”、“一些示例”、“替代示例”、“各种示例”、“一个示例”、“至少一个示例”、“这个示例和其它示例”等不一定是相互排斥的，并且旨在指示结合该示例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个示例中。本文中这些术语的出现不一定都指同一示例。

附图说明

专利或申请文件包含至少一幅彩色附图。专利局将根据请求并在请求方支付了必要的费用时提供带有彩色附图的本专利或专利申请出版物的副本。

图1示出了在柔性基底上打印3D物体的示例。

图2示出了在柔性基底上打印3D物体的一些控制点的示例。

图3示出了挤夹柔性基底的外围边缘的示例。

图4示出了本文描述的用于使柔性基底移动通过一系列处理模块的系统和方法的示例。

图5示出了本文描述的系统和方法的实施例的侧视图的示例。

图6示出了本文描述的系统和方法的实施例的俯视图的示例。

图7示出了本文所述的具有支撑带的系统和方法的实施例的俯视图的示例。

图8示出了本文描述的系统和方法的实施例的比例图的示例。

图9示出了当柔性基底从卷分配时用于在柔性基底上保持相对恒定的张力的系统的示例。

图10示出了用于平顺、引导和/或张紧柔性基底的机构准备在其上进行3D打印的示例。

图11示出了用于平顺、引导和/或张紧柔性基底的机构的比例图的示例。

图12示出了本文描述的系统在被构造用以容纳聚合物前体的体积的槽中的外壳的示例。

图13示出了本公开的用于通过透明窗进行打印的系统的示例。

图14示出了本公开的用于通过透明窗进行打印的系统的示例。

具体实施方式

增材制造技术，也称为3D打印，是一种利用仪器来制造具有复杂几何形状的成品“增材”产品的制造方法，这些产品很难或不可能用其它传统制造方法诸如模制(注塑成型和转移模塑等)和减材制造(激光切割和铣削等)来制造。增材制造方法比传统方法具有广泛的优势。首先，它可以制造具有高度复杂形状和内部晶格结构的零件。其次，它产生的废物很少，原材料利用率高，特别是与铣削等减材制造相比。第三，它可以实现快速生产，交货时间短，模具成本低。这一点尤其有利，特别是与需要在使用模具制造所需部件之前制造模具的模制方法相比时。第四，它可以按需制造少量零件，而无需事先准备昂贵的模具。它还可以基于制造的零件评估来轻松进行修改，并且对于原型制作非常有用。总体而言，增材制造方法在许多方面比传统制造实践具有广泛的优势。

增材制造方法可以基于所使用的材料或技术来分类。用于打印的材料选择包括但不限于热塑性和热固性聚合物、光聚合物(确切地说是光单体/低聚物)、金属、陶瓷、(水)凝胶、浆料、沙子、复合材料等。常见的3D打印方法包括熔融沉积建模(FDM，也称为FFF，熔丝制造)、数字光处理(DLP)、立体光刻(SLA)、选择性激光烧结(SLS)、定向能量沉积(DED)、直接墨水写入(DIW)和粘合剂喷射(BJ)。FDM/FFF、SLS和SLA/DLP是迄今为止最流行的三种主要打印技术，并且在全球范围内不断研究和开发。

用于增材制造的材料可以利用多种聚合技术来产生具有最终用途应用所需的材料性能特性的3D制品。这些聚合反应通常用指向聚合物前体的溶液的部分的UV辐射引发。这里，辐射可以被引导(即，作为图像)到靠近柔性基底的溶液体积的表面上，使得聚合物层沉积在基底上。然后可以将基底进一步移动到溶液中，聚合物前体的薄层可以流动以覆盖第一聚合物层，并且可以开始第二聚合以将第二聚合物层打印到第一层上。可以重复此过程来打印3D物体。

