ES2667676T3 - Método y aparato para fabricación tridimensional - Google Patents

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ES2667676T3
ES2667676T3 ES14706222.8T ES14706222T ES2667676T3 ES 2667676 T3 ES2667676 T3 ES 2667676T3 ES 14706222 T ES14706222 T ES 14706222T ES 2667676 T3 ES2667676 T3 ES 2667676T3
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Joseph M. Desimone
Alexander ERMOSHKIN
Edward T. Samulski
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Abstract

Un método de formación de un objeto tridimensional, que comprende las etapas de: (a) proporcionar un portador y una placa de construcción, la placa de construcción que comprende un miembro semipermeable fijado, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción con dicha superficie de construcción y dicho portador definiendo una región de construcción entre los mismos, y con dicha superficie de construcción en comunicación fluida, por medio del miembro semipermeable, con una fuente de inhibidor de polimerización (b) llenar dicha región de construcción con el líquido polimerizable haciendo contacto dicho líquido polimerizable con dicha superficie de construcción, (c) irradiar dicha región de construcción a través de dicha placa de construcción para producir una región polimerizada sólida en dicha región de construcción, mientras forma o mantiene una capa de liberación de película de líquido compuesta de dicho líquido polimerizable entre dicha región polimerizada sólida y dicha superficie de construcción, en donde la polimerización de cuya película de líquido es inhibida por dicho inhibidor de polimerización; (d) hacer avanzar dicho portador con dicha región polimerizada adherida al mismo en contra de dicha superficie de construcción sobre dicha placa de construcción para crear una región de construcción posterior entre dicha región polimerizada y dicha superficie de construcción mientras se llena de forma concurrente dicha región de construcción posterior con líquido polimerizable como en la etapa (b); y (e) continuar y/o repetir las etapas (c) y (d) para producir de forma continua de una manera sin capas una región polimerizada posterior adherida a una región polimerizada previa hasta que la deposición continuada o repetida de regiones polimerizadas adheridas entre sí formen dicho objeto tridimensional; y en donde la placa de construcción está sustancialmente fija o estacionaria.

Description

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DESCRIPCION
Método y aparato para fabricación tridimensional Campo de la invención
La presente invención se refiere a métodos y aparatos para la fabricación de objetos tridimensionales sólidos a partir de materiales líquidos polimerizables
Antecedentes de la invención
En las técnicas de fabricación tridimensional es o aditivas convencionales, la construcción de un objeto tridimensional es realizada por etapas o capa por capa. En particular, la formación de capas se realiza mediante la solidificación de una resina foto-curable bajo la acción de la irradiación de luz visible o UV. Se conocen dos técnicas: una en la que se forman nuevas capas en la superficie superior del objeto en crecimiento; la otra en la cual se forman nuevas capas en la superficie inferior del objeto en crecimiento.
Si se forman nuevas capas en la superficie superior del objeto en crecimiento, entonces después de cada etapa de irradiación, el objeto en construcción es descendido en la “reserva” de resina, una nueva capa de resina es recubierta en la parte superior, y tiene lugar una nueva etapa de irradiación. Un ejemplo temprano de dicha técnica es dado en la patente estadounidense No. 5,236,637 de Hull, en la figura 3. Una desventaja de dichas técnicas de “arriba a abajo” es la necesidad de sumergir el objeto en crecimiento en una reserva (potencialmente profunda) de resina líquida y reconstituir una capa precisa de resina líquida.
Si se forman nuevas capas en la parte inferior del objeto en crecimiento, entonces después de cada etapa de irradiación el objeto en construcción debe ser separado de la placa inferior en el pozo de fabricación. Un ejemplo temprano de dicha técnica es dado en la patente estadounidense No. 5,236,637 de Hull, en la figura 4. Aunque dichas técnicas de “abajo a arriba” mantienen el potencial de eliminar la necesidad de un pozo profundo en el cual se sumerge el objeto en lugar de elevar el objeto fuera de un pozo o reserva relativamente poco profundo, un problema con dichas técnicas de fabricación de “abajo a arriba”, tal y como se implementan comercialmente, es que se debe tener un cuidado extremo y emplear elementos mecánicos adicionales, cuando se separa la capa solidificada de la placa inferior debido a las interacciones físicas y químicas entre ellas. Por ejemplo, en la patente estadounidense No. 7,438,846 se utiliza una capa de separación elástica para lograr una separación “no destructiva” del material solidificado en el plano de construcción inferior. Otros enfoques, tal como la impresora tridimensional B9Creator® comercializada por B9Creations de Deadwood, South Dakota, EE.UU utiliza una placa de construcción deslizante. Véase, por ejemplo, la solicitud de patente 2013/0292862 de Joyce, y la solicitud de patente 2013/0295212 de Y. Chen y otros (ambas del 7 de noviembre de 2013). Véase también Y. Pan y otros, J. Manufacturing Sci. y Eng. 134, 051011-1 (octubre 2012), dichos enfoques introducen una etapa mecánica que puede complicar el aparato, ralentizar el método y/o distorsionar potencialmente el producto final.
Procesos continuos para producir un objeto tridimensional son sugeridos en cierta medida con respecto a las técnicas de “arriba a abajo” en la patente estadounidense No. 7,892,474, pero esta referencia no explica cómo se pueden implementar en sistemas de “abajo a arriba” de una manera no destructiva para el artículo que está siendo producido. Por consiguiente, hay una necesidad de métodos y aparatos alternativos para la fabricación tridimensional que puedan obviar la necesidad de etapa de separación mecánica en fabricación de “abajo a arriba”.
El documento EP 0484086 da a conocer un proceso y un aparato para formar una o más capas de un material fotoendurecido irradiando una composición fotoformable con una radiación actínica a través de medios de transmisión que tienen una superficie al menos parcialmente en contacto con dicha composición de manera que forman una interfaz entre ellas, dichos medios de transmisión que comprenden una película semipermeable a través de la cual el material que sirve para inhibir la adhesión del material fotoendurecido a la película, por ejemplo, mediante la formación de un recubrimiento de liberación y/o mediante la inhibición de la fotoformación en la interfaz, penetra en dicha interfaz.
El documento WO 2013/142830 da a conocer sistemas y métodos para la fotolitografía de deposición líquida. Algunos modos de realización se refieren a sistemas y métodos para utilizar fotolitografía para controlar la estructura en 2D de una capa delgada de material (por ejemplo, un fotopolímero) utilizando varias máscaras, óptica de proyección y materiales. En uno o más modos de realización, esta capa delgada puede ser manipulada mediante técnicas micro-fluídicas de modo que puede ser formada, modelada, y post-procesada en un entorno líquido. Se construyen múltiples capas para crear estructuras gruesas de materiales posiblemente múltiples.
Resumen de la invención
Descritos en el presente documento ahí métodos, sistemas y aparatos (incluyendo métodos, sistemas y aparatos de control asociados), para la producción generalmente continua de un objeto tridimensional. En estos métodos, sistemas y aparatos, el objeto tridimensional es producido a partir de una interfaz líquida. Por tanto son a veces referidos como, por conveniencia y no por propósitos de limitación, “impresión de interfase líquida continua”. Una representación esquemática es dada en la figura 1 del presente documento.
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Tal y como se describe más abajo, la interfaz está entre una primera y una segunda capas o zonas del mismo líquido polimerizable. La primera capa o zona (algunas veces también referida como una “zona muerta”) contiene un inhibidor de polimerización (al menos en una cantidad inhibidora de polimerización); en la segunda capa o zona el inhibidor ha sido consumido (o de otro modo no ha sido incorporado o penetrado en la misma) hasta el punto en el que la polimerización nunca más es sustancialmente inhibida. La primera y segunda zonas no forman una interfaz estricta entre sí, sino más bien hay un gradiente de composición que también se puede describir formando una interfaz entre ellas en oposición a una interfaz nítida, ya que las fases son miscibles entre sí, y además crear un (parcial o totalmente solapándose) gradiente de polimerización entre ellas (y también entre el objeto tridimensional que está siendo fabricado y la superficie de construcción a través de la cual es irradiado el líquido polimerizable). El objeto tridimensional se puede fabricar, crecer o producir de forma continua a partir de ese gradiente de polimerización (más bien que fabricado capa por capa). Como resultado, se puede reducir u obviar la creación de líneas de falla o fisura en el objeto que está siendo producido, las cuales podrían suceder en las técnicas capa por capa tal y como se describe en Y. Pan y otros o J. Joyce y otros (indicados anteriormente). Por supuesto, dichas líneas de falla o fisura se pueden introducir de forma intencional cuando se desee tal y como se describe adicionalmente más abajo.
En algunos modos de realización de la impresión de interfaz líquida continua, la primera capa o zona está prevista inmediatamente la parte superior de, o en contacto con, una placa de construcción. La placa de construcción es transparente a la irradiación que inicia la polimerización (por ejemplo, una radiación con patrón), pero la placa de construcción es de forma preferible semipermeable al inhibidor de polimerización y permite al inhibidor de polimerización (por ejemplo, oxígeno) pasar parcialmente o totalmente a través de la misma (por ejemplo para suministrar de forma continua inhibidor a la “zona muerta”). La placa de construcción está sustancialmente “fijada” o “estacionaria” en el sentido de que no necesita deslizarse, retraerse o rebotar para crear etapas separadas o secuenciales (como en un proceso capa por capa) por supuesto, un movimiento mínimo de la placa de construcción en las direcciones x y/o y que no interrumpe indebidamente el gradiente de polimerización, pero que aun así permite la polimerización continua de la interfaz líquida, todavía se puede adaptar en algunos modos de realización tal y como se discute más abajo.
Por tanto ciertos modos de realización de la presente invención proporcionan un método de formación de un objeto tridimensional que comprende: proporcionar un portador y un miembro ópticamente transparente que tiene una superficie de construcción, dicho portador y dicha superficie de construcción que definen una región de construcción entre las mismas. Llenar dicha región de construcción con un líquido polimerizable; irradiar dicha región de construcción a través de dicho miembro ópticamente transparente para formar un polímero sólido a partir del líquido polimerizable mientras se hace avanzar de forma concurrente dicho portador en contra de dicha superficie de construcción para formar dicho objeto tridimensional a partir de dicho polímero sólido, mientras también de forma concurrente (i) se mantiene de forma continua una zona muerta de líquido polimerizable en contacto con dichas superficie de construcción; y (ii) se mantiene de forma continua un gradiente de zona de polimerización entre dicha zona muerta y dicho polímero sólido y en contacto con cada uno de los mismos, dicho gradiente que comprende de polimerización dicho líquido polimerizable en una forma parcialmente curada (por ejemplo, de manera que se reduzca la formación de líneas de falla o fisura entre las capas del polímero sólido en dicho objeto tridimensional). En algunos modos de realización, el miembro ópticamente trasparente comprende un miembro semipermeable y el mismo que mantiene de forma continua una zona muerta es llevada a cabo mediante el suministro de un inhibidor de polimerización a través de dicho miembro ópticamente transparente, por lo tanto creando un gradiente de inhibidor en dicha zona muerta y opcionalmente en al menos una porción de dicho gradiente de zona de polimerización; en otros modos de realización, el miembro ópticamente trasparente comprende un miembro semipermeable, y está configurado para contener una cantidad suficiente (o “reserva” de inhibidor para mantener continuamente la zona muerta durante un periodo suficiente de tiempo, para producir el artículo que está siendo fabricado sin un suministro adicional de inhibidor durante el proceso (cuya “reserva” puede ser rellenada o recargada entre ciclos de producción). En algunos modos de realización, el miembro ópticamente transparente está compuesto de un fluoropolímero semipermeable, un polímero permeable a gas rígido, un cristal poroso, o una combinación de los mismos. En algunos modos de realización, la etapa de irradiación es llevada a cabo con un patrón de radiación bidimensional proyectado en dicha región de construcción, en donde dicho patrón varía a lo largo del tiempo mientras continúa dicha etapa de avance de forma concurrente durante un tiempo suficiente para formar dicho objeto tridimensional (es decir, durante cuyo tiempo se mantiene dicho gradiente de zona de polimerización).
Aunque la zona muerta y el gradiente de la zona de polimerización no tienen un límite estricto entre los mismos (en esas ubicaciones donde se encuentran los dos), el espesor del gradiente de la zona de polimerización en algunos modos de realización es al menos tan grande como el espesor de la zona muerta. Por tanto, en algunos modos de realización, la zona muerta tiene un espesor desde 0,01, 0,1, 1, 2 o 10 micrones hasta 100, 200 o 400 micrones, o más, y/o dicho gradiente de la zona de polimerización y dicha zona muerta juntas tienen un espesor de desde 1 o 2 micrones hasta 400, 600 o 1000 micrones o más. En algunos modos de realización, el gradiente de la zona de polimerización se mantiene (mientras continúan las etapas de polimerización) durante un tiempo de al menos 5, 10, 15, 20 o 30 segundos hasta 5, 10, 15 o 20 minutos o más, o hasta la consecución del producto tridimensional.
El método puede además comprender la etapa de interrumpir dicho gradiente de la zona de polimerización durante un tiempo suficiente para formar una línea de fisura en dicho objeto tridimensional (por ejemplo, en una ubicación deseada predeterminada para la fisura intencionada, o una ubicación en dicho objeto donde la prevención de la
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fisura o la reducción de la fisura no es crítica) y después reinstalar dicho gradiente de la zona de polimerización (por ejemplo, pausando, y resumiendo las etapas de avance, aumentando, después disminuyendo, la intensidad de irradiación y combinaciones de los mismos).
El método puede además comprender un calentamiento de dicho líquido polimerizable cuando es suministrado a la región de construcción y/o dentro de la región de construcción (por ejemplo, mediante una cantidad como la dada en los ejemplos más abajo) para reducir la viscosidad del mismo en la región de concepción (por ejemplo, mediante una cantidad como la dada en los ejemplos más abajo).
El método puede llevarse a cabo en un aparato implementado donde cada portador tiene al menos un canal formado en el mismo, y cada etapa de llenado es llevada a cabo pasando o empujando dicho líquido polimerizable en dicha región de construcción a través de dicho al menos un canal (por ejemplo, en donde dicho portador tiene una pluralidad de canales formados en el mismo, y en donde diferentes líquidos polimerizables son empujados a través de diferentes canales de dicha pluralidad de canales; por ejemplo, comprendiendo además formar de forma concurrente al menos uno o una pluralidad de conductos de suministro externo separados de dicho objeto, cada uno de dicho al menos un conducto de suministro en comunicación fluida con un canal en dicho portador, para suministrar al menos uno, o una pluralidad de diferentes líquidos polimerizables desde dicho portador a dicha zona de construcción). En algunos modos de realización, el miembro semipermeable tiene un espesor desde 0,1 o 1 milímetro a 10 o 100 mm; y/o dicho miembro semipermeable tiene una permeabilidad al oxígeno de al menos 100x10-12 (Scm3) cm cm-2 s-1 torr-1 (10 Barrers).
Por tanto, un primer aspecto particular de la invención es un método de formación de un objeto tridimensional cómo se establece en la reivindicación 1 de las reivindicaciones anexas.
En general, el método comprende las etapas de:
(a) proporcionar un portador y una placa de construcción, la placa de construcción que comprende un miembro semipermeable fijado, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción y (opcionalmente pero en algunos modos de realización de forma preferible, una superficie de alimentación separada de dicha superficie de construcción (por ejemplo, en el lado o borde opuesto del miembro semipermeable, y/o en la parte superior del mismo pero en una ubicación separada de la región de construcción), con la superficie de construcción y el portador que define una región de construcción entre los mismos, y con la superficie de alimentación en contacto fluido con un inhibidor de polimerización (líquido o gas);
(b) llenar la región de construcción con el líquido polimerizable dicho líquido polimerizable que hace contacto con dicho segmento de construcción, y después, y/o de forma concurrente;
(c) irradiar (por ejemplo, con una radiación actínica) la región de construcción a través de la placa de construcción para producir una región polimerizada sólida en la región de construcción, con una capa de liberación de película de líquido compuesta de líquido polimerizable formado entre la región polimerizada sólida y la superficie de construcción, la polimerización de cuya película de líquido es inhibida mediante dicho inhibidor de polimerización, y después y/o de forma concurrente;
(d) hacer avanzar el portador con la región polimerizada adherida al mismo en contra de la superficie de construcción en la (opcionalmente pero en algunos modos de realización de forma preferible estacionaria) placa de construcción para crear una región de construcción posterior entre la región polimerizada y la zona superior de la placa de construcción (por ejemplo, sin formar una bolsa o hueco de aire y gas o vapor entre la región polimerizada y dicha superficie de construcción, sino en su lugar manteniendo el contacto con la misma a través de dicho líquido polimerizable).