DLP和SLA是适合于执行本文描述的系统和方法的3D打印技术。SLA和DLP 3D打印机在光投射到能够UV固化的聚合物树脂上的方式方面可能有所不同。早期的打印机通常使用基于激光系统的SLA，该系统会四处移动以逐个像素地固化目标区域。然而，DLP可以一次固化一整层。DLP 3D打印机可以使用数字投影仪屏幕在整个平台上闪烁一层图像，同时固化同一层中的所有点。光可以在数字微镜器件(DMD)上反射，该器件是一种动态掩模，由以矩阵形式布置在半导体芯片上的微型镜子组成。快速切换透镜之间的这些微小镜子，将光引导到树脂上，可以定义液体树脂在给定层内固化的坐标。由于投影仪是数字屏幕，因此每一层的图像均由方形像素组成，从而形成由称为体素的小矩形立方体形成的三维层。这可以使DLP成为最快的3D打印技术之一。它的其它优点包括但不限于相对较低的成本、多种打印聚合物选择、高的打印分辨率并且易于操作。

DLP可以具有多种用于打印的聚合物和复合材料，包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯官能聚合物。DLP增材制造行业中使用的能够UV固化的配方可以包括烯属和/或乙烯基官能(即双键)低聚物和单体(例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、乙烯基醚、碳酸乙烯酯)、稀释剂、扩链剂、光引发剂和添加剂。低聚物和单体可以在聚合时为最终产品提供机械性能。稀释剂用于降低整体配方粘度，以便于加工和处理。稀释剂可以是反应性的并且可以掺入到成品制品的聚合物基质中。光引发剂在暴露于光化辐射时可以形成自由基(例如，通过光引发剂分子的光解降解)。然后自由基可以引发并与低聚物和单体的乙烯基部分一起传播，以形成基于乙烯基的交联聚合物。添加剂可以包括但不限于颜料、染料、UV吸收剂、受阻胺光稳定剂和填料。添加剂可以用于赋予有用的特性，诸如颜色、储存稳定性、改进的使用寿命性能、更高的UV稳定性等。

在柔性基底上打印

在一方面，本文提供了一种用于打印3D物体的方法。参考图1，该方法可以包括将辐射100引导到聚合物前体的体积102的第一位置处。该位置可以邻近移动通过聚合物前体槽的柔性基底104。辐射可以在接触(并且有时邻近)辐射的地方使聚合物前体聚合，从而在基底上或邻近基底形成第一聚合物层106。请注意，图1是不按比例绘制的示意图(例如，辐射被引导的位置可以被精细地控制并被引导到聚合前体槽的相对较小的区域，即，以制造具有精细特征的物体)。

继续图1，该方法可以包括使柔性基底移动108通过聚合物前体的体积，同时保持与该基底的外围边缘110接触。可以将辐射引导到聚合物前体的体积的与第一位置相邻的第二位置，从而在第一聚合物层上形成第二聚合物层。3D物体可以通过这种方式增材制造(即，将连续的聚合物层以由辐射暴露区域确定的形状聚合到彼此上)。

在一方面，本文提供了用于精确控制柔性基底的移动(例如，以便精确地打印3D制品)的系统和方法。如图2所示，可以控制基底进入溶液的角度200。然后该基底可以弯曲以改变方向并离开溶液。可以精确控制该基底的运动，以便打印精确厚度的聚合物层。此外，例如在柔性基底从聚合物前体槽退出之前、退出期间和整个退出过程中，可以控制202基底位置和张力。本文描述的机构可以保持与柔性基底的外围边缘的接触(例如，挤夹)，例如以便控制返回半径204并保持该基底的完全控制和定位。

图3是示出在其外围边缘处被挤夹的柔性基底的侧视图。外围边缘可以基本平行于基底移动通过槽的方向。这里，柔性基底300在第一相对的挤夹点302和第二相对的挤夹点304之间被挤夹，该第一相对的挤夹点302和第二相对的挤夹点304可以与柔性基底一起移动并保持与该柔性基底的接触。

柔性基底可以移动到聚合物前体的体积中、弯曲并退出聚合物前体的体积。基底方向的改变可能特别难以实现，这是因为打印制品位于表面上，因此辊不能在具有打印制品的基底一侧上横跨该基底。如本文所述，可以通过在保持然后释放基底的机构中沿其边缘挤夹基底来解决这一挑战，如此处所示的那样。在一些情况下，基底的其上形成有第一聚合物层的表面不与横跨基底宽度的辊接触。3D打印部件附接在基底的顶表面，因此使用辊引导基底可能会压平或损坏3D打印的物体。因此，可以挤夹柔性基底的边缘，而不会损坏3D打印物体。在一些情况下，保持与外围边缘接触的机构不接触柔性基底的其上形成有第一聚合物层的一部分。

这样的系统可以与任何长度的柔性介质一起使用，包括柔性基底的环形环。该系统可以限制介质的自由度。挤夹和释放机构可以以任何角度使柔性基底弯曲，例如从0度到180度。

在基底直线移动的区域中打印树脂并进行初始固化(例如，使得3D物体不变形)可能是有利的。在一些情况下，打印过程中基底会相对于树脂表面以45度角移动。除其它优点外，恒定角度有助于将打印对象表示为一系列平面切片(例如，在用于控制3D打印机的数字渲染期间)。在一些情况下，第一线性挤夹区域出现在柔性基底中的弯曲部之前。第二线性挤夹区域可以出现在柔性基底中的弯曲部之后(当3D物体离开树脂时)。一系列辊可以引导柔性基底通过线性挤夹区域之间的弯曲部。可以支撑柔性基底的背侧(例如，其位于柔性基底的其上打印有聚合物层的表面的相反侧)。可以沿着与聚合物前体的体积接触的柔性基底的基本整个部分保持与外围边缘的接触。在一些情况下，保持与基底的外围边缘的接触，直至第二聚合物层固化。

多个弯曲部可以链接在一起以形成更复杂的流动路径，如图4所示。柔性基底400可以移动通过一系列能够执行各种功能的模块。在不设限的情况下，这些功能可以包括初始3D打印以形成制品402、清洗制品404、制品406的二次固化、或制品的表面涂覆。

本文描述的系统和方法可以具有许多优点。例如，感测或监视基底的位置可以变得不那么重要或者甚至不必要，因为挤夹和驱动机构的位置可以是已知的并且与基底牢固地耦合。基底的移动方向可以反转。可以控制并可能调整基底进入和通过打印区域的进入角度。可以控制基底中的张力以及返回半径，这可以减少打印制品在打印时的变形。

附图更详细地示出了本文描述的系统和方法的各种示例实施方式。例如，图5示出了实施例的侧视图，其未按比例绘制。基底500可以在夹持带502和正时控制带504之间进给。一系列辊506控制带的移动(即，但不接触柔性基底的打印侧)。示出了打印层508，其中基底进入单体前体的溶液。一系列后弯曲辊510可以改变基底的方向以离开聚合物前体。请注意，后弯曲辊不横跨基底的宽度，因为打印制品位于柔性基底的顶表面上。

图6示出了本文描述的系统和方法的实施例的俯视图。这里，柔性基底600可以沿着其外围边缘被挤夹在夹持带602和正时控制带604之间。后弯曲辊606可以用于改变柔性基底的方向而不横跨打印表面。

如图7所示，柔性基底的背部可以用支撑带700支撑。该支撑带可以与夹持带、正时控制带和/或后弯曲辊机构配合来改变角度。

图8示出了本文描述的系统的实施例的比例图。传送系统可包含宽传送带800、薄夹持带或辊802、张紧系统804和支撑导向板。该传送系统可以在处理柔性基底时提供高水平的准确度和精确度。可以提供准确度和精确度的设计的一些特征包括支撑柔性基底806的宽传送带。通过控制传送板运行几何形状，柔性基底可以跟随。在一些情况下，在打印期间，传送带的对准不会左右移动。宽传送带可以具有内置于带和辊中的引导几何结构，其保持带对准。传送带可以围绕两个惰轮运行，当施加适当的张力804时，这两个惰轮形成横跨打印区域的平坦平面。运行板可以进一步帮助形成平坦平面。传送带位置可以由马达808控制，例如利用反馈控制。传送带可以有适当的张力，以防止向驱动辊打滑。该带可以具有齿和/或传感器以进一步提高系统的准确度和精确度的可靠性。传送系统可以利用薄夹持带或辊802在边缘上捕获柔性基底806。薄夹持带或辊可以与传送带一起移动。此动作可以夹持皮带以防止任何打滑。柔性基底可以在传送带上从一开始就受到控制并横跨打印区域。夹持带或辊的位置可以使夹持力最大化，但不会扭曲打印区域。