Las etapas (b) y (d) o las etapas (b) hasta (d) se pueden repetir de una manera continua o por etapas (de forma concurrente, de forma secuencial, o cualquier combinación de las mismas) con la superficie de construcción permaneciendo estacionaria a través de todo el proceso, para producir en cada repetición una región polimerizada posterior adherida a una región polimerizada previa hasta que la deposición repetida de regiones polimerizadas adheridas entre sí forman dicho objeto dimensional (por ejemplo, con dicha región polimerizada sólida permaneciendo en contacto con el líquido polimerizable durante dicha continuación y/o repetición, por ejemplo a través de un gradiente de la zona de polimerización, y por ejemplo durante un tiempo de al menos 10, 20, o 30 segundos, o al menos 1 o 2 minutos y/o a través de la fabricación de al menos 0,5, 1, 2, 3, 4 o 5 cm en la altura del producto, hasta la consecución del producto (acabado o intermedio) hasta la consecución del objeto (acabado o intermedio) tridimensional que está siendo formado).
Dicho de otra manera, un modo de realización de la presente invención comprende un método de formación de un objeto tridimensional, que comprende: (a) proporcionar un portador y un miembro semipermeable fijo, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción y (opcionalmente pero en algunos casos de forma preferible) una superficie de alimentación separada de dicha superficie de protrusión, con dicha superficie de construcción y dicho portador que define una región de construcción entre los mismos, y con dicha superficie de alimentación en contacto fluido con un inhibidor de polimerización; (b) llenar dicha región de construcción con un líquido polimerizable, dicho líquido polimerizable que hace contacto con dicho segmento de construcción, (c), irradiar
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dicha región de construcción a través de dicha placa de construcción para producir una región polimerizada sólida en dicha región de construcción, mientras (d) formar o mantener una capa de liberación de película de líquido compuesta de dicho líquido polimerizable entre dicha región polimerizada sólida y dicha superficie de construcción, la polimerización de cuya película de líquido es inhibida mediante dicho inhibidor de polimerización; y (e) hacer avanzar de forma unidireccional dicho portador con dicha región polimerizada adherida a la misma en contra de dicha superficie de construcción en dicha placa de construcción estacionaria para crear una región de construcción posterior entre dicha región polimerizada y dicha superficie de construcción (por ejemplo, en algunos modos de realización, hacer avanzar es sin formar una bolsa o hueco de aire y gas o vapor entre la región polimerizada y dicha superficie de construcción, pero en su lugar mantener el contacto líquido con la misma a través de dicho líquido polimerizable. En otros modos de realización, avanzar es llevar a cabo formando bolsas o burbujas de aire y gas o vapor, tal como cuándo el objeto que está siendo creado es un objeto de espuma o si el inhibidor es un gas y está suministrado a una presión suficiente para formar bolsas o burbujas de gas aunque en estos modos de realización es menos preferible que se forme un hueco de gas o vapor que separe completamente el objeto tridimensional del líquido polimerizable (a menos que se haga de forma intencionada por las razones discutidas más abajo)). El método generalmente además comprende: (f) continuar y/o repetir las etapas (b) a (e) para producir una región polimerizada posterior adherida a una región polimerizada previa hasta que la deposición continuada o repetida de regiones polimerizada as se adhieren entre sí para formar dicho objeto dimensional (por ejemplo, con dicha región polimerizada sólida que permanece en contacto con dicho líquido polimerizable durante dicha continuación y/o repetición, por ejemplo a través de un gradiente de la zona de polimerización, y por ejemplo durante un tiempo de al menos 10, 20 o 30 segundos, o al menos 1 o 2 minutos, y/o a través de la fabricación de al menos 0,5, 1, 2, 3, 4 o 5 cm de altura del producto, hasta la consecución del (producto acabado o intermedio hasta la consecución del objeto (acabado o intermedio) tridimensional que está siendo formado).
El avance se puede llevar a cabo a cualquier tasa adecuada acumulativa o media. La tasa puede ser constante o variable (por ejemplo, un patrón variable predeterminado, o ajustada por factores de control tal y como se describe más abajo). El avance puede ser llevado a cabo de forma continua más bien que en “etapas” interrumpidas. En algunos modos de realización, la etapa de avance puede llevarse a cabo a una tasa de al menos 0,1, 1, 10, 100 o 100 micrones por segundo o más, hasta, por ejemplo, el punto en el cual el calor de la reacción de polimerización alcanza la temperatura de degradación del producto de reacción polimerizado. Tal y como se señaló anteriormente, el avance puede ser de una manera ininterrumpida, por ejemplo sin la necesidad de formar un hueco completo entre la placa de construcción o el líquido polimerizable, por un lado, y el portador u objeto por otro lado, para facilitar el rellenado de líquido polimerizable entre las etapas.
En algunos modos de realización, el líquido polimerizable es calentado durante la etapa de llenado, por ejemplo, calentado suficientemente para reducir la viscosidad del mismo, y en algunos modos de realización, mejorando la química del curado de fotopolimerización, y por lo tanto incrementando la velocidad o tasa a la cual las etapas (b) a (d) pueden repetirse. En algunos modos de realización, el líquido polimerizable es enfriado, tal como con un enfriador de Peltier, que hace contacto con un disipador de calor, que contacta con un elemento de enfriamiento que contiene un líquido enfriado circulado a través del mismo, que hace contacto con o circula a través de un intercambiador de calor, etcétera, o combinaciones de los mismos, para disipar el calor derivado del proceso de fotopolimerización en regiones adyacentes en el objeto construido.
Un segundo aspecto de la presente invención es un aparato para formar un objeto tridimensional a partir de un líquido polimerizable tal y como se establece en la reivindicación 12 de las reivindicaciones anexas.
El aparato comprende generalmente:
(a) un soporte;
(b) un portador asociado de forma operativa con el soporte en cuyo portador se forma el objeto tridimensional;
(c) una placa de construcción conectada al soporte, la capa de construcción que comprende un miembro semi impermeable fijo, el mismo semipermeable que comprende una superficie de construcción y (opcionalmente pero en algunos casos de forma preferible) una superficie de alimentación separada de la superficie de construcción, con la superficie de construcción y el portador que define una región de construcción entre los mismos;
(d) una fuente de inhibidor de polimerización en comunicación fluida con la superficie de alimentación;
(e) un suministro de polímero líquido asociado de forma operativa con la placa de construcción y configurado para suministrar polímero líquido en la región de construcción para la polimerización de solidificación;
(f) una fuente de radiación asociada de forma operativa con la placa de construcción y configurada para irradiar la región de construcción a través de la placa de construcción y formar una región polimerizada sólida en la misma a partir del polímero líquido; y
(g) opcionalmente un controlador asociado de forma operativa con el portador y la fuente de luz de radiación para hacer avanzar el portador en contra de la placa de construcción durante o después de la polimerización de líquido en la zona de construcción (por ejemplo, un controlador configurado para mantener un gradiente de zona de
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polimerización entre dicha superficie de construcción y un material polimerizado sólido en dicho portador a lo largo del tiempo mientras se forma el objeto tridimensional).
En algunos modos de realización, el aparato además comprende un (uno o más) calentador(es) asociados de forma operativa con la placa de construcción (por ejemplo, situando la placa de construcción y el calentador en un recipiente o contenedor común que entonces sirve como un horno o cámara calentada; conectando un elemento de calentamiento directamente a la placa de construcción, sumergiendo un calentador en el líquido polimerizado, etcétera), y/o asociado de forma operativa con el suministro de polímero líquido, cuyo calentador en algunos modos de realización puede estar conectado a un controlador (por ejemplo, tal y como se discute en los ejemplos más abajo).
En la impresora tridimensional B9Creator® un recubrimiento de polidimetilsiloxano (PDMS) es aplicado a la superficie de construcción deslizante. Se dice que el recubrimiento PDMS absorbe oxígeno y crea una película de lubricación delgada de resina no polimerizada a través de su acción como un inhibidor de polimerización. Sin embargo, la superficie de construcción recubierta de PDMS está directamente rellenada de oxígeno moviendo (deslizando) de forma mecánica la superficie desde debajo del objeto, mientras que se limpia la resina no polimerizada del mismo con una escobilla, y después se retorna a su posición previa por debajo del objeto en crecimiento. Aunque en algunos modos de realización están previstos medios auxiliares para proporcionar un inhibidor tal como oxígeno (por ejemplo, un compresor a canales asociados), el proceso aun así emplea un enfoque capa por capa con deslizamiento y limpieza de la superficie. Dado que el recubrimiento PDMS puede ser hinchado por la resina, este hinchamiento, junto con estas etapas mecánicas, puede resultar en el desgarro o daño del recubrimiento PDMS.
Ejemplos no limitativos y modos de realización específicos de la presente invención son explicados con mayor detalle en los dibujos en el presente documento y en la memoria descriptiva establecida más abajo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una ilustración esquemática de un modo de realización de un método de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un modo de realización de un aparato de la presente invención.
La figura 3 proporciona vistas en sección lateral de modos de realización alternativos de placas de construcción rígidas para el uso en la presente invención.
La figura 4 ilustra varios portadores alternativos para el uso en la presente invención.
La figura 5 ilustra un inhibidor de polimerización en una placa de construcción rígida que ayuda a establecer una película no polimerizada sobre la superficie de construcción de la misma.
La figura 6 ilustra la migración de un inhibidor (en este caso oxígeno) a través de una placa de construcción desde una superficie de alimentación en la parte posterior de la placa hasta una superficie de construcción en la parte frontal de una placa para ayudar a establecer una película no polimerizada sobre la superficie de construcción.
La figura 7 ilustra de forma esquemática un objeto tridimensional en crecimiento que se hace avanzar en contra de la superficie de construcción, y el hueco que debe ser llenado entre ellos antes de que se pueda llevar a cabo una polimerización posterior.
La figura 8 muestra de forma esquemática un modo de realización de la invención que proporciona la aplicación de presión para acelerar el llenado del hueco mostrado en la figura 8.
La figura 9 ilustra una varilla o fibra que puede ser producida por los métodos y aparatos de la presente invención.
La figura 10 es una fotografía de un conjunto de microaguja fabricado con métodos y aparatos de la presente invención. El diámetro del portador en el cual se sujeta el conjunto es aproximadamente el mismo que una moneda de veinticinco centavos de los Estados Unidos (o “quarter”). Esencialmente se utiliza el mismo portador en los ejemplos adicionales ilustrados más abajo.
La figura 11 es una fotografía de un segundo conjunto de microaguja fabricado con métodos y aparatos de la presente invención.
La figura 12 es una fotografía de una estructura de anillo que es fabricada con métodos y aparatos de la presente invención. Señalar el “voladizo” extensivo durante la fabricación.
La figura 13 es una fotografía del anillo completado de la figura 12.
La figura 14 es una fotografía de cuatro estructuras de piezas de ajedrez fabricadas con métodos y aparatos de la presente invención.
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La figura 15 es una fotografía de una estructura de prisma rectangular fabricada con métodos y aparatos de la presente invención.
La figura 16 es una fotografía de una estructura helicoidal fabricada con métodos y aparatos de la presente invención. Señalar el “voladizo” extensivo durante la fabricación a través de la estructura completada.
La figura 17 ilustra los efectos de un tinte y un fotoiniciador durante el tiempo de curado.
La figura 18 es una fotografía de una pieza de ajedrez similar a las mostradas en la figura 14 anterior, pero hecha con una resina coloreada mediante los métodos de la presente invención.
La figura 19 ilustra de forma esquemática la fabricación de una pluralidad de artículos en el portador, el portador que tiene una capa de liberación sobre el mismo.
La figura 20 ilustra de forma esquemática la liberación de una pluralidad de artículos del portador con una capa de liberación.
La figura 21 es una fotografía de un conjunto de prismas fabricados con los métodos y aparatos de la presente invención, en una capa de liberación.
La figura 22 es una fotografía de los prismas mostrados en la figura 21 después de la liberación.
La figura 23 es una fotografía de una estructura de jaula cilíndrica producida mediante los medios y aparatos de la presente invención.
La figura 24 es una fotografía de un conjunto similar al de la figura 21, y producido esencialmente mediante los mismos métodos, excepto en que comprende un polímero de polietilenglicol.
La figura 25 es una fotografía en una estructura de jaula cilíndrica similar a la de la figura 23, y producida mediante sustancialmente los mismos métodos, excepto en que comprende un polímero de polietilenglicol. Se señala que la pieza es flexible.
La figura 26 ilustra de forma esquemática un modo de realización de un aparato de la presente invención en el cual se incluyen uno o más calentadores para reducir la viscosidad del líquido polimerizable.
La figura 27 ilustra de forma esquemática un modo de realización de un aparato de la presente invención en el cual la región de construcción está llenada con líquido polimerizable suministrada a través del portador.
La figura 28 ilustra de forma esquemática un modo de realización de la invención en el cual se forman conductos externos para facilitar el suministro de uno o más líquidos polimerizables desde el portador a la región de construcción.
Las figuras 29-31 son diagramas de flujo que ilustran sistemas y métodos de control para llevar a cabo la presente invención.
Descripción detallada de modos de realización ilustrativos
La presente invención se describe ahora más plenamente, de aquí en adelante con referencia a los dibujos que acompañan, en los cuales se muestran modos de realización de la invención. Esta invención puede, sin embargo, ser implementada de muchas formas diferentes y no debería considerarse como limitada a los modos de realización establecidos en el presente documento; más bien estos modos de realización son proporcionados de manera que esta divulgación será plena y completa y transmitirá el alcance de la invención a los expertos en la técnica.
Números similares se refieren a elementos similares a través de todo el documento. En las figuras, el espesor de ciertas líneas, capas, componentes, elementos o características se puede exagerar por claridad. Donde se utilicen, las líneas discontinuas ilustran características u operaciones opcionales a menos que se especifique lo contrario.
La terminología utilizada en el presente documento tiene el propósito de describir modos de realización particulares únicamente y no pretende limitar la invención. Tal y como se utiliza en el presente documento, las formas singulares “un/uno/una” y “el/la/lo” están destinadas a incluir formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos “comprende” o “que comprende”, cuando se utilizan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, elementos componentes y/o grupos indicados o combinaciones de los mismos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos distintos o combinaciones de los mismos.
Tal y como se utiliza en el presente documento el término “y/o” incluye cualquiera y todas las combinaciones posibles o uno o más de los elementos listados asociados, así como la falta de combinaciones cuando se interpreta en la alternativa (“o”).
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A menos que se defina lo contrario, todos los términos (incluyendo los términos técnicos y científicos) utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que el entendido comúnmente por el experto en la técnica a la cual pertenece esta invención. Se entenderá además que términos, tales como aquellos definidos en diccionarios utilizados comúnmente, deberían interpretarse teniendo un significado que es consistente con su significado en el contexto de la memoria descriptiva y las reivindicaciones y no se debería interpretar en un sentido idealizado o excesivamente formal a menos que se defina si de forma expresa en el presente documento. Las funciones o construcciones bien conocidas puede que no se describan en detalle por brevedad y/o claridad.
Se entenderá que cuando un elemento es referido estando “sobre”, “fijado” a, “conectado”, “acoplado” con, “en contacto con”, etcétera, otro elemento, puede estar directamente sobre, fijado a, conectado a, acoplado con, y/o en contacto con el otro elemento o también pueden estar presentes elementos que intervienen. En contraste, cuando el elemento se refiere estando, por ejemplo, “directamente sobre”, “directamente fijado” a, “directamente conectado” a, “directamente acoplado” con o “directamente contactando” otro elemento, no hay elementos que intervengan presentes. También se apreciará por el experto de la técnica que referencias a una estructura característica que está dispuesta “adyacente” a otra característica puede tener porciones que solapan o subyacen a la característica adyacente.
Términos espacialmente relativos, tales como “debajo”, “por debajo”, “inferior”, “encima,” y superior” se pueden utilizar en el presente documento para facilitar la descripción para describir una relación de elementos o características con respecto a otros elemento(s) o característica(s) tal y como se ilustran en las figuras. Se entenderá que los términos espacialmente relativos están destinados a englobar diferentes orientaciones del dispositivo en uso o en funcionamiento adicionalmente a la orientación representada en las figuras. Por ejemplo, si el dispositivo en las figuras está invertido, elementos descritos como “debajo” o “por debajo” de otros elementos o características estarían entonces orientados “por encima” de los otros elementos o características. Por tanto, el término de ejemplo “debajo” pueden englobar tanto una orientación encima como debajo. El dispositivo puede de otro modo estar orientado (girado 90 grados o en otras orientaciones) y los descriptores espacialmente relativos utilizados en el presente documento interpretados de forma consiguiente. De forma similar, los términos “en dirección ascendente”, “en dirección descendente”, “vertical”, y “horizontal” son utilizados en el presente documento con el propósito de explicación únicamente, a menos que se indique de forma específica lo contrario.
Se entenderá que, aunque los términos primero, segundo, etcétera se pueden utilizar en el presente documento para describir varios elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deberían estar limitados a estos términos. Más bien, estos términos son utilizados para distinguir un elemento, componente, región, capa y/o sección, de otro elemento, componente, región, capa y/o sección. Por tanto, un primer elemento, componente, región, capa o sección expuestos en el presente documento podría ser denominado como un segundo elemento, componente, región, capa o sección sin alejarse de las enseñanzas de la presente invención. La secuencia de operaciones (o etapas) no está limitada al orden presentado en las reivindicaciones de figuras a menos que se indique de forma específica lo contrario.
1. Líquidos polimerizarles
Cualquier líquido adecuado se puede utilizar para permitir la presente invención. El líquido (algunas veces también referido como una “resina líquida”, “tinta”, o simplemente “resina” en el presente documento) puede incluir un monómero, particularmente fotopolimerizable y/o monómeros polimerizables de radical libre, y un iniciador adecuado tal como un iniciador de radical libre, y combinaciones de los mismos. Ejemplos incluyen, pero no están limitados a, acrílicos, metacrílicos, acrilamidas, estirénicos, olefinas, olefinas halogenadas, alquenos cíclicos, anhídrido maléico, alquenos, alquinos, monóxido de carbono, oligómeros funcionalizados, monómeros multifuncionales de sitio listo, PEG funcionalizados, etcétera, incluyendo combinaciones de los mismos. Ejemplos de resinas líquidas, con números e iniciadores incluyen pero no están limitados a los establecidos en las patentes estadounidenses Nos. 8,232,043 ; 8,119,214 ; 7,935,476 ; 7,767,728; 7,649.029 ; WO 2012129968 A1 ; CN 102715751 A ; JP 2012210408 A .
Líquidos polimerizables catalizados por ácido. Aunque en algunos modos de realización tal como se señaló anteriormente el líquido polimerizable comprende un líquido polimerizable de radical libre (en cuyo caso un inhibidor puede ser oxígeno tal y como se describió anteriormente), en otros modos de realización el líquido polimerizable comprende un líquido polimerizable catalizado por ácido o polimerizado catiónicamente. En dichos modos de realización, el líquido polimerizable comprende monómeros que contienen grupos adecuados para catálisis por ácido, tal como grupos epóxido, grupos vinil éter, etcétera. Por tanto monómeros adecuados incluyen olefinas tales como metoxieteno, 4-metoxiestireno, estireno, 2-metilprop-1-eno, 1,3-butadieno, etcétera, monómeros heterocíclicos (incluidas lactonas, lactamas y aminas cíclicas) como oxirano, tietano, tetrahidrofurano, oxazolina, 1,3,dioxepano, oxetan-2-ona, etcétera, y combinaciones de los mismos. Un generador fotoácido (PAG) adecuado, generalmente iónico o no iónico) es incluido en el líquido polimerizable catalizado por ácido, ejemplos del cual pueden incluir, pero no están limitados a, sales de onio, sales de sulfonio y de yoduro, etcétera, tal como el yoduro de hexafluorofosfato de difenilo, el yoduro de hexafluoroarsenato de difenilo, el yoduro de hexafluoroantimonato de difenilo, el triflato de difenilo p-metoxifenilo, el triflato de difenilo p-toluenilo, el triflato de difenilo p-isobutilfenilo, el triflato de difenil p-tert- butilfenil, hexafluorofosfato de trifenilsulfonio, hexafluoroarsenato de trifenilsulfonio, hexafluoroantimonato de trifenilsulfonio, triflato de trifilnaftilsulfonio, triflato de dibutilnaftilsulfonio, etcétera. Véase, por ejemplo, las patentes
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estadounidenses Nos. 7,824,839; 7,550,246; 7,534,844; 6,692,891; 5,374,500; y 5,017,461. Véase también, la Guía de selección de generadores de fotoácidos para la industria electrónica y de recubrimientos curables de energía (BASF 2010).
Hidrogeles. En algunos modos de realización, resinas adecuadas incluyen hidrogeles fotocurables como poli(etilenglicoles) (PEG) y gelatinas. Los hidrogel es de PEG han sido utilizados para administrar una variedad de productos biológicos, incluyendo factores del crecimiento; sin embargo, un gran desafío al que se enfrentan los hidrogeles de PEG reticulados por las polimerizaciones de crecimiento de cadena es el potencial de daño reversible a las proteínas. Las condiciones para maximizar la liberación de los productos biológicos de hidrogel es de diacrilato de PEG fotopolimerizado pueden mejorarse mediante la inclusión de secuencias de péptidos aglutinantes de afinidad en las soluciones de resina de monómero, antes de la fotopolimerización, lo que permite una administración sostenido. La gelatina es un biopolímero utilizado frecuentemente en la industria alimentaria, cosmética, farmacéutica y fotográfica. Se obtiene mediante desnaturalización térmica o degradación química y física de colágeno. Hay tres tipos de gelatina, incluyendo aquellas encontradas en animales, peces y humanos. La gelatina de la piel del pescado de agua fría se considera segura para el uso en aplicaciones farmacéuticas. Se puede utilizar UV o luz visible para reticular de forma apropiada la gelatina modificada. Métodos de articulación de gelatina incluyen derivados de curados a partir de tintes como el rosa de bengala.
Resinas de silicona fotocurables. Una resina adecuada incluye siliconas fotocurables. El caucho de silicona curado por UV, tal como el caucho de silicona curado por UV Siliopren® se puede utilizar así como sellantes adhesivos de silicona curada LOCTITE®. Las aplicaciones incluyen instrumentos ópticos equipo médico y quirúrgico, iluminación exterior y recintos, conectores eléctricos/sensores, fibras ópticas y juntas.
Resinas biodegradables. Las resinas biodegradables son particularmente importantes para dispositivos implantables para administrar medicamentos o para aplicaciones de rendimiento temporal, como tornillos y endoprótesis biodegradables (patentes estadounidenses 7,919,162; 6,932,930). Copolímeros biodegradables de ácido láctico y ácido glicólico (PLGA) se pueden disolver en dimetacrilato de PEG para obtener una resina transparente adecuada para su uso. Los oligómeros de policaprolactona y PLGA pueden ser funcionalizados con grupos acrílicos o metacrílicos para permitir que sean resinas efectivas para su uso.
Poliuretanos fotocurables. Una resina particularmente útil es son los poliuretanos fotocurable. Una composición de poliuretano fotopolimerizable que comprenda (1) un poliuretano a base de diisocianato alifático, poli(hexametileno isoftalato de glicol) y, opcionalmente, 1,4-butanodiol; (2) un éster acrílico polifuncional; (3) un fotoiniciador; y (4) un antioxidante, puede formularse de manera que proporcione un material duro, resistente a la abrasión y a las manchas (patente estadounidense 4,337,130). Elastómeros de poliuretano termoplástico fotocurable incorporan dioles de diacetileno fotoreactivos como extensores de cadena.
Resinas de alto rendimiento. En algunos modos de realización, se utilizan resinas de alto rendimiento. Dichas resinas de alto rendimiento pueden algunas veces requerir el uso de calentamiento para fundir y/o reducir la viscosidad de las mismas, tal y como se señaló anteriormente y se expone adicionalmente más abajo. Ejemplos de dichas resinas incluyen, pero no están limitados a, resinas para esos materiales algunas veces referidos como polímeros cristalinos líquidos de ésteres, oligómeros de éster-imida, y éster-amida, como se describe en las patentes estadounidenses Nos. 7,507,784 ; 6,939,940. Dado que dicha resinas son algunas veces empleadas como resinas termoestables de temperatura alta, en la presente invención pueden además comprender un fotoiniciador adecuado como benzofenona, antraquinona, iniciadores de fluorenona (incluidos derivados de la misma) para iniciar el reticulado en irradiación, tal y como se discute adicionalmente más abajo.
Resinas de ejemplo adicionales. Resinas particularmente útiles para aplicaciones dentales incluyen Guide Clear de EnvisionTEC y E-Denstone Material de EnvisionTEC. Resinas particularmente útiles para las industrias de audífonos incluyen series de resinas EnvisionTEC's e-Shell 300. Resinas particularmente útiles incluyen un material de moldeo a alta temperatura EnvisionTEC's HTM140IV para su uso directo con caucho vulcanizado en aplicaciones de moldeo/fundición. Un material particularmente útil para hacer piezas resistentes y rígidas incluye la resina EnvisionTEC's RC31. Una resina particularmente útil para aplicaciones de fundición de precisión incluyen EnvisionTEC's Easy Cast EC500.
Ingredientes de resina adicionales. La resina líquida o el material polimerizable pueden tener partículas sólidas suspendidas o dispersadas en el mismo. Se puede utilizar cualquier partícula sólida adecuada, dependiendo del producto final que esté siendo fabricado. Las partículas pueden ser metálicas, orgánicas, poliméricas, inorgánicas o compuestas o mezclas de las mismas. Las partículas pueden ser no conductoras, semiconductoras, o conductoras (incluyendo metálicas y no metálicas o polímeros conductores); y las partículas pueden ser magnéticas, ferromagnéticas, paramagnéticas, o no magnéticas. Las partículas pueden ser de cualquier forma adecuada, incluyendo esférica, elíptica, cilíndrica, etcétera. Las partículas pueden comprender un agente activo o compuesto detectable tal y como se describe más abajo, aunque estos pueden también ser proporcionados disueltos solubilizados en la resina líquida también como se expone más abajo. Por ejemplo, se pueden emplear partículas magnéticas o paramagnéticas o nanopartículas.
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La resina líquida puede tener ingredientes adicionales solubilizados en la misma, incluyendo pigmentos, tintes, compuestos activos o compuestos farmacéuticos, compuestos detectables (por ejemplo, fluorescentes, fotofosforescentes, radiactivos), etcétera, de nuevo dependiendo del propósito particular del producto que está siendo fabricado. Ejemplos de dichos ingredientes adicionales incluyen, pero no están limitados a, proteínas, péptidos ácidos nucleicos (ADN, ARN) tales como siARN, azúcares, pequeños compuestos orgánicos (medicamentos y compuestos similares a medicamentos), etcétera, incluyendo combinaciones de los mismos.
Inhibidores de polimerización. Los inhibidores o inhibidores de polimerización para el uso en la presente invención pueden estar en forma de un líquido o un gas. En algunos modos de realización se prefieren inhibidores gaseosos. El inhibidor específico dependerá del monómero que está siendo polimerizado y de la reacción de polimerización. Para monómeros de polimerización de radical libre, el inhibidor puede ser de forma conveniente oxígeno, que puede estar proporcionado en forma de un gas tal como aire, un gas enriquecido en oxígeno (opcionalmente pero en algunos modos de realización de forma preferible que contiene gases inertes adicionales para reducir la capacidad de combustión del mismo), o en algunos modos de realización gas de oxígeno puro. En modos de realización alternativos, tales como cuando el monómero es polimerizado mediante un iniciador generador fotoácido, el inhibidor puede tener una base tal como amoníaco, trazas de amina (por ejemplo, metilamina, etilamina, di y trialquilamina, dietilamina, trietilamina, etcétera) o dióxido de carbono, incluyendo mezclas o combinaciones de los mismos.
Líquidos polimerizables que transportan células vivas. En algunos modos de realización, el líquido polimerizable puede transportar células vivas tales como “partículas” en el mismo. Dichos líquidos polimerizables son generalmente acuosos, y pueden estar oxigenados y se pueden considerar como “emulsiones” donde las células vivas son la fase discreta. Células vivas adecuadas pueden ser células de plantas (por ejemplo, monocot, dicot), células animales (por ejemplo, células de mamíferos, aves, anfibios, reptiles), células microbianas (por ejemplo, procariontes, eucariotas, protozoos, etcétera), etcétera. Las células pueden ser de células diferenciadas o correspondientes a cualquier tipo de tejido (por ejemplo, sangre, cartílago, hueso, músculo, glándula endocrina, glándula exocrina, epitelial, endotelial, etcétera) o pueden ser células indiferenciadas tales como células madre o células progenitoras. En dichos modos de realización, el líquido polimerizable puede ser un líquido que forma un hidrogel, incluyendo pero no limitado a los descritos en las patentes estadounidenses Nos. 7,651,683; 7,651,682; 7,556,490; 6,602,975; 5,836,313; etcétera.
2. Aparato.
Un modo de realización no limitativo de un aparato de la invención es mostrado en la figura 2. Comprende una fuente 11 de radiación tal como un procesador de luz digital (DLP) que proporciona una radiación 12 electromagnética la cual a través de un espejo 13 reflectante, ilumina una cámara de construcción definida por una pared 14 y una placa 15 de construcción rígida que forma la parte inferior de la cámara de construcción, cuya cámara de construcción es llenada con resina 16 líquida. La parte inferior de la cámara 15 está construida de una placa de construcción rígida que comprende un miembro semipermeable rígido tal y como se expone adicionalmente más abajo. La parte superior del objeto 17 en construcción está fijada a un portador 18. El portador es accionado en la dirección vertical mediante una fase 19 lineal, aunque se pueden utilizar estructuras alternativas tal y como se discute más abajo.
Un depósito de resina líquida, tuberías, bombas, sensores de nivel de líquido y otras válvulas se pueden incluir para reponer la reserva de resina líquida en la cámara de compresión (no mostrada por claridad) aunque en algunos modos de realización se puede emplear un suministro por simple gravedad. Los accionadores/actuadores para el portador o la fase lineal, junto con el cableado asociado, se pueden incluir de acuerdo con técnicas conocidas (de nuevo no mostradas por claridad). Los accionadores/actuadores, la fuente de radiación, y en algunos modos de realización las bombas y los sensores de nivel de líquido se pueden asociar de forma operativa con un controlador adecuado, de nuevo de acuerdo con técnicas conocidas.