在一些情况下，柔性基底从卷被馈送到系统中。如图9所示，系统可以包括用于将基底保持在恒定的张力下的机构900，例如当基底的卷902的半径减小时。这样的系统可以允许弹性基底用于3D打印。

还可以使用额外的机构来张紧、引导和/或平顺基底，以便沿着其外围边缘夹持并进行3D打印。如图10所示，柔性基底1000可以被引导通过基底引导件1002，该基底引导件1002可以具有由夹持弹簧1004施加的可调节张力。然后该基底可以被夹持在夹持带1006和支撑带1008之间，并行进通过打印区域1010以打印3D制品1012。图11中示出了三维图，其中与图10相比，相同的附图标记表示相同的元件。该特征可以帮助防止柔性基底的起皱和/或横向移动。

本文描述的系统可以在被构造用以容纳聚合物前体的体积的槽内或邻近该槽使用。图12示出了槽1200的侧面，用于夹持带和支撑带的辊1202可以安装在该侧面上。底部(未示出)可以保留聚合物前体的体积。

柔性基底可以是任何合适的材料，诸如尼龙、聚丙烯或聚乙烯。柔性基底可以是连续的片材或网状物，通常很薄。柔性基底可以是刚性的或弹性的。被引导到靠近柔性基底的聚合物前体上的辐射通常是UV光(例如，使用数字光处理器(DLP)发射)。

3D制品可以被打印为一系列层。即，后续的聚合物前体层可以聚合在较早的层上。3D物体的形状可以通过改变层的大小、形状和位置来创建。基底可以在层的打印之间以不连续的方式前进(例如，在层的打印期间，基底基本静止)。然而，在一些实施例中，基底在辐射被引导到树脂上的基本同时和/或在树脂被固化的同时前进。例如，3D物体可能不会打印为一系列层。

3D制品和/或柔性基底可以在打印之前或之后经历任何合适的处理步骤。例如，可以清洗基底和/或3D制品(例如，以移除未固化的树脂)。3D制品可以在打印后进一步固化(例如，通过加热)。该方法进一步可以包括从基底移除3D聚合物物体。在一些情况下，基底被切割。

本文描述的系统和方法可以用于以高精度控制柔性基底的移动。这种精度对于打印具有受控厚度的3D物体层来说是有利的，这可以整体提高打印物体的分辨率。例如，基底可以以小于(即，更精确)约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的机械精度移动通过聚合物前体。第二聚合物层可以以小于(即，更精确)约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的逐像素精度形成在第一聚合物层上。第一聚合物层和第二聚合物层可具有小于(即，更精确)约100、小于约50、小于约30、小于约20或小于约10微米(μm)的厚度精度。

打印系统

在另一方面，本文提供了一种用于打印3D物体的系统。该系统可以包括：槽，所述槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；机构，所述机构被构造用以使柔性基底移动通过该槽，同时保持与基底的外围边缘接触；以及数字光处理器(DLP)，所述数字光处理器被配置用以将辐射引导到聚合物前体的溶液的选定部分处。

该机构和数字光处理器可以被配置用以打印3D物体。例如，DLP在柔性基底上或邻近柔性基底创建第一聚合物层，该机构使柔性基底移动通过槽，并且DLP在第一聚合物层上创建第二聚合物层。聚合物层的产生和柔性基底的移动可以基本同时进行。在一些情况下，第一聚合物层和第二聚合物层不是不同的层。

外围边缘可以基本平行于基底移动的方向。该机构可以被构造用以在柔性基底的外围边缘处挤夹该柔性基底。在一些情况下，该机构不包括在基底的形成有第一聚合物层的表面上横跨该基底的宽度的辊。该机构可以被构造用以将柔性基底移动到聚合物前体的体积中、弯曲柔性基底、以及移除聚合物前体的体积。