Las placas 15 de construcción utilizadas para llevar a cabo la presente invención en general comprenden o consisten en un miembro (típicamente rígido o sólido) semipermeable (o permeable a gases) estacionario y/o fijo, solo o en combinación con uno o más sustratos de soporte adicionales (por ejemplo, miembros de sujeción y de tensionado para rigidizar un material semipermeable de otro modo flexible). El miembro semipermeable rígido se puede fabricar de cualquier material adecuado que sea ópticamente transparente a las longitudes de onda relevantes (o de otro modo transparente a la fuente de radiación, sea o no visualmente transparente como se percibe por el ojo humano, es decir, una ventana ópticamente transparente puede ser en algunos modos de realización visualmente opaca), incluyendo pero no limitado a, cristales porosos o microporosos, y polímeros permeables a gases rígidos utilizados para la fabricación de lentes de contacto permeables a gases. Véase, por ejemplo, la patente estadounidense No. RE31,406 de Norman G. Gaylord; véase también las patentes estadounidenses Nos. 7,862,176; 7,344,731; 7,097,302; 5,349,394; 5,310,571; 5,162,469; 5,141,665; 5,070,170; 4,923,906; y 4,845,089. En algunos modos de realización dichos materiales se caracterizan como polímeros vidrios y/o amorfos y/o sustancialmente reticulados que son esencialmente no hinchables. De forma preferible, el miembro semipermeable rígido está formado de un material que no se hincha cuándo se hace contactar con la resina liquida o material que se va a polimerizar (es decir, es “no hinchable”). Materiales adecuados para el miembro semipermeable rígido pueden incluir fluoropolímeros amorfos rígidos tales como los descritos en las patentes estadounidenses No. 5,308,685 y 5,051,115. Por ejemplo, dichos fluoropolímeros son particularmente útiles sobre siliconas que podrían
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hincharse potencialmente cuando se utilizan en conjunción con tintas de resinas líquidas orgánicas que se van a polimerizar. Para algunas tintas de resina líquida, tal como sistemas monoméricos de base más acuosa y/o algunos sistemas de tinta de resina polimérica que tienen bajas tendencias al hinchado, pueden ser adecuados materiales de ventana con base de silicona. La solubilidad o permeabilidad de las tintas de resina orgánica puede disminuir de forma dramática mediante un número de parámetros conocidos que incluyen el aumento de la densidad de reticulación del material de ventana o el aumento del peso molecular de la tinta de resina líquida. En algunos modos de realización, la placa de construcción puede estar formada a partir de una película u hoja delgada de material que es flexible cuando se separa del aparato de la invención, pero que está sujeta y tensada cuando se instala en el aparato (por ejemplo, con un anillo de tensado) de manera que se convierte en rígida en el aparato. Materiales particulares incluyen fluoropolímeros TEFLON AF® disponibles comercialmente en DuPont. Materiales adicionales incluyen polímeros de perfluoropoliéter tales como los descritos en las patentes estadounidenses Nos. 8,268,446; 8,263,129; 8,158,728; y 7,435,495.
Se apreciará que esencialmente todos los materiales sólidos, y la mayoría de los descritos anteriormente, tienen algo de “flexión” inherente aunque se pueden considerar “rígidos”, dependiendo de factores tales como la forma y el espesor de los mismos y factores medioambientales tales como la presión y la temperatura a las que están sujetos. Adicionalmente, los términos “estacionario” o “fijo” con respecto a la placa de construcción están destinados a significar que no sucede ninguna interrupción mecánica del proceso, o no se proporciona ningún mecanismo o estructura para la interrupción mecánica (como en el método o el aparato de capa por capa), incluso si se proporciona un mecanismo de ajuste incremental de la placa de construcción (por ejemplo, un ajuste que no lleva a o provoca el colapso del gradiente de la zona de polimerización).
El miembro semipermeable típicamente comprende una porción de superficie superior, una porción de superficie inferior, y una porción de superficie de borde. La superficie de construcción está en la porción de superficie superior, y la superficie de alimentación puede estar en una, dos o las tres de, la porción de superficie superior, la porción de superficie inferior, y/o la porción de superficie de borde. En el modo de realización ilustrado en la figura 2, la superficie de alimentación está en la porción de superficie inferior, pero se pueden implementar configuraciones alternativas en las que se proporciona la superficie de alimentación en la porción de superficie de borde y/o superior (próximas pero separadas o alejadas de la superficie de construcción) con una habilidad rutinaria.
El miembro semipermeable tiene, en algunos modos de realización, un espesor desde 0,01, 0,1 o 1 milímetros hasta 10 o 100 milímetros, o más (dependiendo del tamaño del objeto que está siendo fabricado, sea o no laminado o esté en contacto con una placa de soporte adicional tal como cristal, etcétera tal y como se expone adicionalmente más abajo.
La permeabilidad del miembro semipermeable del inhibidor de polimerización dependerá de las condiciones tales como la presión de la atmósfera y/o el inhibidor, la elección de inhibidor, la tasa o velocidad de fabricación, etcétera. En general, cuando el inhibidor es oxígeno, la permeabilidad del miembro semipermeable a oxígeno puede ser desde 100x10-12 o 200x10-12 (Scm3) cm cm-2 s-1 torr-1 (10 o 20 Barrers) hasta de 10x10-9 o 20x10-9 (Scm3) cm cm-2 s-1 torr-1 (1000 o 2000 Barrers) o más. Por ejemplo, un miembro semipermeable con una permeabilidad 100x10-12 (Scm3) cm cm-2 s-1 torr-1 (10 Barrers) utilizado con oxígeno puro, u oxígeno altamente enriquecido, una atmósfera bajo una presión de 1034kPa (150PSI) puede comportarse sustancialmente igual que un miembro semipermeable con una permeabilidad de 5x10-9 (Scm3) cm cm-2 s-1 torr-1 (500 Barrers) cuando el oxígeno es suministrado desde la atmósfera ambiente bajo condiciones atmosféricas.
Por tanto, el miembro semipermeable puede comprender una película de polímero flexible (que tiene cualquier espesor adecuado, por ejemplo desde 0,001, 0,01, 0,1 o 1 milímetro hasta 5, 10 o 100 milímetros, o más), y la placa de construcción puede además comprender un miembro de tensado (por ejemplo, una sujeción periférica y un miembro de tensión asociado de forma operativa o miembro de estiramiento, tal como en un “cabezal de tambor”; una pluralidad de sujeciones periféricas, etcétera, incluyendo combinaciones de los mismos) conectadas a la película de polímero y para fijar y rigidizar la película (por ejemplo, al menos los suficientemente como para que la película no se pegue al objeto cuando el objeto se hace avanzar y rebota de forma resiliente o elástica desde la misma). La película tiene una superficie superior y una superficie inferior, con la superficie de construcción en la superficie superior y la superficie de alimentación de forma preferible en la superficie inferior. En otros modos de realización, el miembro semipermeable comprende: (i) una capa de película de polímero (que tiene cualquier espesor adecuado, por ejemplo, desde 0,001, 0,01, 0,1 o 1 milímetro hasta 5, 10 o 100 milímetros, o más), que tiene una superficie superior situada para hacer contacto con dicho líquido polimerizable y una superficie inferior, y (ii) un miembro de soporte ópticamente transparente, permeable a gases y rígido (que tiene cualquier espesor adecuado, por ejemplo, desde 0,01, 0,1 o 1 milímetros hasta 10, 100 o 200 milímetros, o más), que hace contacto con dicha superficie inferior de la capa de película. El miembro de soporte tiene una superficie superior que hace contacto con la superficie inferior de la capa de película, y el miembro de soporte tiene una superficie inferior que puede servir como la superficie de alimentación del inhibidor de polimerización. Se puede utilizar cualquier material adecuado que sea semipermeable (es decir, permeable al inhibidor de polimerización). Por ejemplo, la película de polímero o la capa de película de polímero puede, por ejemplo, ser una película de fluoropolímero , tal como un fluoropolímero termoplástico amorfo como películas de fluoropolímero TEFLON AF 1600® o TEFLON AF 2400®, o perfluoropolímero (PFPE), particularmente una película de PFPE articulado, o una película de polímero de silicona
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reticulada. El miembro de soporte comprende una silicona o un miembro de polímero de silicona reticulada tal como un miembro de polidimetilxiloxano, un miembro de polímero permeable hágase rígido, o un miembro de cristal poroso o microporoso. Las películas pueden ser laminadas o sujetas directamente a un miembro de soporte rígido sin adhesivo (por ejemplo, utilizando materiales de PFPE y PDMS), o se pueden utilizar agentes de unión de silano que reaccionan con la superficie superior de la capa de PDMS para adherirse a la primera capa de película de polímero. También pueden utilizar siliconas funcionales de acrilato curables por UV como una capa de enlace entre las capas de PFPE curables por UV y de soporte de PDMS rígidas.
Como se señaló anteriormente, aunque en algunos modos de realización el material semipermeable permite al inhibidor pasar a través del mismo, puede estar simplemente configurado para contener una cantidad suficiente (o “reserva”) de inhibidor para mantener de forma continua la zona muerta durante un periodo suficiente de tiempo, para producir el artículo que está siendo fabricado sin suministrar adicionalmente un inhibidor durante el proceso (cuya “reserva” puede reponerse o recargarse entre ciclos de producción). El tamaño y el volumen interno se pueden configurar como sea apropiado para el artículo particular que está siendo fabricado para contener una reserva suficiente de inhibidor.
Cuando se configura para la colocación en el aparato, el portador define una “región de construcción” en la superficie de construcción, dentro del área total de la superficie de construcción. Debido a que un “salto” lateral (por ejemplo, en las direcciones X y/o Y) no se requiere en la presente invención para romper la adhesión entre las capas sucesivas, como en los dispositivos de Joyce y Chen señalados anteriormente, el área de la región de construcción dentro de la superficie de construcción se puede maximizar (o de lo contrario, el área de la superficie de construcción no dedicada a la región de construcción se puede minimizar). Por tanto en algunos modos de realización, el área de superficie total de la región de construcción puede ocupar al menos un cincuenta, un sesenta, un setenta, un ochenta, o un noventa por ciento del área de superficie total de la superficie construida.
Tal y como se muestra en la figura 2, los diversos componentes son montados en un conjunto 20 de soporte o de bastidor, mientras que el diseño particular del conjunto de soporte o de bastidor no es crítico y puede asumir numerosas configuraciones, en los modos de realización ilustrados está compuesto de una base 21 a la cual se fija de forma segura o rígida la fuente 11 de radiación, un miembro 22 vertical al cual está asociado de forma operativa la etapa lineal, y una mesa 23 horizontal a la cual está fijada de forma desmontable y segura la pared 14 (o sobre la cual se coloca la pared) y la placa de construcción fijada de forma rígida, o bien de forma permanente o desmontable para formar la cámara de construcción tal y como se describió anteriormente.
Tal y como se señaló anteriormente, la placa de construcción puede consistir en una única pieza unitaria e integral de un miembro semipermeable rígido, o puede comprender materiales adicionales. Por ejemplo, tal y como se muestra en 3re 2A, un cristal poroso o microporoso se puede laminar o fijar a un material semipermeable rígido. O, tal y como se muestra en la figura 3B, un miembro semipermeable tal como una porción superior se puede fijar a un miembro inferior transparente que tiene canales de purgado formados en el mismo para suministrar gas portador del inhibidor de polimerización al miembro semipermeable (a través de los cuales pasa hasta la superficie de construcción para facilitar la formación de una capa de liberación de material líquido no polimerizado, tal y como se señaló anteriormente y más abajo). Dichos canales de purgado pueden extenderse totalmente o parcialmente a través de la placa base: por ejemplo, los canales de purgado pueden extenderse parcialmente dentro de la placa base, pero después finalizar en la región directamente subyacente a la superficie de construcción para evitar la introducción de distorsión. Geometrías específicas dependerán de si la superficie de alimentación para el inhibidor dentro del miembro semipermeable está ubicada en el mismo lado o en el lado opuesto de la superficie de construcción, o en una porción de borde de la misma, o una combinación de varias de las mismas.
Cualquier fuente de radiación adecuada (o combinación de fuentes) se puede utilizar, dependiendo de la resina particular empleada, incluyendo un haz de electrones y fuentes de radiación de ionización. En un modo de realización preferido, la fuente de radiación es una fuente de radiación actínica, tal como una o más fuentes de luz, y en particular una o más fuentes de luz ultravioleta. Se puede utilizar cualquier fuente de luz adecuada, tal como luces incandescentes, luces fluorescentes, luces fosforescentes o luminiscentes, un láser, un diodo emisor de luz, etcétera, incluyendo conjuntos de los mismos. La fuente de luz de forma preferible incluye un elemento que forma un patrón asociado de forma operativa con un controlador, tal y como se señaló anteriormente. En algunos modos de realización, la fuente de luz o elemento de formación de patrón comprenden un dispositivo de micro espejo digital (o deformable) (DMD) con procesamiento de luz digital (DLP) un modulador espacial (SLM), o un conjunto de espejo de sistema microelectromecánico (MEMS), una máscara (conocida como retículo), una silueta, o una combinación de los mismos. Véase la patente estadounidense No. 7,902,526. De forma preferible, la fuente de luz comprende un conjunto de modulación de luces parcial tal como un conjunto de válvula de luz de cristal líquido o un conjunto de microespejo o DMD (por ejemplo, con un procesador de luz digital asociado de forma operativa, típicamente a su vez bajo el control de un controlador adecuado), configurado para llevar a cabo la exposición o irradiación del líquido polimerizable sin una máscara, por ejemplo, mediante fotolitografía sin máscara. Véase, por ejemplo, las patentes estadounidenses Nos. 6,312,134; 6,248,509; 6,238,852; y 5,691,541.
Disposiciones de portadores alternativos y/o actuadores/accionadores son mostradas en la figura 4. Se pueden emplear numerosas variaciones, incluyendo un carrete de recogida, un conjunto de accionador XYZ (por ejemplo,
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homo el utilizado comúnmente en una fase de microscopio automatizado), etcétera. En el modo de realización ilustrado en la figura 2 el conjunto de accionador comprenderá generalmente un engranaje de tomillo sin fin y un motor, un piñón y cremallera, y un motor, un accionador hidráulico, neumático o piezoeléctrico adaptado para mover o hacer avanzar el portador en contra de la superficie de construcción en la dirección vertical o “Z” únicamente. En el modo de realización alternativo mostrado en la figura 4, se puede utilizar una canilla o un carrete de recogida, con accionadores o actuadores asociados y guías (no mostradas), particularmente cuando el producto que está siendo fabricado es una varilla o fibra alargada (expuesta adicionalmente más abajo). En un modo de realización alternativo, un par de carretes de recogida con guías asociadas, y accionadores o actuadores asociados (no mostrados), se pueden montar en la etapa lineal para proporcionar un movimiento en cualquiera de las direcciones X y/o Y adicionalmente a o en combinación con el movimiento a la dirección Z proporcionada por la fase 19 lineal. En otros modos de realización más, un conjunto de accionador XYZ tal como el utilizado en un microscopio automatizado se puede utilizar en lugar de una fase 19 lineal para mover o hacer avanzar el portador en contra de la superficie de construcción en la dirección XY y/o Z, por ejemplo, formando un ángulo, o con ángulos cambiantes, o combinaciones de direcciones en varias etapas. Por tanto el avance en contra de la placa de construcción se puede llevar a cabo únicamente en la dirección Z (o vertical), o al menos en la dirección Z, combinando el movimiento en la dirección Z con el movimiento en las direcciones X y/o Y. En algunos modos de realización puede haber un movimiento en las direcciones X y/o Y de forma concurrente con el movimiento en la dirección Z, con el movimiento en la dirección X y/o Y por tanto sucediendo durante la polimerización de líquido polimerizable (es decir en contraste al movimiento descrito en Y. Chen y otros M. Joyce, anteriormente, que es un movimiento entre etapas de polimerización anteriores y posteriores con el propósito de reponer el líquido polimerizable). En la presente invención dicho movimiento puede llevarse a cabo por propósitos tales como reducir el “quemado” o ensuciado de una zona particular de la superficie construida.
Debido a que una ventaja de algunos modos de realización de la presente invención es que el tamaño de la superficie de construcción en el miembro semipermeable (es decir, la placa de construcción o ventana) se puede reducir debido a la ausencia de un requerimiento de un “salto” lateral como en los dispositivos de Joyce y Chen señalados anteriormente, en los métodos, sistemas y aparatos de la presente invención el movimiento lateral (incluyendo el movimiento en la dirección X y/o Y o una combinación de las mismas) del portador y del objeto (si dicho movimiento lateral está presente) es de forma preferible no más de, o menos de 80, 70, 60, 50, 40, 30, 20, o incluso un 10 por ciento de la anchura (en la dirección de ese movimiento lateral) de la región de construcción.