该机构可以包括一系列辊以引导柔性基底通过所述弯曲。该机构可以进一步包括在柔性基底的其上打印有第一聚合物层的表面的相反侧上的辊，该辊支撑柔性基底的背侧。该机构可以沿着与聚合物前体的体积接触的、柔性基底的基本整个部分保持与外围边缘的接触。该机构可以保持与基底的外围边缘接触，直至第二聚合物层固化。

在一些情况下，当基底处于聚合物前体的体积中时，该机构将柔性基底置于基本恒定的张力下。该系统可以进一步包括引导件，该引导件被构造用以将该柔性基底定位成与基底的外围边缘接触。该系统可以进一步包括用于使柔性基底平顺的夹持弹簧。在一些情况下，该机构不接触柔性基底的其上形成有第一聚合物层的一部分。该机构能够改变基底移动通过聚合物前体的方向。

本文描述的系统和方法可以在各种打印架构中执行。在一些情况下，DLP将光引导到聚合物前体的体积的敞开表面上(例如，如图1所示)。这种方法具有若干优点，但在一些情况下，这种方法受到粘性聚合物前体的溶液流过先前打印层(即，在其可以打印到第二层之前)所需的时间的限制。在一些情况下，当DLP引导光通过透明窗以接触聚合物前体的溶液时，溶液回流速度更快。

图13和图14示出了用于通过透明窗进行打印的本公开的实施例。其中相似的附图标记表示相似的元件，数字光处理器1300可以将辐射通过透明窗1302引导到柔性基底1306附近的聚合物前体1304上。在柔性基底移动通过聚合物前体时，柔性基底可以在其外围边缘处被挤夹并在其背侧1308上用带支撑。打印制品1310可以最初在辐射照射聚合物前体的点处形成，并在柔性基底上离开槽。

通过透明窗进行3D打印的一个潜在缺点可能是打印制品与透明窗之间的吸力。这些力可能会损坏或破坏打印制品。在一些情况下，打印制品对柔性基底的亲和力比对透明窗的亲和力更大。

可以采用各种策略来促进打印制品和透明窗之间的聚合物前体的回流。例如，可以振动透明窗或者可以将溶液射流引向透明窗。透明窗可以具有沟槽，溶液可以流过该沟槽。此外，透明窗的温度可以高于或低于溶液的温度(例如，使得溶液在窗口处粘度较小和/或使得聚合度在窗口处较低)。

透明窗可以位于聚合物前体的槽的底部。具有透明窗的实施例可以利用本文描述的机构来控制柔性基底的移动。柔性基底可以在其边缘处被挤夹并由该基底的与打印制品的一侧相反的一侧上的带支撑。

在另一方面，本文提供了一种用于通过透明窗将3D物体打印到柔性基底上的方法。该方法可以包括引导辐射通过容纳有聚合物前体的体积的槽的透明窗，其中辐射被引导到邻近柔性基底的第一位置，从而在基底上或邻近基底形成第一聚合物层；移动柔性基底通过聚合物前体的体积；以及将辐射通过透明窗引导到与第一位置相邻的第二位置处，从而在第一聚合物层上形成第二聚合物层。

在另一方面，本文提供了一种用于打印3D物体的系统。该系统可以包括：具有透明窗的槽，该槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；机构，该机构被构造用以使柔性基底靠近透明窗移动通过所述槽；以及数字光处理器(DLP)，该数字光处理器被配置用以引导辐射通过透明窗到达聚合物前体的溶液的选定部分处。

柔性基底可以沿着基本整个打印路径在其背侧上被支撑。该打印路径可以在第一位置附近开始并在基底离开槽时结束。基底的背侧可以背离透明窗。

第一聚合物层对柔性基底的亲和力可以大于对透明窗的亲和力。在一些情况下，透明窗被振动。透明窗可以具有沟槽，该沟槽允许未聚合的聚合物前体在透明窗和第一聚合物层之间流动。透明窗的温度可以高于或低于聚合物前体槽的温度。可以通过力将聚合物前体引导向透明窗。

此外，应当理解的是，一个或多个3D打印系统可用于实施本文描述的方法。例如，一些实施例可以与2019年8月27日提交的美国专利申请序列号16/552,382中描述的一个或多个系统结合使用，该专利申请以其全部内容并入本文。然而，应当理解的是，其它打印机方法和系统可以与本文描述的实施例一起使用。

要打印的制品的几何形状可以以任何合适的文件结构数字地表示(例如，用于控制3D打印机)。这样的系统可以包括将几何形状切片成多个层，例如，如2021年3月24日提交的美国专利申请序列号17/211,603中所描述的，该专利申请以其全部内容并入本文。这样的系统、方法和文件格式可适用于打印微结构。

上述实施例可以以多种方式中的任一种来实现。例如，可以使用硬件、软件或它们的组合来实现实施例。当以软件实现时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是在单个计算机中提供还是分布在多个计算机中。应当理解的是，执行上述功能的任何组件或组件的集合可以一般地被认为是控制上述功能的一个或多个控制器。该一个或多个控制器可以以多种方式实施，例如利用专用硬件或利用使用微代码或软件编程的一个或多个处理器来执行上述功能。

在这方面，应当理解的是，本发明的实施例的一种实施方式包括至少一个非暂时性计算机可读存储介质(例如，计算机存储器、便携式存储器、光盘等)，该至少一个非暂时性计算机可读存储介质用计算机程序(即，多个指令)编码，当在处理器上执行时，该计算机程序执行本发明实施例的上述功能。计算机可读存储介质可以是能够运输的，使得存储在其上的程序可以加载到任何计算机资源上以实现本文所讨论的本发明的各方面。另外，应当理解的是，对于在被执行时执行上述功能的计算机程序的引用不限于在主计算机上运行的应用程序。相反，术语计算机程序在本文中以一般意义使用，以指代可以用来对处理器进行编程以实现本发明的上述方面的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。

本发明的各个方面可以单独使用、组合使用或者以在前面描述的实施例中没有具体讨论的各种布置来使用，并且因此在它们的应用中不限于所阐述的组件的细节和布置。在前面的描述中或在附图中示出。例如，一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其它实施例中描述的方面组合。

此外，本发明的实施例可以被实现为一种或多种方法，已经提供了其示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造其中以与所示顺序不同的顺序执行动作的实施例，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作也是如此。

在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修改权利要求要素本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、领先或顺序或方法动作执行的时间顺序。这些术语仅用作标签来区分具有特定名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一要素(但用于序数术语)。

本文中使用的措辞和术语是为了描述的目的并且不应被视为限制。“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项目和附加项目。

已经详细描述了本发明的几个实施例，本领域技术人员将容易想到各种修改和改进。这些修改和改进旨在落入本发明的精神和范围之内。因此，前面的描述仅是示例性的，而不是限制性的。本发明仅由所附权利要求及其等同物所限定。

Claims

1.一种打印3D物体的方法，所述方法包括：

a.将辐射引导到与柔性基底相邻的聚合物前体的体积的第一位置处，从而在所述基底上或邻近所述基底形成第一聚合物层；

b.使柔性基底移动通过所述聚合物前体的体积，同时保持与所述基底的外围边缘接触；和

c.将辐射引导到所述聚合物前体的体积的与所述第一位置相邻的第二位置处，从而在所述第一聚合物层上形成第二聚合物层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外围边缘基本平行于所述基底移动的方向。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性基底在其外围边缘处被挤夹。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底的形成有所述第一聚合物层的表面不与横跨所述基底的宽度的辊接触。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性基底移动到所述聚合物前体的体积中、弯曲并离开所述聚合物前体的体积。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一线性挤夹区域出现在所述柔性基底中的弯曲部之前，并且第二线性挤夹区域出现在所述柔性基底中的所述弯曲部之后。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，一系列辊引导所述柔性基底通过所述弯曲。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括支撑所述柔性基底的背侧，所述背侧位于所述柔性基底的打印有所述第一聚合物层的表面的相反侧上。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，沿着所述柔性基底的与所述聚合物前体的体积接触的基本整个部分保持与所述外围边缘的接触。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，保持与所述基底的所述外围边缘的接触，直至所述第二聚合物层固化。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述基底处于所述聚合物前体的体积中时，所述柔性基底处于基本恒定的张力下。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在保持与所述基底的外围边缘的接触之前，引导或定位所述柔性基底。