Aunque en algunos modos de realización el portador está montado en un elevador para subir y alejarse de la placa de construcción estacionaria, en otros modos de realización, se puede utilizar la disposición inversa: es decir, el portador puede estar fijo en la placa de construcción descendida para por lo tanto hacer avanzar al portador en contra de la misma. Serán evidentes numerosas configuraciones mecánicas diferentes para el experto en la técnica para lograr el mismo resultado, en todas las cuales la placa de construcción es “estacionaria” en el sentido de que no se requiere un movimiento lateral (X o Y) para reponer el inhibidor en el mismo, o no se emplea ninguna placa de construcción elástica que deba ser estirada y después rebotada (con un sobre-avance y, un retorno asociados del portador).
Dependiendo de la elección del material del cual se fabrique el portador, y de la elección de polímero resina del cual hace el artículo, la adhesión del artículo al portador puede algunas veces ser insuficiente para retener el artículo en el portador a través de la consecución del artículo acabado o “construcción”. Por ejemplo, un portador de aluminio puede tener una adhesión inferior que un portador de poli(cloruro de vinilo) (o “PVC”). Por tanto una solución es emplear un portador que comprende un PVC en la superficie a la cual se va polimerizar el artículo que está siendo fabricado. Si esto promueve una adhesión demasiado grande como para separar de forma conveniente la pieza acabada del portador, entonces se puede utilizar cualquier variedad de técnicas para fijar adicionalmente el artículo a un portador menos adhesivo, incluyendo pero no limitado a, la aplicación de cinta adhesiva tal como “cinta de carrocero Greener para pintado básico no.2025 de alta adhesión” para fijar adicionalmente el artículo al portador durante la fabricación.
Capas de sacrificio solubles. En algunos modos de realización, una capa de sacrificio soluble o capa de liberación puede establecerse entre el portador y el objeto tridimensional, de manera que la capa de sacrificio pueda solubilizarse posteriormente para liberar de forma conveniente el objeto tridimensional del portador una vez que se ha completado la fabricación. Cualquier capa de sacrificio adecuada tal como un adhesivo, que se pueda recubrir o de otro modo proveer sobre el portador, se puede emplear y cualquier disolvente adecuado (por ejemplo, disolventes orgánicos polares y no polares, disolventes acuosos, etcétera para solubilizar la capa de liberación de sacrificio, aunque la capa de sacrificio y su disolvente correspondiente sean elegidos de manera que el material particular del que se forma el objeto tridimensional no sea atacado o solubilizado de forma indebida por ese disolvente. La capa de sacrificio puede ser aplicada al portador mediante cualquier técnica adecuada, tal como pulverización, recubrimiento por inmersión, pintado, etcétera. Ejemplos de materiales adecuados para la capa de liberación de sacrificio soluble (y ejemplos no limitativos de disolventes correspondientes) incluyen pero no están limitados a: adhesivo cianoacrilato (disolvente de acetona); poli(vinilpirrolidona) (disolvente de agua y/o alcohol isopropílico); lacas (disolvente de acetona); alcohol polivinílico, ácido poliacrílico, poli(ácido metacrílico), poliacrilamida, óxidos de polialquileno como el poli(óxido de etileno), azúcares y sacáridos como la sacarosa y el dextrano (agua o solventes
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acuosos), etcétera. Son preferidos particularmente disolventes de energía superficial inferior en algunos modos de realización.
En algunos modos de realización de la invención, el actuador/accionador y/o el controlador asociado están configurados para hacer avanzar al portador únicamente en contra de la placa de construcción (por ejemplo, es unidireccional), tal y como se expone adicionalmente más abajo.
En algunos modos de realización de la invención, el actuador/accionador y/o el controlador asociado están configurados como un accionamiento continuo (en oposición al accionamiento por etapas), como también se expone más abajo.
3. Métodos
Tal y como se señaló anteriormente, la presente invención proporciona un método de formación de un objeto tridimensional, que comprende las etapas de: (a) proporcionar un portador y una placa de construcción, dicha placa de construcción que comprende un miembro semipermeable, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción y una superficie de alimentación separada de dicha superficie de construcción, con dicha superficie de construcción y dicho portador que define una región de construcción entre los mismos, y dicha superficie de alimentación en contacto fluido con un inhibidor de polimerización; después (de forma concurrente y/o de forma secuencial) (b) llenar dicha región de construcción con un líquido polimerizable, dicho líquido polimerizable que hace contacto con dicho segmento de construcción (c) irradiar dicha región de construcción a través de dicha placa de construcción para producir una región polimerizada sólida en dicha región de construcción, con una capa de liberación de película de líquido compuesta de dicho líquido polimerizable formado entre dicha región polimerizada sólida y dicha superficie de construcción, la polimerización de cuya película de líquido es inhibida mediante dicho inhibidor de polimerización; y (d) hacer avanzar dicho portador con dicha región polimerizada adherida al mismo en contra de dicha superficie de construcción en dicha placa de construcción estacionaria para crear una región de construcción posterior entre dicha región polimerizada y dicha zona superior. En general el método incluye (e) continuar y/o repetir las etapas (b) a (d) para producir una región polimerizada posterior adherida a una región pulverizada previa hasta que la deposición continuada o repetida de regiones polimerizadas adheridas entre sí forma dicho objeto tridimensional.
Dado que no se requiere ninguna liberación mecánica de la capa de liberación, o no se requiere ningún movimiento mecánico de la superficie de construcción para reponer el oxígeno, el método se puede llevar a cabo de una manera continua, aunque se apreciará que las etapas individuales señaladas anteriormente se pueden llevar a cabo de forma secuencial, de forma concurrente o una combinación de las mismas. De hecho, la tasa de las etapas puede variarse a lo largo del tiempo dependiendo de factores tales como la densidad y/o la complejidad de la región en fabricación.
También, dado que la liberación mecánica de una ventana o de una capa de liberación generalmente requiere que el portador sea avanzado una distancia mayor de la placa de construcción que la deseada para la siguiente etapa de radiación, lo cual permite a la ventana ser vuelta a recubrir, y entonces retornar el portador más próximo a la placa de construcción (por ejemplo, una operación de “dos etapas de avance una etapa de retroceso”), la presente invención en algunos modos de realización permite la eliminación de esta etapa de “retroceso” y permite al portador ser avanzado unidireccional mente, o en una única dirección, sin intervenir el movimiento de la ventana para volver a recubrir o “quebrar” una capa de liberación elástica formada previamente.
En algunos modos de realización, la etapa de avance es llevada a cabo secuencialmente en incrementos uniformes (por ejemplo, desde 0,1 o 1 micrones a 10 o 100 micrones o más) para cada etapa o incremento. En algunos modos de realización, la etapa de avance es llevada a cabo secuencialmente en incrementos variables (por ejemplo, cada incremento que varía desde 0,1 o 1 micrones hasta 10 o 100 micrones, o más) para cada etapa o incremento. El tamaño del incremento, junto con la tasa de avance, dependerá en parte de factores tales como la temperatura, la presión, la estructura del artículo que está siendo producido (por ejemplo, el tamaño, la densidad, la complejidad, la configuración, etcétera).
En otros modos de realización de la invención, la etapa de avance se lleva a cabo de forma continua, a una tasa uniforme o variable.
En algunos modos de realización, la tasa de avance (se lleve a cabo de forma secuencial o de forma continua) es desde aproximadamente 0,1, 1 o 10 micrones por segundo, hasta aproximadamente 100, 1000 o 10.000 micrones por segundo, de nuevo dependiendo de factores tales como la temperatura, la presión, la estructura del artículo que está siendo producido, la intensidad de radiación, etcétera.
Tal y como se describe adicionalmente más abajo, en algunos modos de realización, la etapa de llenado de es llevada a cabo empujando dicho líquido polimerizable dentro de dicha región de construcción a presión. En dicho caso, la etapa o etapa de avance pueden llevarse a cabo a una tasa o tasa acumulativa o media de al menos 0,1, 1, 10, 50, 100, 500 o 1000 micrones por segundo, o más. En general, la presión puede ser cualquiera que sea suficiente para aumentar la tasa de dicha etapa(s) de avance al menos 2, 4, 6, 8 o 10 veces en comparación con la tasa máxima de repetición de dichas etapas de avance en la ausencia de dicha presión. Cuando la presión es
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proporcionada encerrando un aparato tal como el descrito anteriormente en un recipiente a presión y llevando a cabo el proceso en una atmósfera a presión (por ejemplo, de aire, aire enriquecido con oxígeno, una mezcla de gases, oxígeno puro, etcétera) se puede utilizar una presión de 69, 138, 207 o 276kPa (10, 20, 30 o 40 libras por pulgada cuadrada (PSI)) hasta 1379, 2068, 2758 o 3447kPa (200, 300, 400 o 500 PSI), o más. Para la fabricación de objetos irregulares grandes pueden ser menos preferidas presiones más altas en comparación a tiempos de fabricación más lentos debido al coste de un recipiente a alta presión grande. En dicho modo de realización, tanto la superficie de alimentación como el líquido polimerizable pueden estar en contacto fluido con el mismo gas comprimido (por ejemplo, uno que comprende desde un 20 a un 95 por ciento en volumen de oxígeno, sirviendo el oxígeno como inhibidor de polimerización.
Por otro lado, cuando son fabricados objetos más pequeños, o se fabrica una varilla o una fibra que se puede retirar o sacar del recipiente a presión, y se produce a través de un puerto o un orificio en el mismo, entonces el tamaño del recipiente a presión se puede mantener más pequeño con respecto al tamaño del producto que está siendo fabricado y se pueden utilizar (si se desea) más fácilmente presiones más altas.
Tal y como se señaló anteriormente, la etapa de irradiación es llevada a cabo en algunos modos de realización con irradiación por patrón. La irradiación por patrón puede ser un patrón fijo o puede tener un patrón variable creado mediante un generador de patrón (por ejemplo, un DLP), tal y como se expuso anteriormente, dependiendo del objeto particular que está siendo fabricado.
Cuando la irradiación por patrón es de patrón variable en lugar de que un patrón se mantenga constante a lo largo del tiempo, entonces cada etapa de irradiación puede tener cualquier tiempo o duración adecuados dependiendo de factores tales como la intensidad de la irradiación, la presencia o ausencia de tintes en el material polimerizable, la tasa de crecimiento, etcétera. Por tanto, en algunos modos de realización, cada etapa de irradiación puede tener desde 0,001, 0,01, 0,1, 1 o 10 microsegundos hasta 1, 10 o 100 minutos, o más, de duración. El intervalo entre cada etapa de irradiación es en algunos modos de realización de forma preferible tan breve como sea posible, por ejemplo, desde 0,001, 0,01, 0,1 o 1 microsegundos hasta 0,1, 1 o 10 segundos.
En algunos modos de realización la superficie de construcción es plana; en otros la superficie de construcción es irregular tal como curvada de forma convexa o de forma cóncava, o tiene paredes o aberturas formadas en la misma. En cualquier caso la superficie de construcción puede ser lisa o con textura.
Se puede utilizar placas de construcción curvadas y/o irregulares o superficie de construcción en la formación de una fibra o varilla, para proporcionar materiales diferentes a un único objeto que está siendo fabricado (es decir, diferentes líquidos polimerizables para la misma superficie de construcción a través de canales o aberturas formadas en la superficie de construcción, cada una asociada a un suministro de líquido separado, etcétera.
Canales de suministro de portador para líquido polimerizable. Aunque se puede proporcionar un líquido polimerizable directamente a la placa de construcción desde un conducto de líquido y un sistema de depósito, en algunos modos de realización el portador incluye uno o más canales de suministro en el mismo. Los canales de suministro de portador están en comunicación fluida con el suministro del líquido polimerizable, por ejemplo un depósito y una bomba asociada. Canales de suministro de portador diferentes pueden estar en comunicación fluida con el mismo suministro o funcionar de forma simultánea entre sí, o canales de suministro de portador diferentes pueden ser controlables de forma separada entre sí (por ejemplo, a través de la provisión de una bomba y/o una válvula para cada uno). Los canales de suministro controlables de forma separada pueden estar en comunicación fluida con un depósito que contiene el mismo líquido polimerizable, o pueden estar en comunicación fluida con un depósito que contiene diferentes líquidos polimerizables. A través del uso de conjuntos de válvulas, diferentes líquidos polimerizables pueden, en algunos modos de realización, ser suministrados de forma alternativa a través del mismo canal de suministro, si se desea.
4. Controlador y proceso de control.
Los métodos y aparatos de la invención pueden incluir etapas del proceso y características de aparato para implementar el control del proceso, incluyendo la retroalimentación y el control de prealimentación, para, por ejemplo, mejorar la velocidad y/o la fiabilidad del método.
Un controlador utilizado para llevar a cabo la presente invención se puede implementar como una circuitería de hardware, software, o una combinación de los mismos. En un modo de realización, el controlador es un ordenador de propósito general que ejecuta software, asociado de forma operativa con monitores, accionadores, bombas, y otros componentes a través de un hardware y/o software de interfaz adecuados. El software adecuado para el control del método y el aparato de impresión tridimensional o fabricación tal y como se describió en el presente documento incluye, pero no está limitado a, el programa de impresión en 3d de código abierto ReplicatorG, un software controlador 3DPrint® para sistemas 3D, Slic3r, Skeinforge, KISSlicer, Repetier-Host, PrintRun, Cura, etcétera, incluyendo combinaciones de los mismos.
Parámetros de proceso para monitorizar directamente o indirectamente, de forma continua o de forma intermitente durante el proceso (por ejemplo durante una, alguna o todas las etapas de llenado, irradiación y avance) incluyen pero no están limitados a, intensidad de radiación, temperatura del portador, líquido polimerizable en la zona de
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construcción, temperatura del producto en crecimiento, temperatura de la placa de construcción, presión, velocidad de avance, presión, fuerza (por ejemplo, ejercida en la placa de construcción a través del portador y del producto que está siendo fabricado, tensión (por ejemplo, ejercida en el portador mediante el producto en crecimiento que está siendo fabricado), espesor de la capa de liberación, etcétera.
Parámetros conocidos que se pueden utilizar en sistemas de control de retroalimentación y/o de prealimentación incluyen pero no están limitados a, consumo esperado de líquido polimerizable (por ejemplo, a partir de una geometría o volumen conocidos del artículo que está siendo fabricado), temperatura de degradación del primero que está haciendo formado a partir de líquido polimerizable, etcétera.
Las condiciones de proceso pueden controlarse directamente o indirectamente, de forma continua o por etapas, en respuesta a un parámetro monitorizado, y/o a parámetros conocidos (por ejemplo, durante cualquiera o todas las etapas del proceso señaladas anteriormente), incluyen, pero no están limitadas a, la tasa de suministro de líquido polimerizable, la temperatura, la presión, la tasa o velocidad de avance del portador, la intensidad de irradiación, la duración de la irradiación (por ejemplo, para cada “rebanada”), etcétera.
Por ejemplo, la temperatura del líquido polimerizable en la zona de construcción, o la temperatura de la placa de construcción, se pueden monitorizar, directamente o indirectamente con un termopar apropiado, un sensor de temperatura sin contacto (por ejemplo, un sensor de temperatura infrarrojo), u otro sensor de temperatura adecuado, para determinar si la temperatura excede la temperatura de degradación del producto polimerizado. Si es así, se puede ajustar un parámetro de proceso a través de un controlador para reducir la temperatura en la zona de construcción y/o de la placa de construcción. Parámetros de proceso adecuados para dicho ajuste pueden incluir: disminuir la temperatura con un enfriador, disminuir la tasa de avance del portador, disminuir la intensidad de la irradiación, disminuir la duración de la exposición de irradiación, etcétera.
Adicionalmente, la intensidad de la fuente de irradiación (por ejemplo, una fuente de luz ultravioleta tal como una lámpara de mercurio) se puede monitorizar con un fotodetector para detectar un aumento de intensidad de la fuente de irradiación (por ejemplo, a través de una degradación de rutina de la misma durante el uso). Si se detecta, se puede ajustar un parámetro de proceso a través de un controlador para adaptar la pérdida de intensidad. Parámetros de proceso adecuados para dicho ajuste pueden incluir: aumentar la temperatura con un calentador, disminuir la tasa de avance del portador, aumentar la potencia de la fuente de luz, etcétera.