13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使所述柔性基底平顺。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，在保持与所述基底的外围边缘的接触之前，使所述柔性基底平顺。

15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括重复(c)以产生3D聚合物物体。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括从所述基底移除所述3D聚合物物体。

17.根据权利要求1所述的方法，进一步包括切割所述基底。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，保持与所述外围边缘接触的机构不接触所述柔性基底的形成有所述第一聚合物层的部分。

19.根据权利要求1所述的方法，进一步包括改变所述基底移动通过所述聚合物前体的方向。

20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基底以小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的机械精度移动通过所述聚合物前体。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二聚合物层以小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的逐像素精度形成在所述第一聚合物层上。

22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一聚合物层和第二聚合物层具有小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的厚度精度。

23.根据权利要求1所述的方法，其中，(b)和(c)基本同时进行，使得所述第一聚合物层和所述第二聚合物层是基本连续的。

24.根据权利要求1所述的方法，其中，(b)和(c)基本同时进行，使得所述第一聚合物层和所述第二聚合物层不是不同的层。

25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性基底是弹性的。

26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柔性基底是尼龙网。

27.根据权利要求1所述的方法，其中，所述辐射是UV光。

28.根据权利要求1所述的方法，其中，使用数字光处理器(DLP)来引导所述辐射。

29.一种用于打印3D物体的系统，所述系统包括：

a.槽，所述槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；

b.机构，所述机构被构造用以使柔性基底移动通过所述槽，同时保持与所述基底的外围边缘接触；和

c.数字光处理器(DLP)，所述数字光处理器被配置用以将辐射引导到所述聚合物前体的溶液的选定部分处。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构和所述数字光处理器被配置用以打印3D物体。

31.根据权利要求30所述的系统，其中，(i)所述DLP在所述柔性基底上或邻近所述柔性基底产生第一聚合物层，(ii)所述机构使所述柔性基底移动通过所述槽，以及(iii)所述DLP产生位于所述第一聚合物层上的第二聚合物层。

32.根据权利要求31所述的系统，其中，(ii-iii)基本同时执行。

33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层不是不同的层。

34.根据权利要求29所述的系统，其中，所述外围边缘基本平行于所述基底移动的方向。

35.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构被构造用以在所述柔性基底的外围边缘处挤夹所述柔性基底。

36.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构不包括在所述基底的形成有所述第一聚合物层的表面上横跨所述基底的宽度的辊。

37.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构被构造用以将所述柔性基底移动到所述聚合物前体的体积中、弯曲所述柔性基底、以及移除所述聚合物前体的体积。

38.根据权利要求37所述的系统，其中，第一线性挤夹区域出现在所述柔性基底中的弯曲部之前，并且第二线性挤夹区域出现在所述柔性基底中的所述弯曲部之后。

39.根据权利要求37所述的系统，其中，所述机构包括一系列辊以引导所述柔性基底通过所述弯曲。

40.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构进一步包括在所述柔性基底的打印有所述第一聚合物层的表面的相反侧上的辊，所述辊支撑所述柔性基底的背侧。

41.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构沿着所述柔性基底的与所述聚合物前体的体积接触的基本整个部分保持与所述外围边缘的接触。

42.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构保持与所述基底的外围边缘接触，直至所述第二聚合物层固化。

43.根据权利要求29所述的系统，其中，当所述基底处于所述聚合物前体的体积中时，所述机构将所述柔性基底置于基本恒定的张力下。

44.根据权利要求29所述的系统，进一步包括引导件，所述引导件被构造用以定位所述柔性基底，以与所述基底的外围边缘接触。

45.根据权利要求29所述的系统，进一步包括夹持弹簧，所述夹持弹簧用于使所述柔性基底平顺。

46.根据权利要求29所述的系统，其中，所述系统能够重复(c)以产生3D聚合物物体。

47.根据权利要求46所述的系统，其中，所述系统能够从所述基底移除所述3D聚合物物体。

48.根据权利要求29所述的系统，其中，所述系统进一步包括被构造用以在所述基底离开所述槽之后切割所述基底的模块。

49.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构不接触所述柔性基底的形成有所述第一聚合物层的部分。