Como otro ejemplo, el control de temperatura y/o depresión para mejorar el tiempo de fabricación se puede lograr mediante calentadores y enfriadores (individualmente, o en combinación entre si y sensibles de forma separada a un controlador), y/o con un suministro de presión (por ejemplo, un bomba, un recipiente a presión, válvulas y combinaciones de los mismos), y/o un mecanismo de liberación de presión tal como una válvula controlable (individualmente, o en combinación entre si y sensible de forma separada a un controlador).
En algunos modos de realización, el controlador está configurado para mantener el gradiente de la zona de polimerización descrita en el presenté documento (véase, por ejemplo, la figura 1) a lo largo de toda la fabricación de alguno o todos los productos finales. La configuración específica (por ejemplo, tiempos, tasa o velocidad de avance, intensidad de radiación, temperatura, etcétera) dependerá de factores tales como la naturaleza del líquido polimerizable específico y el producto que está siendo creado. La configuración para mantener el gradiente de la zona de polimerización puede llevarse a cabo de forma empírica, introduciendo un conjunto de parámetros o instrucciones de proceso previamente determinados, o determinados a través de una serie de ensayos ejecutados de “prueba y error”; se puede proporcionar una configuración a través de instrucciones predeterminadas, se puede lograr una configuración mediante una monitorización y retroalimentación adecuados (tal como se expuso anteriormente), una combinación de los mismos, o de cualquier otra manera adecuada.
5. Productos de fabricación.
Los productos tridimensionales producidos mediante los métodos y procesos de la presente invención pueden ser productos finales, acabados o sustancialmente acabados, o pueden ser productos intermedios sujetos a etapas de fabricación adicionales tales como un tratamiento superficial, un corte por láser, un mecanizado de descarga eléctrica, etcétera. Productos intermedios incluyen productos para los cuales se puede llevar a cabo una fabricación aditiva adicional en los mismos o diferentes aparatos). Por ejemplo, una línea de falla o fisura puede introducirse de forma deliberada en una “construcción” en curso interrumpiendo y después restableciendo, el gradiente de la zona de polimerización, para finalizar una región del producto acabado, o simplemente debido a que una región particular del producto acabado o de la “construcción” en menos frágil que otros.
Numerosos productos diferentes se pueden realizar mediante los métodos y aparatos de la presente invención, incluyendo tanto modelos o prototipos de gran escala, productos personalizados pequeños, productos o dispositivos de miniatura o microminiatura, etcétera. Ejemplos incluyen, pero no están limitados a, dispositivos médicos y dispositivos médicos implantables tales como endoprótesis, depósitos de administración de medicamentos, estructuras funcionales, conjuntos de microagujas, fibras y varillas tales como guías de onda, dispositivos micromecánicos, dispositivos microfluídicos, etcétera.
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Por tanto, en algunos modos de realización el producto puede tener una altura desde 0,1 o 1 milímetros hasta 10 o 100 milímetros, o más, y/o una anchura máxima desde 0,1 o 1 milímetros hasta 10 o 100 milímetros, o más. En otros modos de realización, el producto puede tener una altura desde 10 o 100 manómetros hasta 10 o 100 micrómetros, o más, y/o una anchura máxima de 10 o 100 nanómetros hasta 10 o 100 micras, o más. Estos son sólo ejemplos: el tamaño y la anchura máximos dependen de la arquitectura del dispositivo particular y de la resolución de la fuente de luz y se puede ajustar dependiendo del objetivo particular del cuerpo o artículo que está siendo fabricado.
En algunos modos de realización, la relación de altura con respecto a la anchura del producto es de al menos 2:1, 10:1, 50:1, o 100:1, o más, y una anchura con respecto a la altura de 1:1, 10:1, 50:1, o 100:1, o más.
En algunos modos de realización, el producto tiene al menos una, o una pluralidad de, poros o canales formados en el mismo, tal y como se discute adicionalmente más abajo.
Los procesos descritos en el presente documento pueden producir productos con una variedad de propiedades diferentes. Por tanto, en algunos modos de realización los productos son rígidos; en otros modos de realización, los productos son flexibles o resilientes. En algunos modos de realización, los productos son un sólido; en otros modos de realización, los productos son un gel tal como un hidrogel. En algunos modos de realización, los productos tienen una memoria de forma (es decir, vuelven sustancialmente a una forma previa después de haber sido deformados, siempre que nos sean deformados hasta el punto de falla estructural). En algunos modos de realización, los productos son unitarios (es decir, formados a partir de un único líquido polimerizable). En algunos modos de realización, los productos son compuestos (es decir, formados a partir de dos o más líquidos polimerizables diferentes). Propiedades particulares serán determinadas por factores tales como la elección del líquido(s) polimerizable empleado.
En algunos modos de realización, el producto o el artículo realizado tiene al menos una característica sobresaliente (o “voladizo”), tal como un elemento de puente entre dos cuerpos de soporte, o un elemento en voladizo que sobresale de un cuerpo de soporte sustancialmente vertical. Debido a la naturaleza continua unidireccional de algunos modos de realización de los presentes procesos, el problema de líneas de falla o de fisura que se forman entre las capas cuándo cada capa es polimerizada hasta que la consecución sustancial y un intervalo de tiempo sustancial ocurren antes de que se exponga el siguiente patrón, se reduce sustancialmente. Por tanto, en algunos modos de realización, los métodos son particularmente ventajosos para reducir, o eliminar, el número de estructuras de soporte para dichos voladizos que son fabricados de forma concurrente con el artículo.
La presente invención se explica con mayor detalle en los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1
Transferencia de inhibidor para construir una superficie desde una superficie de alimentación separada
Se colocó una gota de adhesivo curable por ultravioleta (UV) en una placa metálica y se cubrió con una placa de 10 mm de espesor de fluoropolímero TEFLON® AF (o un polímero vítreo o amorfo) tal y como se muestra en la figura 5a. La radiación UV fue proporcionada al adhesivo que forma el lado del Teflón AF tal y como se muestra en la figura 5b. Después de la exposición UV las dos placas fueron separadas. Se encontró que no se requería ninguna fuerza para separar las dos placas. Tras el examen de las muestras se descubrió que el adhesivo se curó únicamente próximo a la placa metálica, y que una película delgada de adhesivo no curado estaba presente en la placa de fluoropolímero de Teflón AF y también en la porción curada del adhesivo tal y como se muestra en la figura 5c.
Dos experimentos controlados también se realizaron donde se utilizó un cristal limpio (figuras 5d-5f) y también un cristal tratado con una capa de liberación (figuras 5g-5i). Se confirmó que se necesitaba una fuerza considerable para separar el cristal limpio del metal y se encontró que el adhesivo permanecía en el cristal. Era necesaria menos fuerza para separar el cristal tratado, mientras que el adhesivo permanecía en la placa metálica.
El fenómeno químico que describe el comportamiento observado es la inhibición de oxígeno de la relación de polimerización radical. En particular, el Teflón AF tiene un coeficiente de permeabilidad al oxígeno muy alto. El suministro constante de oxígeno a través de los 10 mm de espesor de Teflón AF es suficiente para evitar una capa delgada de adhesivo de acrilato de la polimerización. El espesor de la capa de adhesivo no curada en el experimento anterior fue del orden de 10 micrones y se puede incrementar y disminuir variando la cantidad de fotoiniciador presente en el adhesivo.
Ejemplo 2
Transferencia de inhibidores a través de la placa de construcción a la superficie de construcción
Muestras 1 y 2 fueron preparadas de una manera similar en donde una gota de adhesivo curable por UV fue colocada en una placa de metal y cubierta con una placa de 10 mm de espesor de fluoropolímero de TEFLON® AF tal y como se muestra en la figura 6a. Ambas muestras fueron expuestas a un entorno de nitrógeno para eliminar cualquier presencia de oxígeno tal y como se muestra en la figura 6b. Después ambas muestras fueron llevadas a
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un ambiente atmosférico estándar y la muestra 1 fue expuesta UV inmediatamente a una radiación mientras que la muestra 2 fue expuesta a una radiación UV 10 minutos después de estar en el ambiente atmosférico. Ambas muestras fueron expuestas a la misma cantidad de radiación UV tal y como se muestra en la figura 6C y la figura 6E. Tras el examen de las muestras después de la exposición UV se descubrió que el adhesivo fue curado completamente en la muestra 1 tal y como se muestra en la figura 6D y sólo próximo a la placa de metal en la muestra 2 tal y como se muestra en la figura 6F. Una delgada capa de adhesivo no curado estaba presente sobre la placa de fluoropolímero de Teflón AF y también en la porción curada del adhesivo para la muestra 2. Este experimento muestra que el inhibidor, oxígeno, fue transferido a través de la placa de Teflón AF al adhesivo durante el periodo de 10 minutos que estuvo expuesto al ambiente atmosférico.
Ejemplo 3
Tasa de fabricación creciente: Presión
Un material altamente permeable al oxígeno y transparente a UV es utilizado como la parte inferior de la cámara llena de resina fotocurable en un dispositivo de la invención. Durante la construcción, la parte superior de un objeto es fijada a una placa de soporte que es movida hacia arriba a una velocidad sustancialmente constante mientras que la porción inferior del objeto se forma constantemente justo por encima de la parte inferior de la cámara. El hueco entre la parte inferior del objeto y la parte inferior de la cámara es siempre llenado de resina. A medida que el objeto está siendo formado y se hace avanzar, la resina en el hueco se repone constantemente con suministro de resina contenida en la cámara.
La velocidad de la formación del objeto depende de la viscosidad n de la resina, la presión P atmosférica, la altura h del hueco entre el objeto y la parte inferior de la cámara y la dimensión L lineal de la superficie inferior del objeto. Se realizaron simples cálculos para estimar esta velocidad utilizando la teoría del flujo viscoso entre dos capas paralelas. El tiempo t que es requerido para llenar el hueco mostrado en la figura 7 es dado por la ecuación
(L^n
UJ p
Asumiendo:
L ~ 100 mm h ~ 100 micrones n ~ 100 cPoise P ~ 1 atm
En este modo de realización, el tiempo t el estimado para ser del orden de 1 segundo, resultando en velocidades de fabricación de 100 micrones por segundo o 5 minutos por pulgada. Estos cálculos asumen que el espesor de resina no curada se mantiene en aproximadamente 100 micrones. Dependiendo de la química de la resina y de la permeabilidad de la placa base, este parámetro puede variar. Si, por ejemplo, el hueco es 25 micrones, entonces las velocidades de fabricación a presión atmosférica disminuirán de acuerdo con la ecuación 1 en un factor de 16. Sin embargo, aumentando la presión ambiente a más de la presión atmosférica, por ejemplo, aplicando una presión externa del orden de 1034kPa (150PSI) tal y como se muestra en la figura 8, se puede aumentar en algunos modos de realización la velocidad de fabricación un factor de 10.
Cuando el oxígeno es el inhibidor de polimerización, el hueco de resina no curada se puede controlar alterando el entorno físico en la cámara encerrada que hace contacto con la superficie de alimentación. Por ejemplo, una atmósfera de oxígeno puro, o enriquecida en oxígeno (por ejemplo, un 95% de oxígeno un 5% de dióxido de carbono) se puede proporcionar en lugar de aire comprimido, con el fin de aumentar el hueco resultante en un aumento del tiempo de fabricación.
Ejemplo 4
Fabricación de varillas y fibras
Los métodos de la presente invención se pueden utilizar para hacer una varilla alargada o una fibra tal y como se muestra en la figura 9, la varilla o fibra (por ejemplo) que tiene una anchura o diámetro de 0,01 o 0,1 a 10 o 100 milímetros. Aunque se ha mostrado una sección circular, se puede utilizar cualquier sección trasversal adecuada, incluyendo elíptica, poligonal (triangular, cuadrada, pentagonal, hexagonal, etcétera) y regular y combinaciones de las mismas. La varilla o fibra puede tener una pluralidad de poros o canales alargados formados en la misma (por ejemplo, 1, 10, 100, 1000, 10.000 o 100.000 o más) de cualquier diámetro adecuado (por ejemplo, 0,1 o 1 micrones hasta 10 o 100 micrones o más) y cualquier sección trasversal adecuada como se describió anteriormente. Un líquido no polimerizado en los poros o en los canales se puede retirar (si se desea) mediante cualquier técnica adecuada, tal como soplado, presión, vacío, calentamiento, secado y combinaciones de las mismas. La longitud de la varilla o fibra se puede aumentar utilizando un carrete de recogida tal y como se describió anteriormente, y la
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velocidad de fabricación de la fibra o varilla se puede aumentar llevando a cabo la polimerización bajo presión tal y como se describió anteriormente. Una pluralidad de dichas varillas o fibra se puede construir de forma concurrente a partir de una sola placa de construcción proporcionando una pluralidad de portadores o carretes de recogida independientes. Dichas varillas o fibras se pueden utilizar para cualquier propósito, tal como utilizando cada poro o canal en las mismas como un canal independiente en un sistema microfluídico.
Ejemplo 5
Aparato ilustrativo
Un aparato que se puede utilizar para llevar a cabo la presente invención fue montado tal y como se describió anteriormente, con un sistema de vara de curado de UV LOCTITE® como la fuente de luz ultravioleta, una placa de construcción compuesta de una película de 0,0635 mm (0,0025 pulgadas) de espesor de Teflón AF 2400 de Biogeneral sujeta en una ventana tensada a una rigidez sustancial con un anillo de tensado, componentes ópticos: de Newport Corporation, Edmund Optics y Thorlabs y un kit de desarrollo LightCrafter DLP de Texas Instruments como proyector digital, una fase lineal de husillo de bolas LTD de THK Co. que sirve como un elevador para el portador, un servo continuo de Parallax Inc como el elevador y accionamiento o motor del portador, un controlador del movimiento basado en un micro controlador Propeller de Parallax Inc, un controlador deposición basado en un decodificador magnético de Austria Microsystems, un software de control del movimiento escrito en lenguaje SPIN creado por Parallax, un software de corte 3D Slic3r de código abierto, un software de control de imagen escrito utilizando un framework Qt y Visual C++.
Varios artículos de ejemplo diferentes fabricados con este dispositivo mediante los métodos descritos en el presente documento son descritos más abajo adicionalmente.
Ejemplo 6
Fabricación de un conjunto de microagujas de 700 micrones
Utilizando un aparato como el descrito en el ejemplo anterior, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como un fotoiniciador, se realizó el conjunto de microagujas mostrado en la figura 10. El portador fue avanzado unidireccionalmente por el husillo de bolas a una tasa continua de 10 micrones por segundo y exposiciones sucesivas fueron llevadas a cabo cada 2 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,2 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 350 y el tiempo de fabricación total fue de 70 segundos.
Ejemplo 7
Fabricación de un conjunto de microagujas de 2000 micrones
El conjunto de microagujas de 2000 micrones mostrado en la figura 11 fue realizado de una manera similar al descrito en el ejemplo 6 anterior, con 1000 exposiciones sucesivas sobre un tiempo de fabricación total de 200 segundos.
Será evidente que pueden fabricarse otros conjuntos, por ejemplo con microagujas que tengan anchuras de 5 a 500 micrómetros y alturas de 5 a 2000 micrómetros o más de una manera similar. Aunque se ha mostrado una sección trasversal cuadrada, se puede utilizar cualquier sección trasversal incluyendo circular, elíptica, poligonal (triangular, rectangular, pentagonal, hexagonal, etcétera) irregular y combinaciones de las mismas. La separación entre microagujas se puede variar como se desee, por ejemplo de 5 a 100 micrómetros , y las microagujas u otras microestructuras se pueden disponer unas con respecto a otras en cualquier patrón adecuado, por ejemplo, cuadrado, rectangular, hexagonal, etcétera.
Ejemplo 8
Fabricación de una estructura anular
Se fabricó un anillo utilizando el aparato descrito en el ejemplo 5 anterior, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como fotoiniciador. El portador fue avanzado unidireccionalmente por el husillo de bolas a una tasa continua de 20 micrones por segundo y se llevaron a cabo exposiciones sucesivas cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,5 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 1040 y el tiempo total de fabricación fue de 520 segundos. La figura 12 muestra el anillo durante la fabricación, y la figura 13 muestra el anillo después de la fabricación. Cabe destacar la ausencia de soportes para elementos sobresalientes de forma extensiva durante la fabricación.
Ejemplo 9
Fabricación de una pieza de ajedrez
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La pieza de ajedrez mostrada en la figura 14 fue realizada utilizando el aparato descrito en los ejemplos anteriores, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como fotoiniciador. El portador fue avanzado unidireccionalmente mediante el husillo de bolas a una tasa continua de 20 micrones por segundo y se llevaron a cabo exposiciones sucesivas cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,5 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 1070 y el tiempo de fabricación total fue de 535 segundos.
Ejemplo 10
Fabricación de un prisma rectangular estriado
El prisma rectangular estriado mostrado en la figura 15 fue realizado utilizando el aparato descrito en los ejemplos anteriores, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como el fotoiniciador. El portador fue avanzado unidireccionalmente mediante un engranaje sin fin a una tasa continua de 20 micrones por segundo y fueron llevadas a cabo exposiciones cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,5 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 800 y el tiempo de fabricación total fue de 400 segundos.
Ejemplo 11
Fabricación de una estructura helicoidal o en espiral
La bobina o espiral mostrada en la figura 16 fue realizada utilizando el aparato descrito en los ejemplos anteriores, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como el fotoiniciador. El portador fue avanzado unidireccionalmente mediante el husillo de bolas a una tasa continua de 20 micrones por segundo y se llevaron a cabo exposiciones sucesivas cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,5 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 970 y el tiempo de fabricación total fue de 485 segundos.
Cabe destacar que esta estructura en voladizo de forma extensiva fue fabricada libre de cualquier estructura de soporte.
Ejemplo 12
Profundidad de curado frente a tiempo de exposición
Se realizó un experimento con varias concentraciones de tinte ámbar para velas y fotoiniciador (PI) en triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como fotoiniciador. Los resultados son mostrados en la figura 17, la imagen utilizada fue un círculo de 6 mm, que produjo una pieza con forma de disco en el baño de resina, cuando fue curada. El espesor del disco varió basándose en el tiempo de exposición y la concentración del fotoiniciador y del tinte en la resina. Todas las mezclas de resina comenzarían a curar rápidamente y se acercarían a un valor límite. La resina óptima curaría en un corto periodo de tiempo y el valor límite debería ser tan pequeño como fuera posible. Las dos resinas que se adaptan mejor a estos criterios son el 3% de fotoiniciador con un 0,05% del tinte (pequeños puntos) y un 5% de fotoiniciador sin tinte (sólido). Estas resinas también producen las mejores piezas impresas en términos de contraste y claridad de características.
Una pieza de ajedrez hecha con una resina que contiene tinte es mostrada en la figura 18.
Ejemplo 13
Capas de sacrificio solubles (o de liberación) de portador
Una deficiencia de las técnicas anteriores es que el requisito de adhesión de “rotura” de la placa de construcción, por ejemplo, deslizando la placa de construcción, o utilizando una placa de construcción elástica, hizo problemático emplear una capa de liberación una capa de adhesivo soluble en el portador que podría hallar de forma prematura durante el proceso de fabricación. La presente invención facilita el empleo de una capa de liberación en el portador durante la fabricación.
La superficie del portador puede estar recubierta con una capa de liberación, es decir, una capa de sacrificio soluble (por ejemplo, adhesivo de cianoacrilato) y se puede imprimir un conjunto de objetos como se muestra en la figura 19. Se puede utilizar cualquier espesor adecuado para la capa de liberación, por ejemplo desde 100 nanómetros a 1 milímetro. Sumergiendo el portador con los objetos fabricados en un disolvente apropiado (por ejemplo, acetona para el adhesivo de cianoacrilato) que disuelve o solubiliza de forma selectiva la capa de liberación, entonces se liberan los objetos del portador tal y como se muestra en la figura 20.
Ejemplo 14
Fabricación de prismas rectangulares en una capa de liberación
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El conjunto de prismas rectangulares con dimensiones de 200 x 200 x 1000 micrómetros mostrados en la 21 fue realizado utilizando el aparato descrita anteriormente, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como el fotoiniciador, y adhesivo de cianoacrilato como capa de liberación. El portador fue avanzado mediante el husillo de bolas a una tasa continua de 10 micrones por segundo y se llevaron a cabo exposiciones sucesivas cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 1 segundo por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 100 y el tiempo de fabricación total fue de 100 segundos. La capa de liberación de cianoacrilato fue entonces disuelta mediante acetona para producir prismas flotantes libres tal y como se muestra en la figura 22.
Ejemplo 15
Fabricación de estructuras de jaula cilíndricas
La estructura de jaula cilíndricas de la figura 23 fue realizado utilizando el aparato descrito en el ejemplo anterior, triacrilato de trimetilolpropano como líquido polimerizable y óxido de difenil(2,4,6-trimetilbenzoil)fosfina como fotoiniciador. El portador fue avanzado mediante el husillo de bolas a una tasa continua de 20 micrones por segundo y fueron llevadas a cabo exposiciones sucesivas cada 10 micrones a lo largo de la altura de construcción en una duración de 0,5 segundos por exposición. El número total de exposiciones sucesivas fue de 1400 y el tiempo de fabricación total fue de 700 segundos. No se utilizaron estructuras de soporte retirables para características en voladizo o “voladizos”.
Ejemplo 16
Fabricación de estructuras a partir de un hidrogel
La figura 24 y la figura 25 son fotografías de estructuras de conjunto y estructuras de jaula, respectivamente, producidas de una manera similar a la descrita anteriormente, excepto en que fueron fabricadas utilizando PEG (diacrilato de poli(etilenglicol), promedio Mn 700) como líquido polimerizable, y un 5% de difenil(2,4,6- trimetilbenzoil)fosfina como el fotoiniciador. Por lo demás, las condiciones de procesamiento fueron las mismas que para las piezas de triacrilato fabricadas anteriormente.
Ejemplo 17
Flexibilidad de las piezas basadas en hidrogel
La estructura de jaula cilíndrica producida en el ejemplo 23 anterior y mostrada en la figura 25 fue situada manualmente entre dos portaobjetos de microscopio de vidrio y la presión aplicada manualmente hasta que la estructura de jaula cilíndrica se deformó y se aplanó sustancialmente. Después la presión manual fue liberada y la estructura de jaula retornara a su forma sustancialmente cilíndrica previa. La flexibilidad, resistencia y propiedades de memoria de forma de los artículos los hicieron atractivos para diversos usos, incluyendo pero no limitado a, endoprótesis para varias aplicaciones biomédicas.
Ejemplo 18
Fabricación de endoprótesis intralumínicas para uso terapéutico
Las endoprótesis son utilizadas típicamente como adyuvantes de los procedimientos de angioplastia percutánea con balón transluminal, en el tratamiento de arterias y otros vasos sanguíneos ocluidos o parcialmente ocluidos. Como un ejemplo de procedimiento de angioplastia de balón, un catéter o vaina de guiado es introducida de forma percutánea en el sistema cardiovascular del paciente a través de una arteria femoral y se hace avanzar a través de la vasculatura hasta que el extremo distal del catéter de guiado se sitúa en un punto proximal al lugar de la lesión. Un alambre de guía y un catéter de dilatación que tiene un balón en el extremo distal son introducidos a través del catéter de guiado con el alambre de guiado deslizando dentro del catéter de dilatación. El alambre de guiado se hace avanzar primero fuera del catéter de guiado en la vasculatura del paciente y se dirige a través de la lesión vascular. Una vez que está en posición a través de la lesión, se infla el balón extensible a un tamaño predeterminado con un líquido radiopaco a una presión relativamente alta que comprime radialmente la placa aterosclerótica de la lesión contra el interior de la pared arterial y por lo tanto dilatar el lumen de la arteria. El balón es entonces desinflado a un perfil pequeño de manera que el catéter de dilatación puede retirarse de la vasculatura del paciente y continuar el flujo sanguíneo a través de la arteria dilatada.
La angioplastia de balón algunas veces resulta en un fallo a corto o a largo plazo. Es decir, los vasos pueden cerrarse abruptamente poco después del procedimiento o puede suceder una reestenosis gradualmente durante un periodo de meses después. Para contrarrestar la reestenosis después de la angioplastia, se utilizan prótesis intraluminales implantables, comúnmente conocidas como endoprótesis para lograr una permeabilidad vascular a largo plazo. Unas funciones de endoprótesis tal como un andamiaje para soportar estructuralmente la pared del vaso y por tanto mantener la permeabilidad lumínica, son transportadas a un lugar de lesión por medio de un catéter de administración.
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Tipos de endoprótesis pueden incluir endoprótesis expandibles de balón, a modo de muelle, endoprótesis autoexpansibles y endoprótesis térmicamente expansibles. Las endoprótesis expansibles de balón son administradas mediante un catéter de dilatación y son deformadas físicamente mediante un miembro expansible, tal como un balón de inflado, desde un diámetro inicial pequeño a un diámetro expandido más grande. Las endoprótesis autoexpansibles son formadas como elementos elásticos que son compresibles radialmente alrededor de un catéter de administración. Una endoprótesis autoexpansible comprimida se mantiene típicamente en el estado comprimido mediante una vaina de administración. Tras la administración a un lugar de lesión, la vaina de administración es retraída permitiendo a la endoprótesis expandirse. Las endoprótesis térmicamente expansible se están formadas a partir de aleaciones con memoria de forma que tienen la habilidad de expandirse desde un diámetro inicial pequeño a un segundo diámetro mayor tras la aplicación de calor a la aleación.
Puede ser deseable proporcionar un tratamiento farmacológico localizado de un vaso en el lugar que está siendo soportado por una endoprótesis. Por tanto, algunas veces es deseable utilizar una endoprótesis tanto como soporte para una pared de lumen como también como vehículo de administración para uno o más agentes farmacológicos. Desafortunadamente, los materiales metálicos desnudos empleados típicamente en endoprótesis convencionales no son en general capaces de transportar y liberar agentes farmacológicos. Soluciones ideadas previamente para este dilema han sido unir polímeros portadores de medicamentos a endoprótesis metálicas. Adicionalmente, se han divulgado métodos en donde la estructura metálica de una endoprótesis ha sido conformada o tratada de manera que crea una superficie porosa que mejora la habilidad de retener agentes farmacológicos aplicados. Sin embargo, estos métodos han fallado en general para proporcionar una manera rápida fácil y barata de cargar medicamentos en prótesis intraluminales tales como endoprótesis. Adicionalmente, sólo se pueden cargar pequeñas cantidades de medicamentos en recubrimientos poliméricos delgados.
Las prótesis intraluminales, tales como las endoprótesis han sido desarrolladas utilizando varios materiales poliméricos y/o recubrimientos de materiales poliméricos para superar las limitaciones de las prótesis metálicas convencionales. Sin embargo, sería deseable ser capaz de ajustar varias propiedades mecánicas (por ejemplo, módulo, resistencia tangencial, flexibilidad, etcétera) de prótesis intraluminales poliméricas. Por ejemplo, para prótesis intraluminales utilizadas para administrar agentes farmacológicos sería deseable ser capaz de ajustar la tasa de elución de un agente farmacológico desde la misma. Como otro ejemplo, sería deseable ser capaz de ajustar la tasa de degradación y/o la naturaleza de la degradación del material polimérico.
De acuerdo con modos de realización del presente ejemplo, métodos para fabricar prótesis intraluminales poliméricas (por ejemplo, formadas a partir de un material polimérico para incluir PEG, PLGA, policarbonato, gelatina, etcétera, funcionalizados de forma adecuada) incluyen recocer el material polimérico para modificar de forma selectiva la estructura de cristalinidad o cristalina del mismo se logran mediante los métodos descritos en el presente documento, incluyendo pero no limitados a los establecidos en conexión con estructuras de jaula cilíndricas tal y como se describieron anteriormente.
Agentes farmacológicos dispuestos en o dentro del material polimérico pueden incluir, pero no están limitados a, agentes seleccionados de la siguientes categorías. antineoplásicos, antimitóticos, antiinflamatorios, antiplaquetarios, anticoagulantes, antifibrinas, antitrombinas, antiproliferativos, antibióticos, antioxidantes, inmunosupresores, sustancias antialérgicas, y combinaciones de los mismos.
De acuerdo con otro modo de realización de la presente invención, el grado de la reticulación molecular del material poliméricos de una prótesis intraluminal puede modificarse sometiendo al material poliméricos o a un tratamiento químico y/o una irradiación. El material polimérico puede estar sometido a tratamiento químico y/o a la radiación antes, durante y/o después del recocido. Dicho tratamiento también puede actuar como una etapa de esterilización.
Ejemplo 19
Fabricación de grupos de microagujas terapéuticas
Muchas nuevas terapias prometedoras son biomoléculas grandes tales como, péptidos, proteínas, anticuerpos y ácidos nucleicos. Estas moléculas pueden ser demasiado grandes, frágiles o insolubles para ser administradas por las vías tradicionales de introducción. La inyección hipodérmica (incluyendo intravascular, intramuscular, etcétera) permite la administración de terapias sensibles, pero inducen dolor, brindan oportunidades para pinchazos accidentales con agujas y producen desechos agudos y biopeligrosos. Además, en el caso de la administración de la vacuna, las agujas hipodérmicas no administran las dosis en el lugar óptimo para provocar una respuesta inmunológica; penetran en el músculo, una región que se sabe que tiene una menor densidad de células inmunológicamente sensibles que la piel. Los parches transdérmicos son efectivos para determinados fármacos de liberación prolongada (como la nicotina y los medicamentos para el mareo), pero la epidermis (específicamente la capa córnea) limita la difusión de la mayoría de los fármacos (>500 Da) a través de la piel. Claramente, la habilidad de transportar la terapia de manera efectiva al cuerpo sigue siendo un desafío significativo.
Aunque hay limitaciones a la administración tradicional de medicamentos transdérmicos, que típicamente se basa en la difusión pasiva de la terapia a través de la piel, esta vía de administración sigue siendo muy prometedora.
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Utilizando los aparatos descritos en los ejemplos anteriores y resinas fotopolimerizables, biocompatibles y biodegradables (PEG, PLGA, policaprolactona, gelatina, etcétera funcionalizados de forma adecuada) son utilizadas en combinación con terapias y elementos de vacuna (antígenos, adyuvantes, etcétera) para producir grupos de microagujas terapéuticas que tengan esencialmente la misma estructura o apariencia que las mostradas anteriormente. Los expertos en la técnica apreciarán que se pueden producir numerosas estructuras de arquitectura diferentes para dichos grupos de microagujas terapéuticas mediante métodos y aparatos descritos en el presente documento.
Ejemplo 20
Dependencia de la resolución vertical en la velocidad de fabricación
Durante el proceso de construcción de la pieza, la unidad de procesamiento de imágenes (IPU) del controlador, en algunos modos de realización, actualiza de forma constante imágenes de capas en sección trasversal de la pieza. La velocidad máxima de la actualización f de imagen puede variar en algunos modos de realización desde 1 fotograma por segundo hasta 1000 fotogramas por segundo, dependiendo del hardware.
Si la resolución vertical deseada es Delta, entonces durante el proceso de construcción el avance dz del portador de pieza durante un fotograma de imagen debería ser menor que Delta. Si la velocidad de fabricaciones v entonces dz viene dado por
imagen1
Con el fin de lograr la resolución Delta, la velocidad v de fabricación debería ser menor que la velocidad vmax de fabricación máxima dada por
v = Af
max .7
Dos partes de pieza de ajedrez similares a las ilustradas anteriormente fueron realizadas con una velocidad de avance del portador de 250 mm/hora y 500 mm/hora. La tasa de fotograma máxima de la IPU particular utilizada para realizar las piezas fue aproximadamente 1 fotograma por segundo. La resolución estimada de estas piezas fue de 50 micrómetros a 250 mm/hora, y 100m micrómetros a 500 mm/hora.