50.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构能够改变所述基底移动通过所述聚合物前体的方向。

51.根据权利要求29所述的系统，其中，所述机构能够以小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的机械精度使所述基底移动通过所述聚合物前体。

52.根据权利要求29所述的系统，其中，所述第二聚合物层以小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的逐像素精度形成在所述第一聚合物层上。

53.根据权利要求29所述的系统，其中，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层具有小于约100微米(μm)、小于约50微米、小于约30微米、小于约20微米或小于约10微米的厚度精度。

54.根据权利要求29所述的方法，其中，所述柔性基底是弹性的。

55.根据权利要求29所述的方法，其中，所述柔性基底是尼龙网。

56.根据权利要求29所述的方法，其中，所述辐射是UV光。

57.一种用于打印3D物体的方法，所述方法包括：

a.引导辐射通过槽的透明窗，所述槽容纳有聚合物前体的体积，其中所述辐射被引导到与柔性基底相邻的第一位置处，从而在所述基底上或邻近所述基底形成第一聚合物层；

b.使所述柔性基底移动通过所述聚合物前体的体积；和

c.将辐射通过所述透明窗引导到与所述第一位置相邻的第二位置处，从而在所述第一聚合物层上形成第二聚合物层。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述柔性基底是尼龙网。

59.根据权利要求57所述的方法，其中，所述柔性基底沿着基本整个打印路径在其背侧上被支撑。

60.根据权利要求59所述的方法，其中，所述打印路径在所述第一位置附近开始，并且在所述基底离开所述槽时结束。

61.根据权利要求59所述的方法，其中，所述柔性基底由带支撑。

62.根据权利要求57所述的方法，其中，所述基底的背侧背离所述透明窗。

63.根据权利要求57所述的方法，其中，使用保持与所述基底的外围边缘接触的机构使所述柔性基底移动通过所述聚合物前体的体积。

64.根据权利要求57所述的方法，其中，所述第一聚合物层对所述柔性基底的亲和力高于对所述透明窗的亲和力。

65.根据权利要求57所述的方法，其中，所述透明窗被振动。

66.根据权利要求57所述的方法，其中，所述透明窗具有沟槽，所述沟槽允许未聚合的聚合物前体在所述透明窗与所述第一聚合物层之间流动。

67.根据权利要求57所述的方法，其中，所述透明窗的温度高于或低于聚合物前体的所述槽的温度。

68.根据权利要求57所述的方法，其中，通过力将一定量的聚合物前体引导向所述透明窗。

69.一种用于打印3D物体的系统，所述方法包括：

a.槽，所述槽具有透明窗，所述槽被构造用以将聚合物前体的溶液保持在基本恒定的水平；

b.机构，所述机构被构造用以将柔性基底靠近所述透明窗移动通过所述槽；和

c.数字光处理器(DLP)，所述数字光处理器被配置用以引导辐射通过所述透明窗到达所述聚合物前体的溶液的选定部分处。

70.根据权利要求69所述的系统，其中，所述柔性基底是尼龙网。

71.根据权利要求69所述的系统，其中，所述机构沿着基本整个打印路径在所述柔性基底的背侧上支撑所述柔性基底。

72.根据权利要求71所述的系统，其中，所述打印路径在所述第一位置附近开始，并且在所述基底离开所述槽时结束。

73.根据权利要求71所述的系统，其中，所述柔性基底由带支撑。

74.根据权利要求71所述的系统，其中，所述基底的背侧背离所述透明窗。

75.根据权利要求69所述的系统，其中，所述第一聚合物层对所述柔性基底的亲和力高于对所述透明窗的亲和力。

76.根据权利要求69所述的系统，其中，所述透明窗能够被振动。

77.根据权利要求69所述的系统，其中，所述透明窗具有沟槽，所述沟槽允许未聚合的聚合物前体在所述透明窗与所述第一聚合物层之间流动。

78.根据权利要求69所述的系统，其中，所述透明窗的温度高于或低于聚合物前体的所述槽的温度。

79.根据权利要求69所述的系统，其中，所述系统进一步包括喷嘴，所述喷嘴能够将一定量的聚合物前体引导向所述透明窗。