Ejemplo 21
Aumento de la tasa de fabricación: Temperatura
El aumento de la tasa de fabricación por presión se describió anteriormente. Adicionalmente, en los métodos y aparatos establecidos tanto generalmente como específicamente más arriba y más abajo, la tasa de fabricación se puede aumentar calentando el líquido, o resina polimerizable, para reducir la viscosidad del mismo, para facilitar el llenado de la zona de construcción con el líquido polimerizable o la migración del líquido polimerizable en la zona de construcción (con o sin una presión aumentada). Algunas resinas, tales como resinas de alto rendimiento incluyendo las señaladas anteriormente, pueden ser sólidas a temperatura y presión ambiente, y el calentamiento puede ser una manera conveniente de licuar las mismas.
El calentamiento se puede llevar a cabo mediante cualquier técnica adecuada, tal como calentadores de infrarrojo de horno cerrado, asociados de forma operativa con un sensor de temperatura y un controlador, tal y como se ha ilustrado de forma esquemática en la figura 26. Se pueden utilizar numerosos tipos y configuraciones adicionales de calentadores, solos o en combinación con los anteriores y entre sí. Se puede utilizar calentadores de resistencia, por ejemplo sumergidos en el líquido polimerizable sobre la placa de construcción. Se pueden utilizar dispositivos termoeléctricos o de calentadores de Peltier, por ejemplo, haciendo contacto con la placa de construcción y/o el líquido polimerizable. El líquido polimerizable puede ser calentado previamente, en un depósito de almacenamiento y/o a través de varias líneas de alimentación. Se puede emplear uno o más sensores de temperatura para detectar la temperatura ambiente (en la cámara), la temperatura de la placa de construcción, la temperatura del portador, la temperatura del líquido polimerizable (por ejemplo, en cualquier punto, tal como sobre la placa de construcción), etcétera.
En algunos modos de realización, el líquido polimerizable es calentado por lo menos a 5, 10, 20, 40, 60, 80 o 100 grados centígrados o más por encima de la temperatura ambiente.
En algunos modos de realización, el líquido polimerizable tiene una viscosidad de al menos 100, 1000 o 10.000mPa.s (100, 1000 o 10.000 centipoise), hasta 1.000.000mPa.s (1.000.000 centipoise) o más a 25 grados Celsius (25 grados centígrados) y a la presión atmosférica (nota 1 centipoise = 1 milipascal segundos). En algunos modos de realización, dichos líquidos polimerizables pueden tener una viscosidad cuando se calientan (por ejemplo, mediante la cantidad descrita diariamente de no más de 1000, 100, 10 o 1mPa.s (1000, 100, 10 o 1 centipoise). La
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viscosidad final específica que se desea alcanzar dependerá de factores tales como la tasa de fabricación deseada, el tamaño y la forma del artículo que se está fabricando, la presencia o ausencia de un aumento de presión, etcétera.
La viscosidad puede medirse con cualquier técnica adecuada, por ejemplo, con un viscosímetro Brookfield que tiene una geometría de cono y placa, con un ángulo de cono de 1 grado, un diámetro de 40 milímetros, que funciona a 60 revoluciones por minuto.
Se pueden incluir de forma opcional enfriadores si se desea corregir más rápidamente la temperatura (como calentadores, o sin calentadores, por ejemplo, para ayudar a disipar el calor generado exotérmicamente por una fotopolimerización rápida. De nuevo, se puede utilizar cualquier configuración de enfriador adecuada, en general asociado de forma operativa con un controlador y un sensor de temperatura tal y como se señaló anteriormente. Se pueden emplear intercambiadores de calor, disipadores de calor, refrigerantes, dispositivos termoeléctricos tales como enfriadores de Peltier (los cuales también pueden servir como calentadores de Peltier, etcétera).
Ejemplo 22
Suministro de resina a través del portador y de canales de suministro internos.
Tal y como se discutió en el ejemplo 3 la velocidad de la formación del objeto depende de la dimensión L lineal de la superficie inferior del objeto, la viscosidad n de la resina, la presión P atmosférica y la altura h del hueco entre el objeto y la parte inferior de la cámara. El tiempo t que es requerido para llenar el hueco entre el objeto y la parte inferior de la cámara es:
imagen2
Como se puede apreciar, el aumento de 10 veces en el tamaño de la pieza resulta en una disminución de 100 veces en la velocidad de fabricación. Para eliminar dicha fuerte dependencia de la velocidad de fabricación del tamaño de la pieza, se puede suministrar a través del portador de pieza y a través de la pieza tal y como se muestra en la figura 27.
La bomba puede comprender cualquier dispositivo de bombeo adecuada, incluyendo pero no limitado a, bombas de jeringa, bombas de engranajes, bombas peristálticas, etcétera. La tasa a la cual funciona la bomba es controlada mediante un comprador y depende de las geometría de la pieza y de la velocidad de fabricación.
En esta dependencia de enfoque de la tasa de fabricación de la pieza en la dimensión L lineal de la superficie inferior del objeto, la viscosidad n de la resina, la presión P atmosférica, y la altura h del hueco entre el objeto y la parte inferior de la cámara nunca más están limitados por la ecuación anterior sino que más bien están controlados por la tasa a la cual funciona la bomba de resina, la tasa de la reacción de curado y la habilidad de mitigar la retirada de calor de la radiación de curado. La bomba en este ejemplo podría comprender una bomba de jeringa, una bomba de engranajes, o una bomba peristáltica. El funcionamiento de la bomba se puede incluir en el bucle de retroalimentación controlado por la unidad de procesamiento central cuando las tasas de bombeo dependen de la geometría de la pieza y de la velocidad de fabricación deseada.
Ejemplo 23
Control de la tasa de suministro de resina: Control de prealimentación
Durante el proceso de construcción de la pieza la tasa de consumo de la resina cambia basándose en el área de sección trasversal de la pieza. Un proceso para controlar la tasa de administración de resina es descrita más abajo. Si la velocidad de construcción es v y la sección trasversal de la parte A varia con el tiempo t como A(t) entonces la tasa de administración de resina se puede ajustar para corresponder, en total o en parte, a:
R(t) = (/)
por ejemplo, durante el proceso de construcción una unidad de procesamiento central (CPU) que sirve como un controlador puede calcular en tiempo real la sección trasversal actual de la pieza, después calcular la tasa de administración basándose en una regla tal como la ecuación anterior y comunicar la tasa calculada a un controlador de bomba de administración de resina (RDPC). El RDPC puede entonces ajustar la velocidad de la bomba de administración de resina basándose en los datos recibidos de la CPU.
Dicho sistema de control de prealimentación se puede utilizar solo o en combinación con otros sistemas de control de prealimentación y de retroalimentación (por ejemplo, control de temperatura y/o depresión) tal y como se describió anteriormente.
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Ejemplo 24
Suministro de líquido polimerizable a través de conductos de suministro externos
En algunos modos de realización donde el líquido polimerizable suministrado a través de uno o más canales formados en el portador, se puede desear que algunos, o todos, de los artículos que están siendo fabricados sean sólidos en todo su recorrido. En dichos casos, conductos de suministro separados o externos en comunicación fluida con un (o cada) canal que suministra líquido polimerizable pueden fabricarse de forma concurrente adyacente al artículo que está siendo fabricado (en contraste con uno o más canales de suministro internos formados dentro del artículo que está siendo producido.
El líquido polimerizable puede entonces ser proporcionado a través de conducto(s) de suministro externo a la placa de construcción ya la zona de fabricación. En algunos modos de realización, varios de dichos conductos de suministro se puede construir, por ejemplo, 2, 10, 100, o 1000 o más, dependiendo del tamaño del artículo que está siendo fabricado. Dichos conductos de suministro externos pueden ser utilizados en combinación, de forma concurrente o de forma secuencial (por ejemplo, de forma alternativa), con canales de suministro internos (es decir, canales formados dentro del artículo que está siendo fabricado).
Ejemplo 25
Fabricación con múltiples resinas distintas con conductos de suministro múltiples
Se pueden fabricar artículos utilizando resinas múltiples alimentando las diferentes resinas a través de la plataforma de construcción, y utilizándolas para crear tubos o canales para administrar la resina a un área correcta de la pieza que está siendo fabricada.
La figura 28 ilustra el método que se puede utilizar para alimentar resina a través de la plataforma de construcción, usándolo para fabricar los canales de administración de resina de la forma necesaria, y cuando sea necesario, alimentar resina adicional para fabricar la propia pieza. Cuando la sección ha finalizado la fabricación, el canal es cerrado por curado y otro canal puede comenzar a alimentar la siguiente resina para fabricar de forma continua la pieza.
Ejemplo 26
Control de métodos y aparatos
Un método y un aparato como el que se describió anteriormente, se pueden controlar mediante un programa de software ejecutado en un ordenador de propósito general con un hardware de interfaz adecuado entre ese ordenador y el aparato descrito anteriormente. Están disponibles comercialmente numerosas alternativas. Ejemplos no limitativos de una combinación de componentes son mostrados en las figuras 29-31, en donde “el micro controlador” es un Propeller de Parallax, el controlador de motor paso a paso es un EasyDriver de Sparkfun, el controlador led es un controlador LED simple de Luxeon, el USB a serie es un convertidor uSb a serie de Parallax, y el sistema DLP es un sistema LightCrafter de Texas Instruments.
Lo anterior es ilustrativo de la presente invención, y no se ha de considerar como limitativo de la misma. La invención es definida mediante las siguientes reivindicaciones, con equivalentes de las reivindicaciones a incluir en las mismas.

Claims (20)

  1. 5
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    15
    20
    25
    30
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    40
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    REIVINDICACIONES
    1. Un método de formación de un objeto tridimensional, que comprende las etapas de:
    (a) proporcionar un portador y una placa de construcción, la placa de construcción que comprende un miembro semipermeable fijado, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción con dicha superficie de construcción y dicho portador definiendo una región de construcción entre los mismos, y con dicha superficie de construcción en comunicación fluida, por medio del miembro semipermeable, con una fuente de inhibidor de polimerización
    (b) llenar dicha región de construcción con el líquido polimerizable haciendo contacto dicho líquido polimerizable con dicha superficie de construcción,
    (c) irradiar dicha región de construcción a través de dicha placa de construcción para producir una región polimerizada sólida en dicha región de construcción, mientras forma o mantiene una capa de liberación de película de líquido compuesta de dicho líquido polimerizable entre dicha región polimerizada sólida y dicha superficie de construcción, en donde la polimerización de cuya película de líquido es inhibida por dicho inhibidor de polimerización;
    (d) hacer avanzar dicho portador con dicha región polimerizada adherida al mismo en contra de dicha superficie de construcción sobre dicha placa de construcción para crear una región de construcción posterior entre dicha región polimerizada y dicha superficie de construcción mientras se llena de forma concurrente dicha región de construcción posterior con líquido polimerizable como en la etapa (b); y
    (e) continuar y/o repetir las etapas (c) y (d) para producir de forma continua de una manera sin capas una región polimerizada posterior adherida a una región polimerizada previa hasta que la deposición continuada o repetida de regiones polimerizadas adheridas entre sí formen dicho objeto tridimensional; y
    en donde la placa de construcción está sustancialmente fija o estacionaria.
  2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde las etapas (c) y (d) son llevadas a cabo de forma concurrente.
  3. 3. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fuente del inhibidor de polimerización es un depósito de inhibidor de polimerización dentro de la membrana semipermeable.
  4. 4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde la membrana semipermeable además comprende una superficie de alimentación separada de dicha superficie de construcción; opcionalmente, en donde la superficie de alimentación está en contacto fluido con un inhibidor de polimerización para proporcionar dicha fuente de inhibidor de polimerización.
  5. 5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende el calentamiento de dicho líquido polimerizable para reducir la viscosidad del mismo en dicha región de construcción.
  6. 6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que además comprende enfriar dicho líquido polimerizable en dicha región de construcción para disipar el calor generado por las reacciones de polimerización.
  7. 7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha etapa de avance es llevada a cabo avanzando dicho portador verticalmente desde dicha superficie de construcción.
  8. 8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:
    el área de superficie total de la región de construcción ocupa al menos un setenta por ciento del área de superficie total de la superficie de construcción; y/o
    en donde el movimiento lateral del portador y del objeto en cualquier dirección es más de un treinta por ciento de la anchura de dicha región de construcción en la dirección correspondiente.
  9. 9. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el portador con dicha región polimerizada adherida al mismo se hace avanzar unidireccionalmente en contra de dicha superficie de construcción sobre dicha placa de construcción estacionaria.
  10. 10. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho miembro semipermeable comprende una película de polímero flexible, y dicha placa de construcción además comprende un miembro de tensado conectado a dicha película de polímero y para fijar y rigidizar la película.
  11. 11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde dicho miembro semipermeable comprende:
    (i) una capa de película de polímero que tiene una superficie superior situada para hacer contacto con dicho líquido polimerizable y una superficie inferior, y
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    (ii) un miembro de soporte ópticamente transparente, permeable a gases y rígido que hace contacto con dicha superficie inferior de la capa de película.
  12. 12. Un aparato para formar un objeto tridimensional a partir de un líquido polimerizable, que comprende:
    (a) un soporte;
    (b) un portador asociado de forma operativa con dicho soporte en cuyo portador se forma dicho objeto tridimensional;
    (c) una placa de construcción conectada a dicho soporte, dicha capa de construcción que comprende un miembro semipermeable fijo, dicho miembro semipermeable que comprende una superficie de construcción, con dicha superficie de construcción y dicho portador definiendo una región de construcción entre los mismos;
    (d) un suministro de polímero líquido asociado de forma operativa con dicha placa de construcción y configurado para suministrar polímero líquido en dicha región de construcción para la polimerización de solidificación;
    (e) una fuente de radiación asociada de forma operativa con dicha placa de construcción y configurada para irradiar dicha región de construcción a través de dicha placa de construcción y formar una región polimerizada sólida en la misma a partir de dicho polímero líquido; y
    (f) una superficie de construcción que está en comunicación fluida por medio del miembro semipermeable con una fuente de inhibidor de polimerización de manera que promueve la formación o el mantenimiento de una capa de liberación de película de líquido compuesta de dicho líquido polimerizable entre dicha región polimerizada sólida y dicha superficie de construcción, la polimerización de cuya película de líquido es inhibida mediante dicho inhibidor de polimerización;
    en donde la placa de construcción es sustancialmente fija o estacionaria.
  13. 13. El aparato de la reivindicación 12, en donde la fuente de inhibidor de polimerización es un depósito de inhibidor de polimerización dentro del miembro semipermeable.
  14. 14. El aparato de la reivindicación 13, en donde el miembro semipermeable además comprende una superficie de alimentación separada de dicha superficie de construcción; opcionalmente en donde la superficie de alimentación está en contacto fluido con el inhibidor de polimerización de manera que proporciona dicha fuente de inhibidor de polimerización.
  15. 15. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que además comprende un calentador asociado de forma operativa con dicha placa de construcción y/o dicho suministro de polímero líquido, dicho calentador configurado para calentar el líquido polimerizable suministrado a dicha región de construcción; y/o además que comprende un enfriador asociado de forma operativa con dicha placa de construcción y configurado para enfriar el líquido polimerizable en dicha región de construcción.
  16. 16. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, que además comprende una fuente de presión asociada de forma operativa con dicho suministro de polímero líquido.
  17. 17. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, que además comprende un controlador asociado de forma operativa con dicho portador y dicha fuente de luz para hacer avanzar dicho portador en contra de dicha placa de construcción durante o después de la polimerización de líquido en dicha región de construcción; opcionalmente, en donde dicho portador comprende un accionamiento, dicho accionamiento y dicho controlador configurados para hacer avanzar dicho portador unidireccionalmente en contra de dicha superficie de construcción.
  18. 18. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en donde dicho portador tiene una capa de sacrificio soluble sobre el mismo, y dicho objeto tridimensional se forma en dicha capa de sacrificio soluble.
  19. 19. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en donde dicho miembro semipermeable comprende una película de polímero flexible, y dicha placa de construcción además comprende un miembro de tensado conectado a dicha película de polímero y para fijar y rigidizar la película.
  20. 20. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19, en donde dicho miembro semipermeable comprende:
    (i) una capa de película de polímero que tiene una superficie superior situada para hacer contacto con dicho líquido polimerizable y una superficie inferior, y
    (ii) un miembro de soporte ópticamente transparente, permeable a gases y rígido que hace contacto con dicha superficie inferior de la capa de película.
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